施工钢栈桥临时通航孔净空尺度对通航安全的影响分析

文 郑晓东（桂林海事局，广西 桂林 541002）

一、钢栈桥简介

（一）基本概况

随着社会经济的发展及交通强国战略的实施，中国涉水基础建设规模不断扩大，钢栈桥在交通运输、市政水利、国防战备等各种水工建设中的应用越来广泛[1]。钢栈桥指在跨通航河流桥梁（以下简称主桥）建设过程中，为了方便桥位处人员、机械设备及施工材料的水平运输而修建的临时性跨越水体的钢结构桥梁。钢栈桥一般连接岸边至主桥水中桥墩的作业平台，为主桥施工提供可靠的陆上运输条件，从而降低施工难度，为施工带来诸多便利，同时降低安全和质量风险，缩短工期[2]。近10年来，中国建设的比较有代表性的施工钢栈桥主要有武汉市三官汉江大桥钢栈桥（2012年）、援尼日尔二桥钢栈桥（2014年）、福平铁路乌龙江特大桥钢栈桥（2016年）和鹰潭市余信贵大桥钢栈桥（2017年）等[1]。

（二）组成结构

钢栈桥作为一种施工临时结构，主要由桥面系、主梁、桥墩及桥台四部分组成，一般在对应主桥桥墩位置连接作业。在新建桥梁中，钢栈桥普遍为单幅且布置在主桥上游侧，既方便船舶配合作业，又能有效防止上游来船或大型水上漂浮物直接碰撞正在施工的主桥。对于扩建拼宽的主桥，钢栈桥一般为两幅并分别布置在主桥上下游侧。在主桥建成后，钢栈桥因影响通航和泄洪需要及时拆除。因此，钢栈桥使用期限比主桥的建设周期略长，一般为2-3年。

（三）施工工艺

钢栈桥的施工工艺除了沉桩工艺不同，其他部分项工程的工艺基本一致。沉桩工艺的选择主要考虑施工周边地质条件、水文分布等因素，主要为水中筑岛施工和水上履带吊插打施工（俗称“钓鱼法”施工）两种。其中，使用水上履带吊插打施工施工情况较多，水上履带吊插打施工是以单作业面逐跨推进的方式安排施工，使用履带式起重机与振动锤安装钢管桩。待每一跨钢管桩安设结束后，均以从下往上的顺序依次完成平联、主横梁、贝雷片以及分配梁等部件的安装。所有安装工作全部完成后，才可开始另外的钢栈桥施工，依序推进，直至完成所有工序。其施工过程一般不使用施工船舶、不进行水下爆破，可在很大程度上降低因水文分布、气候变化等因素对项目的干扰。使用该工艺建设钢栈桥，并将其作为作业平台进行施工，不仅可以提升施工的安全性，还能大幅减少成本投入。

二、影响净空尺度的因素

根据《内河通航标准》（GB 50139—2014）规定，水上过河建筑物的布置不得影响和限制航道的通过能力，通航孔的布置应满足过河建筑物所河段双向通航的要求。钢栈桥虽然只是主桥的辅助设施，因其横跨整条河流，所以被认为是整个涉水桥梁工程项目建设过程中主要的碍航物。钢栈桥的碍航性主要表现为留出的临时通航孔净空宽度和净空高度变小，导致施工水域通航尺度降低。

（一）设计因素

在设计阶段，钢栈桥的尺寸设计因素主要包括跨径、预留临时通航孔的净空宽度、贝雷梁底高程（净空高度）、一联长度及伸缩缝等。钢栈桥的主纵梁多采用贝雷梁拼装而成，因此其跨径确定主要考虑贝雷梁的构造标准。鉴于贝雷片行业设计标准和工厂化生产，市场上常见的贝雷片长度均为3 m，目前国内使用的大多数钢栈桥，广泛采用的单跨跨径有9 m、12 m、15 m。武汉市三官汉江大桥钢栈桥，全长254 m，桥跨9～12 m；鹰潭市余信贵大桥钢栈桥，全长429 m，桥跨15～18 m[1]。在这种跨径布置下，通航孔的净空宽度必然会变窄，难以满足船舶的正常通航需求。对于采用纵桥向双排桩结构形式的钢栈桥，通航孔两侧的双排桩会进一步挤占通航净空宽度。

（二）监管因素

在工作实践中，钢栈桥作为临时性的水工建筑物，只存在于主桥的施工期，故其对船舶通航的影响在与通航相关的评审阶段容易被忽视：一是没有纳入交通运输主管部门的航道通航条件影响评价（在工程可行性研究阶段开展）范畴，没有分析其在主桥施工期对航道通航条件的影响及施工期航标配布工作；二是钢栈桥虽然在主桥的施工期范围内建设，且与主桥工程相对独立，但海事管理机构没有单独对钢栈桥的施工进行监管，对钢栈桥的施工碍航性分析没有进行单独评审，而是包含在作业保障措施方案评审中。

综上所述，由于设计因素和监管因素的同时存在，导致钢栈桥的临时通航孔净空尺度小于桥梁通航孔正常通航尺度，降低通航效率，甚至影响船舶航行安全。因此，有必要对钢栈桥的临时通航孔净空尺度的取值进行分析，并提出工作建议。

三、净空尺度合理取值分析

在通航河流施工时，钢栈桥必须预留通航孔，以供过往船舶航行。预留的通航孔一般布置在航道上，并与主桥通航孔对孔布置。考虑到建造成本、结构形式、施工方便等因素，钢栈桥的跨径和高度均较小，预留的通航孔往往不能满足过往船舶正常通航的需求，因而在开展施工作业保障措施方案评审中，应重点针对施工水域环境、代表船型、航道等级、通航需求等方面因素对钢栈桥通航孔净空尺度进行分析后合理取值。桥梁的通航孔净空尺度包括通航净空高度、通航净空宽度、上底宽和侧高。由于钢栈桥结构的特殊性和复杂性，仅分析其通航净空高度和通航净空宽度。

（一）通航净空高度

钢栈桥临时通航孔净空高度为贝雷梁底部至设计最高通航水位的高度，可参考主桥航道通航条件影响评价中通航孔净高计算值。钢栈桥施工时，往往还会连接主桥桥墩的施工作业平台，从方便施工和降低施工成本的角度出发，钢栈桥临时通航孔净空高度一般都会比主桥通航孔小。当水位上涨到一定程度时，代表船型船舶会因高度受限而无法通过。为解决此问题，对通航密度大或船型较大船舶的航段，建议采用提升钢栈桥临时通航孔施工技术，确保在高水位时通航孔净空高度依然能满足要求[3]。在只设置一个通航孔的钢栈桥中采用通航孔上方无贝雷梁连接的方式，这样过往船舶的净高不受钢栈桥通航孔净空高度的影响，只需考虑主桥施工期间主通航孔净空高度的影响。

如果上述形式均无法采用时，施工单位可通过向海事管理机构申请发布航行通告、现场布置警戒船、在醒目位置设置净空高度警示牌等方式限制最大高度超过钢栈桥临时通航孔净空高度的船舶通过施工水域。

（二）通航净空宽度

桥梁通航净宽不足，会限制船舶通航效率，还易导致船舶刮擦甚至碰撞桥墩，给船舶和桥梁造成安全隐患。因此，钢栈桥临时通航孔净宽合理取值尤为重要。根据《内河通航标准》（GB 50139—2014），以天然和渠化河流为例，Ⅶ级航道水上过河建筑物单向和双向通航孔需要的净宽尺度分别为20 m、32 m，I级航道水上过河建筑物单向和双向通航孔需要的净宽尺度分别为110 m、220 m。通航孔净宽尺度的具体计算方法如下:

式中：

Bm1—单孔单向通航净宽（m）；

BF—船舶或船队航迹带宽度（m）；

ΔBm—船舶或船队与两侧桥墩间的富裕宽度（m），I级—V级航道可取0.6倍航迹带宽度，Ⅵ级—Ⅶ级航道可取0.5倍航迹带宽度；

Pd—下行船舶或船队偏航距（m），按《内河通航标准》表C.0.1取值；Bm2—单孔双向通航净宽（m）；b—上下行船舶或船队会船时的安全距离（m）,可取船舶或船队的宽度；Pu—上行船舶或船队偏航距（m），可取0.85倍下行偏航距；BS—船舶或船队宽度（m）；L—顶推船队或货船长度（m）；β—船舶或船队航行漂角（°），I级—V级航道可取6°，Ⅵ级—Ⅶ级航道取3°。

1. 当天然和渠化河流水上过河建筑物轴线法线方向与水流流向的交角大于5°时，如弯道桥梁或斜交桥梁，则应根据《内河通航标准》（GB 50139—2014）的规定并适当考虑斜交加宽值和桥墩紊流宽度后取值[4]。

2. 在钢栈桥临时通航孔净空尺度设计值小于计算值的情况下，通过适当加大单跨跨径、采用单孔双向交替通行或双孔单向通行的方式,以达到满足低等级航道船舶的通行需求。

3. 对于高等级航道，则通过从左右岸施工便道分别搭建钢栈桥至主桥主通航孔（或双孔单向通航时其中一个通航孔）两侧主墩所在处的作业平台，来增大钢栈桥临时通航孔的通航净宽，从而满足大型船舶的通航需求。

四、结语

随着中国航运经济的发展，航道等级的不断提高，船舶大型化日趋明显，对桥梁施工钢栈桥临时通航孔的净空尺度要求也越来越高。针对常规情况下施工钢栈桥临时通航孔净空尺度取值的分析，可作为海事管理机构负责的施工作业保障措施方案评审时需重点关注的因素，也可作为钢栈桥设计时的参考。需要结合实际情况具体分析，同时需综合考虑防撞、防洪、沉降等因素，努力确保桥梁施工安全、船舶通航安全、区段通航效率，以达到较为理想的社会效益和经济效益。