南京五橋主橋水上施工期航標配布研究

楊興旺，錢蘇芬，郁倩倩，黃昭培

(1.南京飛度航道工程咨詢有限公司，南京 210000； 2.長江南京航道處，南京 210000； 3.河海大學(xué) 港口海岸與近海工程學(xué)院，南京 210098)

根據(jù)《中華人民共和國航道法》第34條、《中華人民共和國航標條例》第36條等規(guī)定 “在通航水域上建設(shè)橋梁等建筑物，建設(shè)單位應(yīng)當按照國家有關(guān)規(guī)定和技術(shù)要求設(shè)置航標等設(shè)施，并承擔相應(yīng)費用”。目前南京河段已建橋梁比較多，前期南京長江二橋、三橋、大勝關(guān)鐵路橋、四橋均按照國家有關(guān)規(guī)定和技術(shù)要求，開展了橋梁施工期航標配布研究，并設(shè)置了主橋水上施工期航標。鑒于南京長江第五大橋施工水域通航環(huán)境的復(fù)雜性，針對主橋水上施工期方案，進行了南京長江第五大橋主橋水上施工期航標配布和航道維護專題研究。綜合考慮橋區(qū)施工期航道布置、航路設(shè)置，按照相關(guān)技術(shù)標準規(guī)定要求并結(jié)合橋區(qū)航道特點，對施工期橋區(qū)水上助航標志進行了科學(xué)合理的配布，解決了橋區(qū)通航與施工之間的矛盾[1-6]。

1 工程布置

南京長江第五大橋位于長江下游南京水道梅子洲汊道左汊中段，長江下游航道里程約358 km。具體位置如圖1所示。

1.1 跨江大橋總體結(jié)構(gòu)及布置

南京長江第五大橋跨越長江左汊采用跨江大橋方式，跨江大橋通航孔橋設(shè)計為跨徑(80+218+2×600+218+80)m的三塔六跨連續(xù)疊合梁斜拉橋，北引橋設(shè)計為跨徑(4×41.5+4×41.5+2×41.5+4×52+6×52+6×52)m的預(yù)制節(jié)段拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，南引橋設(shè)計為跨徑(6×52+7×52+6×41.5)m的預(yù)制節(jié)段拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，北岸跨堤橋設(shè)計為跨徑(42+78+42)m的波形鋼腹板連續(xù)箱梁，總長4 130 m。

1.2 通航孔主橋

通航孔主橋跨徑布置為80+218+600+600+218+80=1 796 m，為縱向鉆石型塔中央雙索面三塔疊合梁斜拉橋(圖2)。

圖2 通航孔主橋總體布置圖(單位：m)Fig.2 General layout of main bridge of navigation hole

2 通航條件

2.1 航道情況

南京水道上起下三山，下迄中山碼頭，長約22.2 km。水流經(jīng)烏江水道與凡家磯水道在下三山匯合后進入本水道。右岸進口有邊灘，下三山以下右岸岸坡陡直，有護岸石塊；左岸七壩以下有邊灘。梅子洲將河道分為兩汊，左汊南京水道為主航道，左岸新河口上下有大片邊灘，主流過梅子洲中后折向左岸，梅子洲中設(shè)有寧港梅中錨地，梅子洲尾有潛州。右汊為大勝關(guān)水道，現(xiàn)已禁航，該水道河身狹窄、彎曲，水流較緩。三股分汊水流在中山碼頭對開水域匯合。

南京水道上段(大勝關(guān)段)：從下三山至梅子洲頭為大勝關(guān)單一段，長約8.4 km，河道兩端寬、中間窄，邊灘在左岸，右岸為深槽。主泓由左岸過渡到右岸板橋后，沿右岸下行至秦淮新河后分左右兩支進入梅子洲汊道段。20世紀70年代大勝關(guān)一帶護岸以前，右岸崩坍較強烈，護岸以后岸線漸趨穩(wěn)定。本段的右岸有秦淮河的入江口。

南京水道下段(梅子洲汊道)：從梅子洲頭至中山碼頭為梅子洲汊道，主泓長約20.5 km，屬微彎分汊河型。梅子洲洲體最寬處為2.7 km，長為12 km，左汊為主汊，寬約1.6 km，分流比維持在95%左右，分沙比略大于分流比。梅子洲左汊出口段附近江中有潛洲存在，目前長3 570 m、寬650 m(0 m水位下)，其左汊為主汊，1971年后分流比基本穩(wěn)定在85%。梅子洲左汊主泓呈“S”形走向，主泓由上游大勝關(guān)導(dǎo)入梅子洲左緣形成洲頭彎頂之后，逐漸過渡到左岸，在九袱洲形成左岸彎頂，而后在浦口宏波碼頭以下向右過渡與梅子洲右汊、潛洲右汊的出流匯合進入下關(guān)—浦口段，下關(guān)—浦口段河床窄深，主流居中偏向右側(cè)，自1955年起對下關(guān)、浦口兩岸進行了沉排、沉樹護岸工程，以后又有所加固和延長，河勢基本保持穩(wěn)定。

2.2 航道布置及航標配布情況

擬建工程位于長江干線蕪湖至南京河段，根據(jù)《長江干線通航標準》(JTS180-4-2015)，該段航道為I級航道，按照I-(1)航道尺度標準進行維護，航標配布按照一類航標配布，航道維護尺度為：航寬500 m，彎曲半徑1 050 m，維護水深6～9月份10.5 m，其他月份9.0 m，保證率98%。工程河段航道布置為沿岸航道，長江干線蕪湖長江大橋—瀏河口河段2017年航道分月計劃維護水深見表1。

工程位于長江南京水道中段，常年配布有標志13座，分別為4座紅浮、5座黑浮和4座塔形側(cè)面岸標。工程局部河段為沿岸航道，根據(jù)航標配布情況，南京水道下段航道左側(cè)界限以#145黑浮、#146黑浮、#147黑浮、#148黑浮的連線確定，右側(cè)界限以梅子洲頭塔形側(cè)面岸標沿岸距水沫線100 m、#146-1紅浮、#146紅浮、#145紅浮連線確定。

目前南京長江第五大橋南、北岸臨時碼頭已建，為確保附近水域通航安全，配布5座施工專用浮，左岸側(cè)分別為：五橋北側(cè)施工#1、#2、#3專用浮，右岸側(cè)分別為：五橋南側(cè)施工#1、#2專用浮。

工程河段航道布置及航標配布情況見圖3。

表1 長江干線南京—瀏河口航道分月維護水深一覽表Tab.1 A list of monthly maintaining channel depth from Nanjing to Liuhekou reach in Yangtze River m

注：表中航道水深江陰以上為實際水深，江陰以下為理論最低潮面下水深。

圖3 工程河段航道布置及航標配布圖Fig.3 Arrangement of channel and distribution of beacon in engineering river reach

2.3 航行規(guī)則及分道航法

按照《長江江蘇段船舶定線制規(guī)定》(2013)，船舶定線制遵循大船小船分流、避免航路交叉、各自靠右航行及過錯責任原則，航道以500 m航道寬度為標準，在深水航道內(nèi)設(shè)置的上、下行通航分道、分隔帶分別占航標標示航道寬度2/5、2/5、1/5。南京水道不設(shè)置小型船舶推薦航路。

3 大橋施工對航道條件和船舶航行的影響

3.1 大橋施工具體方案

(1)第一階段：2017年3月至2017年5月，共3個月。鉆孔平臺搭設(shè)和鋼護筒沉放。中主墩施打靠近北側(cè)航道邊線的防撞墩鋼管樁(9根樁，施工工期2 d)。

(2)第二階段：2017年6月至2018年1月，共8個月。中墩施工水域?qū)挾?00 m，滿足鉆孔樁施工、鋼圍堰封底、承臺施工。鋼圍堰吊裝需施工水域?qū)挾?50 m，施工時間僅2 d，可采取臨時警戒維護和通航管制措施，不需調(diào)整航道。

(3)第三階段：2018年2月至2018年6月，共5個月。中墩施工水域?qū)挾日{(diào)整為250 m，滿足浮吊安裝標高+58.5 m以下鋼塔節(jié)段的需要。

(4)第四階段：2018年7月至2019年3月，共9個月。采用塔吊安裝鋼塔。

(5)第五階段：2019年4月至2020年3月，共16個月。鋼混疊合梁安裝時，浮吊占用水域及中墩南側(cè)臨時支墩占用水域?qū)挾容^大，施工水域?qū)挾刃?50 m。標準梁段安裝每半天可吊裝一節(jié)，每次吊裝時采取臨時警戒維護和臨時通航管制措施，可滿足吊裝需要。每節(jié)鋼箱梁吊裝占用航道6 h，上行航道占用14次，下行航道占用31次。

(6)第六階段：2020年4月至2020年10月。鋼混疊合梁合龍后，拆除臨時支墩，至2020年10月，拆除中墩臨時支墩。

(7)第七階段：2020年10月以后。臨時結(jié)構(gòu)拆除完成后，可布置永久航道。

為盡量減少大橋施工對過往船舶的影響，施工水域做動態(tài)調(diào)整。

3.2 大橋施工對航道條件的影響

(1)北主墩施工占用通航水域，影響上行船舶的正常航行。施工占用水域垂直水流方向距離已建北岸臨時碼頭前沿60 m，總寬300 m，順水流方向500 m。

(2)南主墩施工占用通航水域，影響下行船舶的正常航行。占用現(xiàn)航道邊線至南岸臨時碼頭前沿水域110 m，總寬度258 m，順水流方向500 m。

(3)中主墩施工占用通航水域，影響上下行船舶的正常航行。需設(shè)置70 m寬鉆孔平臺，鉆孔平臺順水流方向長90 m，考慮中主墩混凝土供應(yīng)，在上游設(shè)置70 m寬、90 m長的水上平臺，用于布置水上攪拌站。施工平臺(含鉆孔平臺)順水流方向總長180 m，垂直水流方向?qū)?0 m?？紤]鉆孔平臺搭設(shè)及拆除、鋼圍堰吊裝、浮吊安裝鋼塔、鋼混疊合梁安裝施工期間大型船舶拋錨作業(yè)，根據(jù)不同施工工序船舶作業(yè)要求，施工水域?qū)挾葹?50 m，順水流方向長度不可小于500 m，其他施工期間占用水域?qū)挾炔豢尚∮?00 m。

(4)中主墩施打靠近北側(cè)航道邊線的防撞墩鋼管樁(9根樁，施工工期2 d)，需臨時占用雙向通航主航道水域，占用寬度70 m，影響雙向通航主航道上下行船舶的正常航行(圖4)。

圖4 中主墩防撞墩施打臨時占用 水域布置圖(單位：m)Fig.4 Layout of temporary occupied water area for building of anti-collision pier of middle main pier during construction

3.3 大橋施工對船舶通航的影響

(1)施工水域占用長江深水航道，該工程附近為長江干流交通密集河段，施工船舶作業(yè)時受過往船舶的影響較大。航經(jīng)該水域的船舶性能存在一定的差異，船隊拖帶船組操縱性能受限，速度控制和轉(zhuǎn)向能力差，小型船舶駕引人員素質(zhì)不高，以及其它不確定因素導(dǎo)致的失控等異常情況而誤入施工水域，與施工船舶發(fā)生碰撞。

(2)打樁施工水域緊鄰上下行通航分道，船舶近距離會遇、追越，兩船之間產(chǎn)生的流體作用，將使船舶出現(xiàn)相互吸引、排斥、轉(zhuǎn)身、波蕩等現(xiàn)象，受船間效應(yīng)影響明顯，在大型船舶尾浪影響下容易發(fā)生振蕩、搖擺，影響施工作業(yè)工藝，情況嚴重時甚至造成錨鏈斷裂、船舶傾覆。

(3)施工運輸船舶對交通環(huán)境的影響：增加了通行水域的交通流密度，運輸船舶掉頭、穿越、靠離等作業(yè)，增加了相應(yīng)水域的通航安全風險，順航道行駛時，遇突發(fā)性事故采取措施時對同流向船舶有影響。

(4)施工作業(yè)其他影響：

①夜間施工時，照向江面的照明燈光，會對過往船舶夜間正常瞭望產(chǎn)生影響，減小航行船舶瞭望距離，因此過往船舶夜間航行應(yīng)謹慎駕駛。同時施工單位對施工作業(yè)船燈光應(yīng)加強管理，對靠通航水域一側(cè)的燈光用遮光板予以遮擋。

②施工作業(yè)船舶如發(fā)生火災(zāi)、爆炸、沉船、走錨漂航等事故，可能對附近水域船舶安全航行、作業(yè)及下游碼頭、錨地等構(gòu)成威脅。

(5)工程所在河段長江航道為深水航道，上下游橋區(qū)、碼頭、錨地、停泊區(qū)較多，船舶流密集，會遇態(tài)勢復(fù)雜。施工船舶尤其在深水航道邊緣施工作業(yè)時，應(yīng)加派警戒(維護)船進行通航維護，警戒船要嚴格承擔起施工安全作業(yè)的警戒作用，密切注意附近船舶動態(tài)，提醒遠離本工程施工安全作業(yè)區(qū)，清理施工作業(yè)水域免受他船干擾，保障施工安全。

(6)施工船舶在定位施工的同時，應(yīng)加派專職了望人員(目視和雷達了望)，增加對附近船舶和通航態(tài)勢的警戒，做好VHF值守。

3.4 人類活動對大橋施工的影響分析

擬建工程位于長江下游南京水道，施工占用長江江蘇段船舶定線制規(guī)定的深水航道，發(fā)生事故的風險存在，人類活動對大橋施工的影響主體為過往橋區(qū)施工水域的船舶及施工船舶，影響的形式主要為碰撞、火災(zāi)、爆炸、沉船、走錨、漂航等。

4 大橋主橋水上施工期航道布置調(diào)整方案

4.1 航道布置研究

由于大橋施工對航道條件的影響較大，主要表現(xiàn)為：北主墩施工占用通航水域，影響上行船舶的正常航行；南主墩施工占用通航水域，影響下行船舶的正常航行；中主墩施工占用通航水域，影響上下行船舶的正常航行；中主墩施打靠近北側(cè)航道邊線的防撞墩鋼管樁(9根樁，施工工期2 d)，需臨時占用雙向通航主航道水域，占用寬度70 m，影響雙向通航主航道上下行船舶的正常航行。鑒于此，必須將施工水域與通航水域合理分開，科學(xué)布置航道，讓過往船舶分道通航、各行其道。

(1)主航道布置。

考慮到上游大勝關(guān)鐵路橋下行船舶與橋區(qū)施工期通航水域的銜接，下行船舶主要沿現(xiàn)行主航道中心線航行，受限于橋區(qū)施工水域，施工期主航道偏靠右岸側(cè)布置，水深條件較好，航行基準面以下的水深在9 m以上，主要通航大型船舶。

(2)小型船舶上行航道。

為減輕主航道通航的壓力，避免海損事故的發(fā)生，危及橋梁施工，考慮上行小型船舶的航行習(xí)慣，將小型船舶上行航道布置在左岸側(cè)，航行基準面以下的水深在5m以上，滿足小型船舶吃水要求。

4.2 航道布置技術(shù)參數(shù)

(1)主航道雙向航道尺度。

航道寬度不小于400 m，航道水深滿足現(xiàn)行維護水深要求。

(2)小型船舶上行航道尺度。

航道寬度不小于150 m，航道水深不小于5 m。

4.3 航道布置調(diào)整方案

根據(jù)施工方案，對施工期航道布置進行調(diào)整，調(diào)整方案為：在南主墩、中主墩施工水域之間布置雙向通航主航道，航道寬度不小于400 m，航道水深滿足現(xiàn)行維護水深要求；在北主墩、中主墩施工水域之間布置小型船舶上行航道，航道寬度不小于150 m，航道水深不小于5 m(圖5)。

圖5 施工期航道布置調(diào)整圖(單位：m)Fig.5 Adjustment chart of channel layout during construction

5 航標配布方案

5.1 航標配布研究

根據(jù)上述航道布置的研究，橋區(qū)施工期專設(shè)航標配布主要分為兩個部分：一是主航道及小型船舶上行航道專設(shè)航標布設(shè)，二是橋區(qū)施工占用水域(南塔、北塔、中塔)專設(shè)航標配布。主航道及小型船舶上行航道專設(shè)航標主要將航道界限標識清楚，與上下游航道平順銜接，采用航行標志中的側(cè)面浮標；橋區(qū)施工占用水域(南塔、北塔、中塔)專設(shè)航標主要將施工占用水域標識明確，區(qū)分于通航水域，采用專用標志中的專用浮標。

5.2 航標配布原則

(1)滿足《內(nèi)河助航標志》(GB5863-93)標志配布原則，根據(jù)船舶航行習(xí)慣及大橋施工作業(yè)要求，綜合考慮周圍環(huán)境等因素，力求科學(xué)合理，安全暢通，利于船舶航行，便于維護管理，保障通航與施工安全。

(2)施工區(qū)航標配布盡量雙側(cè)對應(yīng)設(shè)置，施工區(qū)以外，航標也應(yīng)盡量雙側(cè)對應(yīng)設(shè)置，準確明了地標示航道界限和通航、禁航水域，方便船舶引用。

(3)大橋施工水域施工船舶及航行船舶眾多，目標混雜、燈光紊亂，所配布的航標應(yīng)顏色鮮明，設(shè)置的燈光明亮，易于識別，能警示航行船舶不得駛?cè)胧┕そ剿颉?/p>

(4)采用技術(shù)先進、助航效果良好、安全可靠、日常維護方便的航標器材。

5.3 航標配布種類

南京長江第五大橋主橋水上施工期需配布的航標種類有:橋區(qū)側(cè)面標和橋區(qū)左右通航標，施工占用水域?qū)Ｓ脴酥炯胺雷捕站緲恕?/p>

5.4 南京長江第五大橋主橋水上施工期航標配布方案

(1)主航道航標配布調(diào)整方案。

①雙向通航主航道：橋軸線以下400 m處設(shè)置第一對標志，設(shè)標寬度不小于400 m，命名為五橋施#1黑浮(綠單閃)，五橋施#1紅浮(紅單閃)；橋軸線以上600 m處設(shè)置第二對標志，設(shè)標寬度不小于400 m，命名為五橋施#2黑浮(綠雙閃)，五橋施#2紅浮(紅雙閃)。橋軸線下游1.5 km處設(shè)置1座左右通航浮，命名為五橋施下左右通航浮(白三閃)；將#147黑浮改設(shè)為左右通航浮，命名為五橋施上左右通航浮(白三閃)。

②小型船舶上行航道：橋軸線以下400 m中塔施工水域左側(cè)設(shè)置側(cè)面浮標1座，命名為五橋北#1紅浮(紅單閃)；橫距中塔施工水域150 m處設(shè)置1座側(cè)面浮標，命名為五橋北#1白浮(綠單閃)；橋軸線以上250 m中塔施工水域左側(cè)設(shè)置側(cè)面浮標1座，命名為五橋北#2紅浮(紅雙閃)；橫距中塔施工水域150 m處設(shè)置1座側(cè)面浮標，命名為五橋北#2白浮(綠雙閃)；在橋上游距橋軸線750 m與五橋施上左右通航浮對應(yīng)處設(shè)置側(cè)面浮標1座，命名為五橋北#3白浮(綠單閃)。

③拆除原設(shè)置的#146-1紅浮，對應(yīng)調(diào)整#147紅浮，改設(shè)為五橋施#3紅浮。

(2)專用航標配布方案。

圖6 南京長江第五大橋主橋水上施工期 航標配布圖Fig.6 Layout of navigation mark on main bridge of Nanjing Yangtze River fifth bridge during water construction

①北塔施工水域：在施工水域外側(cè)上下游2個角點設(shè)置專用浮，下游角點標志命名為北塔施#1專用浮(黃快閃)，上游角點標志命名為北塔施#2專用浮(黃快閃)。

②中塔施工水域：在施工水域右側(cè)上下游2個角點設(shè)置專用浮，下游角點標志命名為中塔施#1專用浮(黃快閃)，上游角點標志命名為中塔施#2專用浮(黃快閃)；左側(cè)由北#1、2紅浮同時標示施工水域界限。

③南塔施工水域：在施工水域外側(cè)上下游2個角點設(shè)置專用浮，下游角點標志命名為南塔施#1專用浮(黃快閃)，上游角點標志命名為南塔施#2專用浮(黃快閃)。

④拆除標志：原設(shè)置的五橋北側(cè)、南側(cè)臨時碼頭施工專用浮，分別為五橋北側(cè)施工#1、#2、#3專用浮，五橋南側(cè)施工#1、#2專用浮。

(3)防撞墩警示標：中主墩施打靠近北側(cè)航道邊線的防撞墩鋼管樁9根，在每根鋼管樁頂部設(shè)置防撞墩警示標(包括警示標和警示燈)。

(4)動態(tài)調(diào)整：為盡量減少大橋施工對過往船舶的影響，根據(jù)水深條件的變化及施工水域占用的情況，同步調(diào)整相關(guān)標志標位。

共新建Φ3 050 mm浮鼓14座(包括備用)，10 m鋼質(zhì)標志船22艘(包括備用)，防撞墩警示標18座(包括備用)。

主橋水上施工期航標統(tǒng)一采用同步閃，提升助導(dǎo)航和警示效果。

具體航標配布見圖6。

圖注坐標和水深均依據(jù)長江南京航道處2016年12月份的測圖，測時水位1.70～2.10 m。

6 結(jié)語

本研究成果得到了長江航道主管部門和海事管理機構(gòu)的認可，已運用于南京第五長江大橋施工實踐，反映良好。回顧南京長江第五大橋主橋水上施工期航標配布和航道維護專題研究，對于橋區(qū)航道布置及航標配布有以下認識和體會：

(1)橋區(qū)施工期航標配布牽涉面廣、復(fù)雜性大、技術(shù)性高，事關(guān)橋梁施工安全和通航船舶航行安全，必須高度重視，嚴格按照相關(guān)技術(shù)標準規(guī)定要求，結(jié)合橋區(qū)航道和橋梁施工特點，科學(xué)合理分析，提出切實可行的施工期航道布置和航標配布方案。

(2)在橋區(qū)專設(shè)航標配布研究中應(yīng)充分考慮解決施工與通航的矛盾以及航道布置與船舶航路設(shè)置的矛盾，將規(guī)范的嚴肅性與現(xiàn)場的針對性有機結(jié)合，合理劃定通航水域和施工水域，科學(xué)設(shè)置航標，為橋梁施工和船舶航行提供支持和保障。

(3)為盡量減少大橋施工對過往船舶的影響，應(yīng)根據(jù)水深條件的變化及施工水域占用的情況，同步調(diào)整相關(guān)標志標位。