滬通鐵路大橋沉井浮拖穩(wěn)性及抗沉性驗算

滬通鐵路大橋沉井浮拖穩(wěn)性及抗沉性驗算胡乃輝，趙任張，北峰，劉亞飛（江蘇熔盛重工有限公司，江蘇南通226532）摘要：主要校核了滬通鐵路大橋沉井浮拖的穩(wěn)性，并進(jìn)行了抗沉性分析，計算分析表明其穩(wěn)性滿足要求，從而保證了鋼沉井整體浮拖的順利完成。關(guān)鍵詞：沉井；穩(wěn)性；氣??；拖航中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A【DOI】10.13788/ki.cbgc.2015.Z.005Air-floatingTowingStabilityAnalysisandFloodingCalculationoftheCaissonofHuTongRailwayBridgeHUNai-hui,ZhaoRen-zhang,BEIFeng,LiuYa-fei（JiangsuRongshengHeavyIndustriesCo.,Ltd.,JiangsuNantong226532,China）Abstract:ThepurposeofthisstudyismainlychecktheShanghairailwaybridgecaissonfloatingstabilityandfloodinganalysis,throughcalculationandanalysisshowthatstabilitymeettherequirements,soastoensurethesmoothcompletionofwholefloattowingsteelcaisson.Keywords:caisson;stability;air-floating;towing0引言滬通鐵路長江大橋共有6個鋼沉井，江蘇熔盛重工有限公司承建其中最大的兩個沉井8#鋼沉井和29#鋼沉井，沉井整體質(zhì)量均大于11000t,由于航道的吃水限制，均采用水上浮拖的運輸方案。本文以滬通鐵路大橋沉井總段為研究對象，對其進(jìn)行浮拖穩(wěn)性及阻力分析。1“沉井28#和沉井29#'主要參數(shù)沉井28#的長度為86.9m，寬度為58.7m，高度為44m，質(zhì)量為14500t；沉井29#的長度為86.9m，寬度為58.7m，高度為59m，質(zhì)量為17000t?！俺辆?8#”和“沉井29#”底節(jié)平面布置均為24個12.8mx12.8m井孔，倒圓半徑為7.45m。2穩(wěn)性核算[1][5]本計算以28#墩鋼沉井為例進(jìn)行計算，分別取吃於m、7.5m、7m。28#墩鋼沉井浮運總質(zhì)量（包括剛沉井結(jié)構(gòu)自重、刃腳混凝土、錨碇系統(tǒng)加固結(jié)構(gòu)、沉井頂面施工設(shè)備自重、助浮井蓋結(jié)構(gòu)等質(zhì)量）約為500t。鋼沉井浮運過程中采取封閉井孔措施進(jìn)行助浮，江水密度為.002t/m，沉井重心高度為22m，助浮后的鋼沉井穩(wěn)性計算由上海海事大學(xué)進(jìn)行計算（表1）。表128#墩鋼沉井穩(wěn)性計算助浮后要求吃水d/m水線面面積A/m2橫向初穩(wěn)性高度仔心/m縱向初穩(wěn)性高度仔心/m8.003164.2131.33111y47.957.503164.2133.2650.987.003164.2135.4354.42由表1可知：1）28#墩鋼沉井助浮后當(dāng)吃水8m時，橫向初穩(wěn)性高度GM為31.33m，縱向初穩(wěn)性高度GM為47.95m采xy取助浮措施后沉井具有良好的穩(wěn)性。

28#沉井助浮后當(dāng)吃水7.5m時助浮措施后沉井具有良好的穩(wěn)性。28#沉井助浮后當(dāng)吃水7.0m時助浮措施后沉井具有良好的穩(wěn)性。橫向初穩(wěn)性高度GM為33.26m28#沉井助浮后當(dāng)吃水7.5m時助浮措施后沉井具有良好的穩(wěn)性。28#沉井助浮后當(dāng)吃水7.0m時助浮措施后沉井具有良好的穩(wěn)性。橫向初穩(wěn)性高度GM為35.43m，縱向初穩(wěn)性高度GM為54.42m，采取

xy3沉井抗沉性計算圖1沉井壁板隔倉示意28#墩鋼沉井外井壁板間距1.8m，內(nèi)側(cè)壁板間距1.3m，內(nèi)外側(cè)壁板底口封閉，通過井壁分為35個獨立封閉隔倉，沉井壁板隔倉部位如圖1圖1沉井壁板隔倉示意鋼沉井浮運拖航采取對部分井孔進(jìn)行封閉后充氣加壓的方式，使鋼沉井的整體吃水深度減少到m，以滿足鋼沉井出塢和浮運要求的吃水深度。封閉井孔共計2個，編號為F1-F12，平面布置如圖1所示。3.1鋼沉井自然起浮時的吃水深度鋼沉井結(jié)構(gòu)自重及錨碇系統(tǒng)設(shè)備、鋼結(jié)構(gòu)加固、輔助施工設(shè)施等質(zhì)量合計14500t，在不采用任何助浮措施情況下吃水深度計算如表2所示。表2沉井抗沉性計算項目沉井重量排水井壁隔倉數(shù)量沉井吃水深度28#墩鋼沉井14500t35個10.95m3.2鋼沉井井孔封閉充氣助浮為滿足鋼沉井出塢吃水深度不大于8m的需要，對鋼沉井中間12個井孔進(jìn)行了封閉，浮運時往封閉井孔內(nèi)充氣加壓，增加鋼沉井排水體積減小鋼沉井吃水深度在將沉井吃水深度調(diào)整為8m時，封閉井孔內(nèi)壓力位134.2kPa,井孔內(nèi)水深4.64m，在此工況下鋼沉井整體吃水深度計算如表所示。表3沉井抗沉性計算項目沉井重量排水井壁隔倉數(shù)量封閉井孔面積沉井吃水深度鋼沉井14500t35個12X159.34E28m3.3一個井孔充氣失效后的應(yīng)急預(yù)案[2][3]浮運過程中，如發(fā)生意外情況，致使一個井孔封閉失效。此時需對其余11個封閉井孔的氣壓進(jìn)行調(diào)整，滿足鋼沉井的整體穩(wěn)定，并盡可能使鋼沉井整體吃水深度不出現(xiàn)明顯的增大，以保證鋼沉井浮運拖航的安全。當(dāng)一個封閉井孔發(fā)生損壞致封閉失效后，如圖中F1井孔封閉失效，此時，將利用鋼沉井封閉井孔氣壓的監(jiān)測補(bǔ)壓系統(tǒng)，對其余完好的封閉井孔進(jìn)行氣壓調(diào)整，如表計算所示。表4井孔F1失效后其余井禮氣壓調(diào)整計算封閉井倉井孔失效前井孔1失效后井孔中心距沉井中心線m不平衡力矩/t-m氣壓變化值/kPa變化后氣壓值/kPa井孔內(nèi)水高度/m編號面積/m2氣壓/kPa凈上托力/t氣壓/kPa凈上托力/txyxyF1159.34134.2534.9101.30.0-21.1521.15-1131411314失效101.38.00F2159.34134.2534.9145.2713.8-21.157.051250-378311145.23.52F3159.34134.2534.9145.2713.8-21.15-7.05-1261-378311145.23.52F4159.34134.2534.9134.2534.9-21.15-21.15000134.24.64F5159.34134.2534.9134.2534.9-7.05-21.15000134.24.64F6159.34134.2534.9134.2534.97.05-21.15000134.24.64F7159.34134.2534.9123.2356.121.15-21.153783-3783-11123.25.77F8159.34134.2534.9134.2534.921.15-7.05000134.24.64F9159.34134.2534.9134.2534.921.157.05000134.24.64F10159.34134.2534.9134.2534.921.1521.15000134.24.64F11159.34134.2534.9145.2713.87.0521.153783126111145.23.52F12159.34134.2534.9145.2713.8-7.0521.153783-126111145.23.52沉井中心不平衡力矩34.4-34.4封閉井孔提供的上托力6419.16420.8根據(jù)計算結(jié)果，當(dāng)F1井孔封閉失效后，通過鋼沉井封閉井孔氣壓監(jiān)測及補(bǔ)壓系統(tǒng)，對2、F3、F11、F12共4個井孔的氣壓加大11kPa,此時井孔內(nèi)封閉氣壓達(dá)到145.2kPa,井孔內(nèi)水深減少至3.52m；同時將F7井孔內(nèi)的封閉氣壓減少11kPa，使井孔封閉氣壓減少至123.2kPa,井孔內(nèi)水深增大至5.77m。井孔調(diào)整后，封閉井孔提供的上托力基本不變，鋼沉井的整體吃水深度亦基本不變，鋼沉井中心不平衡力矩使鋼沉井基本不發(fā)生可見的傾斜。本鋼沉井井孔封閉的井蓋設(shè)計氣壓為60kPa，封閉井孔內(nèi)水深設(shè)計最小值為.8m，上述各井孔氣壓調(diào)整后的氣壓及井孔內(nèi)水深均滿足井蓋的設(shè)計要求。3.4當(dāng)出現(xiàn)一側(cè)4個封閉井孔失效后的應(yīng)急預(yù)案4]當(dāng)浮運過程中發(fā)生意外情況，致使沉井一側(cè)的個相鄰井孔封閉失效，此時沉井將出現(xiàn)較大傾斜，此時需對其余8個封閉井孔的氣壓進(jìn)行調(diào)整，以保證鋼沉井的整體穩(wěn)定。設(shè)圖中的F1井孔封閉失效，此時將利用鋼沉井封閉井孔氣壓的監(jiān)測補(bǔ)壓系統(tǒng)，對其余完好的封閉井孔進(jìn)行氣壓調(diào)整。根據(jù)計算結(jié)果，當(dāng)鋼沉井長邊一側(cè)昨1、F10、F11、F12井孔封閉失效后，通過鋼沉井封閉井孔氣壓監(jiān)測及補(bǔ)壓系統(tǒng)，對F2、F9共2個井孔的氣壓加大16kPa，此時孔內(nèi)封閉氣壓達(dá)到150.2kPa,井孔內(nèi)水深減少至3.01m；將F3、F8井孔內(nèi)的封閉氣壓減少25kPa，使井孔封閉氣壓減少至109.2kPa,井孔內(nèi)水深增大至7.19m；將F4、F5、F6、F7井孔內(nèi)的封閉氣壓減少26kPa,使井孔封閉氣壓減少至108.2kPa,井孔內(nèi)水深增大至7.3m。井孔調(diào)整后，封閉井孔提供的上托力減少4123t，鋼沉井的整體吃水深度增加至9.56m，鋼沉井中心不平衡力矩使鋼沉井僅能出現(xiàn)極小的傾斜。本鋼沉井井孔封閉的井蓋設(shè)計氣壓為160kPa,封閉井孔內(nèi)最低水深設(shè)計為2.8m，上述各井孔氣壓調(diào)整后的氣壓及井孔內(nèi)水深均能滿足鋼沉井助浮設(shè)計要求。由于此時鋼沉井整體吃水深度加大至）.56m，鋼沉井在對水速度2.0m/s時的拖航阻力為1653kN，沉井拖航編隊在該速度下的總阻力為1812.7kN；鋼沉井在對水速度2.5m/s時的拖航阻力增大至2681kN,沉井拖航編隊在該速度下的總阻力為2840.7kN,均小于拖航拖輪有效拖力306.12t約合3000kN的總有效拖航力。為確保鋼沉井拖航作業(yè)的安全，當(dāng)發(fā)生上述意外時，鋼沉井在對相應(yīng)的井孔進(jìn)行氣壓調(diào)整后，沉井的拖航對水速度應(yīng)控制在2.0m/s以下。4結(jié)語經(jīng)過計算，沉井穩(wěn)性、抗沉性均滿足要求。后經(jīng)工程實際驗面8#和29#號沉井各項指標(biāo)滿足計算要求，均成功出塢并安裝到位。參考文獻(xiàn)：黃祥鹿.船舶與海洋結(jié)構(gòu)運動的隨機(jī)理證M].上