上海市科技研究项目课题研究大纲.docx
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上海市科技研究项目课题研究大纲
上海市科技研究项目
课题研究大纲
项目名称:
东海大桥工程项目
课题名称:
东海大桥非通航孔防撞设施及管理研究
承担单位:
上海市深水港工程建设指挥部大桥分指挥部
中交第一航务工程勘察设计院
上海市海事局
2004年4月
目录
前言1
一、国内外现状、水平和发展趋势2
二、攻关的主要内容、关键技术和考核指标3
(一)主要内容3
(二)关键技术5
(三)考核指标6
三、攻关的技术路线、采取的技术措施6
(一)研究采用的技术路线6
(二)研究采取的技术措施7
四、主要技术经济指标8
五、承担单位、参加单位的分工8
六、攻关进度、分阶段安排10
七、预期提出的成果形式11
八、经费及其它11
附图:
1、东海大桥位置图
2、东海大桥总平面布置图
3、总体布孔图
前言
上海国际航运中心洋山深水港区位于杭州湾口崎岖列岛的大小洋山海域,是上海港在21世纪为适应国际集装箱船舶大型化、干线化,解决上海港深水泊位不足、进一步提高上海港的综合能力、适应集装箱运输高速增长的需求、参与东北枢纽港地位的国际竞争而新建的集装箱港区。
建成后,港区将拥有第五代以上集装箱专业泊位35个,带动长江三角洲、长江流域和我国沿海地区及全国广大的内陆地区的集装箱运输的发展,成为国际集装箱枢纽港。
作为洋山深水港区的关键配套设施——东海大桥,是上海国际航运中心洋山港区重要的配套工程,是洋山港区的集装箱陆路集疏通道,是洋山深水港区水、电、通讯供应的生命线,是将外海的洋山港区与上海紧密相连的唯一通道。
东海大桥起始于上海浦东南汇的芦潮港,跨越杭州湾北部海域,直达浙江省嵊泗县崎岖列岛的小洋山。
包括:
芦潮港新老大堤之间约2.26km的陆上段、芦潮港至嵊泗县崎岖列岛的小乌龟岛之间约24.5km的跨海段以及小乌龟岛至小洋山岛之间约4.35km的港桥连接段,东海大桥全长约32公里。
在大桥所处的海域间设通航孔四处。
其中通行能力为5000t级主通航孔一处:
跨径为420m的单向通航孔,通航净高40m;1000t级辅通航孔一处:
跨径为140+140m的双向通航孔,通航净高25m;500t级辅通航孔二处:
跨径分别为120+120m和160+160m的双向通航孔,通航净高17.5m。
东海大桥通航孔桥墩的防撞设施已在大桥设计中充分给予考虑。
但,占全桥桥长90%,跨径分别为60米、70米的非通航区域内的394座桥墩,设计中仅考虑承受较小的撞击力。
由于大桥所处的海域是江苏长江口至浙江的海上通道,又属东海渔场,浙江的杭州湾大桥也在开始兴建,大量的工程船舶、运输船舶、渔船在此海域往返穿梭。
由于种种原因,这些船舶在航运时的随意性较大,经常出现不按规定航路航行,进入禁航区的现象,对非通航孔桥梁的安全造成极大的威协。
只要有一个桥墩被进入禁航区船舶撞击,就有可能造成灾难性的后果,大桥的交通就可能面临瘫痪的危险,洋山港区将遇到停产的威胁。
鉴于东海大桥对上海国际航运中心洋山港区的重要性,必须通过采取监视、管理及布置防护设施等手段,在非通航水域建立安全保障设施,禁止船舶驶入禁航区域,避免船舶对非通航水域桥墩的直接撞击。
如此长距离的跨海大桥工程在我国尚属首次,确保大桥安全随之成为一项全新的课题,需要进行深入、细致、全面、系统的研究和论证。
不但要研究在非通航水域,如何监管船舶、保证船舶不驶入禁行区域,而且还要对如何设置防撞设施,保证海事事故发生时,船舶不对桥墩产生直接撞击进行探讨。
该项研究工作不仅对东海大桥工程建设具有实际意义,同时也对今后我国类似工程的建设具有十分重要的指导意义。
本课题的研究,首先将通过广泛的调研,分析非通航区附近水域的通航环境、航道、船舶交通特点及交通管理情况,研究该水域内船舶交通事故发生的原因及危胁东海大桥安全的主要潜在问题,并经数学模型试验验证,据此完成东海大桥非通航孔水域水上安全保障设施总体布局;然后通过必要的物理模型试验,验证防撞设施设计的合理性;研究并提出防护工程监控管理措施及制定确保东海大桥安全的相关法规。
另外,根据目前东海大桥海域的船舶航运现状,需将东海大桥的安全运营重要性向社会和当地船民进行广泛的宣传教育工作,不仅把相关的法律、法规向人们作广泛的解释,而且要通过一些操作手段,把相关的法律、法规送到百姓的家中,以便在日常的行为中自觉遵守相关的法律、法规。
一、国内外现状、水平和发展趋势
随着交通事业的不发展,跨江跨河桥梁不断修建,船舶撞击桥梁的事故也时有发生。
据统计,国际上在1960~1991年期间有记录的严重撞船事故有29起,共撞毁15个桥墩,45孔桥梁坍落,死亡297人。
在国内,武汉长江大桥建桥至今已发生撞桥事故70多次,南京长江大桥从1968年至1995年共发生重大撞桥事故25起。
这些事故不仅引发了桥塌、船毁、人亡及公路、水路运输线路中断等严重后果,给国家和地方造成巨大的经济损失,也给社会带来许多不良政治影响。
因此,在桥梁设计中,如何增加桥梁抵抗船舶撞击的能力、如何考虑增设防撞设施以及合理计算船舶对桥梁结构的撞击作用等,已经引起了世界各国桥梁设计和研究者的高度重视。
美国、英国、瑞典、瑞士、丹麦等许多国家早已着手进行船舶撞击桥梁方面的试验和研究,并取得了一定成果。
国内目前对船舶与桥梁撞击的研究工作也已提到议事日程。
尽管《铁路桥涵设计规范》与《公路桥涵设计规范》均列有船舶撞击力计算的近似公式与相应等级船舶撞击力的参数数值,但它仅适用于内河航道,对跨海大桥船撞力的计算并不适用。
东海大桥的通航孔的防撞设计就是借鉴美国公路桥梁设计规范(AASHTO)的有关原则和方法分析研究而定的。
对于东海大桥这样长距离的跨海大桥,若非通航孔均按通航孔标准设置防护设施,其在桥梁安全上是有保证的,但在经济上却是不合理的。
对于非通航孔的安全防护问题国内目前还没有专门的研究,国外也没有成熟的方法。
因此,结合东海大桥工程水域的特点,寻找一种既能有效保证大桥安全,在经济上又较合理的安全保障措施即是本课题研究论证工作的主要内容。
当大桥建成通车之后,保证大桥的安全运营就提到议事日程上了,因此,该课题的研究和论证工作不仅是当务之急,且势在必行。
二、研究的主要内容、关键技术和考核指标
(一)主要内容
1、分析确定非通航孔安全防范的重点和标准
通过对东海大桥水域船舶通航现状和对通船船舶吨位分布的统计分析情况,确定非通船孔拟防范的失控船舶大小和类型。
目前穿越桥区水域航线主要由申甬客班轮航线(内航路)、芦潮港至嵊泗车客渡航线(陆岛交通线)以及沿近北岸的小型船舶通航区组成。
在此工作基础上,本项研究侧重在可能对非通航孔安全构成威胁的船舶的研究分析,并重点分析研究非通航孔附近水域内的通航环境、航道、船舶交通特点及交通管理情况,分析在该水域内船舶交通发生事故的原因及危胁东海大桥安全的主要潜在因素和问题,拟定非通船孔安全、可靠、技术先进,经济合理的安全防范设施设计原则和方法。
2、确定东海大桥非通航孔水域水上安全防护体系的形式
船舶碰撞桥墩或桥梁,是意外的海损事故,无论是否设置防撞保护系统,都应该尽量避免这种碰撞。
针对防护非通航孔的特点,建立非通航孔安全防护体系最重要、最有效办法是采用航政管理和建立水上安全保护系统这两种重要手段,防止船舶进入大桥非通航孔水域,从而避免船舶碰撞非通航孔桥墩。
同时,对非通航孔桥墩也应适当考虑设置必要的防撞设施,以防止进入大桥非通航孔水域的船舶意外撞击桥梁。
本项研究工作的重点是结合东海大桥水域船舶交通特点及交通管理情况,根据本工程的特点,提出合理的、有效的水上安全防护体系的形式。
3、确定桥区水上安全监控指挥中心、相关站点的建设方案
桥区水上安全监控指挥中心是有效实施航政管理的基础,其作用是可以通过交通管理手段,达到监督、控制船舶,避免船舶进入大桥非通航孔水域的目的。
本项研究工作的重点是结合航行于东海大桥水域船舶的特点,以及港口船舶交通管理系统(VTS),确定是否需要建立独立的水上安全监控指挥中心,以及系统的构成方案等。
4、确定东海大桥非通航孔水域导助航设施的设置
导助航设施是保障船舶安全通过大桥的重要手段之一,应根据大桥的实际情况,按照国家标准《中国海区水上助航标志》和国际航标协会(IALA)《关于可航行水道上固定桥梁标志的建设》进行配布。
确定航道水上安全警戒装置、桥梁灯光警告系统、闭路电视监视设施的形式和方案。
5、确定东海大桥非通航孔防撞设施方案
航政管理、船舶交通管理、导助航设施等均是针对正常行驶船舶管理而言。
由于本海区船舶种类繁多、航行条件复杂,可能会造成船舶出现一些非正常情况,如不服从指挥、船舶失控等。
需要根据本海区的船舶特点,制订出适合本海区实际情况的、有效的、合理的非通航孔防撞设施方案以及拦截船舶的方案。
本项研究工作的重点是依据做为防撞设施所考虑的失控船舶;确定合理的防撞设施形式,以适应不同的位置区域和不同的船舶类型,对防撞设施的不同要求;找出合理的拦截船舶的水上设施,有效地拦截不服从指挥进入非通航孔水域的船舶。
6、制订确保东海大桥安全的相关法规。
争取能通过立法,从法律上保证大桥的安全。
7、研究制订对百姓进行宣传教育的形式和方法。
(二)关键技术
1、动力失效船舶漂流范围的数学模拟
分析海域内设计船型丧失动力后,在风、浪、海流等因素综合作用下,漂流的范围,确定可能受到撞击的桥墩的范围,并据此确定设置防撞设施的方案。
2、碰撞荷载计算方法及防撞设施方案的确定
我国《铁路桥涵设计规范》与《公路桥涵设计规范》中列有船舶撞击力计算的近似公式与相应等级船撞击力的参数数值。
美国《美国公路桥梁设计规范》中也有规定,国内外也有相关的研究成果。
参照并结合船舶碰撞理论及通过物模试验对船舶与跨海大桥非通航孔桥墩防撞设施的碰撞进行分析、研究,确定碰撞荷载的计算方法,并提出合理的防撞设施设计方案。
3、水上船舶拦截设施的确定
水上船舶拦截设施的设置,目前尚未有成熟的做法。
拟通过对航行船舶特点的研究,对拦截设施的布置及型式的研究,对水上巡逻站布设的研究,提出合理的水上船舶拦截设施方案。
(三)考核指标
通过本专题的攻关,
(1)完成东海大桥非通航孔水域水上安全保障设施总体布局;
(2)提出非通航孔桥墩防撞工程措施及实施方案;
(3)提出监控管理措施;
(4)提出确保东海大桥安全的相关法规建议。
三、研究的技术路线、采取的技术措施
(一)研究采用的技术路线
1、进行现场调研,走访各种船舶的船长,了解这些船只在该区域内航行的操作方法和操作思想,以及遇到突发事故采取的措施。
充分了解东海大桥水域船舶交通的特点,以及相关部门对水上安全防撞系统尤其是对非通航孔所处的海域的水上安全保障系统的具体需求。
2、进行广泛的技术调研,调查国内、国外类似水上建构筑物安全保障措施的实施现状:
了解国内、外最新的技术发展;掌握相关新设备应用情况。
3、结合已掌握的技术资料,通过调研、理论分析计算、模型试验相结合的方式,确定水上安全保障设施总体布局方案和监控中心设置方案,以及有关计算参数。
4、制订东海大桥水域船舶安全航行的有关法规。
5、编写东海大桥水域船舶安全航行的宣传手册,对广大民众进行宣传教育。
让群众了解保证大桥安全的重要性。
以便在日常的行为中自觉遵守相关的法律、法规。
6、根据国家、交通部有关的标准规范及有关专家的论证结论意见,对系统方案进行优化,并编制相关文件。
(二)研究采取的技术措施
1、组织保证
(1)成立课题研究领导小组,设立联络员,协调各参加单位的工作。
组长:
黄融(东海大桥分指挥部)
副组长:
姜允肃、祝世华(中交一航院)、智广路、常富治(上海海事局)
联络员:
周志坚(东海大桥分指挥部)、王玲(中交一航院)、沈逸民(上海海事局)
(2)将课题具体分解成专题,落实专题的承担单位、参加单位。
以研究成果达到国际
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