CN102926355A - 一种适应大水位变幅的独立式区域性防撞装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适应大水位变幅的独立式区域性防撞装置，它包括两个导向井，每个导向井的井室中设有随水位自动升降的浮筒，导向井上开有使井室与外部相贯通的竖直导向槽口，弧形防撞带的两端分别穿过两导向井上的竖直导向槽口与对应的浮筒连接形成水上防撞保护区。本发明施工难度较小、成本相对较低，对水流和航道影响小，具有承受巨大碰撞力的能力，既能够防止船舶撞击水上设施或人工建筑，又能够最大限度地确保船舶撞击后的安全性，实现双重保护的目标。

Description

一种适应大水位变幅的独立式区域性防撞装置

技术领域

本发明涉及船舶在水面航行时防止其与水上设施或人工建筑发生碰撞技术的创造，具体为涉及一种适应大水位变幅的独立式区域性防撞装置，属于大型建筑防灾减灾与通航安全保障领域。

 

背景技术

水运运输具有运量大、投资少、成本低等突出优点,目前正处于飞速发展时期。近年来，船舶因失控或操作失误撞击水上设施和跨江建筑的事件时有发生。据统计，仅2007年1月至2010年1月三年间，全国发生的大小船撞事故共计两百余起。为了保障船舶通航安全与大型建筑运行安全，需对水上设施和跨江建筑进行防船撞保护。

拱型桥梁作为西部跨江河流的主要桥型，是需进行防船撞保护的典型跨江建筑。以拱桥为例：水利枢纽修建后，拱桥的桥区通航环境发生较大变化，高水位蓄水期间，拱桥的拱座、拱圈及支墩部分淹没在水中，一旦操作失误或船舶失控，船舶极有可能撞击拱桥，造成桥毁人亡的严重后果。由于拱桥结构本身防撞能力较弱，必须独立于拱桥结构本身设立防撞设施，通过设立防撞设施对拱座、拱圈及支墩实现区域性防护。

国内外目前采用的防撞系统主要有三大类：附着式防撞系统、独立式防撞系统、人工岛防撞系统。以上三类系统对于一般建筑的保护是可行的，但无法解决大水位变幅下防撞结构的区域性防撞难题。

中国发明专利CN101748707A公布了一种水上升降式防撞装置，它主要由两导向基桩、两浮套和一弧形防撞浮带构成，两个浮套分别活动地套在对应的导向基桩上，弧形防撞浮带的两端分别与两浮套连接。该专利解决了大水位变幅下防撞结构的区域性防撞难题，但由于浮套套在对应的导向基桩上随水位升降，大水位变幅下，导向基桩裸露高度较高，属于细长杆件，故抗冲击性较差，容易失稳，且嵌入基岩较深。同时该结构容易缠绕漂浮物，导向可靠性较差。上述专利中的弧形防撞浮带采用钢管混凝土结构，在撞击部位，底部浮箱受损严重，容易导致两个节段破损进水，从而影响到整个防撞设施的运行稳定性。同时钢管应力小区域会超出塑性变形，且内外管间的混凝土应力容易超标，除撞击部位外，其他部位也有大区域的混凝土应力超标可能，以上原因都会导致其防撞能力减弱。从施工方面看，水上灌注混凝土不仅工艺难，而且周期长，混凝土灌注中容易脱空，施工难度大。从维修角度看，船舶撞击后，由于混凝土结构的抗拉性能弱，易造成大面积碎裂，无法起到承力作用，更换困难，且无法维护，即维护难度大。

 

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种施工难度较小、成本相对较低的适应大水位变幅的独立式区域性防撞装置。本防撞装置对水流和航道影响小，具有承受巨大碰撞力的能力，既能够防止船舶撞击水上设施或人工建筑，又能够最大限度地确保船舶撞击后的安全性，实现双重保护的目标。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种适应大水位变幅的独立式区域性防撞装置，它包括两个导向井，每个导向井的井室中设有随水位自动升降的浮筒，导向井上开有使井室与外部相贯通的竖直导向槽口，弧形防撞带的两端分别穿过两导向井上的竖直导向槽口与对应的浮筒连接形成水上防撞保护区。

本水上升降式防撞装置由防撞带、浮筒与导向井三部分组成。防撞带为弧形布置型式，其主要功能：一是承担、吸收和传递船舶碰撞力，预防船舶进入桥梁保护区；二是可使船舶碰撞防撞带时适当拨开船头，使船舶改变航行方向，减轻船舶受损程度；三是保持水上浮态，适应桥区水位变化。浮筒固定于防撞带端部，置于导向井内，可随水位沿导向井竖向槽口自适应水位上下升降。导向井勘建在大桥两岸的边坡上，导向井通过对浮筒的约束与定位，实现对防撞带的平面定位与竖向导向，并承担和传导防撞带经由浮筒传递至导向井的作用力。

所述防撞带由若干节独立密闭浮体首尾相连而构成，密闭浮体包括外层管材和内层管材，外层管材和内层管材两端各通过同一块密封板密封，密封板上设置有通至内层管材的检修用水密门；外层管材和内层管材之间设有环形横隔板，相邻两环形横隔板之间沿管材轴向等角度设有若干纵向隔板；在外层管材上端设有可进入外层管材和内层管材之间腔室的检修门，所有环形横隔板和所有纵向隔板上设有检修用的人孔。本发明防撞带由若干节独立密闭浮体构成，这样即使某节出现渗水现象，也不影响防撞带整体浮于水面。在相邻两环形横隔板之间设有环形加强筋，环形加强筋至少设于外层管材内壁上或者内层管材外壁上；在相邻两纵向隔板之间设有纵向加强筋，纵向加强筋至少设于外层管材内壁上或者内层管材外壁上。环形加强筋和纵向加强筋可以进一步增加防撞带的刚度和强度。防撞带内部设置配重结构以使防撞浮处于需要的浮态（即水上水下各是多少高度，浮态应根据实际需要灵活调整）。实施例中放置素混凝土块配重（也可以是水配重）以使防撞带浮于水中时水上水下各为一半高度。

所述浮筒在防撞带两端部各布置一个，由两端密闭的管材构成，浮筒内设有若干纵隔板和横隔板，纵隔板呈“井”字布置；所述浮筒内设有若干纵向和横向加强筋。该结构可以保证浮筒的刚度和强度。

所述浮筒外壁沿圆周方向等角度设置有若干竖向的拱形橡胶护舷；在浮筒顶面沿圆周设置若干导向装置，导向装置分为下游一侧导向装置、上游一侧导向装置和靠岸一侧导向装置三种。下游一侧导向装置包括支架和与支架前端固定的低阻力滑块（如四氟块），低阻力滑块与导向井内壁接触滑动运行；上游一侧导向装置和靠岸一侧导向装置包括横向伸出的导向杆，导向杆前端固定有低阻力滑块（如四氟块），低阻力滑块与导向井内壁接触滑动运行，导向杆上设置有缓冲弹簧以减缓浮筒与导向井的冲撞力。

所述导向井为钢筋混凝土结构，导向井内壁正对浮筒上导向装置处衬有不锈钢复合板或不锈钢板，或直接对混凝土表面进行密实平滑处理，以使浮筒在导向井内运行更顺畅。

为了防止漂浮物进入导向井影响浮筒正常运行，在防撞带两端部设有拦污栅，拦污栅位于导向井外并将导向槽口罩住，拦污栅底部及两侧设置配重浮箱，保证拦污栅本身的自浮性。

为了保证防撞带与浮筒的连接强度，采用伸入式连接方式，即将防撞带两端伸入到浮筒中，与浮筒内部的对接板进行焊接，同时在防撞带与浮筒相贯区域也进行焊接。

本发明主要用于桥梁的保护，特别是针对拱桥的防护，因为拱桥的航行区域会随水位升高而变窄，更容易出现船舶碰撞事故。对于拱桥防护而言，拱圈两端各安装一套本装置，每套装置的两个导向井分别安装在对应拱圈端的桥墩上下游两侧的山体上，且导向井与防撞带尺寸因视防撞等级，即防撞船舶吨位而定，防撞带安装在船舶通过侧以将所在侧的拱圈与船舶隔离开来，拱圈两端的防撞带与桥轴线大致对称布置。

防撞带与浮筒组成的自浮式结构能够随水位自动升降，浮筒置于导向井内，对防撞带起到平面约束和竖向导向的作用。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本防撞装置具有承受巨大碰撞力的能力，防撞带既能够防止船舶撞击水上设施或人工建筑，即使船舶发生碰撞，由于防撞带和浮筒的设计具有缓冲作用，也能够最大限度地防止船舶因撞击而破损，可大大提高船舶航行的安全性。

2、本防撞装置中的浮筒和防撞带浮于水中，能够随水位升降而升降，适应大水位变幅，对水流和航道影响小。

3、本防撞设施独立于桥梁设置，不依托桥梁本身，对桥梁的设计结构没有影响。

 

附图说明

图1-本发明整体结构俯视图。

图2-本发明导向井及防撞带沿轴线剖面展开图。

图3-本发明在拱桥上的安装示意图。

图4-本发明构成防撞带的浮体断面图。

图5-图1的N部局部放大图（防撞带、导向井和浮筒三者结构关系俯视图）。

图6-本发明上游侧导向装置和靠岸侧导向装置结构图。

图7-本发明下游侧导向装置结构图。

图8-本发明导向井和浮筒结构关系图。

图9-本发明左右两岸使用本装置的俯视图。

 

具体实施方式

参见图1和图2，本发明水上升降式防撞装置，它包括两个导向井1，每个导向井1的井室中设有随水位可自动升降的浮筒2。在防撞高程范围内，在导向井1上设置有使井室与外部相贯通的竖直导向槽口3，用于形成水上防撞保护区的防撞带4的两端分别穿过两导向井上的竖直导向槽口与对应的浮筒2连接。为了方便检修，在防撞带顶部设置1m宽的检修道，检修道两侧设置1.05m高护栏。

本发明主要用于桥梁的保护，特别是对拱桥的保护，因为拱桥的航行区域会随水位升高而变窄，更容易出现船舶碰撞事故。对于拱桥保护而言，拱圈两端各安装一套本装置，每套装置的两个导向井分别安装在对应拱圈端的桥墩上下游两侧的山体上，且导向井与防撞带尺寸因视防撞等级，即防撞船舶吨位而定，防撞带安装在船舶通过侧以将所在侧的拱圈与船舶隔离开来，拱圈两端的防撞带与桥轴线大致对称布置，见图3和图9。防撞带与浮筒组成的自浮式结构能够随水位自动升降，浮筒置于导向井内，对防撞带起到平面约束和竖向导向的作用。防撞带形成水上防撞保护区；图中位置A为低水位时防撞带与浮筒所在位置，位置B为高水位时防撞带与浮筒所在位置。

相比背景技术中的中国发明专利CN101748707A，本发明浮筒位于导向井内，导向井依托地势嵌入基岩内，可与基岩形成一个受力整体，受到基岩嵌固作用，易于将碰撞力传递至基岩，防撞能力强，可适应大水位差变幅下的船撞力作用；而且本结构抗弯和抗剪能力强，不容易受漂浮物影响，导向可靠性更好。

参见图4，所述防撞带由若干节独立密闭浮体首尾相连而构成，每一节密闭浮体由外层管材5和内层管材6构成。外层管材和内层管材两端各通过同一块密封板密封，密封板上设置有通至内层管材的检修用水密门可防止水渗入。外层管材5和内层管材6之间间隔设有环形横隔板7，相邻两环形横隔板7之间沿管材轴向等角度设有若干纵向隔板8。在外层管材5上端设有可进入外层管材和内层管材之间腔室的检修门9，在内层管材6上端也设有可进入内层管材的检修门9，所有环形横隔板7和所有纵向隔板8上设有检修用的人孔10。本发明防撞带由若干节独立密闭浮体构成，这样即使某节出现渗水现象，也不影响防撞带整体浮于水面。检修门设置在检修道上，通过检修道可以到达检修门，再通过检修门可进入外层管材和内层管材中，最后通过人孔可以进入浮体各个隔舱。施工单位可根据具体情况增减人孔，原则是设置最少的人孔能进入各个隔舱内。

在相邻两环形横隔板之间设有环形加强筋，环形加强筋至少设于外层管材内壁上或者内层管材外壁上；在相邻两纵向隔板8之间设有纵向加强筋11，纵向加强筋至少设于外层管材内壁上或者内层管材外壁上。环形加强筋和纵向加强筋可以进一步增加防撞带的刚度和强度。

防撞带内部设置配重结构以使防撞带处于需要的浮态（即水上水下各是多少高度，浮态应根据实际需要灵活调整）。实施例中在内层管材底部放置C15素混凝土块12配重（也可以是水配重）以使防撞带浮于水中时水上水下各为一半高度。

防撞带内层管材采用Q390C高强度结构钢，其余均采用Q345C高强度结构钢。

本发明防撞带采用双层管材（如钢管）结构，可以在水上搭建平台直接焊接拼装而成，工艺相对简单，施工周期短；而且船舶撞击后，钢结构易于维修、更换。同时防撞带撞击后的最大位移量达到3.5m，防撞能力和缓冲能力更强。

所述浮筒2由两端密闭的管材构成，浮筒内设有若干纵隔板和若干横隔板，纵隔板呈“井”字布置；所述浮筒内设有若干纵向加强筋和若干横向加强筋。该结构可以保证浮筒的刚度和强度。

参见图5和图8，所述浮筒2外壁沿圆周方向等角度设置有若干竖向的拱形橡胶护舷13。在浮筒2顶面沿圆周设置若干导向装置14，导向装置14分为下游一侧导向装置、上游一侧导向装置和靠岸一侧导向装置三种。实施例中导向装置为六个，其中下游一侧导向装置三个，上游一侧导向装置两个，靠岸一侧导向装置一个。下游一侧导向装置包括支架和与支架前端固定的低阻力滑块（如聚四氟乙烯板），见图7，低阻力滑块与导向井内壁接触滑动运行。上游一侧导向装置和靠岸一侧导向装置包括横向伸出的导向杆15，导向杆15前端固定有低阻力滑块16（如聚四氟乙烯板），低阻力滑块与导向井内壁接触滑动运行，导向杆15上设置有缓冲弹簧17以减缓浮筒与导向井的冲撞力，见图6。

本发明导向装置主要起日常运行过程中对浮筒进行定位、约束与导向的作用，能够有效约束浮筒在导向井内的位置，避免浮筒在导向井内大范围晃动，保证浮筒运行的平稳性。正常水流作用下，仅下游一侧导向装置与导向井接触，下游一侧导向装置接触力与水流作用力平衡；当水流流速较小情况下（如水位升高时），在船行波作用下，上游一侧导向装置和靠岸一侧导向装置可能与导向井接触受力，对浮筒进行约束定位，缓冲弹簧起减缓浮筒与导向井冲撞力作用。当船舶撞击防撞带时，船舶撞击力传递至浮筒，若浮筒处的支反力大于导向装置的溃退设计阈值，导向装置将自动溃退，改由浮筒外壁的护舷与导向井接触，浮筒外壁护舷能够较好缓冲船舶撞击力，有效保护浮筒与导向井结构安全。

导向装置位于浮筒顶部，易耗的低阻力滑块位于导向装置首部，位于水位线以上，便于更换与维修。

浮筒设计水上高度3m、水下高度3.5m，浮筒底部放置C15素混凝土块配重。

所述导向井为钢筋混凝土结构，导向井内壁正对浮筒上导向装置处衬有不锈钢复合板或不锈钢板，或直接对混凝土表面进行密实平滑处理，以使浮筒在导向井内运行更顺畅。不锈钢复合板碳钢选用Q235A结构钢，厚度20mm，不锈钢选用1Cr18Ni9Ti不锈钢板，钢板厚度3mm。

为了防止漂浮物进入导向井影响浮筒正常运行，在防撞带4两端设有拦污栅18，拦污栅18位于导向井1外并将导向槽口3罩住，拦污栅底部及两侧设置配重浮箱，保证拦污栅本身的自浮性。

为了保证连接强度，在浮筒与防撞带的连接处，设置有增强浮筒与防撞带连接强度的筋板。

若发生浮筒运行不畅的情况，应按照以下应急流程进行处理：清除浮筒与导向井之间的漂浮物→利用电动葫芦起重机拆除浮筒顶部导向装置→利用电动葫芦拆除浮筒外侧护舷→起吊浮筒。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。比如，构成密闭浮体的内外层管材和构成浮筒的管材可以为钢质（即钢管），也可为复合材料或其他新型材料，只要满足施工要求（如便于施工并能保证强度）均可。

Claims (10)

1.一种适应大水位变幅的独立式区域性防撞装置，其特征在于：它包括两个导向井，每个导向井的井室中设有随水位自动升降的浮筒，导向井开有使井室与外部相贯通的竖直导向槽口，弧形防撞带的两端分别穿过两导向井的竖直导向槽口与对应的浮筒连接后形成水上防撞保护区。

2.根据权利要求1所述的适应大水位变幅的独立式区域性防撞装置，其特征在于：所述防撞带由若干节独立密闭浮体首尾相连而构成，密闭浮体包括外层管材、内层管材及内外层管材之间的纵、横向隔板及加筋肋板，外层管材和内层管材两端均通过密封板密封。

3.根据权利要求1所述的适应大水位变幅的独立式区域性防撞装置，其特征在于：所述防撞带整体线型由若干弧形节段拼接而成或由若干直节段以直代曲拼接而成。

4.根据权利要求2所述的适应大水位变幅的独立式区域性防撞装置，其特征在于：防撞带内部设置配重结构以使防撞带处于需要的浮态。

5.根据权利要求1所述的适应大水位变幅的独立式区域性防撞装置，其特征在于：所述浮筒由两端密闭的管材构成，浮筒内设有若干纵隔板和若干横隔板；所述浮筒内设有若干纵向加强筋和若干横向加强筋。

6.根据权利要求5所述的适应大水位变幅的独立式区域性防撞装置，其特征在于：所述浮筒外壁沿圆周方向等角度竖向布置若干橡胶护舷；在浮筒顶面沿圆周布置若干导向装置，导向装置分为下游一侧导向装置、上游一侧导向装置和靠岸一侧导向装置三种，下游一侧导向装置包括支架和与支架前端固定的低阻力滑块，低阻力滑块与导向井内壁接触滑动运行；上游一侧导向装置和靠岸一侧导向装置包括横向伸出的导向杆，导向杆前端固定有低阻力滑块，低阻力滑块与导向井内壁接触滑动运行，导向杆上设置有缓冲弹簧以减缓浮筒与导向井的冲撞力。

7.根据权利要求6所述的适应大水位变幅的独立式区域性防撞装置，其特征在于：所述导向井为钢筋混凝土结构，导向井内壁正对浮筒上导向装置处衬有不锈钢复合板或不锈钢板，或直接对混凝土表面进行平滑处理。

8.根据权利要求1所述的水适应大水位变幅的独立式区域性防撞装置，其特征在于：两个导向井的一侧竖直导向槽口外的防撞带上设置有拦污栅，拦污栅和导向井间留有较小间隙，并将整个导向槽口罩住，拦污栅底部及两侧设置配重浮箱，保证拦污栅本身的自浮性。

9.根据权利要求8所述的适应大水位变幅的独立式区域性防撞装置，其特征在于：在浮筒与防撞带的连接处，设置有增强浮筒与防撞带连接强度的筋板。

10.根据权利要求9所述的适应大水位变幅的独立式区域性防撞装置，其特征在于：在防撞带顶部设置有检修道，检修道两侧设置有护栏。

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