南京五桥主桥水上施工期航标配布研究

杨兴旺，钱苏芬，郁倩倩，黄昭培

(1.南京飞度航道工程咨询有限公司，南京 210000； 2.长江南京航道处，南京 210000； 3.河海大学 港口海岸与近海工程学院，南京 210098)

根据《中华人民共和国航道法》第34条、《中华人民共和国航标条例》第36条等规定 “在通航水域上建设桥梁等建筑物，建设单位应当按照国家有关规定和技术要求设置航标等设施，并承担相应费用”。目前南京河段已建桥梁比较多，前期南京长江二桥、三桥、大胜关铁路桥、四桥均按照国家有关规定和技术要求，开展了桥梁施工期航标配布研究，并设置了主桥水上施工期航标。鉴于南京长江第五大桥施工水域通航环境的复杂性，针对主桥水上施工期方案，进行了南京长江第五大桥主桥水上施工期航标配布和航道维护专题研究。綜合考虑桥区施工期航道布置、航路设置，按照相关技术标准规定要求并结合桥区航道特点，对施工期桥区水上助航标志进行了科学合理的配布，解决了桥区通航与施工之间的矛盾[1-6]。

1 工程布置

南京长江第五大桥位于长江下游南京水道梅子洲汊道左汊中段，长江下游航道里程约358 km。具体位置如图1所示。

1.1 跨江大桥总体结构及布置

南京长江第五大桥跨越长江左汊采用跨江大桥方式，跨江大桥通航孔桥设计为跨径(80+218+2×600+218+80)m的三塔六跨连续叠合梁斜拉桥，北引桥设计为跨径(4×41.5+4×41.5+2×41.5+4×52+6×52+6×52)m的预制节段拼装预应力混凝土箱梁，南引桥设计为跨径(6×52+7×52+6×41.5)m的预制节段拼装预应力混凝土箱梁，北岸跨堤桥设计为跨径(42+78+42)m的波形钢腹板连续箱梁，总长4 130 m。

1.2 通航孔主桥

通航孔主桥跨径布置为80+218+600+600+218+80=1 796 m，为纵向钻石型塔中央双索面三塔叠合梁斜拉桥(图2)。

图2 通航孔主桥总体布置图(单位：m)Fig.2 General layout of main bridge of navigation hole

2 通航条件

2.1 航道情况

南京水道上起下三山，下迄中山码头，长约22.2 km。水流经乌江水道与凡家矶水道在下三山汇合后进入本水道。右岸进口有边滩，下三山以下右岸岸坡陡直，有护岸石块；左岸七坝以下有边滩。梅子洲将河道分为两汊，左汊南京水道为主航道，左岸新河口上下有大片边滩，主流过梅子洲中后折向左岸，梅子洲中设有宁港梅中锚地，梅子洲尾有潜州。右汊为大胜关水道，现已禁航，该水道河身狭窄、弯曲，水流较缓。三股分汊水流在中山码头对开水域汇合。

南京水道上段(大胜关段)：从下三山至梅子洲头为大胜关单一段，长约8.4 km，河道两端宽、中间窄，边滩在左岸，右岸为深槽。主泓由左岸过渡到右岸板桥后，沿右岸下行至秦淮新河后分左右两支进入梅子洲汊道段。20世纪70年代大胜关一带护岸以前，右岸崩坍较强烈，护岸以后岸线渐趋稳定。本段的右岸有秦淮河的入江口。

南京水道下段(梅子洲汊道)：从梅子洲头至中山码头为梅子洲汊道，主泓长约20.5 km，属微弯分汊河型。梅子洲洲体最宽处为2.7 km，长为12 km，左汊为主汊，宽约1.6 km，分流比维持在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潜洲存在，目前长3 570 m、宽650 m(0 m水位下)，其左汊为主汊，1971年后分流比基本稳定在85%。梅子洲左汊主泓呈“S”形走向，主泓由上游大胜关导入梅子洲左缘形成洲头弯顶之后，逐渐过渡到左岸，在九袱洲形成左岸弯顶，而后在浦口宏波码头以下向右过渡与梅子洲右汊、潜洲右汊的出流汇合进入下关—浦口段，下关—浦口段河床窄深，主流居中偏向右侧，自1955年起对下关、浦口两岸进行了沉排、沉树护岸工程，以后又有所加固和延长，河势基本保持稳定。

2.2 航道布置及航标配布情况

拟建工程位于长江干线芜湖至南京河段，根据《长江干线通航标准》(JTS180-4-2015)，该段航道为I级航道，按照I-(1)航道尺度标准进行维护，航标配布按照一类航标配布，航道维护尺度为：航宽500 m，弯曲半径1 050 m，维护水深6～9月份10.5 m，其他月份9.0 m，保证率98%。工程河段航道布置为沿岸航道，长江干线芜湖长江大桥—浏河口河段2017年航道分月计划维护水深见表1。

工程位于长江南京水道中段，常年配布有标志13座，分别为4座红浮、5座黑浮和4座塔形侧面岸标。工程局部河段为沿岸航道，根据航标配布情况，南京水道下段航道左侧界限以#145黑浮、#146黑浮、#147黑浮、#148黑浮的连线确定，右侧界限以梅子洲头塔形侧面岸标沿岸距水沫线100 m、#146-1红浮、#146红浮、#145红浮连线确定。

目前南京长江第五大桥南、北岸临时码头已建，为确保附近水域通航安全，配布5座施工专用浮，左岸侧分别为：五桥北侧施工#1、#2、#3专用浮，右岸侧分别为：五桥南侧施工#1、#2专用浮。

工程河段航道布置及航标配布情况见图3。

表1 长江干线南京—浏河口航道分月维护水深一览表Tab.1 A list of monthly maintaining channel depth from Nanjing to Liuhekou reach in Yangtze River m

注：表中航道水深江阴以上为实际水深，江阴以下为理论最低潮面下水深。

图3 工程河段航道布置及航标配布图Fig.3 Arrangement of channel and distribution of beacon in engineering river reach

2.3 航行规则及分道航法

按照《长江江苏段船舶定线制规定》(2013)，船舶定线制遵循大船小船分流、避免航路交叉、各自靠右航行及过错责任原则，航道以500 m航道宽度为标准，在深水航道内设置的上、下行通航分道、分隔带分别占航标标示航道宽度2/5、2/5、1/5。南京水道不设置小型船舶推荐航路。

3 大桥施工对航道条件和船舶航行的影响

3.1 大桥施工具体方案

(1)第一阶段：2017年3月至2017年5月，共3个月。钻孔平台搭设和钢护筒沉放。中主墩施打靠近北侧航道边线的防撞墩钢管桩(9根桩，施工工期2 d)。

(2)第二阶段：2017年6月至2018年1月，共8个月。中墩施工水域宽度200 m，满足钻孔桩施工、钢围堰封底、承台施工。钢围堰吊装需施工水域宽度250 m，施工时间仅2 d，可采取临时警戒维护和通航管制措施，不需调整航道。

(3)第三阶段：2018年2月至2018年6月，共5个月。中墩施工水域宽度调整为250 m，满足浮吊安装标高+58.5 m以下钢塔节段的需要。

(4)第四阶段：2018年7月至2019年3月，共9个月。采用塔吊安装钢塔。

(5)第五阶段：2019年4月至2020年3月，共16个月。钢混叠合梁安装时，浮吊占用水域及中墩南侧临时支墩占用水域宽度较大，施工水域宽度需250 m。标准梁段安装每半天可吊装一节，每次吊装时采取临时警戒维护和临时通航管制措施，可满足吊装需要。每节钢箱梁吊装占用航道6 h，上行航道占用14次，下行航道占用31次。

(6)第六阶段：2020年4月至2020年10月。钢混叠合梁合龙后，拆除临时支墩，至2020年10月，拆除中墩临时支墩。

(7)第七阶段：2020年10月以后。临时结构拆除完成后，可布置永久航道。

为尽量减少大桥施工对过往船舶的影响，施工水域做动态调整。

3.2 大桥施工对航道条件的影响

(1)北主墩施工占用通航水域，影响上行船舶的正常航行。施工占用水域垂直水流方向距离已建北岸临时码头前沿60 m，总宽300 m，顺水流方向500 m。

(2)南主墩施工占用通航水域，影响下行船舶的正常航行。占用现航道边线至南岸临时码头前沿水域110 m，总宽度258 m，顺水流方向500 m。

(3)中主墩施工占用通航水域，影响上下行船舶的正常航行。需设置70 m宽钻孔平台，钻孔平台顺水流方向长90 m，考虑中主墩混凝土供应，在上游设置70 m宽、90 m长的水上平台，用于布置水上搅拌站。施工平台(含钻孔平台)顺水流方向总长180 m，垂直水流方向宽70 m。考虑钻孔平台搭设及拆除、钢围堰吊装、浮吊安装钢塔、钢混叠合梁安装施工期间大型船舶抛锚作业，根据不同施工工序船舶作业要求，施工水域宽度为250 m，顺水流方向长度不可小于500 m，其他施工期间占用水域宽度不可小于200 m。

(4)中主墩施打靠近北侧航道边线的防撞墩钢管桩(9根桩，施工工期2 d)，需临时占用双向通航主航道水域，占用宽度70 m，影响双向通航主航道上下行船舶的正常航行(图4)。

图4 中主墩防撞墩施打临时占用 水域布置图(单位：m)Fig.4 Layout of temporary occupied water area for building of anti-collision pier of middle main pier during construction

3.3 大桥施工对船舶通航的影响

(1)施工水域占用长江深水航道，该工程附近为长江干流交通密集河段，施工船舶作业时受过往船舶的影响较大。航经该水域的船舶性能存在一定的差异，船队拖带船组操纵性能受限，速度控制和转向能力差，小型船舶驾引人员素质不高，以及其它不确定因素导致的失控等异常情况而误入施工水域，与施工船舶发生碰撞。

(2)打桩施工水域紧邻上下行通航分道，船舶近距离会遇、追越，两船之间产生的流体作用，将使船舶出现相互吸引、排斥、转身、波荡等现象，受船间效应影响明显，在大型船舶尾浪影响下容易发生振荡、摇摆，影响施工作业工艺，情况严重时甚至造成锚链断裂、船舶倾覆。

(3)施工运输船舶对交通环境的影响：增加了通行水域的交通流密度，运输船舶掉头、穿越、靠离等作业，增加了相应水域的通航安全风险，顺航道行驶时，遇突发性事故采取措施时对同流向船舶有影响。

(4)施工作业其他影响：

①夜间施工时，照向江面的照明灯光，会对过往船舶夜间正常瞭望产生影响，减小航行船舶瞭望距离，因此过往船舶夜间航行应谨慎驾驶。同时施工单位对施工作业船灯光应加强管理，对靠通航水域一侧的灯光用遮光板予以遮挡。

②施工作业船舶如发生火灾、爆炸、沉船、走锚漂航等事故，可能对附近水域船舶安全航行、作业及下游码头、锚地等构成威胁。

(5)工程所在河段长江航道为深水航道，上下游桥区、码头、锚地、停泊区较多，船舶流密集，会遇态势复杂。施工船舶尤其在深水航道边缘施工作业时，应加派警戒(维护)船进行通航维护，警戒船要严格承担起施工安全作业的警戒作用，密切注意附近船舶动态，提醒远离本工程施工安全作业区，清理施工作业水域免受他船干扰，保障施工安全。

(6)施工船舶在定位施工的同时，应加派专职了望人员(目视和雷达了望)，增加对附近船舶和通航态势的警戒，做好VHF值守。

3.4 人类活动对大桥施工的影响分析

拟建工程位于长江下游南京水道，施工占用长江江苏段船舶定线制规定的深水航道，发生事故的风险存在，人类活动对大桥施工的影响主体为过往桥区施工水域的船舶及施工船舶，影响的形式主要为碰撞、火灾、爆炸、沉船、走锚、漂航等。

4 大桥主桥水上施工期航道布置调整方案

4.1 航道布置研究

由于大桥施工对航道条件的影响较大，主要表现为：北主墩施工占用通航水域，影响上行船舶的正常航行；南主墩施工占用通航水域，影响下行船舶的正常航行；中主墩施工占用通航水域，影响上下行船舶的正常航行；中主墩施打靠近北侧航道边线的防撞墩钢管桩(9根桩，施工工期2 d)，需临时占用双向通航主航道水域，占用宽度70 m，影响双向通航主航道上下行船舶的正常航行。鉴于此，必须将施工水域与通航水域合理分开，科学布置航道，让过往船舶分道通航、各行其道。

(1)主航道布置。

考虑到上游大胜关铁路桥下行船舶与桥区施工期通航水域的衔接，下行船舶主要沿现行主航道中心线航行，受限于桥区施工水域，施工期主航道偏靠右岸侧布置，水深条件较好，航行基准面以下的水深在9 m以上，主要通航大型船舶。

(2)小型船舶上行航道。

为减轻主航道通航的压力，避免海损事故的发生，危及桥梁施工，考虑上行小型船舶的航行习惯，将小型船舶上行航道布置在左岸侧，航行基准面以下的水深在5m以上，满足小型船舶吃水要求。

4.2 航道布置技术参数

(1)主航道双向航道尺度。

航道宽度不小于400 m，航道水深满足现行维护水深要求。

(2)小型船舶上行航道尺度。

航道宽度不小于150 m，航道水深不小于5 m。

4.3 航道布置调整方案

根据施工方案，对施工期航道布置进行调整，调整方案为：在南主墩、中主墩施工水域之间布置双向通航主航道，航道宽度不小于400 m，航道水深满足现行维护水深要求；在北主墩、中主墩施工水域之间布置小型船舶上行航道，航道宽度不小于150 m，航道水深不小于5 m(图5)。

图5 施工期航道布置调整图(单位：m)Fig.5 Adjustment chart of channel layout during construction

5 航标配布方案

5.1 航标配布研究

根据上述航道布置的研究，桥区施工期专设航标配布主要分为两个部分：一是主航道及小型船舶上行航道专设航标布设，二是桥区施工占用水域(南塔、北塔、中塔)专设航标配布。主航道及小型船舶上行航道专设航标主要将航道界限标识清楚，与上下游航道平顺衔接，采用航行标志中的侧面浮标；桥区施工占用水域(南塔、北塔、中塔)专设航标主要将施工占用水域标识明确，区分于通航水域，采用专用标志中的专用浮标。

5.2 航标配布原则

(1)满足《内河助航标志》(GB5863-93)标志配布原则，根据船舶航行习惯及大桥施工作业要求，綜合考虑周围环境等因素，力求科学合理，安全畅通，利于船舶航行，便于维护管理，保障通航与施工安全。

(2)施工区航标配布尽量双侧对应设置，施工区以外，航标也应尽量双侧对应设置，准确明了地标示航道界限和通航、禁航水域，方便船舶引用。

(3)大桥施工水域施工船舶及航行船舶众多，目标混杂、灯光紊乱，所配布的航标应颜色鲜明，设置的灯光明亮，易于识别，能警示航行船舶不得驶入施工禁航水域。

(4)采用技术先进、助航效果良好、安全可靠、日常维护方便的航标器材。

5.3 航标配布种类

南京长江第五大桥主桥水上施工期需配布的航标种类有:桥区侧面标和桥区左右通航标，施工占用水域专用标志及防撞墩警示标。

5.4 南京长江第五大桥主桥水上施工期航标配布方案

(1)主航道航标配布调整方案。

①双向通航主航道：桥轴线以下400 m处设置第一对标志，设标宽度不小于400 m，命名为五桥施#1黑浮(绿单闪)，五桥施#1红浮(红单闪)；桥轴线以上600 m处设置第二对标志，设标宽度不小于400 m，命名为五桥施#2黑浮(绿双闪)，五桥施#2红浮(红双闪)。桥轴线下游1.5 km处设置1座左右通航浮，命名为五桥施下左右通航浮(白三闪)；将#147黑浮改设为左右通航浮，命名为五桥施上左右通航浮(白三闪)。

②小型船舶上行航道：桥轴线以下400 m中塔施工水域左侧设置侧面浮标1座，命名为五桥北#1红浮(红单闪)；横距中塔施工水域150 m处设置1座侧面浮标，命名为五桥北#1白浮(绿单闪)；桥轴线以上250 m中塔施工水域左侧设置侧面浮标1座，命名为五桥北#2红浮(红双闪)；横距中塔施工水域150 m处设置1座侧面浮标，命名为五桥北#2白浮(绿双闪)；在桥上游距桥轴线750 m与五桥施上左右通航浮对应处设置侧面浮标1座，命名为五桥北#3白浮(绿单闪)。

③拆除原设置的#146-1红浮，对应调整#147红浮，改设为五桥施#3红浮。

(2)专用航标配布方案。

图6 南京长江第五大桥主桥水上施工期 航标配布图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：在施工水域外侧上下游2个角点设置专用浮，下游角点标志命名为北塔施#1专用浮(黄快闪)，上游角点标志命名为北塔施#2专用浮(黄快闪)。

②中塔施工水域：在施工水域右侧上下游2个角点设置专用浮，下游角点标志命名为中塔施#1专用浮(黄快闪)，上游角点标志命名为中塔施#2专用浮(黄快闪)；左侧由北#1、2红浮同时标示施工水域界限。

③南塔施工水域：在施工水域外侧上下游2个角点设置专用浮，下游角点标志命名为南塔施#1专用浮(黄快闪)，上游角点标志命名为南塔施#2专用浮(黄快闪)。

④拆除标志：原设置的五桥北侧、南侧临时码头施工专用浮，分别为五桥北侧施工#1、#2、#3专用浮，五桥南侧施工#1、#2专用浮。

(3)防撞墩警示标：中主墩施打靠近北侧航道边线的防撞墩钢管桩9根，在每根钢管桩顶部设置防撞墩警示标(包括警示标和警示灯)。

(4)动态调整：为尽量减少大桥施工对过往船舶的影响，根据水深条件的变化及施工水域占用的情况，同步调整相关标志标位。

共新建Φ3 050 mm浮鼓14座(包括备用)，10 m钢质标志船22艘(包括备用)，防撞墩警示标18座(包括备用)。

主桥水上施工期航标统一采用同步闪，提升助导航和警示效果。

具体航标配布见图6。

图注坐标和水深均依据长江南京航道处2016年12月份的测图，测时水位1.70～2.10 m。

6 结语

本研究成果得到了长江航道主管部门和海事管理机构的认可，已运用于南京第五长江大桥施工实践，反映良好。回顾南京长江第五大桥主桥水上施工期航标配布和航道维护专题研究，对于桥区航道布置及航标配布有以下认识和体会：

(1)桥区施工期航标配布牵涉面广、复杂性大、技术性高，事关桥梁施工安全和通航船舶航行安全，必须高度重视，严格按照相关技术标准规定要求，结合桥区航道和桥梁施工特点，科学合理分析，提出切实可行的施工期航道布置和航标配布方案。

(2)在桥区专设航标配布研究中应充分考虑解决施工与通航的矛盾以及航道布置与船舶航路设置的矛盾，将规范的严肃性与现场的针对性有机结合，合理划定通航水域和施工水域，科学设置航标，为桥梁施工和船舶航行提供支持和保障。

(3)为尽量减少大桥施工对过往船舶的影响，应根据水深条件的变化及施工水域占用的情况，同步调整相关标志标位。