崇启大桥运营期船撞风险评估
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第２５卷第３期 ２ ０ ０ ９年９月
交通科学与工程
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＲＡＮＳＰＯＲＴ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
ｖ０１．２５
Ｎｏ．３
Ｓｅｐ．２００９
文章编号：１６７４—５９９ｘ（２００９）ｍ－００５５一０６
崇启大桥运营期船撞风 险评估
张子新，张桓
（Ｉ．同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室，上海２０００９２； ２．同济大学土木工程学院地下建筑与工程系．上海２０００９２）
０００
期规划中将要实现的代表船型，３
ｔ级海轮作
为远期规划中的代表船型，进行崇启大桥年倒塌 概率计算．船型具体参数见表２．ＡＡＳＨＴＯ指南方 法的计算结果见表３，４．
万方数据
交通科学与工程
３ ０００ ｔ船舶的航道标准．因此，选取５００ ｔ级海轮
第２５卷
表３崇启大桥各桥墩年船撞概率
Ｔａｂｌｅ ３ Ｓｈｉｐ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｐｅｒ ｙｅａｒ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｅ墙ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉ Ｂｒｉｄｇｅ
作为目前通航的代表船型，１
０００
ｔ级海轮作为近
水等ＨＪ．目前，有学者着手研究考虑这些影响因素
其他主墩与过渡墩均设置纵向滑动支座，主墩与 主梁之间设置纵向锁定装置．主墩及过渡墩均采 用空心薄壁式墩，采用ＣＡ５高性能混凝土．主墩及 过渡墩采用摩擦桩基础，在施工方法上选择钢管 打人桩方案．图１为崇启大桥主桥部分平面示意． 根据船舶撞击力标准专题研究成果，崇启大 桥主桥、引桥采用的船舶撞击力标准见表１．
痒 ０ ｛；１ 嘲
薛 南 ０ 过 橱 渡 蟛 墩
南 过 渡 墩
南
过 渡 墩
圈１崇启大桥主桥部分平面示意（单位：ｍ）
Ｆｉｇ．１ Ｐｌａｎ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｍａｉｎ ｂｒｉｄｇｅ
ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉ
Ｂｒｉｄｇｅ（ｔｍｉｔ：ｍ）
表１船舶撞击力标准
Ｔａｂｌｅ １ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｓｈｉｐ ｉｍｐａｃｔ ｆｏｒｃｅ ＭＮ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｇｅｏｔｅｃｌｍｉｅａｌ Ｃｉｖｉｌ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｃｈｏｏｌ
ｏｆ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＳｌｌａＩｌｇＩｌａｉ ２０００９２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｈｉｐ ｃｏＭｓｉｏｎ ｒｉｓｋ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｅｒｉｏｄ ｏｆ ｒｉｏｕｓ ｐｒｏｂｌｅｍ。Ｓｏ ｉｔ ｈａｓ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｒｉｓｋ ｄｕｒｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｅｒｉｏｄ ｏｆ
模型等．本研究考虑到中国桥梁的实际情况，采用 ＡＡＳＨＴＯ船撞设计指南方法对大桥的船撞风险进 行计算分析．
２．１
２）几何概率Ｐ。的定义是一艘船只将撞击一
个桥墩或上部构件的条件概率，是指船舶在贴近 桥梁的地方已经失去控制而偏航的概率，如图２ 所示．
ＡＡＳＨＴＯ船撞设计指南方法 根据ＡＡＳＨＴＯ指南方法哺ｊ，一个桥梁构件的
船撞桥事故所导致的人员伤亡、财产损失以及环 境破坏更是惊人的．根据Ｄ Ｗ Ｓｍｉｔｈ对１８４７— １９７５年世界各地发生的１４３例桥梁垮塌事故原因 的统计雎１，由于船舶撞击导致的各类大型桥梁垮
南引桥（２ ４００）
５０５０５Ｃ
１０２ １８５
主桥（９４４）
１８５ １８５
北引桥（１ ２００） １８５
１０２
垂直于水道航线作用的横向水流的修正系数
尺ｘｃ应取为：Ｒｃ＝１＋０．４５ｙｘｃ（ｖｘ。为垂直于航线的水 流流速分量）． 船只交通密度的修正系数Ｒ。，应根据贴近桥
的长江干流航道发展规划，长江口北支航道近期 （２０１０年）航道治理目标是通航５００—１
０００
ｔ船
舶，远期（２０２０年）治理目标达到通航１
Leabharlann Baidu０００—
Ｃｈｏｎｇｑｉ
Ｂｒｉｄｇｅ ｄｕｒｉｎｇ ｉｔｓ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ
ｐｅｒｉｏｄ
ｉｓ ３ｒｄ ｇｒａｄｅ，ｗｉｔｈ
ａ
ｍｅｄｉｕｍ
ｒｉｓｋ ｌｅｖｅｌ．Ｓｐｅｃｉａｌ ａｔｔｅｎｔｉｏｎｓ ｎｅｅｄ ｔｏ ｂｅ ｐａｉｄ ｂｙ ａｌｌ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｅｓ ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ∞ ｗｅｌｌ ａｆｔ，ｏｐｅｒａｔｏｒ．Ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｔａｋｅｎ ｃａｒｅｆｕｌｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｒｉｄｇｅ；ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｅｒｉｏｄ；ｓｈｉｐ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ；ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ
ｎ
围２几何概平定义
Ｆｉｇ．２ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｏｆ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ
３）桥梁倒塌概率Ｐｃ，根据桥墩和桥跨的极限
侧向抗力日与船只撞击力Ｐ之比来计算：
内时，Ｒ。＝ｌ＋杀（０为航道转角或航道弯曲角
度）；桥区航道转向点距大桥９１０～１
９２０
当ｏ≤詈＜ｏ．１０时，取Ｐｃｘ＝０．１＋９（ｏ．１一期；
桥梁在通达陆路交通方面起着举足轻重的作 用，它是沟通各类水域之间陆路交通的重要纽带．
可能撞击到桥梁，这些船撞桥事故轻则擦伤大桥 桥墩，重则导致大桥严重受损、垮塌和船舶倾覆， 造成巨大的经济损失和人员伤亡。甚至带来严重
的环境损失和恶劣的社会影响．
然而，对于水上的船舶来说，桥梁却无疑是一种跨 越航道的人工障碍物，其在一定程度上影响着船
１ ２００ １０２ ｍ ４００
在徐六泾以下，长江口呈三级分岔四Ｅ１人海的格
局．即由崇明岛将长江分隔为南支和北支，北支上
起上海市崇明岛头，下至江苏省启东寅阳北支出 口，全长８３ ｋｍ．北支河道平面形态略弯，北支上口 崇明岛头处河宽约为４．５ ｋｍ，深槽紧贴崇明岛头 岸段，向东河道逐渐缩窄，深槽也逐渐缩窄．北支 河床宽浅，沙洲众多，沙滩与深槽交替出现，存在 涌潮现象．
倒塌年概率应取为：
ＡＰ＝Ｎ×ＰＡ×Ｐｃ×Ｐｃ．
从ＳＨＴＯ模型采用正态分布模拟一艘靠近桥
墩的偏航船只的航线，几何概率Ｐ。定义睥’９１为正 态分布密度函数曲线下阴影部分的面积，它以桥
式中：Ａ，为船只撞击引起的桥梁构件破坏年频 率；Ⅳ为根据使用航道船只的类型、大小和装载情 况分类的船只的年度数量；ＰＡ为船只偏航的概 率；Ｐ。为一艘偏航船只与一个桥墩或桥孔之间一 次撞击的几何概率；Ｐｃ为由于一艘偏航的船只撞
Ｉｎ时，取
ＲＢ＝１＋素
与水道内航线平行作用的水流的修正系数Ｒ。
矿
ｄ
３０．１≤弘。时，ｌ敦Ｐｃ２＝０．１１ｌ（１一等）；
当告＞１．０时，取Ｐａ＝ｏ．０．
其中：Ｐ。为倒塌概率；日为桥梁构件对水平力的抗
力；Ｐ为船只撞击力．
２．２
应取为：Ｒ。＝ｌ＋薷（Ｋ为平行于航线的水流流速分
■７
量）．
ＡＡＳＨＴＯ指南方法计算结果 根据航道部门结合长江口综合整治目标提出
５０５０５０
一
通航孔ｌ
一
通航孔２ 通航孔３ 通航孔４
北 过 渡 墩 北 过 渡 墩 北 北 ｊＥ 过 引 引 渡 桥 ｆｉ｝ 墩墩 墩
塌事故占据垮塌总数的第三位．据不完全统计【ｌ】，
在１９６０～１９９３年的３３年中，全世界因船撞桥而导 致损毁的大型桥梁达２９座，死亡人数为３２１人． 在中国，船撞桥事故也频繁发生，仅发生在长江、 珠江和黑龙江３大水系干线上的船撞桥事故就达 到３００起以上．这些资料表明，船撞桥这种事故因 素已经逐渐成为桥梁工程面临的尖锐问题之一． 过去已有的研究工作表明…，跨越船舶航道 的桥梁结构设计几乎不可能承受所有可能的船舶 碰撞工况，这意味着人们无法完全排除船撞桥风 险．然而，正确认识这种风险并采取降低风险的措 施是非常必要的．采用风险分析方法来研究船撞 桥问题是比较合理和有效的方法．本研究主要结
的复杂理论模型，但该种复杂的理论应用于实际
万方数据
第３期
张子新，等：崇启大桥运营期捂撞风险评估
５７
尚较为困难．因此，采用基于全局参数的简化概率
模型仍然是当前国内、外计算船撞桥概率的主要 方法ｍ５１．比较典型的船撞桥简化模型主要有
梁的水道内轮船和驳船的交通密度水平来选择， 该交通密度水平定义为：
摘要：桥梁运营期的船撞风险已逐渐成为桥梁工程面临的尖锐问题之一，因此对桥梁运营期的船撞 风险进行风险评估具有重要意义．结合崇启通道工程，运用ＡＡＳＨＴＯ指南方法对崇启大桥运营期各桥墩 年船撞概率及年倒塌概率进行计算，对崇启大桥运营期的船撞风险进行了评估．崇启大桥运营期总体船 撞风险评估等级为三级，属于中等风险水平．需要工程建设参与方以及运营管理方引起足够重视，采取 防范、监控措施． 关键词：桥梁；运营期；船撞；风险评估 中囤分类号：Ｕ６９２。７＋５ 文献标识码：Ａ
Ｓｈｉｐ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉ Ｂｒｉｄｇｅ ｄｕｒｉｎｇ ｉｔｓ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｅｒｉｏｄ
ＺＨＡＮＧ Ｚｉ－ｘｉｎ，ＺＨＡＮＧ Ｈｕａｎ
（１．Ｋｅｙ Ｔｏｎｇｊｉ
Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ
ｏｆＧｃｏｔｅｃｈｎｉｃｓｌ＆Ｕｎｄｅｒｇｗｍｌｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，
ａ ｔＯ
ａ
ｂｒｉｄｇｅ ｉｓ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｂｅｃｏｍｉｎｇ
ａ ｓｅ－
ｅｘｅｃｕｔｅ
ｔｈｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｉｐ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ
ｂｒｉｄｇｅ．Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ＡＡＳＨＴＯ ｇｕｉｄｅ，ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ
ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｉｐ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｐｅｒ ｙｅａｒ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｅｘｅｃｕｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｐｅｒ ｙｅａｒ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｅｒｓ ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉ Ｂｒｉｄｇｅ Ｗａｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｌｅｖｅｌ ｆｏｒ ｓｈｉｐ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｒｉｓｋ ｏｆ
低交通密度：船只在贴近桥梁处彼此很少相
会、通过或赶超，取Ｒ。＝１．０；平均交通密度：船只 在贴近桥梁处彼此有时相会、通过或赶超，取Ｒ。＝ １．３；高交通密度：船只在贴近桥梁处彼此经常相 会、通过或赶超，取ＲＤ＝１．６．
ＡＡＳＨＴＯ指南方法、ＩＡＢＳＥ模型（拉森模型）、Ｋｕｎ・ ｚｉ模型、欧洲规范模型［６１、英国模型ｃ７１以及配德森
墩的宽度加上桥墩两侧各１／２船舶宽度为其
界限．
击～次，桥梁倒塌的概率
１）船只的偏航概率Ｐ＾可用统计方法或用近 似方法确定．按近似方法，偏航概率可取为：
ＰＡ＝ＢＲ×ＲＢ×Ｒｃ×Ｒｘｃ×ＲＤ．
式中：Ｂ。为偏航基率；尺Ｂ为桥位修正系数；Ｒｃ为 与船只航线平行作用的修正系数；Ｒｘｃ为垂直于船 只航行作用的横向水流的修正系数；冠。为船只交 通密度修正系数． 偏航基率曰。应取为：对轮船，取Ｂ。＝０．６× １０。；对驳船，取ＢＲ＝１．２ｘ１０～． 桥位的修正系数如应取为：桥区为直线航道 时，取Ｒ。＝１．Ｏ；桥区航道转向点距大桥９１０ Ｉｎ以
ｍ，北引桥长为
ｍ＋４ｘ１８５ ｍ＋
ｍ，桥宽为３３ ｍ．主桥采用１０２
６跨钢连续梁体系，中间墩设置固定支座，
２船撞风险评估
ＨＡＮＧ第１９工作组把船撞桥事故的原因归 结为３类：①人员失误，如：疏忽、操纵失误和无证 驾驶等；②机械故障，如：主机灭火、舵机失灵和船 队断缆等；③恶劣的自然环境，如：坏天气和大洪
合崇启通道工程，运用ＡＡＳＨＴＯ指南方法中的船
撞桥概率模型对崇启大桥运营期的各桥墩年船撞 概率及年倒塌概率进行计算，将不可预见的风险 因素转化为定量的指标，以评价崇启大桥的船撞 风险． 拟建场区位于长江１２１，河床宽而浅，暗砂众 多，砂体呈流动状，河势多变，水域和航道不稳定．
１工程概况
崇启大桥属公路特大桥，它连接了江苏和上 海两地，横跨长江北支人海口４ ０００多米宽的江 面．该桥为南北走向，由主桥、南及北引桥组成．其 中，主桥、北引桥及部分南引桥位于江苏启东市境 内，剩余南引桥部分位于上海崇明县境内．主桥长 为９４４ ｍ，南引桥长为２
舶的通航安全．行驶的船舶由于多方面的原因有
收稿日期：２００９－０４—２０
文献资料表明‘¨。世界各地一直在不断地发
基金项目：国家高技术研究发展计划（８６３计划）资助项目（２００６ＡＡｌｌＺｌｌ８） 作者简介：张子新（１９６６一），男，同济大学教授，博士生导师．
万方数据
５６
交通科学与工程
第２５卷
生船撞桥事故，其频率远比人们想象的高．而这些
交通科学与工程
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＲＡＮＳＰＯＲＴ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
ｖ０１．２５
Ｎｏ．３
Ｓｅｐ．２００９
文章编号：１６７４—５９９ｘ（２００９）ｍ－００５５一０６
崇启大桥运营期船撞风 险评估
张子新，张桓
（Ｉ．同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室，上海２０００９２； ２．同济大学土木工程学院地下建筑与工程系．上海２０００９２）
０００
期规划中将要实现的代表船型，３
ｔ级海轮作
为远期规划中的代表船型，进行崇启大桥年倒塌 概率计算．船型具体参数见表２．ＡＡＳＨＴＯ指南方 法的计算结果见表３，４．
万方数据
交通科学与工程
３ ０００ ｔ船舶的航道标准．因此，选取５００ ｔ级海轮
第２５卷
表３崇启大桥各桥墩年船撞概率
Ｔａｂｌｅ ３ Ｓｈｉｐ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｐｅｒ ｙｅａｒ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｅ墙ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉ Ｂｒｉｄｇｅ
作为目前通航的代表船型，１
０００
ｔ级海轮作为近
水等ＨＪ．目前，有学者着手研究考虑这些影响因素
其他主墩与过渡墩均设置纵向滑动支座，主墩与 主梁之间设置纵向锁定装置．主墩及过渡墩均采 用空心薄壁式墩，采用ＣＡ５高性能混凝土．主墩及 过渡墩采用摩擦桩基础，在施工方法上选择钢管 打人桩方案．图１为崇启大桥主桥部分平面示意． 根据船舶撞击力标准专题研究成果，崇启大 桥主桥、引桥采用的船舶撞击力标准见表１．
痒 ０ ｛；１ 嘲
薛 南 ０ 过 橱 渡 蟛 墩
南 过 渡 墩
南
过 渡 墩
圈１崇启大桥主桥部分平面示意（单位：ｍ）
Ｆｉｇ．１ Ｐｌａｎ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｍａｉｎ ｂｒｉｄｇｅ
ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉ
Ｂｒｉｄｇｅ（ｔｍｉｔ：ｍ）
表１船舶撞击力标准
Ｔａｂｌｅ １ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｓｈｉｐ ｉｍｐａｃｔ ｆｏｒｃｅ ＭＮ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｇｅｏｔｅｃｌｍｉｅａｌ Ｃｉｖｉｌ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｃｈｏｏｌ
ｏｆ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＳｌｌａＩｌｇＩｌａｉ ２０００９２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｈｉｐ ｃｏＭｓｉｏｎ ｒｉｓｋ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｅｒｉｏｄ ｏｆ ｒｉｏｕｓ ｐｒｏｂｌｅｍ。Ｓｏ ｉｔ ｈａｓ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｒｉｓｋ ｄｕｒｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｅｒｉｏｄ ｏｆ
模型等．本研究考虑到中国桥梁的实际情况，采用 ＡＡＳＨＴＯ船撞设计指南方法对大桥的船撞风险进 行计算分析．
２．１
２）几何概率Ｐ。的定义是一艘船只将撞击一
个桥墩或上部构件的条件概率，是指船舶在贴近 桥梁的地方已经失去控制而偏航的概率，如图２ 所示．
ＡＡＳＨＴＯ船撞设计指南方法 根据ＡＡＳＨＴＯ指南方法哺ｊ，一个桥梁构件的
船撞桥事故所导致的人员伤亡、财产损失以及环 境破坏更是惊人的．根据Ｄ Ｗ Ｓｍｉｔｈ对１８４７— １９７５年世界各地发生的１４３例桥梁垮塌事故原因 的统计雎１，由于船舶撞击导致的各类大型桥梁垮
南引桥（２ ４００）
５０５０５Ｃ
１０２ １８５
主桥（９４４）
１８５ １８５
北引桥（１ ２００） １８５
１０２
垂直于水道航线作用的横向水流的修正系数
尺ｘｃ应取为：Ｒｃ＝１＋０．４５ｙｘｃ（ｖｘ。为垂直于航线的水 流流速分量）． 船只交通密度的修正系数Ｒ。，应根据贴近桥
的长江干流航道发展规划，长江口北支航道近期 （２０１０年）航道治理目标是通航５００—１
０００
ｔ船
舶，远期（２０２０年）治理目标达到通航１
Leabharlann Baidu０００—
Ｃｈｏｎｇｑｉ
Ｂｒｉｄｇｅ ｄｕｒｉｎｇ ｉｔｓ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ
ｐｅｒｉｏｄ
ｉｓ ３ｒｄ ｇｒａｄｅ，ｗｉｔｈ
ａ
ｍｅｄｉｕｍ
ｒｉｓｋ ｌｅｖｅｌ．Ｓｐｅｃｉａｌ ａｔｔｅｎｔｉｏｎｓ ｎｅｅｄ ｔｏ ｂｅ ｐａｉｄ ｂｙ ａｌｌ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｅｓ ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ∞ ｗｅｌｌ ａｆｔ，ｏｐｅｒａｔｏｒ．Ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｔａｋｅｎ ｃａｒｅｆｕｌｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｒｉｄｇｅ；ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｅｒｉｏｄ；ｓｈｉｐ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ；ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ
ｎ
围２几何概平定义
Ｆｉｇ．２ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｏｆ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ
３）桥梁倒塌概率Ｐｃ，根据桥墩和桥跨的极限
侧向抗力日与船只撞击力Ｐ之比来计算：
内时，Ｒ。＝ｌ＋杀（０为航道转角或航道弯曲角
度）；桥区航道转向点距大桥９１０～１
９２０
当ｏ≤詈＜ｏ．１０时，取Ｐｃｘ＝０．１＋９（ｏ．１一期；
桥梁在通达陆路交通方面起着举足轻重的作 用，它是沟通各类水域之间陆路交通的重要纽带．
可能撞击到桥梁，这些船撞桥事故轻则擦伤大桥 桥墩，重则导致大桥严重受损、垮塌和船舶倾覆， 造成巨大的经济损失和人员伤亡。甚至带来严重
的环境损失和恶劣的社会影响．
然而，对于水上的船舶来说，桥梁却无疑是一种跨 越航道的人工障碍物，其在一定程度上影响着船
１ ２００ １０２ ｍ ４００
在徐六泾以下，长江口呈三级分岔四Ｅ１人海的格
局．即由崇明岛将长江分隔为南支和北支，北支上
起上海市崇明岛头，下至江苏省启东寅阳北支出 口，全长８３ ｋｍ．北支河道平面形态略弯，北支上口 崇明岛头处河宽约为４．５ ｋｍ，深槽紧贴崇明岛头 岸段，向东河道逐渐缩窄，深槽也逐渐缩窄．北支 河床宽浅，沙洲众多，沙滩与深槽交替出现，存在 涌潮现象．
倒塌年概率应取为：
ＡＰ＝Ｎ×ＰＡ×Ｐｃ×Ｐｃ．
从ＳＨＴＯ模型采用正态分布模拟一艘靠近桥
墩的偏航船只的航线，几何概率Ｐ。定义睥’９１为正 态分布密度函数曲线下阴影部分的面积，它以桥
式中：Ａ，为船只撞击引起的桥梁构件破坏年频 率；Ⅳ为根据使用航道船只的类型、大小和装载情 况分类的船只的年度数量；ＰＡ为船只偏航的概 率；Ｐ。为一艘偏航船只与一个桥墩或桥孔之间一 次撞击的几何概率；Ｐｃ为由于一艘偏航的船只撞
Ｉｎ时，取
ＲＢ＝１＋素
与水道内航线平行作用的水流的修正系数Ｒ。
矿
ｄ
３０．１≤弘。时，ｌ敦Ｐｃ２＝０．１１ｌ（１一等）；
当告＞１．０时，取Ｐａ＝ｏ．０．
其中：Ｐ。为倒塌概率；日为桥梁构件对水平力的抗
力；Ｐ为船只撞击力．
２．２
应取为：Ｒ。＝ｌ＋薷（Ｋ为平行于航线的水流流速分
■７
量）．
ＡＡＳＨＴＯ指南方法计算结果 根据航道部门结合长江口综合整治目标提出
５０５０５０
一
通航孔ｌ
一
通航孔２ 通航孔３ 通航孔４
北 过 渡 墩 北 过 渡 墩 北 北 ｊＥ 过 引 引 渡 桥 ｆｉ｝ 墩墩 墩
塌事故占据垮塌总数的第三位．据不完全统计【ｌ】，
在１９６０～１９９３年的３３年中，全世界因船撞桥而导 致损毁的大型桥梁达２９座，死亡人数为３２１人． 在中国，船撞桥事故也频繁发生，仅发生在长江、 珠江和黑龙江３大水系干线上的船撞桥事故就达 到３００起以上．这些资料表明，船撞桥这种事故因 素已经逐渐成为桥梁工程面临的尖锐问题之一． 过去已有的研究工作表明…，跨越船舶航道 的桥梁结构设计几乎不可能承受所有可能的船舶 碰撞工况，这意味着人们无法完全排除船撞桥风 险．然而，正确认识这种风险并采取降低风险的措 施是非常必要的．采用风险分析方法来研究船撞 桥问题是比较合理和有效的方法．本研究主要结
的复杂理论模型，但该种复杂的理论应用于实际
万方数据
第３期
张子新，等：崇启大桥运营期捂撞风险评估
５７
尚较为困难．因此，采用基于全局参数的简化概率
模型仍然是当前国内、外计算船撞桥概率的主要 方法ｍ５１．比较典型的船撞桥简化模型主要有
梁的水道内轮船和驳船的交通密度水平来选择， 该交通密度水平定义为：
摘要：桥梁运营期的船撞风险已逐渐成为桥梁工程面临的尖锐问题之一，因此对桥梁运营期的船撞 风险进行风险评估具有重要意义．结合崇启通道工程，运用ＡＡＳＨＴＯ指南方法对崇启大桥运营期各桥墩 年船撞概率及年倒塌概率进行计算，对崇启大桥运营期的船撞风险进行了评估．崇启大桥运营期总体船 撞风险评估等级为三级，属于中等风险水平．需要工程建设参与方以及运营管理方引起足够重视，采取 防范、监控措施． 关键词：桥梁；运营期；船撞；风险评估 中囤分类号：Ｕ６９２。７＋５ 文献标识码：Ａ
Ｓｈｉｐ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉ Ｂｒｉｄｇｅ ｄｕｒｉｎｇ ｉｔｓ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｅｒｉｏｄ
ＺＨＡＮＧ Ｚｉ－ｘｉｎ，ＺＨＡＮＧ Ｈｕａｎ
（１．Ｋｅｙ Ｔｏｎｇｊｉ
Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ
ｏｆＧｃｏｔｅｃｈｎｉｃｓｌ＆Ｕｎｄｅｒｇｗｍｌｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，
ａ ｔＯ
ａ
ｂｒｉｄｇｅ ｉｓ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｂｅｃｏｍｉｎｇ
ａ ｓｅ－
ｅｘｅｃｕｔｅ
ｔｈｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｉｐ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ
ｂｒｉｄｇｅ．Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ＡＡＳＨＴＯ ｇｕｉｄｅ，ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ
ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｉｐ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｐｅｒ ｙｅａｒ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｅｘｅｃｕｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｐｅｒ ｙｅａｒ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｅｒｓ ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉ Ｂｒｉｄｇｅ Ｗａｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｌｅｖｅｌ ｆｏｒ ｓｈｉｐ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｒｉｓｋ ｏｆ
低交通密度：船只在贴近桥梁处彼此很少相
会、通过或赶超，取Ｒ。＝１．０；平均交通密度：船只 在贴近桥梁处彼此有时相会、通过或赶超，取Ｒ。＝ １．３；高交通密度：船只在贴近桥梁处彼此经常相 会、通过或赶超，取ＲＤ＝１．６．
ＡＡＳＨＴＯ指南方法、ＩＡＢＳＥ模型（拉森模型）、Ｋｕｎ・ ｚｉ模型、欧洲规范模型［６１、英国模型ｃ７１以及配德森
墩的宽度加上桥墩两侧各１／２船舶宽度为其
界限．
击～次，桥梁倒塌的概率
１）船只的偏航概率Ｐ＾可用统计方法或用近 似方法确定．按近似方法，偏航概率可取为：
ＰＡ＝ＢＲ×ＲＢ×Ｒｃ×Ｒｘｃ×ＲＤ．
式中：Ｂ。为偏航基率；尺Ｂ为桥位修正系数；Ｒｃ为 与船只航线平行作用的修正系数；Ｒｘｃ为垂直于船 只航行作用的横向水流的修正系数；冠。为船只交 通密度修正系数． 偏航基率曰。应取为：对轮船，取Ｂ。＝０．６× １０。；对驳船，取ＢＲ＝１．２ｘ１０～． 桥位的修正系数如应取为：桥区为直线航道 时，取Ｒ。＝１．Ｏ；桥区航道转向点距大桥９１０ Ｉｎ以
ｍ，北引桥长为
ｍ＋４ｘ１８５ ｍ＋
ｍ，桥宽为３３ ｍ．主桥采用１０２
６跨钢连续梁体系，中间墩设置固定支座，
２船撞风险评估
ＨＡＮＧ第１９工作组把船撞桥事故的原因归 结为３类：①人员失误，如：疏忽、操纵失误和无证 驾驶等；②机械故障，如：主机灭火、舵机失灵和船 队断缆等；③恶劣的自然环境，如：坏天气和大洪
合崇启通道工程，运用ＡＡＳＨＴＯ指南方法中的船
撞桥概率模型对崇启大桥运营期的各桥墩年船撞 概率及年倒塌概率进行计算，将不可预见的风险 因素转化为定量的指标，以评价崇启大桥的船撞 风险． 拟建场区位于长江１２１，河床宽而浅，暗砂众 多，砂体呈流动状，河势多变，水域和航道不稳定．
１工程概况
崇启大桥属公路特大桥，它连接了江苏和上 海两地，横跨长江北支人海口４ ０００多米宽的江 面．该桥为南北走向，由主桥、南及北引桥组成．其 中，主桥、北引桥及部分南引桥位于江苏启东市境 内，剩余南引桥部分位于上海崇明县境内．主桥长 为９４４ ｍ，南引桥长为２
舶的通航安全．行驶的船舶由于多方面的原因有
收稿日期：２００９－０４—２０
文献资料表明‘¨。世界各地一直在不断地发
基金项目：国家高技术研究发展计划（８６３计划）资助项目（２００６ＡＡｌｌＺｌｌ８） 作者简介：张子新（１９６６一），男，同济大学教授，博士生导师．
万方数据
５６
交通科学与工程
第２５卷
生船撞桥事故，其频率远比人们想象的高．而这些