黃岡公鐵兩用長江大橋橋位選擇及孔跨布置

張 胡，李伯海，黎國森

（1.中國中鐵大橋勘測設(shè)計院集團有限公司，武漢 430056；2.交通運輸部天津水運工程科學(xué)研究所工程泥沙交通行業(yè)重點實驗室，天津 300456）

黃岡公鐵兩用長江大橋橋位選擇及孔跨布置

張 胡1，李伯海2，黎國森2

（1.中國中鐵大橋勘測設(shè)計院集團有限公司，武漢 430056；2.交通運輸部天津水運工程科學(xué)研究所工程泥沙交通行業(yè)重點實驗室，天津 300456）

通過對黃岡橋橋區(qū)河段的河床穩(wěn)定性、航道穩(wěn)定性以及航道條件進(jìn)行分析，對2個橋位進(jìn)行綜合比較，確定推薦橋位。根據(jù)黃岡橋所處河段的特性，以適應(yīng)橋區(qū)航道條件，最大限度降低對通航船舶航行及安全為主要因素進(jìn)行孔跨布置，并對橋梁的孔跨布置進(jìn)行合理性分析，使黃岡橋的橋式方案能夠滿足橋區(qū)船舶通航要求。

橋位選擇；孔跨布置；河勢；航道條件

Biography：ZHANG Hu（1981-），male，engineer.

黃岡公鐵兩用長江大橋（以下簡稱黃岡橋）位于長江中游的沙洲水道上段，是武漢城市圈交通主骨架網(wǎng)絡(luò)上重要的接點。已納入武漢城市圈鐵路規(guī)劃、武漢城市圈綜合交通規(guī)劃、武漢城市圈城際軌道鐵路規(guī)劃、武漢新港“四縱五橫十聯(lián)線”的疏港通道規(guī)劃。長江為我國的“黃金水道”，航運地位非常突出，黃岡橋所在水道是長江黃金水道的重要組成部分，也是聯(lián)系其上、下游經(jīng)濟腹地的重要通道。因此，在此建橋必須對橋位河段的河床演變、航道條件等進(jìn)行分析，選擇合適的橋位并進(jìn)行孔跨布置研究，滿足橋區(qū)船舶通航要求。

1 河道概況

圖1 工程河段河勢圖Fig.1 River regime of the reach near project

黃岡橋于長江中游沙洲水道的上段，下距鄂黃長江大橋約21 km。沙州水道上游緊臨羅湖洲水道。羅湖洲水道上起泥磯，下迄三江口，全長（沿磧磯港）12 km，屬典型的鵝頭型分汊彎道，右汊磧磯港為微彎汊道，長12 km，為目前全年通航汊道，航道條件較好。沙洲水道上起三江口，下至大腳石，全長約20 km，目前為單一河道，右岸自上而下沿程分布黃柏山、西山等天然節(jié)點，對河岸起著較好的控制作用，多年來上下兩直河段變化很小，河勢較穩(wěn)定。工程河段的河勢見圖1。

2 橋位選擇

2.1 橋位擬定

工可階段綜合考慮湖北省、鐵道部及地方政府的意見，擬定唐家渡上游橋位（現(xiàn)橋位Ⅱ）及根據(jù)鄂州市人民政府意見調(diào)整后的上游調(diào)整橋位（現(xiàn)橋位Ⅰ）兩個橋位（圖1）。

2.2 橋位河段河床穩(wěn)定性分析

橋位Ⅰ和橋位Ⅱ相距僅1 km，同屬沙洲水道的上游段。該河段右岸受粑鋪大堤保護和黃柏山等節(jié)點控制，岸線穩(wěn)定；左岸受黃岡干堤保護，岸線也較為穩(wěn)定。橋位所處的沙洲水道上段——三江口至劉家灣長約8 km河段，近百年來河道平面形態(tài)基本上沒有多大變化，河勢較穩(wěn)定。

圖2為1981年以來兩橋位處橫斷面沖淤變化情況。從圖2可以看出，本橋區(qū)河段多年來（包括1998年特大洪水年在內(nèi)）的河床沖淤幅度相對不大，河床相對較為穩(wěn)定。

2.3 橋位河段航道穩(wěn)定性分析

圖2 橋位Ⅰ、橋位Ⅱ歷年河床斷面圖Fig.2 Cross-section of river bed of bridge site I and site II in recent decades

沙洲水道上段的航道條件一直比較穩(wěn)定，其平面擺幅較小。從歷年測圖資料統(tǒng)計（表1），橋位Ⅰ處航行基面下5 m水深的寬度均保持在700 m以上，最大水深超過18 m；橋位Ⅱ處航行基面下5 m水深的寬度均保持在800 m以上，最大水深超過14 m。2個橋位的河道斷面均有較好的適航尺度，且適航河槽多年來基本未發(fā)生大的擺動。

表1 橋位附近枯水期航道尺度Tab.1 Dimensions of channel near bridge site in dry seasons m

2.4 橋位河段通航條件分析

（1）航道條件。橋位河段水域相對較窄，枯水河寬850～1 000 m。據(jù)2008年11月測圖分析，航行基面下，水深大于5 m的水域?qū)?40～950 m，大于10 m的水域?qū)?20～810 m，最大水深14.3～20.3 m。河道順直單一，岸線及深槽較穩(wěn)定，近年來主流居中略偏右岸，水流流速相對較大，主流線平面變化相對較小。河勢穩(wěn)定，航道條件良好。

目前，在橋區(qū)河段內(nèi)船舶采用上行左、下行右的分線航行方式，上行船舶的航線緊靠左岸，下行船舶的航線則基本靠近河中。在橋位Ⅰ的上游750 m附近，上下行的航線交叉改道，交叉點以上船舶采用上行右、下行左分線航行（圖3）。

（2）通航水流條件。根據(jù)中鐵大橋院2008年12月實測低水、2008年11月實測中洪水以及2009年8月實測洪水期的水流資料，黃岡橋橋區(qū)河段的水流流向與大橋軸線的法線方向基本一致，流速也相對較小，枯水時不超過1.4 m/s，中洪水時2.0～2.5 m/s，橫流不超過0.1 m/s。

根據(jù)交通運輸部天津水運工程研究院的《定動床河工模型試驗研究報告》，橋區(qū)河段的流速隨流量增大而增大，最高通航流量時主流區(qū)的流速達(dá)到3.53～3.71 m/s；而枯水（Q＝6 450 m3/s）最大流速不超過 1.0 m/s。橋區(qū)河段流向基本與橋軸線的法線方向一致，橋軸線法線與流向最大交角為4°。

圖3 橋區(qū)河段現(xiàn)行航路布置示意圖Fig.3 Sketch of current routes in river reach near bridge site

（3）通航環(huán)境。橋區(qū)河段左岸有武漢港唐家渡港區(qū)，根據(jù)武漢新港唐家渡港區(qū)遠(yuǎn)期規(guī)劃，橋位Ⅱ上游736 m至下游742 m（相當(dāng)于橋位Ⅰ下游264～1 742 m）范圍為唐家渡港區(qū)遠(yuǎn)期泊位岸線，全長共1 478 m。目前的唐家渡碼頭位于橋位Ⅱ下游僅250 m。上游北岸規(guī)劃修建黃岡電廠碼頭。一期工程擬于橋址上游建設(shè)靠泊能力為3 000 t級（兼顧5 000 t級）的普通貨船靠泊躉船1座，躉船剛好位于橋位Ⅰ的橋軸線處，其上端位于橋軸線上游32 m，下端位于橋梁軸線下游43 m；躉船的下端下距橋位Ⅱ橋軸線也僅為957 m。二期工程建設(shè)靠泊能力為5 000 t級的普通貨船靠泊躉船1座，躉船上端位于橋位Ⅰ橋梁軸線下游僅97 m，躉船下端位于橋位Ⅱ橋軸線上游約828 m。右岸有在建的三和管樁綜合碼頭。橋區(qū)河段碼頭位置圖見圖4。

按照《長江下游分道航行規(guī)則》，在橋位Ⅱ上游約1 600 m（距橫駛區(qū)下邊界）處為上行船舶橫駛區(qū)，橫駛區(qū)范圍約500 m。根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》，對于橋位Ⅰ，該橫駛區(qū)正好處在橋區(qū)范圍之內(nèi)；而對于橋位Ⅱ，該橫駛區(qū)正好處在上游側(cè)橋區(qū)水域范圍邊界附近。

2.5 橋位比選

從上述分析可以看出，黃岡橋2個橋位所處河段的河勢與航道比較穩(wěn)定，航道水深充裕，通航水流條件良好，均滿足建橋的基本要求。但從通航環(huán)境來看，無論是橋位Ⅰ還是橋位Ⅱ，橋區(qū)范圍內(nèi)已經(jīng)建有唐家渡碼頭、西河鋪黃砂碼頭、西河鋪渡口以及規(guī)劃的黃岡電廠碼頭等與橋位之間的安全距離均不滿足《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》的要求。如需在此建橋，需要與相關(guān)方面協(xié)調(diào)關(guān)系，將碼頭改建到符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的距離以外。另外橋位Ⅰ距離上游的上下行航線交會區(qū)較近，僅750 m，不滿足《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，距上游匯流口的距離也較近，。因此從2個橋位的河床、航道的穩(wěn)定性，并結(jié)合橋區(qū)的通航條件，橋位Ⅱ距上游匯流口及航道交匯區(qū)均較橋位Ⅰ遠(yuǎn)，對橋區(qū)船舶通航的影響較小，推薦采用橋位Ⅱ方案。

圖4 設(shè)計橋位與橋區(qū)河段碼頭位置示意圖Fig.4 Sketch of design bridge site and wharf

3 推薦橋位孔跨布置

3.1 孔跨布置的基本原則

黃岡橋的孔跨布置應(yīng)綜合考慮橋梁建設(shè)防洪、水利以及通航的影響，并結(jié)合考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計的可行性、經(jīng)濟合理性以及景觀等因素。橋位Ⅱ處河道兩側(cè)大堤相距寬1 253 m，枯水河寬約980 m，主深槽居河中；設(shè)計最低通航水位下，水深大于5 m的水域?qū)?27 m，大于10 m的水域?qū)?27 m。因此孔跨布置應(yīng)主要考慮適應(yīng)橋區(qū)航道條件，最大限度降低對通航船舶航行及安全的影響。

按照橋梁通航孔布置原則：水上過河建筑物的布置不得影響和限制航道的通過能力。通航孔的布置應(yīng)滿足過河建筑物所在河段雙向通航的要求。在水運繁忙的寬闊河流上，通航孔的布置應(yīng)滿足多線通航的要求；在限制性航道上，應(yīng)采取一孔跨過通航水域。

3.2 孔跨布置方案

黃岡橋所在水道是長江黃金水道的重要組成部分，水運較為繁忙，因此按照上述規(guī)定，通航孔的布置應(yīng)滿足多線通航的要求。根據(jù)《黃岡公鐵兩用長江大橋通航凈空尺度及技術(shù)要求論證研究報告》，黃岡橋的主通航孔單孔單向通航凈寬應(yīng)不小于205 m；單孔雙向通航凈寬應(yīng)不小于433 m。因此，黃岡橋主通航孔采用單孔雙向通航，跨度為567 m，并設(shè)置2個單孔單向通航的輔助通航孔，跨度為243 m。橋位Ⅱ墩位布設(shè)及斷面如圖5所示。

3.3 孔跨布置合理性分析

（1）北側(cè)（黃岡側(cè)）輔助通航孔。

按照通航孔布置方案，北側(cè)輔助通航孔為單向上行通航孔，枯水期應(yīng)滿足除大型船隊外的全部代表船型的上行過橋要求，同時為解決汛期因主通航孔流速較大而產(chǎn)生的大型船隊上行困難的問題，北側(cè)輔助通航孔還要具備汛期（Q＝47 300 m3/s以上）大型船隊上行過橋的通航條件。

從圖6可以看出，最低設(shè)計通航水位下，北側(cè)（黃岡）輔助通航孔的有效凈寬達(dá)到200 m，當(dāng)水位為14.1 m（航行基面以上5.8 m，相應(yīng)流量約為16 800 m3/s）時，該輔助通航孔的通航凈寬即可達(dá)到220 m。能夠滿足通航孔布置方案的要求。

（2）主通航孔。

從圖5可以看出，歷年來主通航孔設(shè)計的530 m通航凈寬范圍內(nèi)均能保證4.5 m的規(guī)劃航道水深。設(shè)計最低通航水位下，主通航孔的最小航深在9.0 m（2002年3月測圖）以上，即主通航孔內(nèi)的航道條件能夠滿足任何情況下橋區(qū)代表船型雙向通航的要求。

（3）南側(cè)（鄂州側(cè)）輔助通航孔。

按照通航孔布置方案，南側(cè)輔助通航孔主要作為備用通航孔，供地方小船和?？咳凸軜毒C合碼頭的船舶使用。以2008年11月的河道斷面地形為起算地形，最低設(shè)計通航水位下，南側(cè)（鄂州）輔助通航孔的有效凈寬達(dá)到145 m，完全能夠滿足2萬t級以下代表船隊所需的通航凈寬要求。

圖5 橋址斷面歷年河床變化與橋墩位置圖Fig.5 River bed variation of cross-section at bridge pier location

圖6 南、北側(cè)輔助通航孔有效凈寬-流量關(guān)系Fig.6 Relationship between discharge and effective clear width of secondary navigable spans on the north and south sides

4 結(jié)語

通過對黃岡橋橋區(qū)河段的河床穩(wěn)定性、航道穩(wěn)定性以及航道條件進(jìn)行分析，對2個橋位進(jìn)行綜合比較，確定推薦橋位。根據(jù)黃岡橋所處河段的特性，以適應(yīng)橋區(qū)航道條件，最大限度降低對通航船舶航行及安全為主要因素進(jìn)行孔跨布置，并對橋梁的孔跨布置進(jìn)行合理性分析，黃岡橋的橋式方案能夠滿足橋區(qū)船舶通航要求。

［1］張黎明.黃岡公鐵兩用長江大橋水文分析計算專題報告［R］.武漢：長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司，2009.

［2］任昊.黃岡公鐵兩用長江大橋河道演變分析報告［R］.武漢：長江水利委員會長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院，2009.

［3］劉明俊.黃岡公鐵兩用長江大橋船舶通航實船試驗研究報告［R］.武漢：武漢理工大學(xué)，2009.

［4］黎國森.黃岡公鐵兩用長江大橋定動床河工模型試驗研究報告［R］.天津：交通部天津水運工程科學(xué)研究所，2009.

［5］楊光武.黃岡公鐵兩用長江大橋工程可行性研究報告［R］.武漢：中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司，2009.

［6］林應(yīng)丑.武漢白沙洲大橋河床演變及橋孔布置［J］.人民長江，2003，34（5）：34-36.

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Selection of bridge site and span arrangement for Huanggang Bridge

ZHANG Hu1,LI Bo-hai2，LI Guo-sen2
（1.China Zhongtie Major Bridge Reconnaissance&Design Institute Co.，Ltd.，Wuhan430050，China；2.Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering，Key Laboratory of Engineering Sediment，Ministry of Transport,Tianjin300456，China）

In this paper，the river bed stability in Huanggang bridge area，channel stability and channel conditions were analyzed.According to the analysis results，the comprehensive comparison of two bridge sites was made，and the recommended bridge site was determined.Based on the characteristics of the bridge area，span arrangement and the rationality analysis were carried out in order to minimize the ship navigation and navigation safety.The layout scheme for Huanggang Bridge could meet the navigation requirements.

bridge site selection；span arrangement;river regime；channel condition

U 442.4；TV 86

A

1005-8443（2012）04-0321-05

2011-11-23；

2011-12-10

張胡（1981-），男，湖南省人，工程師，主要從事橋渡水文設(shè)計研究。

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