揚州開發(fā)路東延跨京杭運河大橋通航安全影響分析

毛紅華

（江蘇省交通運輸廳航道局,江蘇 南京210004）

內(nèi)河航運作為一種相對經(jīng)濟、環(huán)保節(jié)約的運輸方式，在江蘇省綜合運輸網(wǎng)體系中發(fā)揮著巨大的作用。近年來通過增建船閘和航道整治， 2 000 t級船舶可從徐州直達長江，京杭運河成為我國內(nèi)河航道中僅次于長江的等級最高、貨運量最大、渠化程度最好、船閘設(shè)施最完善的航道。根據(jù)揚州的“十二五”城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃，開發(fā)路東延工程西起運河南路東至沙灣南路，全長3.3 km，建成后將在揚州南區(qū)增加一條貫穿東西的主要通道。開發(fā)路東延跨京杭運河大橋工程需橫跨京杭運河，由于橋位處航道周邊條件較為復(fù)雜，本文對該工程的通航安全影響進行分析。

1 工程概況

1.1 橋址處現(xiàn)狀條件

京杭運河揚州段現(xiàn)狀為Ⅱ級航道，航道寬度為90 m（三線航行），航道水深為4 m，最小彎曲半徑為800 m，航道底寬為70 m。兩側(cè)岸線較順直，航行條件較好，常年能通行2 000 t級船舶。

橋位處的平面圖詳見圖1。擬建橋位上游的航道寬約170 m，下游航道寬約230 m，擬建橋位處航道位于已有碼頭處，寬約275 m；航道東側(cè)護岸線形較順直，西側(cè)航道局部變寬；該河段河勢總體情況基本穩(wěn)定，河道平面走向較為明確，沿線航道護岸已基本穩(wěn)定；該段航道水流較為平緩，流速很小，沖刷不大。

圖1 橋位平面圖

擬建橋位距下游的湯汪作業(yè)區(qū)碼頭的距離為230 m；橋位處航道西側(cè)挖入式港池現(xiàn)為煤炭碼頭和混凝土公司碼頭，因建橋需將橋位處上下游200 m范圍內(nèi)的碼頭全部拆除，故這2處碼頭拆除后無影響。此外，擬建橋位距上游揚州運河大橋1.7 km，距下游南繞城公路大橋1.3 km。

1.2 橋梁建設(shè)方案

擬建橋梁橫跨京杭運河，橋軸線與京杭運河航道中心線的夾角為5.56°，橋梁斷面示意圖見圖2。主橋上部結(jié)構(gòu)采用35 m（邊跨）+100 m（輔跨）+135 m（主跨）+45 m（邊跨），為獨塔單索面斜拉橋，塔梁墩固結(jié)，橫向布置為單幅橋；引橋上部結(jié)構(gòu)采用30~33 m 等高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，梁高為180 cm，橫橋向分雙幅布置；主梁采用鋼箱梁，橋面全寬39 m，主梁梁高3.3 m，采用封閉箱梁，頂板設(shè)1.5%的橫坡；索塔采用風(fēng)帆造型，橋面以上為鋼結(jié)構(gòu)，橋面系以下為混凝土結(jié)構(gòu)；塔身及塔根部分縱橋向分為A、B 2個塔柱，塔身接主梁處橫橋向?qū)?.5 m，縱橋向分別長3.0 m 及3.50 m，塔頂區(qū)域兩塔柱合二為一；索塔布置于道路中分帶內(nèi)，與主梁固結(jié)，索塔橋面以上總高度68 m。

圖2 擬建橋梁斷面示意圖

道路等級按照城市Ⅰ級主干路設(shè)計，設(shè)計速度為50 km/h。主橋梁段采用浮運拼裝方案，引橋采用滿堂支架現(xiàn)澆施工方案。

1.3 通航尺寸

京杭運河的代表船型采用1 頂+2×2 000 t級頂推船隊，船隊尺度180 m×14.0 m×2.6 m?！哆\河通航標準》對長江三角洲地區(qū)運河過河建筑物的凈高做了規(guī)定，其中Ⅳ級航道上的跨河建筑物，在通航凈寬范圍內(nèi)通航凈高不應(yīng)小于7 m。根據(jù)《內(nèi)河通航標準》（GB50139—2004）對限制性航道水上過河建筑物通航凈空尺度按計算結(jié)果進行確定。

根據(jù)《京杭運河徐揚段二期續(xù)建工程工程可行性研究報告》的研究成果，京杭運河揚州段航道為三線航行（2條2 000 t頂推船隊與超越300 t級貨船），一般要求為：航道寬度為90 m，航道水深為4 m，最小彎曲半徑800 m，航道底寬為70 m。因擬建橋位處航道水域較寬（橋位處航道寬約275 m），為安全起見，根據(jù)《內(nèi)河通航標準》（GB50139—2004）并參照附錄C計算橋梁通航孔凈寬為117.5 m，橋孔凈跨B為118 m。

綜上所述，擬建橋位處的通航尺度不應(yīng)小于118 m×7 m（凈寬×凈高）［1］。

2 橋跨及通航孔橋墩布置方案論證

2.1 橋梁通航凈空

設(shè)計最高通航水位為7.13 m（85 高程，下同），設(shè)計最低通航水位為3.33 m。

（1）通航凈寬。京杭運河大橋跨越京杭運河，推薦方案主橋為35 m（邊跨）+100 m（輔跨）+135 m（主跨）+45 m（邊跨）獨塔單索面斜拉橋，主跨135 m通航凈寬＞118 m，通航凈寬滿足要求。

（2）通航凈高。根據(jù)計算，橋梁推薦方案在通航孔范圍內(nèi)通航凈高≥7 m，滿足通航凈高要求。

2.2 橋位處航道有限元分析

水利部門擬在該段航道的下游翻水河上規(guī)劃建設(shè)包括水利節(jié)制閘和施橋翻水河泵站等在內(nèi)的行洪、送水河整治工程，規(guī)劃設(shè)計流量為450 m3/s。為分析建橋后橋位處流場的變化和影響，對橋位處航道建立數(shù)學(xué)模型?？紤]翻水河閘站影響，采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，最小網(wǎng)格尺度為1.0 m，計算網(wǎng)格共23 072個，計算節(jié)點11 892個。建橋后橋位處流場和流速情況見圖3和圖4。

圖3 橋位區(qū)域有工程流場圖

數(shù)模分析表明：增加橋位后京杭運河河道及兩岸堤防基本穩(wěn)定，河勢、河道斷面等平面形態(tài)、邊界條件也保持比較穩(wěn)定。結(jié)合橋位處流場的數(shù)值模型分析成果，大橋的建設(shè)對河道斷面、糙率的影響不大，對水流流態(tài)的影響也不大。

2.3 橋墩布置方案

由于橋位處航道寬度約為275 m，本橋推薦方案5#主墩位于航道中央，河床底標高基本與設(shè)計河床底標高一致，船舶可正常行駛，根據(jù)《內(nèi)河通航標準》5.3.2 條，對于Ⅰ~Ⅴ級航道，主墩承臺宜埋置于航道規(guī)劃河床底標高以下。本橋推薦方案5#、6#墩承臺已考慮埋置在河底泥面以下，埋置深度滿足要求。

圖4 橋位區(qū)域有工程前后流速變化圖

3 橋梁建設(shè)影響分析

3.1 橋位對下游碼頭的影響［2］

下游湯汪作業(yè)區(qū)規(guī)劃建設(shè)8個泊位，分別為1 000 t級雜貨泊位4 個、1 000 t級通用泊位2個、500 t級通用泊位2 個。根據(jù)《內(nèi)河通航標準》（GB50139-2004）5.1.1（2）對橋位選址的規(guī)定，“水上過河建筑物選址距港口作業(yè)區(qū)和錨地的距離，下游不得小于頂推船隊長度的2 倍或拖帶船隊長度的1.5倍”。根據(jù)湯汪作業(yè)區(qū)的泊位規(guī)劃及現(xiàn)場調(diào)查，進出該碼頭的船舶均為貨船單船，船舶最大長度為80 m，橋位距碼頭的距離230 m，基本可滿足要求。同時根據(jù)《揚州內(nèi)河港揚城港區(qū)湯汪作業(yè)區(qū)碼頭船舶進出港情況的說明》，湯汪作業(yè)區(qū)碼頭上游為淺灘，船舶無法按30°~45°夾角直接進出港區(qū)，需行駛至規(guī)劃的開發(fā)東路跨京杭運河大橋橋位下游約400 m處，系解纜后進出港并?？?。所以，本橋的建設(shè)對湯汪作業(yè)區(qū)碼頭的船舶進出影響不大。

3.2 橋位對上下游橋梁的影響

根據(jù)《內(nèi)河通航標準》（GB50139—2004）5.1.1對橋位選址的規(guī)定：“兩座相鄰水上過河建筑物的的軸線間距，I~V 級航道應(yīng)大于代表船隊長度與代表船隊下行5 min 航程之和”。

代表船隊采用1 頂+2×2 000 t級頂推船隊，船型尺度180 m×14.0 m×2.6 m，船行速度取11 km/h，水流速度取最不利條件下的0.38 m/s，則最不利的船行速度為3.44 m/s；代表船隊與代表船隊下行5 min 航程之和為1 212 m。擬建橋位距上游揚州運河大橋1.7 km，距下游南繞城公路大橋1.3 km，均滿足規(guī)范要求。

4 對擬建橋梁的相關(guān)要求［3］

4.1 相關(guān)要求

為保證船舶航行和橋梁本身的安全，橋梁建設(shè)按照相關(guān)標準等規(guī)定做到：（1）橋梁建設(shè)時應(yīng)設(shè)置橋涵標，同時在通航孔兩側(cè)的橋墩上設(shè)置警示標志，以引導(dǎo)船舶航行；（2）考慮到該橋通航孔主墩在水中，應(yīng)在主墩增設(shè)消能防撞設(shè)施。

4.2 施工期通航安全要求

對于橋梁施工組織的要求，應(yīng)按照《中華人民共和國水上水下活動通航安全管理規(guī)定》，向地方海事部門報送相關(guān)施工方案，辦理相關(guān)手續(xù)。

4.3 設(shè)計中存在問題和解決辦法

（1）橋位處有2座碼頭，下游230 m處有8個泊位碼頭，不滿足《內(nèi)河通航標準》（GB250139—2004）對橋位選址的規(guī)定，但根據(jù)揚州市對東延項目的整體規(guī)劃，橋位無法移位。為滿足規(guī)范，提出橋位處2座碼頭在本橋建設(shè)前完成拆除工作，下游碼頭采用船舶需行駛至規(guī)劃橋位下游400 m處，系解纜后進出港并?？浚咨平鉀Q了橋位和碼頭的關(guān)系。

（2）由于京杭運河為國家主通道，水運繁忙，設(shè)計中5#、6#主墩位于水中，對船舶航行和橋梁安全帶來一定影響。橋梁設(shè)計中未設(shè)置橋梁防撞設(shè)施，為保護橋墩和通行船舶，建議在5#橋墩四周增加消能防撞設(shè)施，同時承臺設(shè)置在設(shè)計河底標高以下。6#墩離現(xiàn)有護岸6 m左右，在不加大跨徑的前提下論證中建議調(diào)整橋位處航道東側(cè)護岸線與6#墩順接，既保證橋梁6#主墩安全同時又使東側(cè)護岸得到更好利用。

5 結(jié)語

在內(nèi)河航道上特別是高等級航道上興建臨、跨、過河設(shè)施，在項目前期建設(shè)單位和設(shè)計單位應(yīng)充分調(diào)研，選址應(yīng)符合《內(nèi)河通航標準》規(guī)定，這樣既滿足通航要求同時能盡量降低建設(shè)規(guī)模，節(jié)省工程投資。但隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，在通航河流上修建的橋梁等水上過河建筑物越來越多，少數(shù)橋梁等臨、跨過河建筑物的選址由于種種原因，必須選擇在彎道、碼頭、錨地等附近，其距離難以滿足《內(nèi)河通航標準》的規(guī)定，應(yīng)通過論證來確定合理的通航凈空和工程措施來控制工程規(guī)模。在選址時如遇到不符合標準規(guī)定的情況時，可因地制宜地采取相應(yīng)的工程措施來滿足通航條件。

［1］ 王仙美，張力平，張正蕓.論江蘇地區(qū)四級及以上航道過河建筑物 (橋梁) 通航凈空尺度［J］.現(xiàn)代交通技術(shù)，2005 （1）：73-74.

［2］張家華，吳傳站.南水北調(diào)東線工程對通航安全的影響及對策［J］.水運管理，2013，35（7）：19-21.

［3］ 谷亨忠，徐昌標.船舶通航安全對策的思考［J］.浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2008，9（1）：27-29.