秦淮河彎曲航道跨河橋梁凈寬尺度探討

摘 要：隨著水運(yùn)網(wǎng)絡(luò)與道路網(wǎng)絡(luò)的交織越來(lái)越頻繁，需要充分協(xié)調(diào)好兩種交通網(wǎng)絡(luò)，最大限度地發(fā)揮兩者的效益。對(duì)于航道而言，重點(diǎn)是要解決航道彎道段跨河橋梁凈寬的選定問(wèn)題，以便船舶快速、安全地通航，本文基于現(xiàn)有的橋梁凈寬計(jì)算方法，結(jié)合實(shí)際情況，以秦淮河為例，選定較為科學(xué)合理的橋梁通航凈寬值，供航道和橋梁設(shè)計(jì)參考。

關(guān)鍵詞：彎曲航道；橋梁凈寬；過(guò)河建筑物；航道寬度

中圖分類號(hào)：U612.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2016）11-0056-02

近年來(lái)，隨著航運(yùn)事業(yè)的快速發(fā)展，內(nèi)河航運(yùn)作為一種相對(duì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)保節(jié)約的運(yùn)輸方式在貨物運(yùn)輸領(lǐng)域占據(jù)相當(dāng)大的比例。橋梁凈寬尺度對(duì)內(nèi)河航運(yùn)的運(yùn)輸效率和安全性有著重要影響，尤其是彎道處的橋梁凈寬尺度，因?yàn)閺澋捞幍匦螐?fù)雜、水流流態(tài)變化多端，對(duì)船舶安全航行影響較大。另一方面，橋梁建設(shè)是一項(xiàng)關(guān)系到防洪、航運(yùn)、路網(wǎng)接線等的系統(tǒng)工程，必須堅(jiān)持“統(tǒng)籌兼顧、遠(yuǎn)近結(jié)合、水路并舉、確保航道通暢”的原則。因此，交通運(yùn)輸部發(fā)布了《跨越國(guó)家航道橋梁通航凈空尺度和技術(shù)要求的審批辦法》的通知，規(guī)定了橋梁建設(shè)必須符合國(guó)家有關(guān)通航標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和要求。

《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定水上過(guò)河建筑物布置于彎道時(shí)，應(yīng)加大通航孔跨度。具體加大多少合適，目前還沒(méi)有確切的規(guī)定。為保障秦淮河航道暢通、保證船舶的航行安全，有必要對(duì)秦淮河Ⅳ級(jí)航道彎道處的橋梁凈寬尺度進(jìn)行論證。本文研究分析現(xiàn)有規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)研究成果，從實(shí)際情況出發(fā)，以秦淮河為例對(duì)橋梁凈寬尺度給出了較為科學(xué)實(shí)用的計(jì)算方法。

1 航道概況

秦淮河航道上游起自蕪申運(yùn)河，自南向北依次流經(jīng)高淳區(qū)、溧水區(qū)、江寧區(qū)、雨花臺(tái)區(qū)、建鄴區(qū)，經(jīng)秦淮河船閘入長(zhǎng)江，由塘溝河、石臼湖湖區(qū)航道、石湫新河、一干河、溧水河、秦淮河河定橋南段及秦淮新河組成。秦淮河是《江蘇省干線航道網(wǎng)規(guī)劃》“兩縱四橫”干線航道網(wǎng)中的“四橫”蕪申線的組成部分，規(guī)劃等級(jí)為四級(jí)。為了適應(yīng)江蘇省生產(chǎn)力布局的變化和南京經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也為了與江蘇省內(nèi)河航道網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展相匹配，以及與南京綜合運(yùn)輸方式的協(xié)調(diào)發(fā)展相適應(yīng)，秦淮河即將按照四級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整治，整治后航道里程97.1km，航寬50m，最小彎曲半徑320m。

2 彎道處橋梁凈寬尺度的確定

2.1 彎道處橋梁加寬機(jī)理

彎道處航道水流常伴隨著水面橫比降、橫向環(huán)流等特征。彎道處凹岸一側(cè)相比凸岸一側(cè)水深較大，凸岸側(cè)常淤積形成邊灘，上行船舶（隊(duì)）航行時(shí)如不慎易吸淺。受彎曲段航道寬度、深度、彎曲半徑以及水流流速、流向、流態(tài)的制約，船體周圍流場(chǎng)發(fā)生變化，改變了船舶（隊(duì)）對(duì)水運(yùn)動(dòng)的要素，影響船舶（隊(duì)）操縱性能，船舶（隊(duì)）在彎道航行時(shí)，基本處于一種偏離過(guò)灣、左右搖晃、首尾難兼顧且船舶（隊(duì)）愈長(zhǎng)愈難操縱的困難局面。且受橫向水流和彎道離心力作用，船舶（隊(duì)）產(chǎn)生橫向偏移，很難沿規(guī)定的航線運(yùn)行，基本以不同的偏轉(zhuǎn)量偏離航線，沖向河岸，導(dǎo)致船舶（隊(duì)）航行的不安全性。

因此，我國(guó)內(nèi)河航道會(huì)對(duì)彎道進(jìn)行加寬，一般采用不對(duì)稱的內(nèi)側(cè)拓寬，基于此，當(dāng)橋梁不得不布置于彎道處時(shí)，需加大通航凈寬或一跨過(guò)河，使船舶安全通過(guò)橋區(qū)。

2.2 彎道處橋梁通航凈寬確定方法

現(xiàn)行橋梁凈寬尺度主要是根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的水上過(guò)河建筑物通航凈空的尺度最小值和計(jì)算公式確定，而彎道處橋梁通航凈寬為給出明確的規(guī)定。

船舶（隊(duì)）在彎道段航行，受船型、彎道邊界條件、人為因素、水流條件等影響，影響因素十分復(fù)雜。對(duì)于秦淮河等平原河網(wǎng)地區(qū)限制性航道而言，其航行船舶基本采用標(biāo)準(zhǔn)化推薦船型，相比自然及山區(qū)航道，水流條件總體較好，且航道定期疏浚維護(hù)，因此，在確定限制性航道彎道處橋梁凈寬時(shí)，可簡(jiǎn)化凈寬影響因素，取其主要因素，即主要考慮船舶（隊(duì)）尺度、彎道曲率半徑和航道寬度等三大要素，它也影響船舶（隊(duì)）的航行漂角和偏航距。

本文在現(xiàn)有規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的相關(guān)通航凈寬、航道寬度計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，基于影響通航凈寬的三大主要因素，研究提出彎道處橋梁通航凈寬按照直線段橋梁通航凈寬與彎道處通航凈寬加寬值之和確定。

2.3 彎道處橋梁通航凈寬計(jì)算

2.3.1 代表船型

設(shè)計(jì)船型選擇根據(jù)運(yùn)輸貨種、起訖點(diǎn)，滿足標(biāo)準(zhǔn)化、適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性及通達(dá)性要求，擬采用多種混合設(shè)計(jì)船型，見(jiàn)表1所示。

2.3.2 彎道處橋梁通航凈寬

經(jīng)各國(guó)學(xué)者的試驗(yàn)研究，在各種運(yùn)行條件下，提出了彎道加寬值的經(jīng)驗(yàn)公式，經(jīng)比較，彎道處橋梁通航凈寬建議采用下列公式進(jìn)行加寬值計(jì)算：

Bm=ΔB+Bm

式中：ΔB——彎曲段凈寬增加值（m）；

L——設(shè)計(jì)貨船或船隊(duì)（頂推船隊(duì)）長(zhǎng)度（m）；

R——彎曲半徑（m）；

B——直線段設(shè)計(jì)航道寬度（m）；

Bm——直線段通航凈寬（m），根據(jù)《運(yùn)河通航標(biāo)準(zhǔn)》（JTS 180-2-2011）第4.5.1條：四級(jí)航道直線段雙線通航孔凈寬Bm為55m。

其中，直線段航道設(shè)計(jì)寬度B根據(jù)下列公式計(jì)算：

B= BFd + BFu + d1+ d2+C

BFd = Bsd + Ld sinβ

BFu = Bsu+ Lu sinβ

式中：B——直線段雙線航道寬度（m）；

BFd——下行船舶或船隊(duì)航跡帶寬度（m）；

BFu——上行船舶或船隊(duì)航跡帶寬度（m）；

d1——下行船舶或船隊(duì)外舷至航道邊緣的安全距離（m）；

d1——上行船舶或船隊(duì)外舷至航道邊緣的安全距離（m）；

D——船舶或船隊(duì)會(huì)船時(shí)的安全距離（m）；

Bsd——下行船舶或船隊(duì)寬度（m）；

Ld——下行頂推船隊(duì)長(zhǎng)度或貨船長(zhǎng)度（m）；

β——船舶或船隊(duì)航行漂角（°），Ι～Ⅴ級(jí)航道可取3°；

Bsu——上行船舶或船隊(duì)寬度（m）；

Lu——上行頂推船隊(duì)長(zhǎng)度或貨船長(zhǎng)度（m）；

d1+ d2+C——各項(xiàng)安全距離之和（m），船隊(duì)可取（0.5～0.6）倍上行和下 行航跡帶寬度，貨船可?。?.67～0.8）倍上行和下行航跡帶寬度。

2.4 秦淮河航道彎道處橋梁凈寬尺度的選定

秦淮河是長(zhǎng)江下游的支流，是南京水運(yùn)入江的主要通道，也是連接長(zhǎng)江與蕪申運(yùn)河的一條重要航道，秦淮河航道位于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的南京市，自古以來(lái)就是重要的溝通城鄉(xiāng)物資交流的運(yùn)輸通道，隨著蕪申線航道條件的改善，秦淮河航道的運(yùn)量必將大幅度提高，根據(jù)預(yù)測(cè)，2035年秦淮河的貨運(yùn)量上、下行合計(jì)為2200萬(wàn)噸，單向最大貨流密度為1490萬(wàn)噸（秦淮新河上行貨運(yùn)量）。

因此，考慮到秦淮河船舶密度增大，參考計(jì)算所得彎道處橋梁通航凈寬值，建議擬建橋梁加大通航孔凈寬到75m比較合理。建議下一階段橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，橋梁設(shè)計(jì)單位，根據(jù)凈空尺度的調(diào)整，選擇合理可行的橋梁型式。

參考文獻(xiàn)：

[1]李一兵，王育林. 彎曲航道過(guò)河建筑物跨度的計(jì)算方法探討[J].水道港口.1997（4）：16-23.

[2]甘浪雄. 船舶在橋區(qū)安全航行可靠性分析[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2003（4）：455-458.

[3]周華興，鄭子龍. 關(guān)于運(yùn)河彎曲段航道加寬值的計(jì)算分析[J]. 水道港口，2009（4）：272-276.

[4] GB 50139-2014，《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》[S].

[5]JTJ312-2003，《航道整治工程技術(shù)規(guī)范》[S].

[6] JTS 180-2-2011，《運(yùn)河通航標(biāo)準(zhǔn)》[S].