渦河航道（大寺閘至入淮口段）整治工程設(shè)計特點

胡飛

【摘 要】 為推動航道升級擴能，促進地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展，在介紹渦河航道（大寺閘至入淮口段）整治工程的基礎(chǔ)上，對工程設(shè)計新理念、應(yīng)用新技術(shù)、新方法、新結(jié)構(gòu)等工程設(shè)計特點進行總結(jié)。渦河航道（大寺閘至入淮口段）整治工程采用的內(nèi)河航道設(shè)計技術(shù)的創(chuàng)新經(jīng)驗，可為國內(nèi)同類航道整治工程提供經(jīng)驗借鑒。

【關(guān)鍵詞】 渦河航道;內(nèi)河航道;整治工程;設(shè)計特點

1 工程概況

渦河位于淮河左岸，是淮河第二大支流，流經(jīng)河南、安徽兩省，通航歷史悠久。渦河航道是《水運“十三五”發(fā)展規(guī)劃》中的重要航道，是《安徽省干線航道網(wǎng)規(guī)劃（2018―2030年）》“一縱兩橫五干二十線”中的“一干”，也是《河南省內(nèi)河航運發(fā)展規(guī)劃（2006―2020）》中“五條地區(qū)重要航道”之一，規(guī)劃等級為Ⅳ級。

目前渦河航道上游河南段正按Ⅳ級標(biāo)準進行建設(shè)，同時下游引江濟淮航運工程的建設(shè)也為渦河打開了入江通道。渦河航道安徽段現(xiàn)狀航道等級較低，通而不暢，制約了區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展及整體航道功能的發(fā)揮。為實現(xiàn)國家水運發(fā)展規(guī)劃、安徽省航運發(fā)展規(guī)劃，完善淮河高等級航道網(wǎng)，發(fā)揮渦河水資源的綜合效益，以促進地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展、調(diào)整運輸結(jié)構(gòu)、推動航道升級擴能，迫切需要實施渦河航道（大寺閘至入淮口段）整治工程（以下簡稱“渦河整治工程”）。2017年7月，安徽省發(fā)展和改革委員會對渦河整治工程的工可報告進行了批復(fù)，初步設(shè)計和施工圖設(shè)計先后得到安徽省交通運輸廳的批復(fù)，工程已于2018年12月開工建設(shè)。

根據(jù)渦河航道規(guī)劃及運量預(yù)測結(jié)論，渦河整治工程按天然和渠化Ⅳ級航道標(biāo)準建設(shè)，整治航道185.68 km，護岸17.1 km，改建跨河橋梁2座，建設(shè)服務(wù)區(qū)3處、錨地5處，以及配套設(shè)施，工程總投資13.9億元。

2 建設(shè)標(biāo)準

渦河河槽平面形態(tài)多彎曲，橫斷面呈“U”形，寬度一般在50～100 m，最低通航水位時河谷深度為1.5～5 m?？紤]到渦河河道上建有大寺、渦陽、蒙城等多級控制樞紐，渦河航道安徽段已由天然河流變?yōu)榍恿?，宜采用天然和渠化河流航道的有關(guān)標(biāo)準建設(shè)。根據(jù)航道規(guī)劃，渦河航道等級為Ⅳ級，因此渦河航道安徽段建設(shè)標(biāo)準按天然和渠化Ⅳ級航道標(biāo)準建設(shè)，其航道尺度論證如下。

2.1 航道水深

根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準》“天然和渠化河流航道水深應(yīng)根據(jù)航道條件和運輸要求通過技術(shù)經(jīng)濟論證確定”的要求，計算方法采用標(biāo)準“附錄A 天然和渠化河流航道水深和寬度的計算方法”。

h=d +h

式中： h為航道水深，m; d為船舶吃水，m;h為富余水深，m。

渦河航道安徽段按天然和渠化河流Ⅳ級標(biāo)準進行設(shè)計。根據(jù)對蒙城船閘的現(xiàn)場調(diào)查及對蒙城海事處和船閘管理處的咨詢，蒙城船閘單日通航量最多約100艘次，平均約90艘次，通航船舶最大噸級為 t，其中500～800 t最多。航行于渦河航道中噸級在500～800 t的船舶吃水一般在2.3～2.6 m，標(biāo)準富余水深為0.2 m，代入公式計算的航道水深在2.5～2.8 m。渦河腹地出口貨物中70%的目的地是長三角地區(qū)、亳州地區(qū)，淮河水系中有70%的運輸船舶經(jīng)常在長三角地區(qū)營運。長三角地區(qū)航道網(wǎng)通過多年整治，大部分航道已達到Ⅲ、Ⅳ級航道標(biāo)準，造成渦河航道中航行的船舶吃水偏大。結(jié)合淮河航道網(wǎng)內(nèi)運營船舶的吃水特點、整治經(jīng)驗及與長三角航道網(wǎng)的對接，本次設(shè)計航道水深采用2.8 m。

2.2 航道寬度

航道寬度按《內(nèi)河通航標(biāo)準》附錄A的計算方法和要求取值，渦河航道寬度計算式如下：

W=W下 + W上 + W1 + W2 + C

W下=W船+ L船sin

W上=W船+ L船sin

式中：W為直線段雙線航道寬度，m; W上、W下分別為上、下行船舶或船隊航跡帶寬度，m;W1、W2分別為上、下行船舶或船隊外舷至航道邊緣的安全距離，m;C為船舶或船隊會船時的安全距離，m;W船為上、下行船舶或船隊寬度，m; L船為上、下行頂推船隊長度或貨船長度，m;為船舶或船隊航行漂角，（埃？

根據(jù)船舶營運組織推薦船隊、船型尺寸，航道寬度計算見表1。

表1 航道寬度計算

根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準》規(guī)定，確定本次航道寬度取50 m。

2.3 最小彎曲半徑

《內(nèi)河通航標(biāo)準》規(guī)定：航道最小彎曲半徑宜采用頂推船隊長度的3倍或拖帶船隊中最大單船長度的4倍，彎曲航道在直線航道寬度的基礎(chǔ)上適當(dāng)放寬。渦河航道按天然和渠化河流Ⅳ級標(biāo)準進行整治，按照推薦船型、船隊尺度計算航道最小彎曲半徑為

R=3？L船=3？08 ?m=324 ?m

《內(nèi)河通航標(biāo)準》規(guī)定該等級航道最小彎曲半徑為330 m，因此渦河航道最小彎曲半徑取值為330 m。

3 運量需求預(yù)測

渦河整治工程充分考慮引江濟淮工程對于腹地內(nèi)交通運輸格局的深刻影響，采用運輸成本分析法，合理界定渦河航道的經(jīng)濟腹地，確定其直接腹地為蚌埠市、亳州市，以及周口市、商丘市等靠近渦河沿線的地區(qū)。按“目的性、適應(yīng)性、協(xié)調(diào)性、客觀性、前瞻性”等五大運輸需求分析原則，綜合考慮皖豫兩省社會經(jīng)濟發(fā)展、礦產(chǎn)資源分布、產(chǎn)業(yè)布局和交通發(fā)展水平，著眼于比較優(yōu)勢，重點分析水運優(yōu)勢對煤化工的利好、環(huán)保開采后對礦建材料貨運量的影響及引江濟淮工程溝通后誘增貨運量等因素，采用時間序列法、彈性系數(shù)法、灰色模型法以及貨源調(diào)查法等預(yù)測法互相印證，得出預(yù)測運量：2030年渦河航道貨運量為萬t，2040年貨運量約為萬t，2050年貨運量約為萬t。

4 工程設(shè)計理念

4.1 堅持生態(tài)選線，建設(shè)美麗水上交通走廊

渦河河道水質(zhì)為Ⅳ類，渦河航道（大寺閘至入淮口段）涉及46處不同類型環(huán)境敏感點，在渦河入淮河口門處涉及淮河荊涂峽鯉、長吻國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)。航道定線堅持生態(tài)優(yōu)先原則，注重保護原有灘地的濕地資源、陸地生態(tài)資源及水生態(tài)資源，盡量減少影響，對需要局部擴挖、疏深的河段，采用生態(tài)袋 + 杉木樁 + 植物防護結(jié)構(gòu)的水陸生態(tài)修復(fù)、補償設(shè)計。在渦河沿線兩側(cè)設(shè)置2 m寬的水生植物防護帶，采用當(dāng)?shù)厮参飳ρ鼐€岸線進行綠化、生態(tài)防護，美化航道環(huán)境。

4.2 以人為本，打造人文航道

渦河流域為“老莊”思想的發(fā)源地，渦河整治工程充分結(jié)合沿線城鎮(zhèn)打造“老莊”文化的需要，在城鎮(zhèn)段設(shè)置親水平臺，提供休閑、觀光活動場所;結(jié)合航道需求分層次布置綜合服務(wù)區(qū)和錨地，設(shè)置大寺、渦陽及蒙城3處綜合服務(wù)區(qū)，設(shè)置大寺閘下、渦陽閘上閘下、蒙城閘上閘下等5處錨地，解決了船舶亂停帶來的安全隱患;增加“三廢”收集處理系統(tǒng)，美化環(huán)境，改善船民生活條件，在橋梁橋型選擇和服務(wù)區(qū)建筑設(shè)計中體現(xiàn)人文與環(huán)境的融合，打造人文航道。

4.3 提高管理運行水平，建設(shè)平安智慧航道

渦河整治工程的航運信息服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計起點高，以“一數(shù)據(jù)兩指揮三中心，一圖兩平臺，感知、傳輸兩張網(wǎng)”為總體框架的航道信息化系統(tǒng)（見圖1），構(gòu)建現(xiàn)代化船舶航行安全監(jiān)控、航道運行動態(tài)監(jiān)測、通航協(xié)同調(diào)度體系，并與安徽省內(nèi)及相關(guān)流域港航信息服務(wù)體系有效融合，形成反應(yīng)高效、服務(wù)貼心、運行可靠的智能航運保障能力，實現(xiàn)該段航運的平安、綠色、高效運行，最大程度發(fā)揮渦河航道航運服務(wù)效能。

5 工程設(shè)計技術(shù)

5.1 通過三維仿真設(shè)計和航行漫游試驗等，提高工程設(shè)計質(zhì)量和航行效能

成功將BIM軟件進行了水運行業(yè)化的改造開發(fā)，實現(xiàn)了航道工程從方案研究到三維正向設(shè)計以及護岸專業(yè)的動態(tài)關(guān)聯(lián)設(shè)計，對基于三維設(shè)計模型而提取的二維圖紙進行了標(biāo)簽標(biāo)注樣式的定制開發(fā)，提高了設(shè)計質(zhì)量和效率;借助可視化軟件Infraworks，將高精度的衛(wèi)星云圖、數(shù)字高程數(shù)據(jù)、各類三維設(shè)計模型（橋梁、航標(biāo)、整治建筑物等）數(shù)據(jù)導(dǎo)入并精準定位后可顯示工程設(shè)置航區(qū)的環(huán)境，并通過航行漫游試驗（見圖2），對船舶航行效果進行模擬評估，為航區(qū)航標(biāo)效能評估和布設(shè)提供一種直觀、有效的輔助決策手段，有效提高了航區(qū)服務(wù)質(zhì)量和助航效能。

5.2 通過數(shù)學(xué)模型，確定工程措施，提高設(shè)計 水平和精度

運用數(shù)值模擬手段，建立航道水動力模型和泥沙運動模型，研究不同工程措施、工況條件下航道水流條件（見圖3）及航道穩(wěn)定情況，在保障船舶航行安全和航道穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，優(yōu)化設(shè)計，提升舒適性，體現(xiàn)“創(chuàng)新、共享”的設(shè)計理念。

5.3 采用技術(shù)手段，開展工程設(shè)計，提升感知 效果

針對渦河航道現(xiàn)場調(diào)查線路長、調(diào)查難度大，現(xiàn)場與工程布置有偏差等問題，應(yīng)用GIS將各種信息地理位置與工程布置相結(jié)合，方便工程設(shè)計，并將CAD技術(shù)、航拍航測、GPS技術(shù)、多媒體技術(shù)等有機融為一體，通過視頻及圖片等形式圖文并茂地將有關(guān)工程信息傳達給業(yè)主，提升感知效果，便于業(yè)主分析及決策。

5.4 貫徹創(chuàng)新發(fā)展的理念，采用新結(jié)構(gòu)、新材料

工程設(shè)計采用生態(tài)“W”形排水墊、混凝土鉸鏈排和生態(tài)魚槽等新結(jié)構(gòu)，更好地保護淮河荊涂峽鯉、長吻等國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源。在防船撞設(shè)計中采用“凹凸接頭 + 插銷棒”的法蘭連接，有效提高了防船撞設(shè)施的抗撞能力，延長其使用年限。應(yīng)用新型FRP護舷 + 鋼模一次性真空導(dǎo)入成型技術(shù)，提高工程適應(yīng)性和降低工程維護成本。在服務(wù)區(qū)工程設(shè)計中探索采用新的適合大水頭差的靠船結(jié)構(gòu)和設(shè)施（見圖4），能更好地服務(wù)于船民，提升錨地、服務(wù)區(qū)的服務(wù)質(zhì)量。

6 結(jié) 語

渦河整治工程包括總體工程、航道工程、橋梁工程、錨地、服務(wù)區(qū)工程及其他配套工程，工程涉及面廣，設(shè)計復(fù)雜困難。工程設(shè)計立足打造水運“品質(zhì)工程”，建設(shè)“綠色、人文、智慧”航道工程;設(shè)計嚴格執(zhí)行國家政策、法規(guī)，依據(jù)航道規(guī)劃，合理確定航道建設(shè)標(biāo)準和尺度;運量預(yù)測方法正確、需求分析得當(dāng);積極采用新技術(shù)、新手段解決設(shè)計難點;多種新結(jié)構(gòu)和新材料的采用，給工程增添更多便利和環(huán)保。

根據(jù)新理念，應(yīng)用新技術(shù)、新方法，采用新結(jié)構(gòu)完成的工程設(shè)計，為渦河整治工程的建設(shè)打下了堅實基礎(chǔ)。同時渦河整治工程在設(shè)計中采用的技術(shù)創(chuàng)新經(jīng)驗，可為國內(nèi)同類航道整治工程提供經(jīng)驗借鑒。