平原湖蕩交叉區(qū)高鐵橋梁通航影響分析

文 / 江西省贛中航道事務(wù)中心 吳昊天

隨著“交通強(qiáng)國(guó)、鐵路先行”國(guó)家戰(zhàn)略的穩(wěn)步推進(jìn)，作為其中重中之重的高鐵線路也在我國(guó)平原河網(wǎng)區(qū)大范圍建設(shè)。對(duì)于通航河流密布、湖蕩交錯(cuò)的區(qū)域，建設(shè)高鐵線路不可避免在不利位置穿越航道，此類橋梁的航道通航影響分析十分復(fù)雜。本文以某平原河網(wǎng)區(qū)新建高鐵跨A線、B線交叉航道區(qū)橋梁為例，對(duì)平原湖蕩交叉區(qū)域高鐵橋梁航道通航影響分析重點(diǎn)、技術(shù)難點(diǎn)與解決措施進(jìn)行了研究，研究成果可為國(guó)內(nèi)其他類似新建高鐵橋梁的航道通航影響分析提供借鑒思路。

鐵路作為國(guó)家重要基礎(chǔ)設(shè)施、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的先行官和國(guó)民經(jīng)濟(jì)大動(dòng)脈和國(guó)家重要基礎(chǔ)設(shè)施，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中扮演越來(lái)越重要的角色。

考慮到鐵路沿線區(qū)域布局、城市總體規(guī)劃、車(chē)站設(shè)置、和鐵路設(shè)計(jì)當(dāng)中轉(zhuǎn)彎半徑的要求等因素，部分跨航道橋梁線路走向難以調(diào)整。

因此，對(duì)于通航河流密布、湖蕩交錯(cuò)的區(qū)域，建設(shè)高鐵線路勢(shì)必不可避免在不利位置穿越航道，此類橋梁的航道通航影響分析十分復(fù)雜。

針對(duì)上述平原湖蕩交叉區(qū)域高鐵橋梁與航道通航影響復(fù)雜的問(wèn)題，本文以某平原河網(wǎng)區(qū)新建高鐵跨A線、B線交叉航道區(qū)橋梁為例，采用現(xiàn)場(chǎng)踏勘、航道地形測(cè)量、演變分析、規(guī)范符合性分析和實(shí)船航拍等手段，對(duì)高鐵橋梁航道通航影響分析重點(diǎn)、技術(shù)難點(diǎn)與解決措施進(jìn)行了研究，研究成果可為國(guó)內(nèi)其他類似新建高鐵橋梁的航道通航影響分析提供借鑒思路。

圖1 跨河橋梁位置示意圖

跨A、B線橋梁情況

跨河橋址處河道彎曲，河面開(kāi)闊，橋位現(xiàn)狀河寬約256m，橋梁軸線法線方向與水流方向夾角為33°。A線現(xiàn)狀為等外級(jí)航道，規(guī)劃為Ⅴ級(jí)航道；B線現(xiàn)狀為等外級(jí)航道，規(guī)劃為等外級(jí)航道，跨A線、B線橋梁按照航道規(guī)劃要求進(jìn)行孔跨布置，跨河橋梁橋跨為（70+125+70）m連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。

圖2 跨河橋梁平面布置方案

圖3 現(xiàn)狀營(yíng)運(yùn)船舶

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人機(jī)航拍，實(shí)測(cè)航跡線如圖4。

圖4 新建高鐵橋梁與航道關(guān)系示意圖

橋梁工程通航尺度論證通航凈寬寬度論證

擬建橋梁通航孔跨徑為125m，墩型為圓頭墩，橋墩長(zhǎng)9.2m，寬3.8m。橋梁?jiǎn)慰纂p向通航，由于橋軸線法線方向與水流流向交角為33°。

目前橋址段船舶流量較小，最大船舶為300~500t，并且考慮到橋址處于航道彎道段，因此后期擬采用1000t級(jí)柔性防撞設(shè)施，厚0.5m，所以加設(shè)柔性防撞設(shè)施后墩柱長(zhǎng)10.2m、寬4.8m，根據(jù)斜交橋梁通航孔凈寬計(jì)算方法可得：

即橋梁可通航凈寬為95.25m。

根據(jù)《橋墩擾流對(duì)通航凈寬尺度影響的試驗(yàn)研究》中的研究成果，橋墩擾流寬度用函數(shù)關(guān)系可以表示為：

E=0.88 KsⅤ0.75b0.56h0.44

式中，E為橋墩擾流總寬度（m）；Ks為與橋墩形狀相關(guān)的系數(shù)（無(wú)量綱）；Ⅴ為墩前水流流速（m/s）;b為墩形計(jì)算寬度（m）;h為橋墩附近水深。擬建鐵路橋梁涉水主墩為圓頭墩，則Ks=0.8，b=（墩長(zhǎng)-墩寬）sinα+墩寬，其中α為橋軸線與水流夾角。計(jì)算可得橋墩擾流總寬度為E=0.88×0.8×0.60.75×（（10.2-4.8）sin33°+4.8）0.56×4.970.44=3.06m。

實(shí)際通航凈寬為：B=95.25-3.06=92.2m，滿足86m通航凈寬要求。

通航凈寬86m范圍內(nèi)現(xiàn)狀河床滿足最低通航水位0.63m條件下航道水深2.5m的要求。

通航凈空高度論證

通航凈寬86m內(nèi)梁底最低高程為7.86m，與最高通航水位1.83m之間凈空高度為6.03m，滿足A線Ⅴ級(jí)航道通航凈高不小于5.5m的要求及B線等外級(jí)不小于3.5m的要求。

工程對(duì)航道條件影響

橋址處航線按照習(xí)慣航路布置，在最低、最高通航水位條件下，擬建A線大橋滿足雙向通航凈寬86m、凈高5.5m的通航凈空尺度要求。

八蕩河至賣(mài)鹽港和賣(mài)鹽港至八蕩河實(shí)測(cè)航跡線對(duì)比后，后者過(guò)彎過(guò)程中向岸航行，距擬建橋梁左側(cè)主墩位置較近，右側(cè)主墩距兩條航跡線均大于50m。經(jīng)分析，擬建橋梁左側(cè)橋墩距實(shí)測(cè)航跡線（賣(mài)鹽港→八蕩河）約11m，右側(cè)橋墩距實(shí)測(cè)航跡線約77m，可見(jiàn)能夠適應(yīng)習(xí)慣航道的通航要求。因此，建橋?qū)降劳ㄟ^(guò)能力、船舶航路設(shè)置影響較小。

圖5 橋梁通航凈寬計(jì)算方法

圖6 橋梁實(shí)際通航凈寬計(jì)算方法

通航安全保障措施

《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》及《內(nèi)河航道維護(hù)技術(shù)規(guī)范》均有規(guī)定：水上過(guò)河建筑物在通航水域設(shè)有墩柱時(shí)，應(yīng)設(shè)置航標(biāo)和防撞保護(hù)措施。必要時(shí)，尚應(yīng)設(shè)置航標(biāo)維護(hù)管理設(shè)施和安全監(jiān)督管理設(shè)施。通航孔兩側(cè)墩柱防護(hù)設(shè)施的設(shè)置，不得惡化通航水流條件和減小通航凈寬。

圖7 橋墩紊流寬度計(jì)算方法

因此，橋梁通航孔兩側(cè)主墩150#、151#應(yīng)設(shè)置防撞設(shè)施；由于橋址段為水域?qū)掗煹暮巺^(qū)，通過(guò)對(duì)通航水域內(nèi)其他橋墩附近航深及船舶可能航行區(qū)域分析，從橋梁安全角度考慮，149#墩同樣需布設(shè)防撞設(shè)施，其他涉水橋墩靠近河岸，且遠(yuǎn)離主航道區(qū)、水深較淺。根據(jù)相關(guān)航道規(guī)劃，結(jié)合論證代表船型、船隊(duì)，及未來(lái)營(yíng)運(yùn)船舶發(fā)展趨勢(shì)，建議149~151#墩按照不小于1000t級(jí)船舶標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行防撞設(shè)計(jì)，同時(shí)橋梁通航孔需做好橋涵標(biāo)、橋柱燈等助航、引航設(shè)施。

結(jié)論

（1）擬建橋梁位于河道交匯處，且河道彎曲，與上下游橋梁間距不滿足安全距離要求，橋位選址不符合《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)要求，應(yīng)采取安全警示措施，設(shè)置警告牌，助導(dǎo)航設(shè)施，降低由于安全間距不足造成對(duì)通航安全的影響。

（2）擬建橋梁橋的實(shí)際通航凈寬為92.2m，經(jīng)評(píng)價(jià)，擬建橋梁通航孔及墩柱布置方案與通航凈空尺度、河床變化、航道調(diào)整、船舶航跡線、通航水域覆蓋程度和航道通航能力等方面相適應(yīng)，橋群通航孔與航道布置、船舶航行相適應(yīng)。

（3）建設(shè)單位應(yīng)做好橋區(qū)助導(dǎo)航設(shè)施、倒水尺、防撞預(yù)警系統(tǒng)、船舶過(guò)彎鳴笛警示標(biāo)志和其他安全警示標(biāo)志設(shè)計(jì)，并與橋梁主體工程同步實(shí)施、同時(shí)投入使用，其建設(shè)費(fèi)用納入工程建設(shè)總投資中，保障橋區(qū)航道與通航安全。