黃家湖長江大橋建設(shè)對通航安全影響分析
2017-09-18
武漢市城市總體規(guī)劃（2010-2020年）確定了以主城區(qū)為核心，將遠(yuǎn)城區(qū)納入全市統(tǒng)一空間發(fā)展框架，城鎮(zhèn)空間發(fā)展重點(diǎn)集中在都市發(fā)展區(qū)的空間發(fā)展戰(zhàn)略，同時(shí)明確指出主城區(qū)外圍的東部、北部、西部、西南、南部、東南六個(gè)新城組群是未來一段時(shí)期內(nèi)空間發(fā)展戰(zhàn)略布局特別是大型工業(yè)用地規(guī)劃的重點(diǎn)。武漢市四環(huán)線涉及東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)、青山區(qū)、洪山區(qū)、黃陂區(qū)、東西湖區(qū)、蔡甸區(qū)、武漢經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)、江夏區(qū)等區(qū)域，路線全長約137km。
黃家湖長江大橋橋位起點(diǎn)位于武漢沌口開發(fā)區(qū)，依次跨通順河、漢洪高速，由長江北岸沌南洲處過長江，南岸經(jīng)過石咀造船廠南側(cè)，該通道軸線位于已建成的白沙洲長江公路大橋上游約7.9km及軍山大橋下游約8.3km處，見圖1，黃家湖長江大橋按雙索面雙塔斜拉橋設(shè)計(jì)，橋梁選址、通航凈空尺度和橋梁墩孔布設(shè)均永久改變了橋梁水域的通航環(huán)境，同時(shí)大橋的施工也會(huì)對通航環(huán)境和通航安全產(chǎn)生較大影響。
橋梁建設(shè)基本情況
1、 建設(shè)方案
橋梁路線全長8.912km，含徐家堡、石咀、龔家鋪共3處互通，設(shè)跨長江河道主橋、長江南、北岸跨堤高架以及長江兩岸灘涂引橋工程、青菱湖跨湖大橋一座，主橋總長1510m。主橋?yàn)殡p索面雙塔斜拉橋，橋跨布置為（100+275）+760+（275+100）m，主跨760m，邊跨375（100+275）m中間設(shè)輔助墩，邊中跨比1：2.027，主梁為鋼混組合邊主梁截面形式，主塔為H型塔。
2、平面布置
橋梁立面布置如圖2所示：從漢陽到武昌方向，依次編號(hào)為1#、2#、3#、4#墩，其中1#和2#墩通航孔為北側(cè)輔助通航孔，2#和3#墩通航孔為主通航孔，3#和4#墩通航孔為南側(cè)輔助通航孔。
3、凈空尺度
橋梁主橋主跨按單孔雙向通航要求布孔，中間跨徑為760m的橋孔為主通航孔，其通航凈寬為737.5m；主通航孔兩側(cè)設(shè)跨徑為275m的輔助通航孔，兩側(cè)輔通航孔通航凈寬均為259.6m。主通航孔和輔助通航孔的通航凈高均為18m。
4、代表船型
本河段規(guī)劃航道尺度為3.7m×150m×1000m，（水深×寬度×彎曲半徑，下同），可通航由3000噸級駁船組成的萬噸級船隊(duì)，利用航道自然水深通航3000噸級海船。通航代表船型及尺度見表1。
建橋?qū)νê桨踩挠绊?
1、建橋?qū)铰芬?guī)劃的影響
目前，工程河段船舶通航遵循“各自靠右航行”原則，航道布置靠左岸布置，而對于兩橋位的各橋型方案，橋跨布置基本沿河心布置，因此大橋建成后將會(huì)調(diào)整現(xiàn)行航道布置走向。但航法仍然不會(huì)改變，即上行船舶沿左岸一側(cè)航路航行，下行船舶沿右岸一側(cè)航路航行。
考慮橋位河段下行船舶航速較高，通過黃家湖長江大橋前需要較寬水域調(diào)整船位，結(jié)合橋區(qū)水流條件，可以將主通航孔（凈寬737.5m）設(shè)計(jì)通航凈寬大致按四六比例進(jìn)行劃分，其中左側(cè)約290m的水域作為上行大型船舶通航分道，右側(cè)約450m的水域作為下行大型船舶通航分道，主通航孔兩側(cè)275m跨度橋孔可作為中、洪水期小型船舶的通航孔。
2、建橋?qū)觿莸挠绊?
天然河流中建橋設(shè)墩，壓縮了河道過水面積而產(chǎn)生阻水作用，使得橋墩上游一定距離內(nèi)產(chǎn)生壅水及橋墩附近流速、流態(tài)發(fā)生變化，其壅水程度和范圍與橋梁的型式和河道的過水?dāng)嗝婕斑^水流量有關(guān)，可采取河工模型試驗(yàn)，分析建橋?qū)ι稀⑾掠魏拥赖挠绊?。黃家湖長江大橋定床模型試驗(yàn)研究的流量選擇300年一遇洪水流量、100年一遇洪水流量、20年一遇洪水流量、多年平均洪水流量、多年平均流量、枯水流量等。
3、建橋?qū)ι嫌嗡坏挠绊?
跨江大橋?qū)λ鳁l件的影響程度，主要取決于橋墩阻水面積與斷面過水面積之比以及橋墩所在處流速的方向與大小。黃家湖長江大橋的建設(shè)，對上游河道沿程水位有一定的壅高作用，壅水區(qū)間一般在1800m范圍以內(nèi)，不同橋位不同橋型在不同流量下的最大壅水高度不同。當(dāng)武漢關(guān)流量為83700m3/s時(shí)，約在橋位上游200m處，壅水高度最大，大橋建橋后的最大壅水高度為0.043m。
4、建橋?qū)α魉俚挠绊?
由于大橋的壅水作用，使橋位上游斷面流速有所減小，下游流速則有所增大。當(dāng)武漢關(guān)流量為83700m3/s時(shí)，在橋位上游200m處斷面流速減小值最大，建橋后橋位上游200m處斷面流速最大減小值依次為0.29m/s，下游200m斷面流速增加值依次為0.28m/s。建橋前后橋位斷面最大單寬流量或水流動(dòng)力軸線（主流）位置變化不大，由于橋墩擠占過水面積使各橋墩間單寬流量有不同程度的增加，單寬流量沿河寬的分布規(guī)律基本未變。
5、建橋?qū)α飨虻挠绊?
大橋橋軸線斷面水流方向與橋軸線的法線方向交角較小，除中枯水流量下，通航孔處主流方向與橋軸線法線方向的夾角稍大外，其余流量下，通航孔處主流方向與橋軸線的法線方向的夾角一般為2°，最大不超過5°。建橋后，橋墩對主通航孔處水流流向的影響不大，變化幅度一般在1°以內(nèi)，最大不超過3°。
6、建橋?qū)拥罌_刷的影響
建橋后，本河段的平面形態(tài)、深槽位置基本未變，灘槽格局穩(wěn)定，即總體河勢同樣未發(fā)生變化。在總體河勢相對穩(wěn)定的同時(shí)，因工程修建，橋址附近右岸近岸深槽刷深退，但幅度不大，且不會(huì)發(fā)生持續(xù)的沖。同時(shí)橋位上游右岸側(cè)深槽有沖有淤，總體表現(xiàn)為淤積，變化幅度有限。年際間深泓線左右擺動(dòng)，與初始地形相比，橋址附近深泓線擺動(dòng)幅度不超過180m，基本穩(wěn)定。
見表2，各典型年橋墩局部沖刷深度不大，最大為11.5m；從沖刷發(fā)展的過程來看，橋墩附近的沖刷發(fā)展主要發(fā)生在汛期。此后隨著來水來沙條件的變化，橋墩附近的沖刷雖然也發(fā)生一定的變化，但是未發(fā)生累積性的沖刷。
7、橋梁建設(shè)對附近水工設(shè)施的影響
從港口布局來看，橋位所處河段上、下游現(xiàn)有的軍山港區(qū)、沌口港區(qū)與橋位的距離均大于2.0km，本項(xiàng)目建設(shè)對它們不構(gòu)成不利影響；
橋位上游端有沌南洲錨地，該錨地下界剛好位于橋位處，另外根據(jù)《武漢新港總體規(guī)劃》，規(guī)劃中的石咀錨地靠武昌岸布置，錨地長約2080m，錨地范圍與擬建大橋橋位交叉。
從港口、錨地的現(xiàn)狀及規(guī)劃布局看，橋位與現(xiàn)狀或規(guī)劃的港口、錨地不滿足《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》中橋址應(yīng)遠(yuǎn)離港口作業(yè)區(qū)和錨地的規(guī)定要求，大橋施工及竣工后均需對現(xiàn)有錨地和規(guī)劃錨地進(jìn)行妥善處理。
結(jié)論和建議
大橋建成后對水域流場流態(tài)影響較小，橋區(qū)河段水流整體上較為平穩(wěn)順暢，基本具備良好的通航水流條件。
橋墩布置在可航水域中，將對施工期及建成后航道維護(hù)及水上安全管理帶來一定影響，尤其2#橋墩對中洪水期船舶習(xí)慣航路的影響較大。建議對橋墩布設(shè)做進(jìn)一步的優(yōu)化。
大橋所處局部河段在枯水季航跡線均居江中偏左，中水位及高水位的上行航跡線則明顯偏左，在要求通航孔覆蓋深槽擺動(dòng)范圍前提下，建議對船舶現(xiàn)行航法進(jìn)行調(diào)整，以滿足船舶通航安全要求。
