黃家湖長(zhǎng)江大橋建設(shè)對(duì)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(lái)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(kāi)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(kāi)發(fā)區(qū)、江夏區(qū)等區(qū)域，路線全長(zhǎng)約137km。
黃家湖長(zhǎng)江大橋橋位起點(diǎn)位于武漢沌口開(kāi)發(fā)區(qū)，依次跨通順河、漢洪高速，由長(zhǎng)江北岸沌南洲處過(guò)長(zhǎng)江，南岸經(jīng)過(guò)石咀造船廠南側(cè)，該通道軸線位于已建成的白沙洲長(zhǎng)江公路大橋上游約7.9km及軍山大橋下游約8.3km處，見(jiàn)圖1，黃家湖長(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)8.912km，含徐家堡、石咀、龔家鋪共3處互通，設(shè)跨長(zhǎng)江河道主橋、長(zhǎng)江南、北岸跨堤高架以及長(zhǎng)江兩岸灘涂引橋工程、青菱湖跨湖大橋一座，主橋總長(zhǎng)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(yáng)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(jí)駁船組成的萬(wàn)噸級(jí)船隊(duì)，利用航道自然水深通航3000噸級(jí)海船。通航代表船型及尺度見(jiàn)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(duì)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(guò)黃家湖長(zhǎng)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?shì)的影響
天然河流中建橋設(shè)墩，壓縮了河道過(guò)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(guò)水?dāng)嗝婕斑^(guò)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(zhǎng)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(guò)水面積之比以及橋墩所在處流速的方向與大小。黃家湖長(zhǎng)江大橋的建設(shè)，對(duì)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?xún)?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(guò)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(guò)5°。建橋后，橋墩對(duì)主通航孔處水流流向的影響不大，變化幅度一般在1°以?xún)?nèi)，最大不超過(guò)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(shì)同樣未發(fā)生變化。在總體河勢(shì)相對(duì)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(guò)180m，基本穩(wěn)定。
見(jiàn)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(guò)程來(lái)看，橋墩附近的沖刷發(fā)展主要發(fā)生在汛期。此后隨著來(lái)水來(lái)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(duì)附近水工設(shè)施的影響
從港口布局來(lái)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(duì)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(zhǎng)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(duì)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(duì)水域流場(chǎng)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(duì)施工期及建成后航道維護(hù)及水上安全管理帶來(lái)一定影響，尤其2#橋墩對(duì)中洪水期船舶習(xí)慣航路的影響較大。建議對(duì)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(duì)船舶現(xiàn)行航法進(jìn)行調(diào)整，以滿足船舶通航安全要求。
