宜万铁路宜昌长江大桥工程通航影响研究

许 辉

宜万铁路宜昌长江大桥工程通航影响研究

许 辉

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063）

桥梁属永久建筑物，为使大桥建设对桥区河段通航的不利影响降到最小，通过实船试验、通航水力学及船模试验，研究了宜万铁路宜昌长江大桥拟选的两处桥位及各种桥型方案对桥区河段通航条件的影响。结果表明：两处桥位建桥方案，仅桥墩附近及桥墩下游一定范围内流态有所改变，河段内其他部位流态无明显变化，建桥对上游壅水仅在较短距离内产生影响（上游150 m处壅高0.10 m、下游水位建桥前后无变化）。综合分析得出，以2号桥位优化方案为宜。该试验研究，不仅为本工程的设计提供了科学依据，同时也可为国内其它大型跨江桥梁的建设提供参考借鉴。

宜万铁路；宜昌长江大桥；通航

宜万铁路是连接湖北省宜昌市与重庆市万州区两地的铁路系统，是我国八纵八横铁路中一横的组成部分，而宜昌长江大桥则是宜万铁路宜昌越江工程的主要和终选方案，为全线重点控制工程，该大桥全长2 526.73 m，于2004年2月开建，是目前长江上唯一的连续刚构柔性拱组合孔跨，跨径达275 m，在同类型铁路桥中位居全国第一。

宜万铁路宜昌长江大桥所在河段为长江航运黄金地段，航运繁忙、航行条件复杂，是长江干线水运主通道的中、西部结合处，又是葛洲坝水利枢纽和三峡工程过坝中转运输的重要集散地。大桥建成后的通航问题关系到整个长江经济带的发展，十分重要。为了确保大桥建成后的桥梁、桥墩和船舶航行安全，同时考虑大桥桥位选择和工程应用的需要，本文通过桥区河段通航实船试验、通航水力学试验及船模试验，深入研究了工程建设对桥区河段通航条件的影响。

1 河道及工程概况

宜昌河段上起葛洲坝水利枢纽、下至虎牙滩，全长约25 km，属于山区性河流向平原河流转变的过渡段，呈微弯顺直分汊状（见图1）。桥区河段位于宜昌河段中部顺直的胭脂坝河段，该河段中部偏靠右岸有胭脂坝，将河道分为左右两汊，呈“左主右支”的态势。

宜昌长江铁路大桥距上游夷陵长江大桥约4.8 km（见图2），距三峡工程约40 km，距下游宜昌长江公路大桥约10 km。主桥采用（130＋2×275＋130）m连续刚构柔性拱组合结构（见图3）。该大桥于2007年8月全桥贯通，2010年4月通过了动静荷载试验。目前，宜万铁路正式通车，大桥运行正常。

2 大桥对通航的影响

2.1 实船试验

通过实船试验［1－3］研究不同桥位、桥孔设计净空宽度、通航净宽等对通航的影响。试验时间选在桥位河段的中枯水期（4月份）和洪水期（6月份）进行。试验地点中枯水期位于宜昌市胭脂坝附近3号桥位河段；洪水期则选在宜昌市胭脂坝附近2号和3号桥位河段。试验选用内河顶推船队（一顶六驳，6×1 000 t＋2 640 HP），有关试验船队的队形、尺寸如图4所示。

在试验的过程中，根据桥区航道及水文特征，取桥轴线上游8km，下游5km的范围作为试验航段；以上水通航孔、下水通航孔为主要的试验航路，选择合适的小船作为模拟桥墩，运用差分GPS RTK、摄像机、罗经、雷达等综合测试手段进行现场同步观测流速、流向，并收集风向、风力等有关资料。

图1 宜昌河段河道态势图Fig.1 River morphology of Yichang reach

图2 各桥位方案位置示意图Fig.2 Sketch of different bridge sites

图3 宜昌长江大桥桥型立面布置图Fig.3 Elevation view of the Yichang Yangtze River Bridge

实船试验结果表明：①2号桥位桥孔设计净空宽度270 m，通航净宽为258 m，在考虑桥墩紊流影响的情况下，当实际风力达7级时，上、下水通航宽度均略显不足，需适当增加；②3号桥位桥孔设计净空宽度265 m，通航净宽为253 m，在考虑桥墩紊流影响的情况下，当实际风力达到6、7级时，同样上、下水通航宽度均显不足，需适当增加。

图4 试验船舶（队）的队形、尺寸示意图Fig.4 Formation and size of the test ships during dry season（left）and flood season（right）

就航道水文条件而言，2号和3号桥位均适合建桥，综合实船试验结果，2号桥位优于3号桥位。

2.2 桥区河段通航水力学模型试验

通过通航水力学模型试验［1－4］，综合分析胭脂坝河段建桥后桥区水流条件。

2.2.1 模型设计

模型试验范围为上起葛洲坝、下讫磨盘溪，全长17 km，模型采用1／150正态设计。

几何比尺λL＝λH＝150，其中：λL为平面比尺，λH为垂直比尺；

流速比尺 λV＝λH1／2＝λL

1／2＝12.25；

时间比尺 λt＝λL／λV＝λL1／2＝12.25；

流量比尺 λQ＝λL2.5＝275 568。

本模型采用长江水利委员会水文局2001年12月至2002年1月实测1∶10 000水道地形图按断面板法塑制，平面距离误差控制在1 cm内，高程误差控制在0.2 cm内；铁路桥用塑料板制作，误差控制在0.03 cm。试验采用矩型量水堰控制流量，流量误差不大于1%。

2.2.2 试验条件

试验水文条件主要选取河段洪、中、枯3个流量级（45 000，20 000，4 400 m3／s），同时，为考虑试验中万吨级船队的航行情况，增加了一个流量级30 000 m3／s。

2.2.3 试验成果分析

根据选定的水文试验条件及桥式设计方案（见图3）进行相关试验，试验成果分析表明：

（1）河段内航道范围无不良流态；在 Q＝45 000 m3／s时，较大范围表面流速过大，为2.6～3.0 m／s，对大型船队航行不利；在 Q＝30 000 m3／s时，仅局部表面流速略大于2.6 m／s，可适应万吨级船队航行需要；流量低于20 000 m3／s时，全河段表面流速低于2.5 m／s。

（2）2号和3号两种桥位处建桥，仅桥墩附近及桥墩下游一定范围流态有所改变，河段内其他部位流态无明显变化；建桥对上游壅水仅在较短距离内产生影响。

（3）2号桥位建桥后对附近河段水流条件影响不大，且该桥位上下游水流顺畅，无不良流态；但在上水航行时，由于右主跨在Q＝30 000 m3／s时跨中流速在2.7 m／s左右，对应比降为0.13‰，万吨级船队在此上水航行困难；若桥墩右移100 m，则航行条件大有改善，右主跨在Q＝30 000 m3／s时，跨中流速在2.5 m／s以下，可适应万吨级船队上水航行。

（4）3号桥位建桥后对附近水流条件影响也不大，桥跨为216 m方案的5＃墩正处于河道主泓，附近流速较大，且左主跨受河槽深泓影响大，水流略有右斜；桥跨为270 m条件下，桥墩对局部流场的影响在各流量级均较桥跨为216 m略小，水流较平稳。该桥位2种方案均可适应相应流量级通航条件。

2.3 船模航行试验研究

通过船队模型试验［1－4］，分析胭脂坝河段建桥后桥区船舶的航行条件。

2.3.1 试验方案

考虑在 4个流量级（45 000，30 000，20 000，4 400 m3／s）水流条件下进行如下试验：①胭脂坝河段3号桥位现状河道（无桥）和2个设计桥式布置方案（主跨270 m和主跨216 m）的船模航行试验和水力学试验；②胭脂坝河段2号桥位现状河道（无桥）、设计桥式主跨270 m布置方案（原方案）和将2号桥位原方案桥墩右移100 m的布置方案（优化方案）的船模航行试验和水力学试验；③胭脂坝河段3号桥位上游左岸约350 m的油码头、油驳船队停靠的船模航行试验。

2.3.2 试验成果分析

试验成果分析表明：现状河道的通航流量主要控制在船队上水的对岸，建桥后对其附近河段通航水流条件影响不大，仍可满足4个流量级相应船队的通航要求。

2号和3号桥位通航条件相比，2号桥位原方案和优化方案的水流平顺，通航水流条件比3号桥位好。但枯水流量时，2号桥位优化方案上水航线右主跨3.5 m航深的航宽水域要减少约70～80 m。此外2号桥位方案，油驳船队航行停靠油码头对下水船队的干扰影响比3号桥位方案小。

综合上述通航试验成果，胭脂坝现状河段以2号桥位优化方案（右移100 m）为宜，可以满足试验船队洪、中、枯各级流量下的通航条件。对于枯水期右主跨上水航道的航宽有所减少的问题，考虑到三峡建库运用后，右主跨河段冲刷下切，航宽航深将可能加大，如到时实有加宽加深航道的需要，亦可进行适当开挖整治。

3 主要结论

本文采用实船试验、通航水力学模型试验及船模航行试验，对宜万铁路宜昌长江大桥工程建设对桥区河段通航条件的影响进行了研究，得出以下主要结论：

（1）实船试验结果表明，2号和3号桥位航道水文条件均适合建桥，但2号桥位优于3号桥位。

（2）2号和3号两处桥位建桥后，仅桥墩附近及桥墩下游一定范围流态有所改变，河段内其他部位流态无明显变化，建桥对上游壅水仅在较短距离内产生影响。

（3）2号桥位建桥后在上水航行时由于右主跨在 Q＝30 000 m3／s时跨中流速在2.7 m／s左右，对应比降为0.13‰，万吨级船队在此上水航行困难，但若桥墩右移100 m，则航行条件大有改善；3号桥位两种桥跨方案均可适应相应流量级通航条件。

（4）航模航行试验研究表明，2号桥位原方案和优化方案的水流平顺，通航水流条件比3号桥位好。

（5）综合实船试验、通航水力学模型试验及船模航行试验成果，胭脂坝现状河段以2号桥位优化方案（右移100 m）为宜。

（6）本试验成果为工程设计提供了必要的技术支撑，同时也可为其它大型跨江桥梁的建设提供参考借鉴。

［1］ GB 50139－2004内河通航标准［S］.北京：中国计划出版社，2004.（GB 50139－2004 Inland Navigation Standard［S］.Beijing：China Planning Press，2004.（in Chinese））

［2］ 长江航道局.航道工程手册［M］.北京：人民交通出版社，2004.（Changjiang Waterway Bureau.Waterway Engineering Handbook［M］.Beijing：China Communications Press，2004.（in Chinese））

［3］ 武汉理工大学.宜万铁路宜昌长江铁路大桥船舶通航实船试验报告［R］.武汉：武汉理工大学，2002.（Wuhan University of Technology.Report on the Ship Experiment of Yichang Yangtze River Bridge on Yichang-Wanzhou Railway［R］.Wuhan：Wuhan University of Technology，2002.（in Chinese））

［4］ 长江科学院.宜万铁路宜昌长江铁路大桥桥区河段通航水力学及船模试验研究报告［R］.武汉：长江科学院，2003.（Yangtze River Scientific Research Institute.Report on the Test of Navigation Hydraulics and Ship Model of Yichang Yangtze River Bridge on Yichang-Wanzhou Railway［R］.Wuhan：Yangtze River Scientific Research Institute，2003.（in Chinese） ）

Influences on Navigation Conditions of Yichang Yangtze River Bridge on Yichang-Wanzhou Railway

XU Hui
（China Railway Fourth Survey and Design Institute Group Co.，Ltd.，Wuhan 430063，China）

To minimize the adverse impact of bridge construction on the navigation in bridge area，two bridge sites to be selected for Yichang Yangtze River Bridge are compared in the first place，and the impacts of different bridge types on the channel in the bridge area are studied by real ship test and navigation hydraulics and ship model test.The study manifested that for both the sites，flow regime change caused by bridge construction only happens near the bridge pier and in the downstream area of the bridge pier；while the water level rises only in a short distance of the upper reaches（the free-surface increment at 150 m upstream of the bridge is0.1 m，yet with no obvious change downstream before and after the bridge construction）.Finally，comprehensive analysis showed that the optimized No.2 bridge site scheme is more appropriate.The study provides scientific basis for the design of this project，and serves as a reference for the construction of other large cross-river bridges as well.

Yichang-Wanzhou railway；Yichang Yangtze River bridge；navigation

U443.22

A

1001－5485（2011）06－0035－04

2011-04-22

许 辉（1958-），女，江苏江阴人，高级工程师，主要从事桥梁、隧道工程前期涉水工作研究，（电话）13971222733（电子信箱）tsyglxh＠foxmail.com。

（编辑：周晓雁）