通航河流上水文缆道工程通航净空高度的计算方法

秦 磊，胡 鹏

(1.东西湖区港航海事处，武汉 430040；2.长江航道规划设计研究院，武汉 430010)

通航河流上水文缆道工程通航净空高度的计算方法

秦 磊1，胡 鹏2

(1.东西湖区港航海事处，武汉 430040；2.长江航道规划设计研究院，武汉 430010)

水文缆道是一种由岸上进行操纵控制，进行江河流量、泥沙等测验工作架设的跨河索道系统。由于需要沿测验断面运送水文测验设备到预定水平位置和垂线测点位置，因此水文缆道对通航的影响不同于桥梁、电力及通信等水上过河建筑物。以保障船舶和水上过河建筑物安全为原则，根据水文缆道运行的特点，结合相关通航技术要求，对通航河流上水文缆道工程的通航净空高度要求及计算方法进行探讨。

通航条件；水文缆道；净空高度；计算方法

水文缆道是一种由承载索(主索)、牵引索(循环索)、支柱(塔架)、拉线、地锚、转(导)向滑轮、运载行车、悬吊铅鱼(仪器)、驱动绞车、信号仪表装置、防雷设施、操作室(机房)等系统组成的，通过铅鱼(悬杆)将流速仪(泥沙采样器)送至河道过水断面测点位置，进行测点流速(泥沙含量)测量，是江河流量、泥沙等水文测验专用设备[1]。水文缆道定位精度较高，测验人员无需下水，极大地提升了自动化测验技术水平，能快捷并安全地完成测验任务[2]。由于需要通过索道把水文测验仪器送到测验断面任一指定位置，并进行作业，对船舶通航安全产生较大影响。由于水文缆道对通航的影响不同于电力、通信等水上过河缆线，本文从通航技术要求出发，对在通航河流建设水文缆道工程的通航净空高度要求及计算方法进行探讨。

图1 水文缆道布设示意图Fig.1 Layout plans of hydrometric cableway

1 水文缆道系统结构

水文缆道主要有缆索系统驱动装置和测验仪器设备[2]。测验时，操纵仪器沿主索作水平运动，到达测验位置后，下放仪器(铅鱼)到预定测点进行测速、取沙。典型的水文缆道布设形式如图1所示。一般由动力循环系统、变频调速系统、智能控制系统、避雷系统等部分组成。动力循环系统主要包括主杆支架、地锚、主索、牵引索、滑轮、行车、绞车，铅鱼等部分；变频调速系统包括动力控制器、变频调速器、电机等；智能控制系统主要包括计算机、主控接口、计数控制接口、水下信号源等；避雷系统一般由避雷接地网、过河避雷索、避雷针、三相电源避雷器等部分组成。

2 通航净高的确定

通航净高是在跨越航道建筑物的通航孔两侧墩柱的内空范围内，从建筑物梁底最低点至设计最高通航水位间的垂直距离。《内河通航标准》(以下简称“标准”)给出了相应等级航道应满足的最小尺度，不同等级的航道所要求的通航净空高度是不同的。通航净高值为工程航段代表船型空载水线以上至最高固定点高度与富裕高度之和[3-4]。底部有斜撑或拱形过河建筑物的通航净空尺度要求如图2所示。对通航净空为矩形的过河建筑物其上底宽(b)与通航净宽(Bm)一致，且无侧高(h)的规定。

根据“标准”，水上过河缆线的通航净空高度，是指工程河段通航最大船舶空载高度在设计最高通航水位时安全通过缆线的最小高度。通航净空高度数值应按缆线垂弧最低点计算，不小于最大船舶空载高度、船舶航行安全富裕高度与缆线安全富裕高度之和[5]。

图2 通航净空示意图Fig.2 Dimensions of navigation clearance

(1)最大船舶空载高度。

水上过河缆线相比桥梁等水上过河建筑物目标小，船舶航行、特别是夜间航行时难以发现，且数量较多。因此，水上过河缆线通航净空高度论证中通航船型的选取不同于桥梁论证中通航代表船型的选取原则。水上过河缆线应根据工程航段船舶通航实际状况、船型规划情况以及特殊作业船舶等综合选取，以此确定最大船舶空载高度(包括特种船舶或船舶承担特种运输任务、船舶跨航道等级航行时的空载高度以及帆船、渔船进入内河航道航行时的桅杆高度)。

(2)船舶航行安全富裕高度。

船舶航行安全富裕高度值是为保障水上过河建筑物下方船舶行驶安全而设置的富裕量。所考虑的各项因素基于以下几种情况：①船舶驾驶的安全高度是一个综合性的因素，其中包括驾驶员的心理因素，船舶越大，波浪越高，船舶过桥时航行条件越差，要求的安全高度也越大；②水流及波浪引起的船舶纵摇和垂荡使船舶水线以上至最高固定点高度产生较大的变化；③船舶水线以上至最高固定点高度的计量误差由以下情况造成：不同的载重量，船舶大修后发生的高度变化，船舶高度量测时的误差，船舶在淡、海水中的吃水差等；④目前的技术水平在水位观测、预报和气象增水的预报方面存在着一定的误差，但其量值不大。

(3)缆线安全富裕高度。

缆线安全富裕高度是考虑电力、通信线路设计电气安全距离要求的富裕高度。一般，输电线路按各电压等级取值的极差递增取值。水文缆道采用无线信号传输，由起重索、水下铅鱼及仪器和岸边水下极板通过水体组成信号传输通道，铅鱼为无线信号传输的水下输出端，内置电源[6]。因此，水文缆道无需考虑电气安全距离富裕高度值，其通航净高值应不小于最大船舶空载高度与船舶航行安全富裕高度之和，即水文缆道垂弧最低点至设计最高通航水位的最小距离。

图3 非工作状态时水文缆道通航净空高度分析图Fig.3 Analysis of navigable clearance height in non-operating state

3 垂弧最低点的确定

水文缆道垂弧最低点的确定应考虑缆道运行设备的影响因素，本文根据水文缆道非工作状态和工作状态分别进行分析[7]。

(1)非工作状态。当水文缆道不进行水文测验时，缆道运行设备行车及吊载仪器(铅鱼)停滞于岸侧塔杆附近。根据水文缆道设计方案的不同，有两种情况区别考虑：第一种情况，方案中仅有主索和循环索的设计。此时，仅分析主索和循环索中垂度最大、处于最下方缆索的垂弧最低点即可。一般情况，下循环索处于最下方。第二种情况，方案中增加支索器的设计[8]。支索器是在上、中、下部位分别用两块角铁夹住1组滑轮的一个杆件装置。3组滑轮中，中间1组滑轮夹住主索，起到固定支索器的作用；上、下端各1组滑轮分别夹住上、下循环索，让上下循环索与主索始终保持一定距离，既不相互打绞，也不会与主索接触，上下循环索均控制在支索器范围内。在缆道非工作状态时，由于重力作用，支索器自然滑至主索最低点(缆道中部)。按最不利情况考虑，可以主索负载垂度与支索器的12长度之和作为缆道的垂弧最低点，见图3所示。

(2)工作状态。当水文缆道进行水文测验时，缆道行车从一岸向另一岸开始水平运动，支索器在行车运动初期并不滑动。当行车运行接近支索器时，行车运行的驱动力通过循环索传递给支索器一个张力，从而推动支索器前进。当行车和铅鱼返回运动时，支索器所受的张力逐渐减小，直到消失，在重力作用下又自然返回滑至主索最低点。当行车停滞于测量断面点时，铅鱼将进行上下垂直作业，由于支索器的支撑与牵制作用，上下循环索与主索始终保持固定距离，循环索即使产生弹跳也不会打绞，更不会与主索接触，缆道支索器与行车作用关系示意图如图4所示。

图4 缆道支索器与行车作用关系示意图Fig.4 The interaction between cableway separator and cable car

图5 工作状态时水文缆道通航净空高度分析图Fig.5 Analysis of navigable clearance height in operating state

工作状态时，行车及测验仪器(铅鱼)从一岸向另一岸移动，铅鱼位于行车下方并需深入河中进行工作，在通航水域进行测验时，会对船舶航行产生影响。当缆道运行工作时，遭遇航行船舶，为避让航行船舶，可将铅鱼临时提起，其通航净空高度应能够满足船舶航行的要求。考虑铅鱼临时提起避让航行船舶(从水面提至行车底部时间为1～2 min)，此种情况为最不利情况。此时，缆道工程距离河面最低点为主索负载垂度、行车行走轮至行车底部距离及铅鱼高度三者之和，如图5所示。

4 小结

本文通过分析通航河流水上过河缆线通航净高相关影响因素，确定水文缆道通航净空高度值，即缆道垂弧最低点至设计最高通航水位的最小距离为工程河段最大船舶空载高度与船舶航行安全富裕高度之和。根据水文缆道工作运行特点，分析了缆道非工作状态和工作状态下缆线垂弧最低点的确定方法，可供水文缆道设计和航道通航评价工作参考。

[1]SD121-84，水文缆道测验规范[S]．

[2]长江流域规划办公室水文处．水文缆道[M]．北京：水利水电出版社，1978．

[3]查雅平，吴澎．跨海桥梁桥址选择和通航净空尺度问题的探讨[J]．水运工程，2009，423(1)：203-207． ZHA Y P，WU P．Discussion on Bridge Site Selection and Navigational Clearances for Sea Crossings[J]．Port & Waterway Engineering，2009，423(1)：203-207．

[4]李一兵，何文辉．桥梁通航安全影响论证中的常见问题及其处理方法[J]．水道港口，2014(4)：366-369． LI Y B，HE W H．Common problems in argument about bridge navigation safety influence and processing methods[J]．Journal of Waterway and Harbor，2014(4)：366-369．

[5]GB50139-2014，内河通航标准[S]．

[6]刘泽文，韩友平．水文缆道的信号传输研究院[J]．气象水文海洋仪器，2013(3)：5-6． LIU Z W，HAN Y P．Study on signal transmission of hydrometric cableway [J]．Meteorological，Hydrological and Marine Instruments，2013(3)：5-6．

[7]胡鹏．皇庄水文站缆道建设工程航道通航条件影响评价报告[R]．武汉：长江航道规划设计研究院，2016．

[8]仇旭．水文缆道设计方法研究[D]．南京：河海大学，2004．

Calculation method of navigable clearance height of over-river structure for hydrometric cableway on navigable river

QINLei1，HUPeng2

(1.DongXiHuMSA,Wuhan430040,China; 2.ChangjiangWaterwayPlanning,DesignandResearchInstitute,Wuhan430010,China)

Hydrometric cableway is a specific survey instrument system, which is controlled on the bank, surveying the runoff of the water and sand. The section of over-river cableway is used to transport equipment to a predetermined horizontal position and vertical measuring point along the test section. Therefore, the effect of hydrometric cableway on navigation is different from the bridge, transmission cableway, telecommunication cableway and other over-river structures. In order to ensure the safety of ship navigation and the safety of over-river structure, according to the characteristics of hydrometric cableway operation, the calculation method of navigable clearance height of over-river structure for hydrometric cableway on navigable river was explored combined with the relevant technical requirements of navigation.

navigation condition; hydrometric cableway; navigable clearance height of over-river structure; calculation method

TV 123

：A

1005-8443(2017)04-0384-03

2017-03-01;

：2017-04-11

秦磊(1983-)，女，江苏省镇江人，助理工程师，主要从事港口航道管理工作。

Biography：QIN Lei(1983-),female, assistant engineer.