内河一级航道跨河桥梁净空尺度论证分析

胡 飞， 李文杰

(安徽省交通勘察设计院有限公司，安徽 合肥 230011)

0 引 言

合肥市是长江三角洲城市群副中心城市，“长江经济带”“一带一路”双节点城市、内陆开放型经济高地、全国性综合交通枢纽，而水路运输短板与较高的城市定位不相适应，迫切需要通过提升水路通道的等级弥补短板[1]。兆西河通江一级航道工程是合肥打造江淮航运中心，实现合肥市水路运输跨越式发展，实现真正意义上“通江达海”美好梦想的重要一环。兆西河航道沿线现有桥梁8座(表1)；同时，沿线还有1座桥梁正在施工，4座桥梁即将施工。全部桥梁均按Ⅲ级航道净空标准控制。

表1 沿线桥梁现状一览表

内河航道与跨航道桥梁建设之间存在着不可避免的矛盾，从航道通航条件角度而言，跨河桥梁的通航净空尺度越大越好，最好一跨跨过通航水域；但从工程投资和方便两岸人员出行等角度而言，通航净空尺度最好能够减小到最低程度。兆西河通江一级航道工程按一级标准建设，现状桥梁均需改建，按现行设计规范无法简单地执行，如何针对工程项目特点，确定合理的内河一级航道通航净空尺度，对满足船舶通航安全和桥梁自身安全、控制工程投资和方便居民出行都具有重要意义。

1 通航净空尺度的影响因素

通航净空尺度主要包括通航净宽和净高，净空高度数值为代表船型(最大船舶)空载水线以上至最高固定点高度与富裕高度之和；净空宽度指代表船型或船队能够安全通过的桥孔最小宽度。通航净空尺度大小主要取决于所在航道等级和设计代表船型以及桥位河势状态等。

1.1 航道建设标准及尺度

兆西河航道是全省干线航道“一纵两横五干二十线”中“一纵”[2]的组成部分，是合肥市四条外向型水运通道之一。考虑未来合肥市经济发展和城市定位，兆西河航道按一级标准进行设计，推荐航道尺度见表2。

表2 兆西河通江一级航道工程航道尺度表

1.2 设计船型

根据《兆西河通江一级航道工程预可行性研究报告》[3]，其设计代表船型见表3。

表3 兆西河通江一级航道工程设计代表船型表

1.3 通航水位

兆西河通江一级航道工程按一级航道标准进行建设，根据《港口与航道水文规范》(JTS 145—2015)[4]和《内河通航标准》(GB 50139—2014)[5]，最高通航水位采用20年一遇重现期的洪水位，最低通航水位采用综合历时曲线法计算，采用98%保证率水位。综合考虑巢湖航道网内航道建设通航水位，本次兆西河通江一级航道通航水位见表4。

表4 兆西河通江一级航道工程通航水位成果表

2 通航净空的确定

2.1 《内河通航标准》有关规定

依据内河河道的特点和地区等条件，分别对其相应的航道等级规定了桥梁通航净空尺度，但对Ⅰ级航道的规定仅对天然和渠化河流航道的跨河桥梁通航净空尺度进行了规定，见表5。

表5 天然和渠化河流跨河桥梁通航净空尺度

由表5可知，Ⅰ级航道其通航净高为 24 m和18 m，双向通航孔净宽在220 m以上，但对应船型为2排2列以上船队，与兆西河航道设计代表船型不相适应，根据《内河通航标准》附录C的规定，《内河航道标准》附录C.0.1，天然和渠化河流水上过河建筑物轴线的法线方向与水流流向的交角不大于5°时，通航净宽可按下列公式计算：

Bm2=2BF+b+△Bm+Pd+Pu

BF=Bs+Lsinβ

式中：Bm2为单孔双向通航净宽，m；BF为船舶或船队航迹带宽度，m；△Bm为船舶或船队与两侧桥墩间的富裕宽度，m，Ⅰ～Ⅴ级航道可取0.6倍航迹带宽度；Pd为下行船舶或船队的偏航距，m，按《内河通航标准》表C.0.1 取值，桥区横向流速为0.3 m/s，下行偏航距查表C.0.1 可得取值为30 m；b为上、下行船舶或船队会船时的安全距离，m，可取船舶或船队的宽度；Pu为上行船舶或船队的偏航距，m，取0.85倍下行偏航距；Bs为船舶或船队的宽度，m；L为顶推船队或货船的长度，m；β为船舶或船队的航行漂角，(°)，Ⅰ～Ⅴ级航道可取6°。

根据设计代表船型及内河通航净宽的计算公式，交角不大于5°情况下通航净宽计算见表6。根据计算，取145 m 作为正交情况下的计算净宽值。

表6 代表船型对应的桥位正交情况下净宽

根据净空高度的定义，其计算公式为：

H=h1+ha

式中：H为净空高度;h1为最大船舶空载的干舷高度，m；ha为考虑航行技术等因素的富裕高度，m，根据经验和调查内河一般取1～2 m，本次取2 m。根据设计船型，带入计算净高(H)在22 m。

2.2 《海轮航道通航标准》有关规定

考虑工程设计代表船型为海轮，根据《海轮航道通航标准》(JTS 180-3—2018)[6]，其跨河桥梁通航净空应满足其规定要求。净高根据《海轮航道通航标准》6.3条规定，为代表船型设计最高通航水位线以上高度与富裕高度之和，并规定在通航海轮的内河水域，富裕高度取2 m，根据设计船型，带入计算净高(H)为22 m。

按《海轮航道通航标准》计算通航净宽：

B=K·W

式中：B为桥梁通航净空宽度，m；K为扩大系数，可取1.5～1.8，考虑内河航道特点，设计取1.6；W为单向或双向航道通航宽度，m，航道设计宽度为90 m。带入计算得桥梁通航净空宽度为144 m。

2.3 净空尺度的确定

2.3.1 净高的确定

根据《内河通航标准》和《海轮航道通航标准》规定计算得到净高为22 m，考虑长江下游跨河桥梁现状净高情况，兆西河入江口位于铜陵长江大桥和芜湖长江大桥之间，其净高主要受芜湖和南京长江大桥控制。为确保南京长江大桥安全，根据安全管理要求，船舶通过时，其最高点至桥梁下缘的间距不小于1.2 m，因此其实际净高仅22.8 m，考虑内河河道特点和居民出行方便，综合分析兆西河通江一级航道跨河桥梁通航净高取22 m。

表7 长江下游部分跨河桥梁通航净空一览表[7]

2.3.2 净宽的确定

根据《内河通航标准》和《海轮航道通航标准》规定计算得到的净宽分别为145 m和144 m，考虑航道设计断面(图1)要求，两者均没有跨过通航水域，容易受船舶撞击，不利于通航和桥梁自身安全；考虑兆西河河道较窄和通航安全，桥梁应一空跨过通航水域，根据设计航道断面和设计水位，桥墩最好落在二级平台上，所需宽度为151.6 m，考虑桥墩处水流条件等影响，桥墩前留10 m左右的通道，综合分析兆西河通江一级航道跨河桥梁通航净宽取170 m。

图1 航道标准断面图

3 结 论

(1)兆西河通江一级航道工程是安徽省内河航道建设史上第一次按一级标准建设的内河航道，将实现合肥“河海直达”运输，提高运输时效，通过对现有规范的分析计算，在总结长江沿线跨河桥梁经验的基础上，根据兆西河河道特点，在保障船舶和跨河桥梁安全的基础上，综合分析确定兆西河通江一级航道工程跨河桥梁的通航净空为170 m×22 m(净宽×净高)。

(2)影响跨河桥梁的通航净空尺度因素较多，涉及航道等级、代表船型、河势及河床演变、整治措施、工程投资和社会影响等，工程确定的净空尺度为桥梁轴线的法线方向与水流流向的交角不大于5°时的净空尺度，在分析研究设计中取得的经验，可为安徽省乃至国内其他地区的同类工程提供借鉴和经验。对于重要桥梁或河道情况复杂，在满足船舶航行安全的前提条件下，桥梁通航净空可依据具体情况，在满足现行规范的基础上，宜借鉴国内外经验，必要时通过物理模型或数学模型来综合确定。