乐清湾港区铁路支线楠溪江特大桥通航影响及通航净空尺度研究

乐清湾港区铁路支线楠溪江特大桥通航影响及通航净空尺度研究

叶雪雷

叶雪雷

温州市交通重大项目前期工作办公室浙江温州325000

【摘要】以乐清湾港区铁路支线楠溪江特大桥为例，论述桥梁通航标准的确定原则和方法，包括桥位选择、通航水位、净空尺度、航道选线、河床演变等，提出净空尺度计算原则和斜交桥梁净空宽度计算公式，为跨航道桥梁的通航净空尺度和技术要求论证提供参考，使桥梁建设有利于航道和港口发展。

【关键词】桥梁；桥位选址；通航水位；通航净空尺度

温州市乐清湾港区铁路支线工程是乐清湾港区的疏港铁路，线路全长约76.3km。从既有金温铁路K219+000处接轨点引出跨瓯江及诸永高速公路后，沿甬台温铁路、穿大滩山、跨104国道，过三江山上跨甬台温高速公路后向南转向乐清湾港区延伸至集装箱码头，线路在楠溪江三桥上游约800m处跨越楠溪江，该河段河面宽度约240～290m，具体位置如下图所示。所跨航道根据《浙江省内河技术等级》为内河VI级航道，桥梁通航等级为通航内河100吨级船舶。

图1大桥所在位置卫星遥感图

1、桥梁选址论证中的问题及其处理

关于桥梁如何选址，相关标准均有明确规定，要求桥址应选择在海床、河床稳定，水深充裕，水流良好的平顺航道上，远离易变洲滩。同时桥址应避开弯道、滩险、分汇流口，远离港口作业区和锚地，其距离（本文称为安全距离）应满足船舶航行、作业和相关建筑物运行安全的要求。对于通航内河船舶（队）的桥梁来说，该距离规定为：其上游不得小于顶推船队长度的4倍或拖带船队长度的3倍，下游不得小于顶推船队长度的2倍或拖带船队长度的1.5倍。对于通航海轮的桥梁来说，该距离规定为：上、下游均不得小于代表船型长度的4倍；通航万吨级及以上船舶航道上的桥梁，远离的距离可适当加大。

以本工程为例，前期线位比选时规划了多个方案，后根据地方各部门意见，确定楠溪江三桥上游800m桥位方案，拟建桥梁与下游的楠溪江三桥距离约795m，满足船舶在6～7节以下航速的大桥安全距离，拟建桥梁与两座相邻水上过河建筑物的轴线间距满足规范要求，另外与上游的诸永高速公路跨楠溪江大桥距离约3050m，也是满足规范要求。拟建桥位上下游4倍船长范围内无其他水工建筑物。江面较开阔，河道较顺直，不处在弯道上，水流流速也较缓，根据水文测验报告，其最大可能流速在1.01～1.04m/s，不属于滩险，通行控制河段，上下游也没有公告的锚地，同时河段总体河势受沿岸矶头控制，河势较为稳定，由于当地的城镇化发展对楠溪江两岸的水利防洪要求，近年来楠溪江上游兴建了不少水库，楠溪江中下游沿岸也不断建设堤岸，这些堤岸、水库的建设，人为干预了楠溪江河势演变，但桥区河势基本保持稳定，另外楠溪江河口规划建设楠溪江河口大闸工程，大闸建成后，其上游将为一水库，水流将趋于静态，对河势影响较大，河床将以淤积为主。另外大桥工程建成后，根据相关分析，河床深槽位置将更为固化。

该线路桥位总体满足规范中的桥位要求，但存在一个问题，法线与楠溪江潮流主流向夹角为51.7°，夹角较大，但桥位轴线受周边环境影响和总体线路限制，线路方案无法优化，桥梁通航孔需考虑到水流因素进行加宽。

2桥梁通航净空尺度及桥跨布置方案论证

桥梁通航净空尺度论证主要包括通航水位论证、通航净空高度和宽度论证、桥跨及通航孔布置方案论证等。在实际论证中，遇到最多的是设计最高通航水位、通航净空宽度如何确定及桥跨如何布置的问题。下面继续以本桥为例介绍一些基本原则。

2.1桥梁设计最高通航水位

距拟建大桥下游800m和1810m处，分别有已建楠溪江三桥、温州绕城高速公路北线楠溪江大桥，更下游位置还有甬台温铁路楠溪江大桥、104国道改建楠溪江大桥、楠溪江大桥、瓯北大桥。大桥上游3公里处则有诸永高速公路楠溪江大桥（下游）、诸永高速公路楠溪江大桥（上游），更上游位置有越江大桥、楠溪江五桥等桥梁，本工程所处位置属于典型的桥群河段，针对桥群河段桥梁设计最高通航水位的确定问题，目前多采用的方法是：（1）按《内河通航标准》的要求计算拟建桥梁桥址处的设计最高通航水位；（2）将计算出的最高通航水位与上下游相邻桥梁的最高通航水位进行对比，并进行合理性分析；（3）如果计算出的最高通航水位在上下相邻两座桥梁的最高通航水位之间，则采用此水位；如果计算出的最高通航水位高于上游桥梁最高通航水位或低于下游桥梁最高通航水位，则通过上下游相邻桥梁的最高通航水位来推求拟建桥梁的设计最高通航水位。一般根据桥区河段实测洪水水面线，采用比降法推求拟建桥梁的设计最高通航水位。本工程中楠溪江上的水文资料较欠缺，拟建大桥设计最高通航水位可参考规划工况下楠溪江黄田以下水利计算成果5%的水位值，取5.99m，同时与拟建桥位相邻大桥的设计最高通航水位相复核。近年来楠溪江流域新建的桥梁主要包括绕城高速跨楠溪江大桥、楠溪江三桥、诸永高速公路楠溪江大桥（下游）和诸永高速公路楠溪江大桥（上游）楠溪江大桥，和楠溪江三桥通航水位资料，其设计最高通航水位分别为取5.96m、6.18、6.12、6.12m，楠溪江三桥最高通航水位取值最高为6.18m，但其净空高度仅5.4m，折算为净空高度6.0m后，则最高通航水位实际为5.58m。建议拟建桥梁设计通航最高通航水位根据上游3600m处诸永高速公路楠溪江大桥（下游）的设计最高通航水位取值，即拟建桥位处的最高通航水位取6.12m。

2.2通航净空高度

大桥通航等级拟定为通航100吨级内河船舶。根据《内河通航标准》（GB50139-2004）第5.2.2条，VI级航道过河建筑物的通航净空高度应不小于6.0m，侧高应不小于4m，拟建桥梁通航净空高度取不小于6.0m，侧高应不小于4m。

2.3通航净空宽度

本工程位于楠溪江感潮区域，潮汐影响较为明显。拟建桥区通航孔水域涨、落潮主流向在51°（231°）～54°（234°）之间，而根据设计单位提供的大桥平面布置图，拟建大桥轴线的法线方向为2.3°/182.3°，桥轴线法线与涨、落潮主流向最大夹角为51.7°。考虑到工程区域水深在12～13m，而设计船型吃水约1.0m，表层流和0.2h的流速对船舶影响较大，逐时实测潮流流速和流向情况如附图3所示。根据大潮涨、落潮0.2h矢量图及表层流最大可能流速计算，1#、2#、3#站处涨（落）潮流时桥梁最大横流分别为0.78m/s（0.58m/s）、0.77m/s（0.59m/s）、0.77m/s（0.56m/s）。

计算方法1根据《内河通航标准》5.2.3条，由于主流向实测流速与桥梁法线夹角大于5?（实际为51.7?），最大横流大于0.3m/s时（实际为0.8m/s），通航净宽必须按标准规定附录C.0.3加宽。根据规范5.2.2条，VI级航道双向通航净空宽度40m，本工程最大横流为0.80m/s，根据附录表C.0.3加宽值为38m，因此单孔双向通航方案通航净宽不小于40m（Ⅶ级航道双向净空宽度）+38m×2（横流加宽值）=116m。根据规范说明，上底宽为通航净宽的75%，上底宽应不小于87m。通航净空宽度的范围不只限于设计最低通航水位以上的部分。

计算方法2依据《通航海轮桥梁通航标准》（JTJ311-97）-6.0.2，桥梁通航净空宽度按下式计算确定：B桥=K?W。

式中：B桥——桥梁通航净空宽度（m）；

K——扩大系数，取1.5；

W——航道有效宽度（m）。

按100吨级内河规范船型计算当横流0.25<V≤0.5，航速>6时，双向航道宽度50.88m。B桥为76.31m，B桥实=B桥/cos52°=123.96m。从安全角度出发，建议通航净空宽度不小于124m。通航净宽包含水面以下直至航道设计底标高处，拟建大桥水下桥墩基础及其他配套实施设计时不得占用通航净空空间。

图2桥区水流情况

2.4桥跨及通航孔、桥墩布置方案论证

桥梁原孔跨布置为：10-32m双单线T梁+10-32m单线T梁+1-（70+136+70）m单线连续梁拱+11-32m单线T梁+2-24m单线T梁+1-32m单线T梁+1-64m钢桁梁。从图3可以看到通航孔并不在深槽位置，建议将主通航孔移至深槽位置，因此桥梁方案还需进一步优化。优化方案主跨方案仍为70+136+70，但通航孔位置移向深槽，如图6.5-2所示，同时桥梁结构形式进行优化，当设计最高通航水位6.12m，通航净空高度6.0m，侧高4.0m时，对应的通航净宽不小于124m，上底宽为95m，通航尺度增加，如图4所示，优化后的通航孔通航尺度满足论证要求。

图4调整方案桥墩投影至过水断面示意图

3结论

桥梁的选址、通航净空尺度对船舶航行和桥梁安全、桥梁工程建设难度和造价影响较大，在确定桥址和桥梁通航净空尺度时，国家有关技术标准和规定是主要依据，但也不宜生搬硬套。在满足代表船型的船舶或船队通航安全的前提下，需要根据桥梁跨越航道的具体情况具体对待。有的可以适当降低标准以满足工程建设的需要（如适当缩短安全距离和降低最高通航水位），有的则应在标准的基础上增加尺度以满足今后航运发展的需要（如增加多航路上的主通航孔桥跨），做到桥梁建设与保护航运资源相互促进，陆路运输与水路运输协调发展。