黃家湖長江大橋建設對通航安全影響分析

陳長虹

摘 要：概述了黃家湖長江大橋建設的基本情況，分析了黃家湖長江大橋建設對航路規劃、河勢、水位、流速、流向、河道沖刷和附近水工設施等通航安全的影響，提出了建橋有關通航方面的建議。

關鍵詞：橋梁 跨河建筑物 通航安全

武漢市城市總體規劃（2010-2020年）確定了以主城區為核心，將遠城區納入全市統一空間發展框架，城鎮空間發展重點集中在都市發展區的空間發展戰略，同時明確指出主城區外圍的東部、北部、西部、西南、南部、東南六個新城組群是未來一段時期內空間發展戰略布局特別是大型工業用地規劃的重點。武漢市四環線涉及東湖新技術開發區、青山區、洪山區、黃陂區、東西湖區、蔡甸區、武漢經濟技術開發區、江夏區等區域，路線全長約137km。

黃家湖長江大橋橋位起點位于武漢沌口開發區，依次跨通順河、漢洪高速，由長江北岸沌南洲處過長江，南岸經過石咀造船廠南側，該通道軸線位于已建成的白沙洲長江公路大橋上游約7.9km及軍山大橋下游約8.3km處，見圖1，黃家湖長江大橋按雙索面雙塔斜拉橋設計，橋梁選址、通航凈空尺度和橋梁墩孔布設均永久改變了橋梁水域的通航環境，同時大橋的施工也會對通航環境和通航安全產生較大影響。

橋梁建設基本情況

1、 建設方案

橋梁路線全長8.912km，含徐家堡、石咀、龔家鋪共3處互通，設跨長江河道主橋、長江南、北岸跨堤高架以及長江兩岸灘涂引橋工程、青菱湖跨湖大橋一座，主橋總長1510m。主橋為雙索面雙塔斜拉橋，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：從漢陽到武昌方向，依次編號為1#、2#、3#、4#墩，其中1#和2#墩通航孔為北側輔助通航孔，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；主通航孔兩側設跨徑為275m的輔助通航孔，兩側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噸級駁船組成的萬噸級船隊，利用航道自然水深通航3000噸級海船。通航代表船型及尺度見表1。

建橋對通航安全的影響

1、建橋對航路規劃的影響

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調整現行航道布置走向。但航法仍然不會改變，即上行船舶沿左岸一側航路航行，下行船舶沿右岸一側航路航行。

考慮橋位河段下行船舶航速較高，通過黃家湖長江大橋前需要較寬水域調整船位，結合橋區水流條件，可以將主通航孔（凈寬737.5m）設計通航凈寬大致按四六比例進行劃分，其中左側約290m的水域作為上行大型船舶通航分道，右側約450m的水域作為下行大型船舶通航分道，主通航孔兩側275m跨度橋孔可作為中、洪水期小型船舶的通航孔。

2、建橋對河勢的影響

天然河流中建橋設墩，壓縮了河道過水面積而產生阻水作用，使得橋墩上游一定距離內產生壅水及橋墩附近流速、流態發生變化，其壅水程度和范圍與橋梁的型式和河道的過水斷面及過水流量有關，可采取河工模型試驗，分析建橋對上、下游河道的影響。黃家湖長江大橋定床模型試驗研究的流量選擇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、建橋對上游水位的影響

跨江大橋對水流條件的影響程度，主要取決于橋墩阻水面積與斷面過水面積之比以及橋墩所在處流速的方向與大小。黃家湖長江大橋的建設，對上游河道沿程水位有一定的壅高作用，壅水區間一般在1800m范圍以內，不同橋位不同橋型在不同流量下的最大壅水高度不同。當武漢關流量為83700m3/s時，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、建橋對流速的影響

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。當武漢關流量為83700m3/s時，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力軸線（主流）位置變化不大，由于橋墩擠占過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律基本未變。

5、建橋對流向的影響

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5°。建橋后，橋墩對主通航孔處水流流向的影響不大，變化幅度一般在1°以內，最大不超過3°。

6、建橋對河道沖刷的影響

建橋后，本河段的平面形態、深槽位置基本未變，灘槽格局穩定，即總體河勢同樣未發生變化。在總體河勢相對穩定的同時，因工程修建，橋址附近右岸近岸深槽刷深退，但幅度不大，且不會發生持續的沖。同時橋位上游右岸側深槽有沖有淤，總體表現為淤積，變化幅度有限。年際間深泓線左右擺動，與初始地形相比，橋址附近深泓線擺動幅度不超過180m，基本穩定。

見表2，各典型年橋墩局部沖刷深度不大，最大為11.5m；從沖刷發展的過程來看，橋墩附近的沖刷發展主要發生在汛期。此后隨著來水來沙條件的變化，橋墩附近的沖刷雖然也發生一定的變化，但是未發生累積性的沖刷。

7、橋梁建設對附近水工設施的影響

從港口布局來看，橋位所處河段上、下游現有的軍山港區、沌口港區與橋位的距離均大于2.0km，本項目建設對它們不構成不利影響；

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《武漢新港總體規劃》，規劃中的石咀錨地靠武昌岸布置，錨地長約2080m，錨地范圍與擬建大橋橋位交叉。

從港口、錨地的現狀及規劃布局看，橋位與現狀或規劃的港口、錨地不滿足《內河通航標準》中橋址應遠離港口作業區和錨地的規定要求，大橋施工及竣工后均需對現有錨地和規劃錨地進行妥善處理。

結論和建議

大橋建成后對水域流場流態影響較小，橋區河段水流整體上較為平穩順暢，基本具備良好的通航水流條件。

橋墩布置在可航水域中，將對施工期及建成后航道維護及水上安全管理帶來一定影響，尤其2#橋墩對中洪水期船舶習慣航路的影響較大。建議對橋墩布設做進一步的優化。

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范圍前提下，建議對船舶現行航法進行調整，以滿足船舶通航安全要求。