新汴河航道整治對地下涵影響研究及對策

孫立武,陳稚娟,韓朋, 劉學學

（1. 安徽省港航建設投資集團有限公司,安徽 合肥 230051；2. 中設設計集團股份有限公司,江蘇 南京 210014）

隨著內河航運事業迅速發展，運輸船舶呈現大型化、標準化趨勢，高等級航道延伸、成網已成為長期規劃的整治目標[1][2]。如何正確分析航道整治對原有建筑物的影響，并采取合理措施，實現建筑物的全壽命周期管理成為了相關人員的重要研究課題。

地下涵是布置于通航河道中的重要水工建筑物，前人針對施工、使用階段中地下涵安全防護等問題進行了大量研究[3～5]，而對于規劃階段中，航道整治工程對地下涵的影響研究及對策分析較少，相關成果鮮有報道。

安徽省宿州市唐河地下涵作為唐河與新汴河立交的控制工程，是新汴河航道整治中的重要一環。唐河地下涵改建工程于2014年開工建設，2016年底完成了交工驗收工作，目前尚未進行竣工驗收。新汴河航道整治工程為安徽省2018年水運重點開工項目，新汴河航道等級將由限制性V級航道提升為IV級航道，并納入全省高等級航道網規劃。唐河地下涵原有外部條件發生了重大變化，面臨改建的風險，有可能帶來巨大的經濟損失和重大的負面社會影響。本文以此為例，在已有成果基礎上[1～5]，重點分析了航道整治對唐河地下涵造成的結構安全及船舶通航安全影響，并針對相關問題提出了有效的安全保障措施。

1 工程概況

新汴河自宿州市七嶺子截引沱河開始，穿過津浦鐵路，再截引濉河，經靈璧縣、泗縣到江蘇泗洪縣，穿過溧河洼注入洪澤湖，全長127.1km，按四級航道標準進行建設，航道底寬50m，最小通航水深2.5m。

唐河地下涵呈倒虹吸布置，總長304m，布置寬度70.8m，共設12孔，3孔一聯，每孔寬5.0m，高5.6m。地下涵為鋼筋砼結構，涵頂高程13.57m，設鋼閘門和啟閉設備，出口控制段布置檢修閘門，按照最大3孔同時檢修布置。

2 影響分析

2.1 礙航影響

新汴河航道等級由Ⅴ級提升為Ⅳ級后，設計最低通航水位的多年歷時保證率由95%～90%提升為98%～95%[6]，設計最低通航水位、航道底高程相應由17.87m、15.37m降低至16.46m、13.96m。由于航道整治后的涵頂高程（13.57m）小于航道底高程，因此地下涵主體對船舶正常通行不構成礙航影響。

根據《內河通航標準》（GB50139-2014）規定[7]，地下涵涵頂高程還應小于遠期規劃航道底標高以下 2m，即 11.96m，現狀地下涵涵頂高程不滿足此要求，同時涵頂的覆蓋土層厚度由1.8m減小至0.39m，急需采取安全防護措施。

2.2 結構安全性影響

唐河地下涵按三孔同時排空檢修時最不利于涵洞穩定，由表1可以看出，此時地下河的抗浮穩定安全系數不滿足規范允許要求。因此，須改變檢修方案保證地下涵的結構安全性。

表1 航道等級調整前后最不利工況抗浮穩定計算結果

3 對策分析

3.1 檢修方案

唐河地下涵洞身采用一大一小雙回路止水橡皮密封，因此涵洞具備中孔充水、兩邊孔同時檢修，以及兩邊孔充水、中孔檢修的條件。通過調整檢修方案，即三孔不同時檢修，可有效增加涵洞抗浮穩定性。下面根據此方案，對航道整治后地下涵的結構安全性進行復核。

3.1.1 抗浮穩定性復核

表2 為調整檢修方案后，唐河地下涵抗浮穩定計算結果，可以看出，中孔排空或兩邊孔排空檢修時，均可滿足規范抗浮穩定要求。

表2 檢修方案調整后地下涵抗浮穩定計算結果

3.1.2 結構安全性復核

本文通過計算地下涵在控制性不利設計工況作用下的結構內力，來復核唐河下涵施工圖中實際配筋率能否滿足要求，從而驗證洞身結構安全性。選取的控制性不利工況包括：正常運行工況，三孔充水；檢修工況I，中孔充水、兩邊孔排空檢修；檢修工況II，兩邊孔充水、中孔排空檢修。經計算可知，除檢修工況II邊孔中墩結構不滿足安全要求外，其余工況均滿足安全性要求，因此，需結合工程檢修實際調度情況進一步調整檢修方案。

根據表2計算成果可知，檢修工況II邊孔充水深度均大于1.9m時即可滿足抗浮穩定要求，因此可適當降低檢修時邊孔水位以滿足結構安全要求。經計算可知，邊孔水深不大于3.0m時可滿足結構安全要求。

根據上述計算成果，確定調整后的唐河地下涵檢修方案為：中孔檢修、兩邊孔須適度充水（深度為1.9～3.0m）；中孔滿水、兩邊孔檢修。

3.2 工程防護方案

航道整治將導致唐河地下涵涵頂覆蓋土層厚度明顯減少。為有效保護地下涵箱體結構不受水流沖刷和船舶等外力沖擊，對地下涵影響范圍內航道采用鋼筋砼網格狀梁板結構進行工程防護。

3.2.1 防護范圍和總體布置

防護范圍為航道底面以及兩側邊坡，坡頂至現狀河道灘頭內1m，總長度為220m，地下涵中軸線兩側各45m鋼筋砼防護層，上下游50m布置素砼護底，順航道向的防護長度同地下涵原設計。

3.2.2 防護設計

網格狀梁板結構，板厚0.2m，配以間距5m×5m網格梁結構加強，梁結構尺寸0.4m×0.38m，地下涵箱體上梁與箱體間設一層閉孔泡沫板。防護層結構分縫長度15～20m，縫間設閉孔泡沫板。防護板網格中設透水孔，下設0.19m厚碎石墊層。防護層與現狀河道左右岸護底順接，上、下游50m布置0.3mC20砼、0.2m級配碎石、0.1m中粗砂作為護底。

3.3 安全保障措施

為進一步保障地下涵處航道通航安全，在地下涵上下游中軸線兩側500m處設置禁止拋錨和減速慢行安全警示標志，嚴禁船舶在地下涵位置停靠拋錨，同時提醒過往船舶減速慢行，盡量減少船舶航行下沉量。

4 結論

（1）航道等級提升后，唐河地下涵的外部運行條件、受力狀況將顯著變化，礙航風險上升、安全穩定性下降，有必要對其進行礙航及結構安全性分析。

（2）唐河地下涵涵頂采用鋼筋砼網格狀梁板結構對其影響范圍內的航槽進行工程防護，避免箱體結構受到水流沖刷及船舶等外力沖擊。

（3）采用部分孔排空、部分孔充水的檢修方案可以有效增加涵洞抗浮穩定安全系數，當充水孔水深條件滿足抗浮穩定性要求時，降低其中充水孔洞的水深，可進一步增加結構安全性。

（4）經調整唐河地下涵檢修方案，采取工程防護和安全保障措施后，滿足抗浮穩定性和結構安全性要求，可以保證過往船舶順利通行。