橋區航道通過能力分析

淦學甄，艾萬政

(浙江海洋學院海運學院，浙江舟山316021)

橋區航道通過能力分析

淦學甄，艾萬政

(浙江海洋學院海運學院，浙江舟山316021)

運用理論分析的方法探討橋區影響航道寬度的因素,提出橋區航道通過能力的計算方法,認為確認橋區航道通過能力應考慮水深、航道寬度及橋梁凈空高度等影響因素,橋區航道寬度應該是船航跡帶寬度、風致漂移量、流致漂移量、船間安全間距的疊加。

橋區;航道;通過;能力;操縱性

我國主要的三大內陸航運水系,即長江水系、珠江水系和京杭運河水系,現有各種橋梁近300余座,其中長江水系和珠江水系分別有100多座,京杭運河水系有橋梁50余座［1-3］。我國沿海地區已建和擬建的跨海大橋有東海大橋、杭州灣大橋、舟山跨海大橋、廈漳跨海大橋、瓊州海峽跨海大橋以及港珠澳大橋,等。橋梁給交通運輸帶來方便,促進經濟發展。但是橋梁建設也必須充分考慮橋區船舶的通過能力,合理布置好橋區航道,以有效控制船舶的安全通航。如果橋區航道布置不科學或橋梁選址不當,橋梁有可能成為阻礙航運發展的“瓶頸”。關于橋區航道的通過能力,學者普遍認為主要與航道寬度、通航水深及橋梁凈空高度有關［4-6］。關于橋區航道寬度對橋區船舶通過能力的影響,截止到目前還沒有統一的標準。相關規范對橋區航道寬度的設計,也僅僅局限于從代表船型尺度入手,也沒有充分考慮橋區的特殊水流條件及船舶的操縱性［7-10］。因此,有必要從安全通航的角度出發,充分考慮各種因素,論證橋區航道的船舶通過能力。

1 理論分析

影響橋區船舶通航的條件包括水深、航道寬度及橋梁凈空高度等。探討橋區航道的通過能力,應該從這三個方面入手［11-14］,見圖1。通航水深及橋梁凈空高度只要滿足設計要求即可,而航道寬度是影響橋區航道通過能力的至關重要的因素。

圖1 橋區船舶安全通航條件示意

在單向通航條件下,橋區航道通過能力的寬度條件包括:船舶的航跡帶寬度、船舶的風致漂移量、流致漂移量、船與橋墩的安全間距。雙向通航時,除了要考慮單向通航的所有條件外,還必須考慮船間間距。

1)漂移量數學模型。考慮各種流的影響,漂移量(ΔB1)用式(1)計算［15-16］。

式中:S——計算河道長,m;

V——船速,m/s;

U——流速,m/s;

α——偏航角;

β——流向角。

船舶在航行中受風影響,漂移量ΔB2為。

式中:K——系數,一般取0.038～0.041;

Ba——船體水線上側受風面積,m2;

Bw——船體水線下側面積,m2;

Vs——風中船速,kn;

Va——相對風速,m/s;

α——偏航角;

β——流向角。

2)船舶過橋航跡帶寬度ΔB3。

式中:L——通航船舶的船長;

B——通航船舶的船寬。

3)船間間距。兩船會船時,兩船間必須留有足夠的安全會讓距離。相關規范在充分考慮船吸效應的基礎上,推薦船間間距ΔC的計算公式如下。

式中:L1,B1——會遇中船型較大船舶的長和寬。

4)船與橋墩安全間距。橋墩周圍存在較大的紊流漩渦區,在紊流漩渦區內,船舶的操縱性較差,船舶不宜在此區域內航行。因此,橋墩紊流漩渦區范圍可認為是船舶與橋墩應保持的安全間距,橋墩紊流漩渦區范圍可表示如下［6］。

式中:D——橋墩半徑,m;

U——流速,cm/s;

L——船距離橋墩的安全距離,m。

5)單向通航寬度。船舶在橋區單向通航時,所占航道寬度應該是通航船舶航跡帶寬度、風致漂移量、流致漂移量及船與橋墩安全間距的疊加。根據以上分析,橋區單向通航所占航寬BT為

6)雙向通航寬度。船舶在橋區雙向通航時,應該考慮上下行船舶的航跡帶寬度、風致漂移量、流致漂移量以及2L,還必須考慮船間間距ΔC。

2 應用實例

某在建橋梁的設計單向通航凈寬135 m,雙向通航凈寬195 m,凈空高度80 m,水深20 m。橋墩半徑10m,擬通過3 000 t級雜貨船。按照以上橋區通過能力的分析方法,計算出的雙向通航寬度和單向通航寬度分別見表1、2。

表1 船舶雙向安全通航寬度分析

表2 船舶單向安全通航寬度分析

實例數據分析如下。

1)橋梁的凈空高度有80 m,水深有20 m,對于一般的3 000 t級的雜貨船,橋梁高度和水深均能滿足通航要求。

2)對于單向航行:擬建橋梁的設計通航凈寬為135 m,對于設計最大代表船型(3 000 t級雜貨船),橋梁通航凈寬完全能滿足代表船型在6級風條件下通航安全的要求,并且橋孔還有一定的安全富裕寬度。

3)對于雙向航行:擬建橋梁的設計通航凈寬為190m,在3級風條件下,對于2 000 t級散貨船及3 000 t級雜貨船,橋梁通航凈寬完全能滿足代表船型對駛通航安全的要求,并且橋孔還有一定的安全富裕寬度。

在6級風條件下,除以下3種情況外,橋梁通航凈寬完全能滿足代表船型對駛通航安全的要求,并且橋孔還有一定的安全富裕寬度。

1)兩艘2 000 t級散貨船空載對駛(包括漲潮和落潮時)。

2)一艘2 000 t級船舶與一艘3 000 t級船舶空載對駛(包括漲潮時)。

3)兩艘3 000 t級船舶對駛,兩艘船舶均空載或其中之一空載對駛(包括漲潮)。

3 結論

通過理論分析橋區航道船舶雙向通航和單向通航能力的理論寬度,得出在水深、航道寬度及橋梁凈空高度同等條件下,船舶通過橋區的最小安全距離除受船航跡帶寬度、風致漂移量、流致漂移量、船間安全間距以及船與橋墩的富裕距離等因素影響外,還受到船舶富裕水深的影響。富裕水深對橋區航道的通過能力的影響需要在今后的研究中完善,以便得出更為有效、實用的橋區航道通過能力的理論依據。

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Study on Passing Capacity in Bridge Waters

GAN Xue-zheng,AIW an-zheng
(Navigation School of Zhejiang Ocean University,Zhoushan Zhejiang 316021,China)

The factors influencing the fairway width in the bridgewaters are analyzed theoretically,and themethod to determine the passing capacity in bridge waters is put forward.It can be concluded that the factors affected passing capacity in bridge waters are water depth,fairway width and bridge's air draft;the fairwaywidth is composed of ship's track width,thewind-induced ship-adrift,the current-induced ship-adrift and the safe distance between ships and so on.

bridge waters;fairway;passing;capacity;maneuvering

10.3963/j.issn.1671-7953.2015.03.031

U697

A

1671-7953(2015)03-0132-04

2014-11-27

修回日期:2015-01-16

浙江省海洋漁業裝備技術研究重點實驗開放基金(MFET201402);浙江省自然科學基金(Y510084)

淦學甄(1979-),男,碩士,講師

研究方向:通航水力學及通航安全保障

E-mail:gxz0310@sina.com