秦淮河弯曲航道跨河桥梁净宽尺度探讨

    摘 要：随着水运网络与道路网络的交织越来越频繁，需要充分协调好两种交通网络，最大限度地发挥两者的效益。对于航道而言，重点是要解决航道弯道段跨河桥梁净宽的选定问题，以便船舶快速、安全地通航，本文基于现有的桥梁净宽计算方法，结合实际情况，以秦淮河为例，选定较为科学合理的桥梁通航净宽值，供航道和桥梁设计参考。

    关键词：弯曲航道；桥梁净宽；过河建筑物；航道宽度

    中图分类号：U612.2 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2016）11-0056-02

    近年来，随着航运事业的快速发展，内河航运作为一种相对经济、环保节约的运输方式在货物运输领域占据相当大的比例。桥梁净宽尺度对内河航运的运输效率和安全性有着重要影响，尤其是弯道处的桥梁净宽尺度，因为弯道处地形复杂、水流流态变化多端，对船舶安全航行影响较大。另一方面，桥梁建设是一项关系到防洪、航运、路网接线等的系统工程，必须坚持“统筹兼顾、远近结合、水路并举、确保航道通畅”的原则。因此，交通运输部发布了《跨越国家航道桥梁通航净空尺度和技术要求的审批办法》的通知，规定了桥梁建设必须符合国家有关通航标准的规定和要求。

    《内河通航标准》中规定水上过河建筑物布置于弯道时，应加大通航孔跨度。具体加大多少合适，目前还没有确切的规定。为保障秦淮河航道畅通、保证船舶的航行安全，有必要对秦淮河Ⅳ级航道弯道处的桥梁净宽尺度进行论证。本文研究分析现有规范标准及相关研究成果，从实际情况出发，以秦淮河为例对桥梁净宽尺度给出了较为科学实用的计算方法。

    1 航道概况

    秦淮河航道上游起自芜申运河，自南向北依次流经高淳区、溧水区、江宁区、雨花台区、建邺区，经秦淮河船闸入长江，由塘沟河、石臼湖湖区航道、石湫新河、一干河、溧水河、秦淮河河定桥南段及秦淮新河组成。秦淮河是《江苏省干线航道网规划》“两纵四横”干线航道网中的“四横”芜申线的组成部分，规划等级为四级。为了适应江苏省生产力布局的变化和南京经济的发展，也为了与江苏省内河航道网建设和发展相匹配，以及与南京综合运输方式的协调发展相适应，秦淮河即将按照四级航道标准进行整治，整治后航道里程97.1km，航宽50m，最小弯曲半径320m。

    2 弯道处桥梁净宽尺度的确定

    2.1 弯道处桥梁加宽机理

    弯道处航道水流常伴随着水面横比降、横向环流等特征。弯道处凹岸一侧相比凸岸一侧水深较大，凸岸侧常淤积形成边滩，上行船舶（队）航行时如不慎易吸浅。受弯曲段航道宽度、深度、弯曲半径以及水流流速、流向、流态的制约，船体周围流场发生变化，改变了船舶（队）对水运动的要素，影响船舶（队）操纵性能，船舶（队）在弯道航行时，基本处于一种偏离过湾、左右摇晃、首尾难兼顾且船舶（队）愈长愈难操纵的困难局面。且受横向水流和弯道离心力作用，船舶（队）产生横向偏移，很难沿规定的航线运行，基本以不同的偏转量偏离航线，冲向河岸，导致船舶（队）航行的不安全性。

    因此，我国内河航道会对弯道进行加宽，一般采用不对称的内侧拓宽，基于此，当桥梁不得不布置于弯道处时，需加大通航净宽或一跨过河，使船舶安全通过桥区。

    2.2 弯道处桥梁通航净宽确定方法

    现行桥梁净宽尺度主要是根据《内河通航标准》中规定的水上过河建筑物通航净空的尺度最小值和计算公式确定，而弯道处桥梁通航净宽为给出明确的规定。

    船舶（队）在弯道段航行，受船型、弯道边界条件、人为因素、水流条件等影响，影响因素十分复杂。对于秦淮河等平原河网地区限制性航道而言，其航行船舶基本采用标准化推荐船型，相比自然及山区航道，水流条件总体较好，且航道定期疏浚维护，因此，在确定限制性航道弯道处桥梁净宽时，可简化净宽影响因素，取其主要因素，即主要考虑船舶（队）尺度、弯道曲率半径和航道宽度等三大要素，它也影响船舶（队）的航行漂角和偏航距。

    本文在现有规范标准中规定的相关通航净宽、航道宽度计算方法的基础上，基于影响通航净宽的三大主要因素，研究提出弯道处桥梁通航净宽按照直线段桥梁通航净宽与弯道处通航净宽加宽值之和确定。

    2.3 弯道处桥梁通航净宽计算

    2.3.1 代表船型

    设计船型选择根据运输货种、起讫点，满足标准化、适应性、经济性及通达性要求，拟采用多种混合设计船型，见表1所示。

    2.3.2 弯道处桥梁通航净宽

    经各国学者的试验研究，在各种运行条件下，提出了弯道加宽值的经验公式，经比较，弯道处桥梁通航净宽建议采用下列公式进行加宽值计算：

    Bm=ΔB+Bm

    式中：ΔB——弯曲段净宽增加值（m）；

    L——设计货船或船队（顶推船队）长度（m）；

    R——弯曲半径（m）；

    B——直线段设计航道宽度（m）；

    Bm——直线段通航净宽（m），根据《运河通航标准》（JTS 180-2-2011）第4.5.1条：四级航道直线段双线通航孔净宽Bm为55m。

    其中，直线段航道设计宽度B根据下列公式计算：

    B= BFd + BFu + d1+ d2+C

    BFd = Bsd + Ld sinβ

    BFu = Bsu+ Lu sinβ

    式中：B——直线段双线航道宽度（m）；

    BFd——下行船舶或船队航迹带宽度（m）；

    BFu——上行船舶或船队航迹带宽度（m）；

    d1——下行船舶或船队外舷至航道边缘的安全距离（m）；

    d1——上行船舶或船队外舷至航道边缘的安全距离（m）；

    D——船舶或船队会船时的安全距离（m）；

    Bsd——下行船舶或船队宽度（m）；

    Ld——下行顶推船队长度或货船长度（m）；

    β——船舶或船队航行漂角（°），Ι～Ⅴ级航道可取3°；

    Bsu——上行船舶或船队宽度（m）；

    Lu——上行顶推船队长度或货船长度（m）；

    d1+ d2+C——各项安全距离之和（m），船队可取（0.5～0.6）倍上行和下 行航迹带宽度，货船可取（0.67～0.8）倍上行和下行航迹带宽度。

    2.4 秦淮河航道弯道处桥梁净宽尺度的选定

    秦淮河是长江下游的支流，是南京水运入江的主要通道，也是连接长江与芜申运河的一条重要航道，秦淮河航道位于经济发达的南京市，自古以来就是重要的沟通城乡物资交流的运输通道，随着芜申线航道条件的改善，秦淮河航道的运量必将大幅度提高，根据预测，2035年秦淮河的货运量上、下行合计为2200万吨，单向最大货流密度为1490万吨（秦淮新河上行货运量）。

    因此，考虑到秦淮河船舶密度增大，参考计算所得弯道处桥梁通航净宽值，建议拟建桥梁加大通航孔净宽到75m比较合理。建议下一阶段桥梁设计时，桥梁设计单位，根据净空尺度的调整，选择合理可行的桥梁型式。

    参考文献：

    [1]李一兵，王育林. 弯曲航道过河建筑物跨度的计算方法探讨[J].水道港口.1997（4）：16-23.

    [2]甘浪雄. 船舶在桥区安全航行可靠性分析[J].武汉理工大学学报，2003（4）：455-458.

    [3]周华兴，郑子龙. 关于运河弯曲段航道加宽值的计算分析[J]. 水道港口，2009（4）：272-276.

    [4] GB 50139-2014，《内河通航标准》[S].

    [5]JTJ312-2003，《航道整治工程技术规范》[S].

    [6] JTS 180-2-2011，《运河通航标准》[S].