黄家湖长江大桥建设对通航安全影响分析
2017-09-18
武汉市城市总体规划（2010-2020年）确定了以主城区为核心，将远城区纳入全市统一空间发展框架，城镇空间发展重点集中在都市发展区的空间发展战略，同时明确指出主城区外围的东部、北部、西部、西南、南部、东南六个新城组群是未来一段时期内空间发展战略布局特别是大型工业用地规划的重点。武汉市四环线涉及东湖新技术开发区、青山区、洪山区、黄陂区、东西湖区、蔡甸区、武汉经济技术开发区、江夏区等区域，路线全长约137km。
黄家湖长江大桥桥位起点位于武汉沌口开发区，依次跨通顺河、汉洪高速，由长江北岸沌南洲处过长江，南岸经过石咀造船厂南侧，该通道轴线位于已建成的白沙洲长江 上游约7.9km及军山大桥下游约8.3km处，见图1，黄家湖长江大桥按双索面双塔斜拉桥设计，桥梁选址、通航净空尺度和桥梁墩孔布设均永久改变了桥梁水域的通航环境，同时大桥的施工也会对通航环境和通航安全产生较大影响。
桥梁建设基本情况
1、 建设方案
桥梁路线全长8.912km，含徐家堡、石咀、龚家铺共3处互通，设跨长江河道主桥、长江南、北岸跨堤高架以及长江两岸滩涂引桥工程、青菱湖跨湖大桥一座，主桥总长1510m。主桥为双索面双塔斜拉桥，桥跨布置为（100+275）+760+（275+100）m，主跨760m，边跨375（100+275）m中间设辅助墩，边中跨比1：2.027，主梁为钢混组合边主梁截面形式，主塔为H型塔。
2、平面布置
桥梁立面布置如图2所示：从汉阳到武昌方向，依次编号为1#、2#、3#、4#墩，其中1#和2#墩通航孔为北侧辅助通航孔，2#和3#墩通航孔为主通航孔，3#和4#墩通航孔为南侧辅助通航孔。
3、净空尺度
桥梁主桥主跨按单孔双向通航要求布孔，中间跨径为760m的桥孔为主通航孔，其通航净宽为737.5m；主通航孔两侧设跨径为275m的辅助通航孔，两侧辅通航孔通航净宽均为259.6m。主通航孔和辅助通航孔的通航净高均为18m。
4、代表船型
本河段规划航道尺度为3.7m×150m×1000m，（水深×宽度×弯曲半径，下同），可通航由3000吨级驳船组成的万吨级船队，利用航道自然水深通航3000吨级海船。通航代表船型及尺度见表1。
建桥对通航安全的影响
1、建桥对航路规划的影响
目前，工程河段船舶通航遵循“各自靠右航行”原则，航道布置靠左岸布置，而对于两桥位的各桥型方案，桥跨布置基本沿河心布置，因此大桥建成后将会调整现行航道布置走向。但航法仍然不会改变，即上行船舶沿左岸一侧航路航行，下行船舶沿右岸一侧航路航行。
考虑桥位河段下行船舶航速较高，通过黄家湖长江大桥前需要较宽水域调整船位，结合桥区水流条件，可以将主通航孔（净宽737.5m）设计通航净宽大致按四六比例进行划分，其中左侧约290m的水域作为上行大型船舶通航分道，右侧约450m的水域作为下行大型船舶通航分道，主通航孔两侧275m跨度桥孔可作为中、洪水期小型船舶的通航孔。
2、建桥对河势的影响
天然河流中建桥设墩，压缩了河道过水面积而产生阻水作用，使得桥墩上游一定距离内产生壅水及桥墩附近流速、流态发生变化，其壅水程度和范围与桥梁的型式和河道的过水断面及过水流量有关，可采取河工模型试验，分析建桥对上、下游河道的影响。黄家湖长江大桥定床模型试验研究的流量选择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、建桥对上游水位的影响
跨江大桥对水流条件的影响程度，主要取决于桥墩阻水面积与断面过水面积之比以及桥墩所在处流速的方向与大小。黄家湖长江大桥的建设，对上游河道沿程水位有一定的壅高作用，壅水区间一般在1800m范围以内，不同桥位不同桥型在不同流量下的最大壅水高度不同。当武汉关流量为83700m3/s时，约在桥位上游200m处，壅水高度最大，大桥建桥后的最大壅水高度为0.043m。
4、建桥对流速的影响
由于大桥的壅水作用，使桥位上游断面流速有所减小，下游流速则有所增大。当武汉关流量为83700m3/s时，在桥位上游200m处断面流速减小值最大，建桥后桥位上游200m处断面流速最大减小值依次为0.29m/s，下游200m断面流速增加值依次为0.28m/s。建桥前后桥位断面最大单宽流量或水流动力轴线（主流）位置变化不大，由于桥墩挤占过水面积使各桥墩间单宽流量有不同程度的增加，单宽流量沿河宽的分布规律基本未变。
5、建桥对流向的影响
大桥桥轴线断面水流方向与桥轴线的法线方向交角较小，除中枯水流量下，通航孔处主流方向与桥轴线法线方向的夹角稍大外，其余流量下，通航孔处主流方向与桥轴线的法线方向的夹角一般为2°，最大不超过5°。建桥后，桥墩对主通航孔处水流流向的影响不大，变化幅度一般在1°以内，最大不超过3°。
6、建桥对河道冲刷的影响
建桥后，本河段的平面形态、深槽位置基本未变，滩槽格局稳定，即总体河势同样未发生变化。在总体河势相对稳定的同时，因工程修建，桥址附近右岸近岸深槽刷深退，但幅度不大，且不会发生持续的冲。同时桥位上游右岸侧深槽有冲有淤，总体表现为淤积，变化幅度有限。年际间深泓线左右摆动，与初始地形相比，桥址附近深泓线摆动幅度不超过180m，基本稳定。
见表2，各典型年桥墩局部冲刷深度不大，最大为11.5m；从冲刷发展的过程来看，桥墩附近的冲刷发展主要发生在汛期。此后随着来水来沙条件的变化，桥墩附近的冲刷虽然也发生一定的变化，但是未发生累积性的冲刷。
7、桥梁建设对附近水工设施的影响
从港口布局来看，桥位所处河段上、下游现有的军山港区、沌口港区与桥位的距离均大于2.0km，本项目建设对它们不构成不利影响；
桥位上游端有沌南洲锚地，该锚地下界刚好位于桥位处，另外根据《武汉新港总体规划》，规划中的石咀锚地靠武昌岸布置，锚地长约2080m，锚地范围与拟建大桥桥位交叉。
从港口、锚地的现状及规划布局看，桥位与现状或规划的港口、锚地不满足《内河通航标准》中桥址应远离港口作业区和锚地的规定要求，大桥施工及竣工后均需对现有锚地和规划锚地进行妥善处理。
结论和建议
大桥建成后对水域流场流态影响较小，桥区河段水流整体上较为平稳顺畅，基本具备良好的通航水流条件。
桥墩布置在可航水域中，将对施工期及建成后航道维护及水上安全管理带来一定影响，尤其2#桥墩对中洪水期船舶习惯航路的影响较大。建议对桥墩布设做进一步的优化。
大桥所处局部河段在枯水季航迹线均居江中偏左，中水位及高水位的上行航迹线则明显偏左，在要求通航孔覆盖深槽摆动范围前提下，建议对船舶现行航法进行调整，以满足船舶通航安全要求。
