金沙江中壩大橋通航安全風險分析

滕樹強，龔成博

（四川港航建設工程有限公司，四川成都 610000）

1 橋梁情況

金沙江中壩大橋位于四川省宜賓市城區，大橋全長965 m，主跨跨徑252 m，邊跨跨徑175 m，是一座大跨度獨塔即鋼筋混凝土梁斜拉橋，于2003年12 月建成通車。技術標準為：設計荷載汽車—超20 級，掛車—120，人群3.5 kN/m2；橋面凈寬30 m；設計時速60 km/h；設計洪水頻率1/300；通航等級Ⅲ級；抗震設防烈度為7 度，設計基本地震加速度值為0.1 g，第一組。主橋基礎采用樁基承臺，設置了3 排共15 根直徑2.8 m 的鉆孔灌注樁，承臺厚6.5 m，樁長26 m，按嵌巖樁設計。

塔、墩固結，塔型選用H 型索塔，索塔高154.11 m，橋面以上高116.90 m。金沙江中壩大橋通航孔采用主跨252 m（16#～17#墩）跨過金沙江航道，只有17#橋墩占用主航道。

2 航道條件

中壩大橋橋區河段位于金沙江水富至宜賓河段，自向家壩升船機下引航道口門區至宜賓合江門全長30 km，總落差8.09 m，平均比降0.27 ‰，一般河面寬250 m，最大河面寬330 m，灘上最小河面寬90 m，灘上最大流速可達4 m/s 以上，洪、枯水水位變幅較大，最大變幅約25 m，具有典型的山區河流特征?，F河段基本達到Ⅳ級航道，在98 %的保證率水位時，航道尺度可達到1.8×40×320 m，有礙航灘險13 個，航道條件較差，暫未實施航標維護，夜間不通航。金沙江宜賓合江門至向家壩常年可通航1 000 t 級以上船舶，豐水期通行2 000 至6 000 t 級船舶，遠期規劃為Ⅰ級航道，屬長江干線管理河段。

中壩大橋位于金沙江與岷江匯合口上游約2.5 km 處，河段較為順直，河面寬窄相間，工程河段橋梁較多，從上至下依次有成貴鐵路金沙江大橋、中壩大橋、金沙江鐵路大橋（宜珙鐵路）、南門大橋、戎州大橋，屬橋群河段，通航條件受上、下游橋梁凈空尺度控制，目前中壩大橋僅在跨中位置的上、下游面設有橋涵標，未設置側面標。

通航孔左岸主墩16#墩位于左岸防洪坡腳外側，對通航基本無影響。右岸主墩17#墩位右岸防洪堤外側，距離防洪堤坡腳約50 m，通航孔雖然覆蓋低水時的主航槽，但由于洪水期17#主墩位于主流河道內，不僅占用航行水域，而且橋墩產生紊流，進一步影響航道水域的水流條件，洪水期17#墩存在被船舶撞擊的風險，對通航影響較大，存在較大通航安全隱患。

圖1 橋位通航環境示意圖

圖2 中壩大橋橋墩布置圖

3 通航凈空尺度復核

由于金沙江中壩大橋建成運行年份較早，隨著上游向家壩樞紐建成，改變了橋區河段的水沙條件，另外橋區河段兩岸防洪堤的修建也改變了水流邊界條件。數值模擬結合上下游地形，模型范圍為橋軸線上游1 600 m 至下游1 400 m，計算工況分析選取5 個工況，計算工況見下表：

表1 數模計算工況及邊界條件

圖3 橋區河段流場圖（Q=28 200 m3/s）

圖4 橋區河段水深圖（Q=26 500 m3/s）

圖5 橋區河段水深圖（Q=8 000 m3/s）

圖6 橋區河段流場圖（Q=8 000 m3/s）

經計算，近期橋區河段按照Ⅲ航道標準，中壩大橋的設計最高通航水位取10 年一遇時，通航凈空高度為12.58 m；遠期航道等級提升至Ⅰ級航道后，中壩大橋的通航凈空高度為10.74 m，均不滿足《長江干線通航標準》（JTS 180-4-2020）中重慶小南海至云南水富最小通航凈空高度18 m 的要求。當流量Q≤8 000 m3/s，橋位處通航凈空高度才滿足《長江干線通航標準》（JTS 180-4-2020）中重慶小南海至云南水富最小通航凈空高度18 m 的要求。

大橋橋軸線與河道不完全正交，與水流方向的夾角約9 °左右，根據數模計算結果，20 年一遇洪水時，橋位處流速2.93～6.07 m/s；10 年一遇洪水時，橋位處流速2.73～5.97 m/s；2 年一遇洪水時，橋位處流速1.67～4.17 m/s。近期設計最高通航水位10年一遇時，橋軸線上游3 倍代表船隊長度范圍內，河道右岸橫向流速基本超過0.8 m/s，不滿足《長江干線通航標準》（JTS 180-4-2020）的相關規定，大橋不得在通航水域內設置墩柱。洪水期當流量Q≤8 000 m3/s，不受長江水位頂托時，中壩大橋也只能滿足單向通航要求。

4 橋梁船撞效應計算

采用橋梁樁基空間靜力計算程序和Midas Civil軟件，將橫橋向、縱橋向的水平船撞力施加到水位線以上2 m 的地方，計算橋墩或樁基的最不利內力，確定控制截面。調整水平船撞力大小，比較控制截面的承載能力與彎曲變形能力。當控制截面內力與彎曲變形達到截面性能指標時，所對應的水平船撞力即為橋墩在該水位下的極限船撞抗力。

針對中壩金沙江大橋建立了17#墩的Midas Civil 有限元模型，船撞抗力計算的荷載組合為：自重+二期恒載+船撞力。

表3 中壩大橋船撞設防船撞力匯總表

圖7 中壩大橋主橋計算模型

圖8 主塔17#墩模型

經計算中壩大橋17#橋墩自身抗力不滿足設防要求，而航道等級及代表船型又比較高，為減少防撞設施工程量和今后維護量，船只在經過橋梁的時候通過通航管制，降低船行速度。在設置傳統助航標志外，有條件情況下設置主動防撞設施。中壩大橋17#橋墩自身抗力不滿足規范要求；建議在橋墩上安裝防撞設施，達到緩沖分散船舶撞擊力的效果。

5 通航安全保障措施

因中壩大橋通航凈空尺度不能滿足規范要求，且通航孔右側17#主墩抗撞能力不足，需指定相應的通航安全保障措施。

1）目前中壩大橋僅在跨中位置的上、下游面布置有橋涵標，需完善橋區河段助導航設施以準確標示橋區航道和通航環境，保障通航安全；

2）橋區河段航行船舶應嚴格執行《長江干線水上交通安全管理特別規定》（2017 年11 月交通運輸部令32 號）以及《長江海事局橋梁通航安全管理規定》（2015 年1 月）等相關規定，橋區河段船舶應嚴格按照長江海事局關于《長江上游界石盤至成貴高鐵宜賓金沙江大橋航段分道航行規則（試行）》（2019 年3 月1 日起施行）以及2020 年11月附錄內容調整的相關規定航行；

3）中壩大橋的通航凈空高度不滿足《長江干線通航標準》（JTS 180-4-2020）中重慶小南海至云南水富最小通航凈空高度18 m 的要求。且下游南門大橋、戎州大橋的通航凈高比中壩大橋的更低，故應統一考慮，按照通航凈高最低的橋梁進行控制，嚴格限制通行船舶的高度；

4）加強與上游向家壩樞紐及上下游水文站的聯系，及時掌握水情變化情況，特別是預報水位24 h 以內上漲或者下落超過3 m 時，應禁航。另外，經計算當流量超過8 000 m3/s 時，中壩大橋的通航凈空尺度不能滿足通航凈高要求，也應禁航；

5）工程河段橋梁較多，從上游的成貴鐵路至河口，短短的6.1 km 河段內就有5 座跨河橋梁，為此應對橋區河段綜合考慮設置助導航標志，如在中壩大橋上游約1 km 的地方設置警示標志提醒下水船舶即將進入橋群河段，注意控制航速、航向，謹慎駕駛；

6）因中壩大橋與下游宜珙鐵路橋距離較近，建議將中壩大橋上游500 m 至宜珙鐵路橋下游250 m之間劃定為橋區水域，并制定相應的管理制度；

7）經計算，洪水期當流量Q≤8 000 m3/s，不受長江水位頂托時，中壩大橋也只能滿足單向通航要求，因兩岸均建有防洪堤，洪水期通航水域寬度拓展有限，為船舶航行安全，禁止在橋區河段會船，為此橋區河段全年都應采用單向通航，并設置相應的助導航設施；

8）目前橋區河段不具備夜航條件，故應進一步明確禁止船舶夜航；

9）橋區水域水流條件受向家壩樞紐下泄流量變化影響較大，為此，橋梁管理單位應與海事、航道部門以及向家壩樞紐加強聯系，建立聯動機制，以確保船舶航行安全。

6 結語

對于建成年份較早的跨河橋梁，可能存在建設初期未能考慮到遠期航道發展的影響，未專門進行通航方面的專題研究。隨著社會經濟發展，三峽船閘通航，上游地區經濟騰飛，長江干線航道的通航船舶噸位日益增大，每日通航船舶數量也逐漸增加，這些外部條件的變化，導致早起建成運行的部分橋梁成為限制通航的制約因素，且因船舶噸位增加，吃水深度、通航凈空的要求也隨之增加，對橋梁抗撞性能也提出了更高的要求，造成已建橋梁在通航方面可能存在安全隱患，為降低對船舶及橋梁的安全影響，建議相關管理部門應根據實際情況，首先分析其通航環境，復核橋梁通航凈空尺度是否滿足要求，其次應在橋區河段配布必要的助導航標志，并在橋墩適當位置增設防撞設施，再次在管理措施上制定相應的通航安全保障制度，如單向通航、限制通航、禁止夜航等，以消除安全隱患，確保船舶航行安全和橋梁結構自身安全。