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(xué)學(xué)

（1. 安徽省港航建設(shè)投資集團(tuán)有限公司,安徽 合肥 230051；2. 中設(shè)設(shè)計集團(tuán)股份有限公司,江蘇 南京 210014）

隨著內(nèi)河航運(yùn)事業(yè)迅速發(fā)展，運(yùn)輸船舶呈現(xiàn)大型化、標(biāo)準(zhǔn)化趨勢，高等級航道延伸、成網(wǎng)已成為長期規(guī)劃的整治目標(biāo)[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(shí)現(xiàn)建筑物的全壽命周期管理成為了相關(guān)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(hù)等問題進(jìn)行了大量研究[3～5]，而對于規(guī)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(guān)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(huán)。唐河地下涵改建工程于2014年開工建設(shè)，2016年底完成了交工驗(yàn)收工作，目前尚未進(jìn)行竣工驗(yàn)收。新汴河航道整治工程為安徽省2018年水運(yùn)重點(diǎn)開工項(xiàng)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(wǎng)規(guī)劃。唐河地下涵原有外部條件發(fā)生了重大變化，面臨改建的風(fēng)險，有可能帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和重大的負(fù)面社會影響。本文以此為例，在已有成果基礎(chǔ)上[1～5]，重點(diǎn)分析了航道整治對唐河地下涵造成的結(jié)構(gòu)安全及船舶通航安全影響，并針對相關(guān)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(jīng)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(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，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(shè)12孔，3孔一聯(lián)，每孔寬5.0m，高5.6m。地下涵為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，涵頂高程13.57m，設(shè)鋼閘門和啟閉設(shè)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(shè)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(shè)計最低通航水位、航道底高程相應(yīng)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(gòu)成礙航影響。

根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》（GB50139-2014）規(guī)定[7]，地下涵涵頂高程還應(yīng)小于遠(yuǎn)期規(guī)劃航道底標(biāo)高以下 2m，即 11.96m，現(xiàn)狀地下涵涵頂高程不滿足此要求，同時涵頂?shù)母采w土層厚度由1.8m減小至0.39m，急需采取安全防護(hù)措施。

2.2 結(jié)構(gòu)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(wěn)定，由表1可以看出，此時地下河的抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范允許要求。因此，須改變檢修方案保證地下涵的結(jié)構(gòu)安全性。

表1 航道等級調(diào)整前后最不利工況抗浮穩(wěn)定計算結(jié)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(diào)整檢修方案，即三孔不同時檢修，可有效增加涵洞抗浮穩(wěn)定性。下面根據(jù)此方案，對航道整治后地下涵的結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行復(fù)核。

3.1.1 抗浮穩(wěn)定性復(fù)核

表2 為調(diào)整檢修方案后，唐河地下涵抗浮穩(wěn)定計算結(jié)果，可以看出，中孔排空或兩邊孔排空檢修時，均可滿足規(guī)范抗浮穩(wěn)定要求。

表2 檢修方案調(diào)整后地下涵抗浮穩(wěn)定計算結(jié)果

3.1.2 結(jié)構(gòu)安全性復(fù)核

本文通過計算地下涵在控制性不利設(shè)計工況作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力，來復(fù)核唐河下涵施工圖中實(shí)際配筋率能否滿足要求，從而驗(yàn)證洞身結(jié)構(gòu)安全性。選取的控制性不利工況包括：正常運(yùn)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(jīng)計算可知，除檢修工況II邊孔中墩結(jié)構(gòu)不滿足安全要求外，其余工況均滿足安全性要求，因此，需結(jié)合工程檢修實(shí)際調(diào)度情況進(jìn)一步調(diào)整檢修方案。

根據(jù)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(wěn)定要求，因此可適當(dāng)降低檢修時邊孔水位以滿足結(jié)構(gòu)安全要求。經(jīng)計算可知，邊孔水深不大于3.0m時可滿足結(jié)構(gòu)安全要求。

根據(jù)上述計算成果，確定調(diào)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(hù)方案

航道整治將導(dǎo)致唐河地下涵涵頂覆蓋土層厚度明顯減少。為有效保護(hù)地下涵箱體結(jié)構(gòu)不受水流沖刷和船舶等外力沖擊，對地下涵影響范圍內(nèi)航道采用鋼筋砼網(wǎng)格狀梁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行工程防護(hù)。

3.2.1 防護(hù)范圍和總體布置

防護(hù)范圍為航道底面以及兩側(cè)邊坡，坡頂至現(xiàn)狀河道灘頭內(nèi)1m，總長度為220m，地下涵中軸線兩側(cè)各45m鋼筋砼防護(hù)層，上下游50m布置素砼護(hù)底，順航道向的防護(hù)長度同地下涵原設(shè)計。

3.2.2 防護(hù)設(shè)計

網(wǎng)格狀梁板結(jié)構(gòu)，板厚0.2m，配以間距5m×5m網(wǎng)格梁結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，梁結(jié)構(gòu)尺寸0.4m×0.38m，地下涵箱體上梁與箱體間設(shè)一層閉孔泡沫板。防護(hù)層結(jié)構(gòu)分縫長度15～20m，縫間設(shè)閉孔泡沫板。防護(hù)板網(wǎng)格中設(shè)透水孔，下設(shè)0.19m厚碎石墊層。防護(hù)層與現(xiàn)狀河道左右岸護(hù)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(hù)底。

3.3 安全保障措施

為進(jìn)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(cè)500m處設(shè)置禁止拋錨和減速慢行安全警示標(biāo)志，嚴(yán)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(jié)論

（1）航道等級提升后，唐河地下涵的外部運(yùn)行條件、受力狀況將顯著變化，礙航風(fēng)險上升、安全穩(wěn)定性下降，有必要對其進(jìn)行礙航及結(jié)構(gòu)安全性分析。

（2）唐河地下涵涵頂采用鋼筋砼網(wǎng)格狀梁板結(jié)構(gòu)對其影響范圍內(nèi)的航槽進(jìn)行工程防護(hù)，避免箱體結(jié)構(gòu)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(wěn)定安全系數(shù)，當(dāng)充水孔水深條件滿足抗浮穩(wěn)定性要求時，降低其中充水孔洞的水深，可進(jìn)一步增加結(jié)構(gòu)安全性。

（4）經(jīng)調(diào)整唐河地下涵檢修方案，采取工程防護(hù)和安全保障措施后，滿足抗浮穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)安全性要求，可以保證過往船舶順利通行。