广州市生物岛-大学城隧道工程航道环境影响分析.pdf

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2010年6月 第6期总第442期 水运工程 Port&Waterway Engineering Jun.2010 No.6 Serial No.442 广州市生物岛一大学城隧道工程 航道环境影响分析 蒋太虎1,胡 东2 (1.镇江船艇学院,江苏镇江212003;2.中交水运规划设计院深圳有限公司,广东深圳518067) 摘要:综合分析隧道工程水域自然条件、通航环境、安全现状、通航尺度、航道与航法等一系列相互关联的航行条件, 提出隧道建设及隧道水域船舶航行安全保障措施和建议,以利船舶通航和隧道自身的安全。 关键词:隧道;航道;通航环境;河道演变 中图分类号:U 495.5 文献标志码:A 文章编号:1002-4972(2010)06—0127--05 Channel environment impact analysis of Guangzhou Bio-lsland——University City Tunnel project JIANG Tai-hul,HU Don92 (1.Zhenjiang Watercraft Coflege,Zhenjiang 212003,China; 2.CCCC Water Transportation Consultants(Shenzhen)Co.,Ltd.,Shenzhen 5 1 8067,China) Abstract:Based on a comprehensive analysis of a series of interrelated navigation conditions of the water area of the tunnel engineering including natural conditions,channel environment,safety status,shipping scales, channel and navigation method,this paper puts forward the measures and suggestions of tunnel construction and safe navigation in the water area to guarantee ships7 safe navigation and safety of the tunnel itself. Key words:tunnel;channel;channel environment;channel evolution 1项目概况 生物岛一大学城隧道位于广州市大学城(谷 围岛)和生物岛(官洲岛)之间的官洲水道下, 穿过官洲水道,连接大学城和生物岛,再向北通 过仑头一生物岛隧道连接仑头立交实现与南部快 速路的连通,进而实现与广州及周边城市的联系。 生物岛一大学城隧道是大学城和生物岛之间的唯 一车行交通通道,亦是大学城与广州市区的一条 重要联系通道。该通道的建成将大大地方便大学 城与外界的交往,同时也能促进生物岛的开发利 用。 生物岛一大学城隧道线路呈南、北走向,双 向四车道,线路全长1 337.61 m。拟建隧道起点 与仑头一生物岛隧道相接,两座隧道以生物岛东西 向主干道中心线为界,为本隧道起点桩号SK0+ 000,中间穿过官洲水道,设计出口设于大学城26 号路位置,终点为大学城26号路与32号路的交 点,桩号为SKI+337.614,详见工程区域位置图 (图1)。 拟建隧道工程采用沉管法施工。为了使隧道 工程既要满足车辆进出的方便、安全、高效,又 要满足隧道穿越的水域航运发展、通航安全的需 要,因此,需要就过江隧道工程对航道环境影响 进行科学评价,合理确定过江隧道的顶部高程。 收稿日期:2009—12—25 作者简介:蒋太虎(1981一),男,讲师,主要从事军港管理教学与研究。 万方数据 ·128· 水运工程 2010.生 图l工程区域位置 2航道环境分析 2.1水流条件 官洲水道潮型属不正规半日潮混合潮型,在 一个太阴日内,两涨两落,相邻的两高潮或两低 潮的高度不相等。隧道处最高潮位:2.42 m(珠 江基面,以下同);最低潮位:一1.89 m;平均潮 差:1.60 mo 此处河床坡降较缓,流速较小,水面比降也 小,涨潮时最大测点流速为1.12 m/s,落潮时最大 测点流速为1.14 m/s,流态畅顺。 水流条件对通航区域的环境的影响主要从流 速(航道最大流速,也叫纵向流速)、水流偏角(航 道与水流的交角,此偏角引起横向流速的存在) 这两个角度来分析。 由于水流与航道之间夹角的存在,使得水流 相对于航道的轴线之间就有一个横向流速。船舶 在航行过程中,受横向水流作用,要发生横向漂 移。横向流速越大,船舶的横向漂移也越大。船 舶驾驶员通过变速、操舵的方法克服横向水流的 作用,以维持航向、航态的稳定,减小横漂,但 必然使船位的方向和航线产生一定的夹角(航行 漂角),并由此增大航迹带宽度。横流越大,航行 漂角就越大,船舶航行时的航迹带越宽。因此船 舶在航行过程中产生的漂移,实际是船舶、船队 推进、操舵和横流共同作用的结果。 如果横流存在,在船舶驾驶的过程中,不但 需要不断调整船舶的航向,而且需要控制变速、 舵角等。一旦船舶驾驶人员麻痹大意,注意力不 集中时就容易导致船舶偏离主航道,可能发生碰 撞或搁浅事故。 一般情况下,为了避免流的横向作用,通常 要求夹角控制在一20。~20。范围内为最佳方向,700 。1lOo范围为最恶劣方向。 根据珠江水文水资源勘测中心在2004年4月 (枯季)Ol与8月(洪季)[21在隧道所在断面进行的水 位测验,经计算得隧道断面航道中的最大流速、 航道轴线与水流方向的夹角如表1。 从表1分析可知,隧道工程处河段的涨潮最 大流速为1.12 m/s,落潮的最大流速为1.14 m/s。 涨落潮方向与航道轴线的夹角最大不超过8。,远 小于200,属最佳范围之内。由水流方向与航道轴 线的偏角所引起的横流最大为0.10 m/s左右,对 船舶操纵影响甚微。 航道中水流流速同样影响船舶的航行安全, 如果纵向流速过高,下水航行的船舶为保证较小 的对岸航速,必然使用较小的车挡,使舵效变得 很差,危及船舶的安全。对比表l和2可知:只 有在涨急、落急短时段内航道中的流速(纵向流 速)达到一般的危险程度,其余大部分时间危险度 属于低、较低,对船舶的操纵影响较小。 表l 隧道工程处航道中平均流速、水流与航道的夹角 万方数据 第6期 蒋太虎,胡东:广州市生物岛一大学城隧道工程航道环境影响分析 .129. 表2水流影响因子危险度评价标准 危险度 航道内水流流速/(m.8-1) 低 较低 一般 较高 高度危险 注:评价标准的确定是根据对国内外有关研究结论和操船模 拟结果而确定的。 2.2河床边界条件 官洲水道北邻官洲岛,南靠小谷围岛,平面 形态较为顺直(图1,图2)。官洲水道总长约 2.8 km,平均河宽约220 m,5 in等深线几乎贯 通全程,最大深度达10.7 in,但在隧道附近被断 开,隧道上游30 m至隧道下游150 m的范围内 平均深度约4.3 m。 图1 官洲水道生物岛侧堤岸 规模达到200 km,珠江堤岸整治促进了沿江两岸 的综合开发和利用,包括市政建设、住宅建设、 商业、交通及其他社会福利事业的发展,改善了 生态环境,促进了观光旅游。珠江已作为一条新 的城市景观带而成为未来开发建设的重点。 官洲水道靠官洲岛一侧基本上已经建设有较 高等级的人工砌石岸堤,堤岸较为稳定。 大学城全岛(小谷围岛)面积43.3 kmz,规 划整治总堤长28.016 km,现已按规划防御200 年一遇的洪潮标准实施完毕。工程所在位置广州 大学城河岸原为较高的山坡地,按规划设计的堤 顶高程为200年一遇的洪潮水位2.68 in加1.2~ 1.4 m超高,即3.88~4.08 m,现坡脚按规划修筑 有1.0 m高的混凝土挡墙(墙顶高程约O.8 m), 挡墙外有抛石护脚。 在拟建隧道下游约960 m处有官洲自来水管 线。 2.3航道尺度 官洲水道总长约2.8 km,平均河宽约220 m, 水深条件比仑头水道要好。 2.4代表船型 根据港务局文件及官洲水道的战备功能,官 洲水道按照通航2 000 DWT船舶控制。根据 JTJ21l—1999《海港总平面设计规范》及其局部修 订(航道边坡坡度和设计船型尺度部分),2 000 DWT杂货船的船型尺度如下:船舶长度87 m,船 舶型宽13.7 m,船舶型深6.8 m,满载吃水4.9 m。 3航道环境影响评估 拟建工程处主航道偏向左岸侧,航道轴线与 隧道轴线的法线方向的夹角为10027’20”。 生物岛一大学城隧道建成后埋在现河床面以 图2官洲水道大学城侧堤岸 下,其对航道环境的影响相对较小,但在隧道建 原来珠江堤防防洪标准低,使得河道行洪纳 设期间对航道环境还是有一定的影响。 潮能力降低。珠江干流既是行洪纳潮的金色通道, 3.1对行洪、纳潮影响 又具有排涝、供水、灌溉、观光、生态保护等多 参考广东省水利水电科学研究院、广东省水 种功能。1994年珠江堤防整治建设T程开始实施, 动力学应用研究重点实验室河港工程研究室2005 广州市区珠江堤岸(前航道、后航道、西航道) 年9月编制的《:广州市生物岛一大学城隧道工程 防洪工程按照200年一遇的标准进行建设。珠江 防洪评价报止》:由于广州市生物岛一大学城隧道 堤防整治建设工程将延伸至南沙一带,整治建设 工程埋于河床下面2 m,工程建成后能基本恢复 7 2 2 '’筋埘m”址毗烈份!窒拟 万方数据 ·130· 水运工程 2010生 原天然河道状况,永久工程不会对河道行洪、纳 潮产生影响。但在工程施工期间,由于基槽开挖 会改变局部河道的行洪断面,对河道行洪、纳潮 产生一定的影响。 3.2对河道演变的影响 隧道建成后埋置在以往河床底面以下,而且 其埋置深度均大于2 m,由1955--2004年冲淤变 化包络线(图3)131可知,其冲淤变化包络线都在隧 道顶部以上(厚度均大于2 m)。隧道的建设不影 响官洲水道的水流流速、流向、河道纳潮等水沙 等水沙动力条件,因此拟建隧道的建设对河床的 演变影响较小,从而对航道的演变影响也较小。 1955越 1964年 1975拒 1987钜 1999年 2004住 外包络线 图3 1955--2004年冲淤变化包络线 3.3对航道尺度的影响 按照GB50139--2004《内河通航标渤,II级 航道通航2 000 DWT内河船舶,其代表船型尺度 为90.0 m(总长)x16.2 m(型宽)x2.6 m(设计吃 水);III级航道通航l 000 DWT内河船舶,按照 JT厂r599--2004《珠江干线货运船舶船型主尺度系 列》,l 000 t干货船船型尺度为58.0 m(总长)× 12.6 m(型宽)x2.4~2.6 m(吃水),计算航道水深、 航道有效宽度。 1)航道水深。 日=冉A日 (1)式中:醐道水深(m); 嘲舶吃水(m),扛2.6 m; △日一富裕水深,△日:0.4 m。 经计算,II级航道通航2 000 DWT内河船舶 和III级航道通航1 000 DWT内河船舶,其航道水 深均为3.0 m。 2)航道宽度。 双线航道宽度为: B=匠。广卜县0也商n目-L。siBS+dl+d2+C (2) 式中: 肛直线段双线航道宽度(m); B一行船舶宽度(m),B,a=16.2 m;匠厂上行船舶宽度(m),鼠。=16.2 m; £厂下行货船长度(m),Ld=90 m; £f一上行货船长度(m),Lu=90 m;聃舶或船队航行漂角(。),肛3。; d。+cf2+C__各项安全距离之和(m);货船可取 0.67~0.80倍上行和下行船迹带宽度,d。+如+C= 0.8x(B一鼠。+Lasinfl+L。siq8)=33.46 m。经计算按照 II级航道通航2 000 DWT内河船舶,双线航道宽 度为75.27 m。 由以上计算可知官洲水道维护尺度0j(深6 m、 航道有效宽度80 m)可以满足2 000 DWI“内河船 舶双向航行要求,断面系数大于8。 3.4施工期的影响 施工总体步骤有:管段预制、基槽开挖、沉 管浮运、沉管定位沉放以及沉管两侧和顶部回填 等,施1二总工期27个月。隧道在施工建设期间对 过往船舶航行的影响,主要体现在基槽开挖、沉 管浮运、沉管定位沉放以及沉管两侧和顶部回填 等施工期间参与施下的船舶、机具与过往船舶间 的交叉,以及沉管浮运、沉管定位沉放过程短暂 的封航施工导致过往船舶无法正常航行等。由于 在这段较短的封航期间,考虑受大学城施工便桥 限制,通过隧道建设现场的船舶数量有限,因此 在隧道建设期间对船舶的通航影响也是较低的。 只要加强现场船舶管理、调度,统一协调,听从 海事部门的现场指挥等,也不会对过往船舶航行 安全构成明显威胁。 当隧道施丁在大学城施工便桥撤除之后,船 舶流量就会猛增。当通航密度较大时,隧道的施 工对过往船舶的影响就应该引起足够的重视,除 在隧道上下游河段增设警界船舶外,施工部门应 制定相应的安全保障措施,保障隧道施工与过往 船舶的航行安全。 3.5对航道运营期间的影响 隧道工程建成营运后,隧道表面的回填层不 万方数据 第6期 蒋太虎,胡 东:广州市生物岛一大学城隧道工程航道环境影响分析 ·131· 同,对锚抓力影响也不同,造成在紧急情况下应 急操纵的效果也不一样。 1)底质对锚抓力系数的影响。 底质对锚的抓力系数的影响较大,根据兰肯 (Rankin)的土压力理论,锚的抓力主要由锚重确 定的摩擦力和主要由锚爪面积决定的黏性力构成 的。即: P。=aWa+M。 (3) 式中:只为锚抓力;口为摩擦力系数;缈。为锚重;b 为黏性力系数,在黏质土中最大;A。为锚爪面积。 从式(3)可知,在砂质中,锚越重,锚抓力越 大;在泥类的黏质土中,锚爪的面积越大,锚抓 力越大。 总体而言,底质对霍尔锚(货船和客船一般 用霍尔锚)抓力系数的影响优劣顺序应为:砂底、 泥、砾石、软泥。在实践中,锚抓力系数的标准 值分别为砂3.5,泥3.0,走锚中1.5。 2)底质对锚链的抓力系数的影响。 锚链的抓力系数同样取决于链的类型、底质 等因素。一般锚链在不同底质中的抓力系数可取 0.75-1.50。 可见不同底质对锚的抓力影响不同: ①当采用片石回填料时,虽对隧道的保护有 利,但对紧急情况下船舶抛锚时的抓力不足造成 一定的影响,而且锚爪不易抓入片石层中,容易 造成船舶走锚,船舶触底时,更易使船舶受到碰 伤,造成严重的海损事故。 ②当采用淤泥质回填料时,不但不利于对隧 道的保护,而且对锚的抓力影响也较大。 ③当采用隧道断面所在的砂土作为回填料时, ④当采用分层填料时,不但要考虑对隧道保护, 而且更应考虑对船舶在紧急情况下抛锚的影响。 ⑤当回填料不对船舶的抛锚形成影响时,隧 道建成后基本埋在河床之下,其结构顶部高程在 航道设计底高程以下2 m,满足船舶航行吃水的 要求,所以其建设对官洲水道的通航安全并不构 成大的影响。在拟建隧道上下游规定范围内应设 置明显的警示标牌,规定隧道范围内不允许船舶 抛锚、拖锚及垂放重物等,保护隧道结构安全。 4结论 经分析,隧道埋在河床以下,对官洲水道的 水流条件、河床演变以及航道尺度和维护等影响 较小,河床冲淤较稳定。隧道结构顶部高程低 于一9.41 in(珠江基面)的长度有120 m,满足 GB50139---2004《内河通航标准》对过河建筑物 的埋深要求。隧道顶部2 m的覆盖层为一般回填 土,可满足船舶应急抛锚的锚抓力要求。因此, 隧道的建设对官洲水道的通航安全及航道环境影 响都是比较小的。 参考文献: 【1】珠江水文水资源勘测中心.广州进生物岛隧道1=程水 文测验成果报告(枯水期)[RI.广州:珠江水文水资源勘 测中心,2004. f2】珠江水文水资源勘测中心.广州进生物岛隧道丁程水 文测验成果报告(洪水期)tn].广州:珠江水文水资源勘 测中心,2004. 【3】广东省水利水电科学研究院.广州进生物岛隧道工程 河床演变分析报告【R】.广州:广东省水利水电科学研究 院。2004. 对隧道的保护和船舶抛锚相对有利。 (本文编辑武亚庆) 净哆字曲学皇,肆曲谆邺争诤廿淖蛐世韭诤皇莹水牡水蜱社牡孚啦孛2桫社29礴旦獬哆乎鲈乎眵净曲谬蛐谬盥守曲尊皇9尊i啦2‰蹲硝氇蹦哟够淖蛆铲曲乎韭谆曲谆旦9咎驴搏皇,孚哆缚蜱亭曲社髀淖蚰社眵 万方数据
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