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【摘要】广州车陂路~新滘东路隧道工程因受两端接线与其所在河段河床下切因素的制约,只有通过底质置换的工程措施后其埋深方能满足通航标准的要求。通过对车陂路~新滘东路隧道工程埋深深入探讨,为类似工程的设计提供一种新思路,从而更加有利地推动工程建设,为早日实现“中国梦”增添新的动力。
【关键词】车陂路~新滘东路隧道工程;《广东省沿海航道通航标准》;埋深;底质置换
为了推进广州市天河区的“金融城”与海珠区东部的会展商务区和“智慧城”等的建设,广州市政府决定打通车陂路一新滘东路规划过江通道,建立萝岗---天河---海珠区的新交通走廊,根据《广东省沿海航道通航标准》中的有关规定,针对工程所在河段的各种影响因素,对航道范围内工程埋深进行深入的探讨,为工程设计和航道管理部门的行政审批提供较为科学的参考依据。
1.工程概况
1.1工程位置
车陂路~新滘东路隧道工程南起新滘东路与科韵路交叉口,北至车陂路与黄埔大道交叉口,全长约4.3km。其中新港东路至车陂路、黄埔大道交叉口段为一期实施范围,全长1460.082m,其中南敞开段223.326m,南暗埋段230m,北敞开段216.756m,北暗埋段290m,沉管段500m(本工程沉管管节共分五节,各管节长度均为100m),新滘东路、科韵路交叉口至新港东路段为二期实施范围。
1.2工程所在河道概况
东河道是珠江水系一天然河流段,起讫点为从沙面到鱼珠的河段,河道东西走向,河段微弯,其中人民桥至华南大桥10km的河段,实行交通管制,除旅游、客轮、公务船外,其他船舶未经允许不得进入管制区。东河道长约19530m,水面宽约240~800m,东河道现有航道底宽100m,维护水深2.8m,拟建工程所在河段的平均水深约为3.5m,邻近工程处航道范围内的最大水深为5.1m。
东河道分段规划,其中工程所在的琶洲大桥~鱼珠段,规划为II级航道,通航2000吨级船舶,航道规划尺度为4.0m×100m×720m(水深×底宽×弯曲半径)。
1.3代表船型
根据规划,工程所在河段通航2000吨级船舶,根据《海港总体设计规范》(JTS165-2013),掌握了工程河段2000吨级船舶的尺度。
2.隧道的埋深论证
2.1《广东省沿海航道通航标准》(DB44/T1355-2014)中的要求拟建工程位于一微弯河段,由工程处的河床演变分析可知,拟建工程所在的河段的北岸侧(凹岸侧)处于一种轻微下切状态。
邻近工程处航道范围内的最大自然水深为5.1m(水深已由当地理论最低潮面换算而成,珠江基面=当地理论最低潮面-1.41m,对应的河床底高程为-6.51m,珠江基面起算),大于规划的航道设计水深,《广东省沿海航道通航标准》(DB44/T1355-2014)中对上述情况下所穿越航道的建筑物的埋深要求。
2.2各种影响的确定
(1)水深
工程处邻近工程处航道范围内的最大自然水深为5.1m,此水深值已由当地理论最低潮面换算而成,根据《广东省沿海航道通航标准》(DB44/T1355-2014)中的有关要求,在计算过江隧道的埋深时水深值取5.1m。
(2)应急抛锚时的入土深度
本工程隧道采用沉管法施工,从工程自身的安全考虑,工程完工后,隧道工程附近水域按规定设为禁锚水域,但考虑到意外事故迫使船舶在此水域应急抛锚等特殊情况,结合本河段规划航道等级所对应的2000吨级货运船舶船型尺度,根据挪威船级社的数据,船舶吨级与锚的重量关系。
2000吨级船舶锚重小于1吨,锚重小于1吨的船舶抛锚时的入土深度应在1.2m以内。为了慎重起见,在拟建隧道工程处的应急抛锚时的入土深度取1.3m,可满足2000吨级船舶应急抛锚的需求。
(3)极限冲刷
由河床演变分析可知,本工程所穿越的河段存在河床下切的趋势,因此,在计算隧道埋深时需考虑航道可能冲刷的最大深度(极限冲刷)。①计算方法。对于河床的一般冲刷深度计算,本报告采用《河床演变学》中的lacey经验公式进行计算
Lacey公式表示如下:
计算过程中,根据河床组成及其分布由上至下逐层计算,首先根据上层粒径计算第一层冲刷深度,如计算深度小于本土层厚度,则计算深度即为冲刷深度;如计算深度大于本土层厚度,则本土层冲刷深度取为土层厚度;并继续按下一土层粒径计算第二层冲刷深度,依此类推。河床总冲刷深度,为各土层的总冲刷深度之和。
②计算参数。对于河道一般冲刷计算,本次计算采用最不利的工况组合,计算一次洪水河床的最大理想冲刷深度,确定河床冲刷对管道安全的影响。根据拟建隧道工程设计标准,计算100年一遇流量条件。根据设计洪水计算成果,工程河道断面100年设计洪水流量为1959m3/s。根据工程河段的地勘资料,河床表层淤泥,其下层为中砂层,中砂层厚度为2.4m~3.6m,平均粒径Dm约为0.5mm;下部为泥质粉砂岩,厚度超过5m。
③河床冲刷计算。根据lacey经验公式,100年一遇洪水条件下河床最大冲深为1.89m。在计算隧道硬质覆盖层顶的埋深时,考虑到极限冲刷的深度,则隧道硬质覆盖层顶的埋深相应增加1.89m。如果隧道的埋深增加1.89m后,则隧道的起止点距新港中路跨线桥及花城大道的距离分别为45m、62m,无法满足交织长度,再者隧道无法实现南往东右转进入花城大道,其交通组织功能缺失。为了解决上述矛盾,将采用河床底质置换的方式来消除河床下切对隧道埋深的影响。
3、结语
采取粒径大于5.928mm的砾砂来置换现有的床沙,使河床趋于稳定,这样就可以降低工程对埋深的要求,起到既能保护航道资源,又能推进工程的顺利建设,促进广州市社会经济的可持续发展,但由于河床冲刷计算与床沙启动粒径的计算均采用的是经验公式,公式中参数的取值存在着一定的个体认识差别,建议通过物理模型来加以确定。
参考文献
[1]广东省质量技术监督局,《广东省沿海航道通航标准》(DB44/T1355-2014)
作者简介
王静新(1972—)男,硕士,工程师,研究方向:水文分析、船舶通航安全、河口海岸环境。
【关键词】车陂路~新滘东路隧道工程;《广东省沿海航道通航标准》;埋深;底质置换
为了推进广州市天河区的“金融城”与海珠区东部的会展商务区和“智慧城”等的建设,广州市政府决定打通车陂路一新滘东路规划过江通道,建立萝岗---天河---海珠区的新交通走廊,根据《广东省沿海航道通航标准》中的有关规定,针对工程所在河段的各种影响因素,对航道范围内工程埋深进行深入的探讨,为工程设计和航道管理部门的行政审批提供较为科学的参考依据。
1.工程概况
1.1工程位置
车陂路~新滘东路隧道工程南起新滘东路与科韵路交叉口,北至车陂路与黄埔大道交叉口,全长约4.3km。其中新港东路至车陂路、黄埔大道交叉口段为一期实施范围,全长1460.082m,其中南敞开段223.326m,南暗埋段230m,北敞开段216.756m,北暗埋段290m,沉管段500m(本工程沉管管节共分五节,各管节长度均为100m),新滘东路、科韵路交叉口至新港东路段为二期实施范围。
1.2工程所在河道概况
东河道是珠江水系一天然河流段,起讫点为从沙面到鱼珠的河段,河道东西走向,河段微弯,其中人民桥至华南大桥10km的河段,实行交通管制,除旅游、客轮、公务船外,其他船舶未经允许不得进入管制区。东河道长约19530m,水面宽约240~800m,东河道现有航道底宽100m,维护水深2.8m,拟建工程所在河段的平均水深约为3.5m,邻近工程处航道范围内的最大水深为5.1m。
东河道分段规划,其中工程所在的琶洲大桥~鱼珠段,规划为II级航道,通航2000吨级船舶,航道规划尺度为4.0m×100m×720m(水深×底宽×弯曲半径)。
1.3代表船型
根据规划,工程所在河段通航2000吨级船舶,根据《海港总体设计规范》(JTS165-2013),掌握了工程河段2000吨级船舶的尺度。
2.隧道的埋深论证
2.1《广东省沿海航道通航标准》(DB44/T1355-2014)中的要求拟建工程位于一微弯河段,由工程处的河床演变分析可知,拟建工程所在的河段的北岸侧(凹岸侧)处于一种轻微下切状态。
邻近工程处航道范围内的最大自然水深为5.1m(水深已由当地理论最低潮面换算而成,珠江基面=当地理论最低潮面-1.41m,对应的河床底高程为-6.51m,珠江基面起算),大于规划的航道设计水深,《广东省沿海航道通航标准》(DB44/T1355-2014)中对上述情况下所穿越航道的建筑物的埋深要求。
2.2各种影响的确定
(1)水深
工程处邻近工程处航道范围内的最大自然水深为5.1m,此水深值已由当地理论最低潮面换算而成,根据《广东省沿海航道通航标准》(DB44/T1355-2014)中的有关要求,在计算过江隧道的埋深时水深值取5.1m。
(2)应急抛锚时的入土深度
本工程隧道采用沉管法施工,从工程自身的安全考虑,工程完工后,隧道工程附近水域按规定设为禁锚水域,但考虑到意外事故迫使船舶在此水域应急抛锚等特殊情况,结合本河段规划航道等级所对应的2000吨级货运船舶船型尺度,根据挪威船级社的数据,船舶吨级与锚的重量关系。
2000吨级船舶锚重小于1吨,锚重小于1吨的船舶抛锚时的入土深度应在1.2m以内。为了慎重起见,在拟建隧道工程处的应急抛锚时的入土深度取1.3m,可满足2000吨级船舶应急抛锚的需求。
(3)极限冲刷
由河床演变分析可知,本工程所穿越的河段存在河床下切的趋势,因此,在计算隧道埋深时需考虑航道可能冲刷的最大深度(极限冲刷)。①计算方法。对于河床的一般冲刷深度计算,本报告采用《河床演变学》中的lacey经验公式进行计算
Lacey公式表示如下:
计算过程中,根据河床组成及其分布由上至下逐层计算,首先根据上层粒径计算第一层冲刷深度,如计算深度小于本土层厚度,则计算深度即为冲刷深度;如计算深度大于本土层厚度,则本土层冲刷深度取为土层厚度;并继续按下一土层粒径计算第二层冲刷深度,依此类推。河床总冲刷深度,为各土层的总冲刷深度之和。
②计算参数。对于河道一般冲刷计算,本次计算采用最不利的工况组合,计算一次洪水河床的最大理想冲刷深度,确定河床冲刷对管道安全的影响。根据拟建隧道工程设计标准,计算100年一遇流量条件。根据设计洪水计算成果,工程河道断面100年设计洪水流量为1959m3/s。根据工程河段的地勘资料,河床表层淤泥,其下层为中砂层,中砂层厚度为2.4m~3.6m,平均粒径Dm约为0.5mm;下部为泥质粉砂岩,厚度超过5m。
③河床冲刷计算。根据lacey经验公式,100年一遇洪水条件下河床最大冲深为1.89m。在计算隧道硬质覆盖层顶的埋深时,考虑到极限冲刷的深度,则隧道硬质覆盖层顶的埋深相应增加1.89m。如果隧道的埋深增加1.89m后,则隧道的起止点距新港中路跨线桥及花城大道的距离分别为45m、62m,无法满足交织长度,再者隧道无法实现南往东右转进入花城大道,其交通组织功能缺失。为了解决上述矛盾,将采用河床底质置换的方式来消除河床下切对隧道埋深的影响。
3、结语
采取粒径大于5.928mm的砾砂来置换现有的床沙,使河床趋于稳定,这样就可以降低工程对埋深的要求,起到既能保护航道资源,又能推进工程的顺利建设,促进广州市社会经济的可持续发展,但由于河床冲刷计算与床沙启动粒径的计算均采用的是经验公式,公式中参数的取值存在着一定的个体认识差别,建议通过物理模型来加以确定。
参考文献
[1]广东省质量技术监督局,《广东省沿海航道通航标准》(DB44/T1355-2014)
作者简介
王静新(1972—)男,硕士,工程师,研究方向:水文分析、船舶通航安全、河口海岸环境。