新汴河航道整治对地下涵影响研究及对策

孙立武,陈稚娟,韩朋, 刘学学

（1. 安徽省港航建设投资集团有限公司,安徽 合肥 230051；2. 中设设计集团股份有限公司,江苏 南京 210014）

随着内河航运事业迅速发展，运输船舶呈现大型化、标准化趋势，高等级航道延伸、成网已成为长期规划的整治目标[1][2]。如何正确分析航道整治对原有建筑物的影响，并采取合理措施，实现建筑物的全寿命周期管理成为了相关人员的重要研究课题。

地下涵是布置于通航河道中的重要水工建筑物，前人针对施工、使用阶段中地下涵安全防护等问题进行了大量研究[3～5]，而对于规划阶段中，航道整治工程对地下涵的影响研究及对策分析较少，相关成果鲜有报道。

安徽省宿州市唐河地下涵作为唐河与新汴河立交的控制工程，是新汴河航道整治中的重要一环。唐河地下涵改建工程于2014年开工建设，2016年底完成了交工验收工作，目前尚未进行竣工验收。新汴河航道整治工程为安徽省2018年水运重点开工项目，新汴河航道等级将由限制性V级航道提升为IV级航道，并纳入全省高等级航道网规划。唐河地下涵原有外部条件发生了重大变化，面临改建的风险，有可能带来巨大的经济损失和重大的负面社会影响。本文以此为例，在已有成果基础上[1～5]，重点分析了航道整治对唐河地下涵造成的结构安全及船舶通航安全影响，并针对相关问题提出了有效的安全保障措施。

1 工程概况

新汴河自宿州市七岭子截引沱河开始，穿过津浦铁路，再截引濉河，经灵璧县、泗县到江苏泗洪县，穿过溧河洼注入洪泽湖，全长127.1km，按四级航道标准进行建设，航道底宽50m，最小通航水深2.5m。

唐河地下涵呈倒虹吸布置，总长304m，布置宽度70.8m，共设12孔，3孔一联，每孔宽5.0m，高5.6m。地下涵为钢筋砼结构，涵顶高程13.57m，设钢闸门和启闭设备，出口控制段布置检修闸门，按照最大3孔同时检修布置。

2 影响分析

2.1 碍航影响

新汴河航道等级由Ⅴ级提升为Ⅳ级后，设计最低通航水位的多年历时保证率由95%～90%提升为98%～95%[6]，设计最低通航水位、航道底高程相应由17.87m、15.37m降低至16.46m、13.96m。由于航道整治后的涵顶高程（13.57m）小于航道底高程，因此地下涵主体对船舶正常通行不构成碍航影响。

根据《内河通航标准》（GB50139-2014）规定[7]，地下涵涵顶高程还应小于远期规划航道底标高以下 2m，即 11.96m，现状地下涵涵顶高程不满足此要求，同时涵顶的覆盖土层厚度由1.8m减小至0.39m，急需采取安全防护措施。

2.2 结构安全性影响

唐河地下涵按三孔同时排空检修时最不利于涵洞稳定，由表1可以看出，此时地下河的抗浮稳定安全系数不满足规范允许要求。因此，须改变检修方案保证地下涵的结构安全性。

表1 航道等级调整前后最不利工况抗浮稳定计算结果

3 对策分析

3.1 检修方案

唐河地下涵洞身采用一大一小双回路止水橡皮密封，因此涵洞具备中孔充水、两边孔同时检修，以及两边孔充水、中孔检修的条件。通过调整检修方案，即三孔不同时检修，可有效增加涵洞抗浮稳定性。下面根据此方案，对航道整治后地下涵的结构安全性进行复核。

3.1.1 抗浮稳定性复核

表2 为调整检修方案后，唐河地下涵抗浮稳定计算结果，可以看出，中孔排空或两边孔排空检修时，均可满足规范抗浮稳定要求。

表2 检修方案调整后地下涵抗浮稳定计算结果

3.1.2 结构安全性复核

本文通过计算地下涵在控制性不利设计工况作用下的结构内力，来复核唐河下涵施工图中实际配筋率能否满足要求，从而验证洞身结构安全性。选取的控制性不利工况包括：正常运行工况，三孔充水；检修工况I，中孔充水、两边孔排空检修；检修工况II，两边孔充水、中孔排空检修。经计算可知，除检修工况II边孔中墩结构不满足安全要求外，其余工况均满足安全性要求，因此，需结合工程检修实际调度情况进一步调整检修方案。

根据表2计算成果可知，检修工况II边孔充水深度均大于1.9m时即可满足抗浮稳定要求，因此可适当降低检修时边孔水位以满足结构安全要求。经计算可知，边孔水深不大于3.0m时可满足结构安全要求。

根据上述计算成果，确定调整后的唐河地下涵检修方案为：中孔检修、两边孔须适度充水（深度为1.9～3.0m）；中孔满水、两边孔检修。

3.2 工程防护方案

航道整治将导致唐河地下涵涵顶覆盖土层厚度明显减少。为有效保护地下涵箱体结构不受水流冲刷和船舶等外力冲击，对地下涵影响范围内航道采用钢筋砼网格状梁板结构进行工程防护。

3.2.1 防护范围和总体布置

防护范围为航道底面以及两侧边坡，坡顶至现状河道滩头内1m，总长度为220m，地下涵中轴线两侧各45m钢筋砼防护层，上下游50m布置素砼护底，顺航道向的防护长度同地下涵原设计。

3.2.2 防护设计

网格状梁板结构，板厚0.2m，配以间距5m×5m网格梁结构加强，梁结构尺寸0.4m×0.38m，地下涵箱体上梁与箱体间设一层闭孔泡沫板。防护层结构分缝长度15～20m，缝间设闭孔泡沫板。防护板网格中设透水孔，下设0.19m厚碎石垫层。防护层与现状河道左右岸护底顺接，上、下游50m布置0.3mC20砼、0.2m级配碎石、0.1m中粗砂作为护底。

3.3 安全保障措施

为进一步保障地下涵处航道通航安全，在地下涵上下游中轴线两侧500m处设置禁止抛锚和减速慢行安全警示标志，严禁船舶在地下涵位置停靠抛锚，同时提醒过往船舶减速慢行，尽量减少船舶航行下沉量。

4 结论

（1）航道等级提升后，唐河地下涵的外部运行条件、受力状况将显著变化，碍航风险上升、安全稳定性下降，有必要对其进行碍航及结构安全性分析。

（2）唐河地下涵涵顶采用钢筋砼网格状梁板结构对其影响范围内的航槽进行工程防护，避免箱体结构受到水流冲刷及船舶等外力冲击。

（3）采用部分孔排空、部分孔充水的检修方案可以有效增加涵洞抗浮稳定安全系数，当充水孔水深条件满足抗浮稳定性要求时，降低其中充水孔洞的水深，可进一步增加结构安全性。

（4）经调整唐河地下涵检修方案，采取工程防护和安全保障措施后，满足抗浮稳定性和结构安全性要求，可以保证过往船舶顺利通行。