航道平面布置方案设计与优化

李鸟英 中交第二航务工程勘察设计院有限公司广州分公司

航道平面布置方案是航道平面布置和施工实践的重要参考，所以布置方案是否具有科学性、合理性，直接影响后续的航道布置实践以及航道利用实践。从目前的现实要求入手对航道的布置进行分析，一方面需要基于基础环境对航道的布置做基本思考，同时还要基于成本控制以及安全性等对航道布置方案做细节优化，这样，航道平面布置方案的整体设计才会更加合理。当然，立足于不同要点设计的航道平面布置方案，会有差异，综合航道平面布置的相关原则和标准对不同方案做对比分析，并对方案做优化，这样可以选择更具科学性、合理性、经济性和实用性的航道平面布置方案。

1.航道平面布置的原则与设计依据

在航道平面布置方案设计和优化的过程中，必须要对航道平面布置的原则进行明确。以目前的实践为例，航道平面布置和优化的具体原则有4个：1）航道的选线应结合港口现状及总体规划确定，并适当留有发展余地；2）航道选线应尽可能利用水深条件，减少工程量；同时尽量减小航道转弯段夹角，以利于船舶的航行；3）根据港口建设现状和发展情况，合理确定航道的建设规模，在满足港口发展要求的同时合理控制资金投入；4）结合当地波浪、潮流、风、泥沙等自然条件，同时考虑导助航标志的设置和施工条件等因素综合确定航道方案。

在航道平面布置的过程中，不仅要有遵守的原则，更要有参考的依据，这样，航道平面布置的实际效果才会更加突出。以目前的实践为例，在航道平面布置的过程中，需要以以下规范或技术标准为主要设计依据，具体为《海港总体设计规范》JTS 165-2013、《港口与航道水文规范》JTS 145-2015、《航道整治工程技术规范》JTJ 312-2003、《疏浚与吹填工程设计规范》JTS 181-5-2012、《疏浚与吹填工程施工规范》JTS 207-2012、《中国海区水上助航标志》GB 4696-1999。在基础规范和技术原则明确的情况下，航道平面布置还需要对控制船舶的主尺度进行确定。为了满足航道沿线各企业的运输需求，工程设计船型根据沿线各企业运输船型来确定，本工程设计代表船型如表1所示。

表1 设计船型主尺度表

2.航道平面布置方案设计

在明确了航道平面设计的基本原则和参考依据之后，接下来的重要工作便是通过实地调查来了解航道平面布置方案需要考虑的具体元素，同时对各类元素进行分析与强调，从而形成完整的方案。珠海港高栏港区黄茅海作业区现有航道轴线为折线型，本工程是在现有航道的基础上进行拓宽浚深。本方案航道根据沿线各企业的设计船型资料，航道采用分段设计，航道起点为现有黄茅海航道与高栏港主航道的交点A点，终点为三一海洋重工码头南侧的F点，转向点为A、B、C点，航道起点至中海油深水海洋工程装备制造基地码头段航道满足中海油深水海洋工程装备制造基地码头最大设计船型海洋石油229乘潮单向通航需求，设计底高程-9.7m，挖槽宽度211.8m，中海油深水海洋工程装备制造基地码头至三一海洋重工码头段航道满足三一海洋重工码头最大设计船型20000吨级甲板驳及烽火科技码头最大设计船型6500吨级海缆敷设船乘潮单向通航的需求，设计底高程-9.7m，挖槽宽度111.2m。基于海港的实际需要，结合航道拓宽的方式对航道总平面布置进行设计，最终形成了两个方案，以下是对具体方案的阐述。

2.1 方案一

黄茅海航道目前航道东北侧水域水深较深，原泥面标高普遍为-3～-9m，而西南侧水域水深较浅，原泥面标高仅为-1～-3m。但黄茅海航道东北侧水域目前已建有珠海海重钢管有限公司钢管制造基地码头、中铁武桥码头、珠海巨涛海洋石油服务有限公司码头、中海油深水海洋工程装备制造基地码头、番禺珠江钢管（珠海）基地码头、三一海洋重工码头等多个码头，若此段航道向东北侧拓宽，会占用东北侧已建码头的部分回旋水域。综合考虑航道周边水域水深条件和已建项目的情况，B-F段航道拓宽采用双侧拓宽的方式。

本方案航道起点为现有黄茅海航道与高栏港主航道的交点A点，终点为三一海洋重工码头南侧的F点，转向点为B、C 点，航道全长为938 3.9 m，其中A B航段方位为313°0′0″～133°0′0″，航道长度2354.8m，挖槽宽度211.8m，设计底高程-9.7 m；B C 航段方位为3 2 9°0′0″～14 9°0′0″，航道长度1916.5m，挖槽宽度211.8m，设计底高程-9.7 m；CF 航段方位为321°23′48″～141°23′48″，其中CD 航段航道长度2752.5 m，挖槽宽度211.8 m，设计底高程-9.7m；DE 航段为航道宽度变化的过渡段，航道长度187.7m，挖槽宽度111.2m～211.8m，设计底高程-9.7 m；EF 航段航道长度2172.4m，挖槽宽度111.2m，设计底高程-9.7m。

根据现有测图进行计算，总平面布置方案一疏浚量为1170.2万m，疏浚计算超宽为4m，超深0.5m，边坡1:7，疏浚土全部为2级土。疏浚土优先回填于三一海洋重工码头北侧的吹填区，剩余的疏浚土外抛处理。

2.2 方案二

平面布置方案二中，航道平面尺度及设计底高程与总平面布置方案一相同。考虑到现有黄茅海航道东北侧水域目前已建有珠海海重钢管有限公司钢管制造基地码头、中铁武桥码头、珠海巨涛海洋石油服务有限公司码头、中海油深水海洋工程装备制造基地码头、番禺珠江钢管（珠海）基地码头、三一海洋重工码头等多个码头，为避免航道占用各码头的回旋水域、减小航道疏浚工程对码头的影响，方案二将航道向西南侧进行单侧拓宽。拓宽后航道各航段的设计尺度与方案一相同。

由于拓宽方式的不同，航道轴线位置相应产生变化，故航道长度与方案一略有不同。本方案航道总长9411.3m。根据现有测图进行计算，水域疏浚量为1213.7万m，超深、超宽、边坡、土质及疏浚土处理方式同方案一。

3.航道综合分析

在设计好两个方案之后，为了进一步的确定方案的优劣，还需要基于航道以及港口的实际需要综合性分析。在综合性分析的过程中，需要强调的内容主要如下。

3.1 航道稳定性分析

根据《珠海高栏港黄茅海（电厂至茂盛海洋段）航道工程地质勘察报告》，钻探区域-18.0m以上工程地质层分别为淤泥、淤泥质土、粘土，其中淤泥层平均层底标高-14.78m，且钻孔至-18.0米处仍未发现风化岩分布，易于航道开挖。

经过高栏港区航道以及多个项目港池水域多年使用验证，航槽以及港池边坡基本稳定。

根据《珠海港高栏港区5万吨黄茅海航道工程回淤分析与数学模型计算研究报告》（珠江水利委员会珠江水利科学研究院）的分析结果，本工程区域年预计厚度为0.98m/a。由于受到潮流、波浪以及周边工程施工的影响，工程水域将会受到一定的影响。但随着航道的使用，水下地形将逐步稳定，但工程水域回淤仍比较明显，需要定期进行维护疏浚。

3.2 通航能力分析

本工程推荐方案航道长约9383.9m，主要影响航道通航的因素包括风、浪、流、雾等自然因素。结合项目的实际特点，通过能力按乘潮船舶进行计算。根据本工程的实际情况，船舶运行方式按成批上、成批下考虑。

首先是理论通过能力。乘潮船队以1艘“海洋石油229”号船舶为一组，船舶进出航道乘潮选用的是历时4小时90%保证率的乘潮水位（1.36m）。运行方式为成批上、成批下航道理论通过能力按下列公式计算：C=6n1000KsVTQ/（m+1）Lc。基于该公式和相关数据进行计算，乘潮船队的航道理论年通过能力为228450.8万吨。

其次是设计通航能力。运行方式为成批上、成批下的乘潮船队的航道设计通过能力按下列公式计算：Cs=PKKKC/K。基于该公式和相关数据进行计算，乘潮船队的航道设计年通过能力为23130.6万吨。

4.航道平面布置方案的工程量对比与方案选择

在航道平面布置方案设计和优化的过程中，要确定具体的方案，需要将工程量和成本作为重要的参考指标。对两个方案实施过程中的主要指标以及工程量进行明确，并对比方案落实的优势和不足，这样可以最终确定具有科学性的航道平面布置方案。表2是基于此次工程的主要指标和工程量汇总表。

表2 主要指标及工程量表

对两个方案的主要指标和工程量做对比，同时思考其他要素，两个方案在具体执行中的优势和缺点如表3所示。从整体需求方向进行分析，两个总平面布置方案均能满足到港船舶通航要求，从合理减少疏浚工程量、节省工程投资的角度出发，本阶段暂推荐总平面布置方案一。

表3 方案优缺点比较表

5.结束语

综上所述，航道平面方案设计对港口航道工程的规划和建设有重要的指导意义，且方案设计本身工作具有复杂性，会影响后续的工程实践成本，因此在设计方案的时候需要强调面面俱到。文章以具体的工程为例对航道平面方案的设计和选择进行思考，旨在为目前的实践工作提供指导和帮助。