金沙江中坝大桥通航安全风险分析

滕树强，龚成博

（四川港航建设工程有限公司，四川成都 610000）

1 桥梁情况

金沙江中坝大桥位于四川省宜宾市城区，大桥全长965 m，主跨跨径252 m，边跨跨径175 m，是一座大跨度独塔即钢筋混凝土梁斜拉桥，于2003年12 月建成通车。技术标准为：设计荷载汽车—超20 级，挂车—120，人群3.5 kN/m2；桥面净宽30 m；设计时速60 km/h；设计洪水频率1/300；通航等级Ⅲ级；抗震设防烈度为7 度，设计基本地震加速度值为0.1 g，第一组。主桥基础采用桩基承台，设置了3 排共15 根直径2.8 m 的钻孔灌注桩，承台厚6.5 m，桩长26 m，按嵌岩桩设计。

塔、墩固结，塔型选用H 型索塔，索塔高154.11 m，桥面以上高116.90 m。金沙江中坝大桥通航孔采用主跨252 m（16#～17#墩）跨过金沙江航道，只有17#桥墩占用主航道。

2 航道条件

中坝大桥桥区河段位于金沙江水富至宜宾河段，自向家坝升船机下引航道口门区至宜宾合江门全长30 km，总落差8.09 m，平均比降0.27 ‰，一般河面宽250 m，最大河面宽330 m，滩上最小河面宽90 m，滩上最大流速可达4 m/s 以上，洪、枯水水位变幅较大，最大变幅约25 m，具有典型的山区河流特征。现河段基本达到Ⅳ级航道，在98 %的保证率水位时，航道尺度可达到1.8×40×320 m，有碍航滩险13 个，航道条件较差，暂未实施航标维护，夜间不通航。金沙江宜宾合江门至向家坝常年可通航1 000 t 级以上船舶，丰水期通行2 000 至6 000 t 级船舶，远期规划为Ⅰ级航道，属长江干线管理河段。

中坝大桥位于金沙江与岷江汇合口上游约2.5 km 处，河段较为顺直，河面宽窄相间，工程河段桥梁较多，从上至下依次有成贵铁路金沙江大桥、中坝大桥、金沙江铁路大桥（宜珙铁路）、南门大桥、戎州大桥，属桥群河段，通航条件受上、下游桥梁净空尺度控制，目前中坝大桥仅在跨中位置的上、下游面设有桥涵标，未设置侧面标。

通航孔左岸主墩16#墩位于左岸防洪坡脚外侧，对通航基本无影响。右岸主墩17#墩位右岸防洪堤外侧，距离防洪堤坡脚约50 m，通航孔虽然覆盖低水时的主航槽，但由于洪水期17#主墩位于主流河道内，不仅占用航行水域，而且桥墩产生紊流，进一步影响航道水域的水流条件，洪水期17#墩存在被船舶撞击的风险，对通航影响较大，存在较大通航安全隐患。

图1 桥位通航环境示意图

图2 中坝大桥桥墩布置图

3 通航净空尺度复核

由于金沙江中坝大桥建成运行年份较早，随着上游向家坝枢纽建成，改变了桥区河段的水沙条件，另外桥区河段两岸防洪堤的修建也改变了水流边界条件。数值模拟结合上下游地形，模型范围为桥轴线上游1 600 m 至下游1 400 m，计算工况分析选取5 个工况，计算工况见下表：

表1 数模计算工况及边界条件

图3 桥区河段流场图（Q=28 200 m3/s）

图4 桥区河段水深图（Q=26 500 m3/s）

图5 桥区河段水深图（Q=8 000 m3/s）

图6 桥区河段流场图（Q=8 000 m3/s）

经计算，近期桥区河段按照Ⅲ航道标准，中坝大桥的设计最高通航水位取10 年一遇时，通航净空高度为12.58 m；远期航道等级提升至Ⅰ级航道后，中坝大桥的通航净空高度为10.74 m，均不满足《长江干线通航标准》（JTS 180-4-2020）中重庆小南海至云南水富最小通航净空高度18 m 的要求。当流量Q≤8 000 m3/s，桥位处通航净空高度才满足《长江干线通航标准》（JTS 180-4-2020）中重庆小南海至云南水富最小通航净空高度18 m 的要求。

大桥桥轴线与河道不完全正交，与水流方向的夹角约9 °左右，根据数模计算结果，20 年一遇洪水时，桥位处流速2.93～6.07 m/s；10 年一遇洪水时，桥位处流速2.73～5.97 m/s；2 年一遇洪水时，桥位处流速1.67～4.17 m/s。近期设计最高通航水位10年一遇时，桥轴线上游3 倍代表船队长度范围内，河道右岸横向流速基本超过0.8 m/s，不满足《长江干线通航标准》（JTS 180-4-2020）的相关规定，大桥不得在通航水域内设置墩柱。洪水期当流量Q≤8 000 m3/s，不受长江水位顶托时，中坝大桥也只能满足单向通航要求。

4 桥梁船撞效应计算

采用桥梁桩基空间静力计算程序和Midas Civil软件，将横桥向、纵桥向的水平船撞力施加到水位线以上2 m 的地方，计算桥墩或桩基的最不利内力，确定控制截面。调整水平船撞力大小，比较控制截面的承载能力与弯曲变形能力。当控制截面内力与弯曲变形达到截面性能指标时，所对应的水平船撞力即为桥墩在该水位下的极限船撞抗力。

针对中坝金沙江大桥建立了17#墩的Midas Civil 有限元模型，船撞抗力计算的荷载组合为：自重+二期恒载+船撞力。

表3 中坝大桥船撞设防船撞力汇总表

图7 中坝大桥主桥计算模型

图8 主塔17#墩模型

经计算中坝大桥17#桥墩自身抗力不满足设防要求，而航道等级及代表船型又比较高，为减少防撞设施工程量和今后维护量，船只在经过桥梁的时候通过通航管制，降低船行速度。在设置传统助航标志外，有条件情况下设置主动防撞设施。中坝大桥17#桥墩自身抗力不满足规范要求；建议在桥墩上安装防撞设施，达到缓冲分散船舶撞击力的效果。

5 通航安全保障措施

因中坝大桥通航净空尺度不能满足规范要求，且通航孔右侧17#主墩抗撞能力不足，需指定相应的通航安全保障措施。

1）目前中坝大桥仅在跨中位置的上、下游面布置有桥涵标，需完善桥区河段助导航设施以准确标示桥区航道和通航环境，保障通航安全；

2）桥区河段航行船舶应严格执行《长江干线水上交通安全管理特别规定》（2017 年11 月交通运输部令32 号）以及《长江海事局桥梁通航安全管理规定》（2015 年1 月）等相关规定，桥区河段船舶应严格按照长江海事局关于《长江上游界石盘至成贵高铁宜宾金沙江大桥航段分道航行规则（试行）》（2019 年3 月1 日起施行）以及2020 年11月附录内容调整的相关规定航行；

3）中坝大桥的通航净空高度不满足《长江干线通航标准》（JTS 180-4-2020）中重庆小南海至云南水富最小通航净空高度18 m 的要求。且下游南门大桥、戎州大桥的通航净高比中坝大桥的更低，故应统一考虑，按照通航净高最低的桥梁进行控制，严格限制通行船舶的高度；

4）加强与上游向家坝枢纽及上下游水文站的联系，及时掌握水情变化情况，特别是预报水位24 h 以内上涨或者下落超过3 m 时，应禁航。另外，经计算当流量超过8 000 m3/s 时，中坝大桥的通航净空尺度不能满足通航净高要求，也应禁航；

5）工程河段桥梁较多，从上游的成贵铁路至河口，短短的6.1 km 河段内就有5 座跨河桥梁，为此应对桥区河段综合考虑设置助导航标志，如在中坝大桥上游约1 km 的地方设置警示标志提醒下水船舶即将进入桥群河段，注意控制航速、航向，谨慎驾驶；

6）因中坝大桥与下游宜珙铁路桥距离较近，建议将中坝大桥上游500 m 至宜珙铁路桥下游250 m之间划定为桥区水域，并制定相应的管理制度；

7）经计算，洪水期当流量Q≤8 000 m3/s，不受长江水位顶托时，中坝大桥也只能满足单向通航要求，因两岸均建有防洪堤，洪水期通航水域宽度拓展有限，为船舶航行安全，禁止在桥区河段会船，为此桥区河段全年都应采用单向通航，并设置相应的助导航设施；

8）目前桥区河段不具备夜航条件，故应进一步明确禁止船舶夜航；

9）桥区水域水流条件受向家坝枢纽下泄流量变化影响较大，为此，桥梁管理单位应与海事、航道部门以及向家坝枢纽加强联系，建立联动机制，以确保船舶航行安全。

6 结语

对于建成年份较早的跨河桥梁，可能存在建设初期未能考虑到远期航道发展的影响，未专门进行通航方面的专题研究。随着社会经济发展，三峡船闸通航，上游地区经济腾飞，长江干线航道的通航船舶吨位日益增大，每日通航船舶数量也逐渐增加，这些外部条件的变化，导致早起建成运行的部分桥梁成为限制通航的制约因素，且因船舶吨位增加，吃水深度、通航净空的要求也随之增加，对桥梁抗撞性能也提出了更高的要求，造成已建桥梁在通航方面可能存在安全隐患，为降低对船舶及桥梁的安全影响，建议相关管理部门应根据实际情况，首先分析其通航环境，复核桥梁通航净空尺度是否满足要求，其次应在桥区河段配布必要的助导航标志，并在桥墩适当位置增设防撞设施，再次在管理措施上制定相应的通航安全保障制度，如单向通航、限制通航、禁止夜航等，以消除安全隐患，确保船舶航行安全和桥梁结构自身安全。