佛耳岩作业区二期工程港池开挖对航道通航条件的影响分析.docx

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佛耳岩作业区二期工程港池开挖对航道通航条件的影响分析

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胡鹏谢玲

摘要：根据佛耳岩作业区二期工程港池开挖方案，采用二维水流数学模型对开挖后的航道水流条件变化进行预测分析，研究了港池开挖施工对航道布置、航标布设和船舶通航的影响，并考虑本河段航道条件及通航环境的复杂性，提出港池开挖的优化施工方案，可为类似工程设计和通航管理提供参考。

关键词：港池开挖;航道通航条件;数值模拟

：U612????：A??????：1006—7973（2021）06-0084-04

拟建佛耳岩作业区二期工程位于长江上游鱼洞水道中堆河段，码头工程正对中堆江心洲尾部，现状条件下低水位期工程局部河段河道弯曲狭窄，航道条件较差。根据设计方案，为满足船舶吃水深度要求，码头前沿需进行港池开挖，鉴于港池开挖工程量较大，改变了天然河床，使河道水流条件发生变化，对航道条件及船舶通航可能带来不利影响，因此，需开展港池开挖工程对航道通航条件的影响研究。

1河道及工程概况

工程上游为大中坝分汊河段，河床宽浅，水流分汊、洲滩发育[1]。大中坝尾部主河槽偏左，其下进入中堆宽浅分汊河段，该段左岸边滩发育，河心有中堆碛坝，其右岸突咀挑流明显，枯水航槽弯窄，水面仅200m宽，水流湍急，扫弯水强劲，为枯水险滩。随着来流量增大，中堆被淹没，水面增宽，流速减小，滩情逐渐得到改善。中堆以下河道右转进入下弯道，主槽紧贴右岸，弯顶附近处左右两岸石盘对峙，尤其是左岸兰家石盘凸入江心，河宽缩窄近一半，与右岸娃娃滩石盘对峙，枯水河宽约300～500m，水深10m以上，兰家石盘以下河道较规顺。工程河段河势如图1所示。

佛耳岩作业区二期工程位于右岸佛耳岩处，紧邻下游一期工程，建设3000和5000吨级件杂货泊位各1个，结构采用斜坡码头型式，由2艘钢质趸船和4条架空缆车斜坡道组成，上游设置为3000吨级泊位，趸船平面尺度为75×21m，下游设置为5000吨级泊位，趸船平面尺度为85×23m。

港池开挖区域分为趸船停泊区和进港船舶停泊区两部分。由于码头前沿水域位于转盘石石盘处，拟采用水下清礁施工方式，清礁基线顺应河势，与码头前沿线平行布置，均采用直线线型，依照上述两区域共布置两条开挖基线。工程设计低水位为169.6m，按照停靠5000吨级船舶吃水深度要求以及富裕深度确定船舶停泊水域开挖底高程为164.6m;第二基线内为趸船停泊区域，据趸船吃水确定趸船停泊区域开挖底高程为167.5m。港池开挖将清礁基线向河心侧礁石全部清至设计底高程，施工超深0.4m，超宽1m，设计边坡1：0.5，清礁工程量为77307m3。工程港池开挖平面布置见图2。

2工程对航道布置和航标布设的影响

根据施工单位提供的施工组织设计，工程施工期处于中低水位期。拟港池开挖区域紧邻主航道水域，开挖布置区下段部分外边界占据了部分主航道水域，最大占据航宽约8m。同时，港池开挖施工时，需考虑1艘挖泥船与1艘运渣泥驳并排在施工区域最外侧作业时展布宽度约为50×26m，钻爆船施工的展布宽度也有约45×10m，并考虑航道侧定位沉链的入水宽度影响，因此，拟港池开挖施工需占用部分航道水域，对现行航道布置有一定影响。此外，港池开挖区位于右岸转盘石红浮作用范围内，开挖区靠河心一侧占据了该红浮的设标水域，工程施工将对该航标的设置、维护及功能发挥造成一定影响。

3工程对航道水流条件的影响

本次采用二维数学模型方法[2]分析工程实施前后相關水力要素的变化趋势。结合工程河段不同水位期水流及通航条件的变化情况，研究选择了如表1所示的四组水文工况。

3.1工程对河道水位的影响

开挖工程实施后，河道水位变化主要表现在开挖区域上游附近断面平均水位均有不同程度下降，距工程区域愈近，水位降幅愈大，降幅基本在1～7cm;而开挖区域中下部及下游河段断面平均水位有不同程度增加，工程区域中下部水位增幅较明显，增幅基本在1～6cm;枯水流量时水位变幅最大。此外，统计表明港池开挖引起的河道水位及水面比降变化区域基本在工程区域上游1000m至下游500m之间。可见，港池开挖实施后，工程引起的河道水位变幅较小，且影响范围有限。

3.2工程对河道流速的影响

（1）港池开挖区左侧河道流速变化。从工程前后河道流速变化等值线图（图3）可以看出，港池开挖区域头部及上游河道内流速略有增加，但增幅不大，均小于0.1m/s;港池开挖左侧主河槽内流速均有不同程度降低，河道流速增减变化基本以中堆尾部至开挖区头部连线为分界线，流速降幅随流量的增加而递减，最大流速降幅发生在最低通航流量2300m3/s时，流速降幅为-0.5～-0.1m/s，最小流速降幅为-0.2～-0.1m/s（流量20000m3/s）;港池开挖区域下游主河道内