摘要：本文在分析韩江航道现状基本情况和航运发展对航道发展规划技术等级要求的基础上，提出代表船型；考虑工程所在河段的河床演变以及采砂和航道整治工程等影响、礁石排查情况，论证工程选址可行性；根据最低通航水位提出管道的通航技术参数，确定工程平面布置和埋深方案。经论证，工程方案符合韩江航道长远发展需求。
关键词：天然气管道；穿越航道；航道通航条件
低碳经济与环境保护已成为当今世界发展主题,天然气作为一种高效、清洁、优质能源,是发展低碳经济、实现节能减排的选择之一。近年来我国天然气输送管道建设工程日渐增多,大多具有线路长、覆盖范围广、规模大等特点,须穿越众多大中型河流,其中部分河流为经过定级的航道。尤其在我国水网地区,航运发达,航道等级高、里程长。根据《航道法》第二十八条,建设与航道有关的工程,建设单位应当在工程可行性研究阶段就建设项目对航道通航条件的影响做出评价,并报送有审核权的交通运输主管部门或者航道管理机构审核[1]。本工程线路全长约233km,设计压力10MPa,管径813mm,设计输量为57.0×108m3/a,采用盾构隧道方式在广东省梅州市境内穿越韩江航道。本文通过分析工程穿越韩江的设计方案,论证了与航道相关的各技术参数[2],得出相关结论,为穿越航道类工程的航道通航条件影响论证提供参考[3]。
1.航道等级
韩江发源于广东省紫金县,干流梅江自西南向东北流经五华、梅县、梅州市区至大埔县在三河坝与汀江汇合,始称韩江,继续折向东南流经潮州市进入韩江三角洲网河区,分北、东、西溪流至南海。韩江三河坝至潮州河段从下游往上游依次规划有潮州、葛布、东山、高陂四个梯级枢纽。韩江已实施过航道整治工程,于2017年年底竣工验收,建设标准为内河V级、通航300t级内河船舶,航道尺度为1.6m×40m×270m（水深×宽度×弯曲径）,航标配布为内河一类配布。本工程穿越处位于韩江三河坝至广济桥河段,航道现状等级为V级,目前按1.6m×40m×270m（水深×宽度×弯曲半径）的航道尺度进行维护。根据《广东省发展规划（2020年-2035年）》,广东全省航道总体布局为构建“八通、两横、一网、三连、四线”主骨架,韩江位于“三联”中,三河坝－潮州枢纽115km航道规划等级为Ⅲ级,工程穿越位于上述河段,航道设计尺度为2.5m×60m×330m（水深×宽度×弯曲半径）。本工程穿越处航道现状等级为V级,航道规划等级为Ⅲ级,考虑航道未来发展预留,工程穿越韩江应按照Ⅲ级航道标准论证。
2.代表船型论证
根据调研,韩江水路货物运输目前基本为民营、个体专业运输户承运,且韩江中上游为山区河流,下游为三角洲河流,河道弯曲、河面较窄。韩江流域运输船舶以机动船为主,无顶推和拖带船队。随着韩江通航条件的改善,通航水深增加,流态改善,腹地内河船舶大型化趋势明显,但受上下游枢纽船闸通航尺度限制,目前工程河段通航船型主要为300t级内河船舶。《内河通航标准》对天然和渠化河流Ⅲ航道的代表船型作了规定,见表1。未来经韩江前往梅州港的主要运输货物仍将为干散货类的煤炭、矿建材料、水泥为主,因此到港代表船型仍将以干货船及自卸砂船为主。经过对梅州市运输船舶的现状和发展趋势的分析,综合考虑韩江航道的建设条件、运输船舶的系列化,发展等因素,研究分析梅州港到港代表船型主要为干散货船、件杂货船、自卸砂船、集装箱船等单船。综合考虑韩江航道现状通航船型、《内河通航标准》规定船型及韩江未来船型预测,选取代表船型如表2所示。
3.工程选址
3.1河床演变研究
工程处于弯曲河段,为连接上下弯道的过渡段,深泓靠右,两岸均建有人工堤防。工程河段已进行过航道整治,附近有多处丁坝,深槽已被丁坝群固定。为分析本工程附近的河道演变情况,取工程附近约1600m河段（工程上游800m-下游800m）进行河床演变分析,采用2015年与2019年的水深地形图,将河段划分为5个断面进行对比分析。采用断面法进行冲淤计算,断面间距为400m。经分析,河床总体呈略有冲刷,但深泓线基本保持稳定。目前工程河段已划为禁止采砂区,但工程穿越断面位于弯道段,存在横向不平衡输沙,其中左岸为淤积岸,右岸为冲刷岸。工程河段河床,尤其是深泓所在的右岸河床存在继续冲刷下切的可能。工程河段两岸均建有人工大堤,边界条件良好,河势、岸线基本稳定,且未来将进一步实施航道整治工程,河势将进一步基本稳定。
3.2港口规划
根据《梅州港总体规划》（送审稿）,梅州港分为梅州港区、大埔港区2个港区；梅州港区包括梅城作业区、雁洋作业区和松口作业区,大埔港区包括茶阳作业区和高陂作业区。《梅州港总体规划》中介绍了韩江的港口、岸线规划情况,规划大埔港区高陂作业区货运码头岸线。该岸线分为两段：第一段岸线位于韩江右岸,田家炳大桥上游,埔田附近,岸线长度400m；第二段岸线位于韩江左岸,高陂镇政府附近,岸线长度300m。本工程距规划的岸线约42km,工程建设不影响《梅州港总体规划》的实施。
3.3礁石研究
根据《中华人民共和国石油天然气管道保护法》第三十二条,在穿越河流的管道线路中心线两侧各五百米地域范围内,禁止抛锚、拖锚、挖砂、挖泥、采石、水下爆破。但是,在保障管道安全的条件下,为防洪和航道通畅而进行的养护疏浚作业除外。第三十三条,在管道专用隧道中心线两侧各一千米地域范围内,除本条第二款规定的情形外,禁止采石、采矿、爆破。在前款规定的地域范围内,因修建铁路、公路、水利工程等公共工程,确需实施采石、爆破作业的,应当经管道所在地县级人民政府主管管道保护工作的部门批准,并采取必要的安全防护措施,方可实施。因此,管道穿越工程选址应避开滩险、礁石以及现状和规划的港口锚地等,根据相关港口规划,本工程距港口、锚地较远,不在五百米范围内。本工程采用盾构隧道方式穿越韩江,隧道中心线两侧各一千米地域范围内禁止采石、采矿、爆破。根据工程河段河床地形图,存在部分浅滩,工程河段未来将要实施航道整治工程,应进一步核实存在礁石,避免采取爆破方式影响管道安全。为进一步勘测礁石,在穿越轴线上下游15m范围内,布置26个钻孔,并在韩江河道布置水上钻孔两个,河漫滩及大堤布置钻孔7个。沿穿越轴线及垂直于穿越轴线的河床走向,布置了4条高密度电法物探测线。勘察期间采用工程地质钻探、工程物探、原位测试及室内试验等多种手段相结合的方法,对勘察场地的工程地质条件进行综合分析评价,未发现礁石存在。在地质钻探、工程物探基础上,布设高密度电法测线11条,覆盖工程穿越处上下游各1km。其中沿水流方向从北向南布设L1、L2、L3三条测线；垂直水流方向布设L4、L5、L6、L7、L8、L9、10、L11共8条测线。测线布置详见图2。通过11条高密度电法物探逐条分析,排除航道丁字坝等电阻率高阻体的干扰,本工程上下游1km内未发现礁石存在。综上所述,工程所在河段水流条件良好,所处河段两岸均有大堤,附近现状建有多处丁坝和部分浅滩,工程河段河床、河势总体稳定,距离现状和规划的港口和锚地较远,且上下游1km内不存在礁石,对未来航道整治无影响。
4.通航参数论证
4.1平面布置
4.1.1平面布置要求
本工程穿越韩江航道起讫点位置应根据航道宽度、施工方式及埋置深度要求等情况合理确定,应考虑航道等级提升带来的航道拓宽需求,尽量远离航道边坡[4]。工程管线穿越韩江采用盾构隧道方式,根据《油气输送管道穿越工程设计规范》（GB50423-2013）,隧道竖井边缘距大堤坡脚的距离不宜小于50m。
4.1.2平面布置论证
工程穿越处为Ⅲ级航道,双向通航宽度为110m。管道始发井位于韩江北岸,距大堤堤脚441m；接收井位于韩江南岸,距离大堤堤脚100m。始发井和接收井均位于河道以外,在航道和可能通航的水域均埋置于河床下,不会对现有航道尺度及未来航道发展产生影响。管道穿越平面布置合理,设计方案满足要求。
4.2埋置深度
4.2.1埋深要求
本工程采用盾构隧道方式从河床以下穿越韩江航道,《内河通航标准》对管道顶部设置深度作了要求：在航道和可能通航的水域内布置水下过河建筑物,应埋置于河床内,其顶部设置深度,Ⅰ-Ⅴ级航道不应小于远期规划航道底标高以下2m,Ⅵ级和Ⅶ级航道不应小于1m。韩江规划为Ⅲ级航道,因此本工程隧道顶部设置深度不应小于远期规划航道底标高以下2m。
4.2.2埋深计算
若现状河底标高低于远期规划航道底标高,则埋置深度以现状河底标高起算；反之,则以规划航道底标高起算。规划航道底标高的计算公式为设计最低通航水位-规划航道水深。Ⅲ级航道设计最低通航水位应采用多年历时保证率不小于95%的水位。本工程位于东山枢纽-潮州供水枢纽之间,根据相关研究成果东山枢纽坝下、潮州供水枢纽坝上95%保证率对应水位分别为11.52m、10.87m。本工程上距东山枢纽约12.9km,经计算工程位置处最低通航水位为10.90m。本工程所在河段航道设计水深为2.5m；根据《内河通航标准》,Ⅲ级富裕水深取0.4m,得出规划航道水深为2.9m。经计算规划航道底标高为8.0m。本工程穿越处最低点现状河床底标高为3.38m,因此,选择现状河床底标高作为起算面。本工程隧道顶设计高程为-13.09m,计算出工程埋深为16.47m,满足要求。
4.2.3最大冲刷和抛锚贯入深度计算
《内河通航标准》规定了水下过河建筑物穿越不同等级航道时的最小埋深,但由于河道存在冲刷、船舶在航行过程中会出现抛锚,冲刷深度和抛锚贯入深度叠加后,会大于标准规定的最小埋深值。为保障穿越管道安全,尚应考虑最大冲刷深度和船舶抛锚贯入深度[5]。在此基础上,再次复核本工程的埋置深度。本工程所在河段的最大冲刷深度为1.52m,冲刷后河床底标高为1.86m；考虑最大冲刷后,本工程隧道顶尚有14.95m的埋深富裕。经计算,代表船型1000t级船舶抛锚时贯入深度为1.1m,远小于14.95m。因此,在发生最大冲刷时,船舶抛锚不能贯穿底质,对隧道顶不产生危害。本工程埋置深度满足通航要求。
5.结论
（1）根据韩江的现状等级及未来发展规划,确定了本工程应按照Ⅲ级航道标准进行论证,在考虑现状通航船舶、标准规定船型以及规划船型的基础上,提出本工程所在河段的代表船型。（2）从河床稳定性和航道、港口规划符合性等方面,论证了工程选址的可行性。（3）根据工程设计方案,通过相关计算论证了本工程与通航有关的技术参数均满足通航要求。
作者：卢立鑫 母宝颖 安熠明 单位：交通运输部水运科学研究所