武汉汉江过江隧道河床演变及最大冲深预测

表 1 黄金口 - 河口河段河床冲淤量变化
时段 / ( 年 . 月 ~ 年 . 月 ) 1972 . 05~ 1978. 04 1978 . 04~ 1986. 09 1986 . 09~ 2001. 09 2001 . 09~ 2002. 03 2002 . 03~ 2005. 04 1972 . 05~ 2001. 09 2001 . 09~ 2005. 04 2005 . 04~ 2009. 06 1972 . 05~ 2009. 06
工填土 , 相对密实 , 下覆为粘性土, 厚度大 ; 3 号线隧址 轴线穿越汉口沿河堤处防水墙是拆除原有土堤而新建 的 , 墙顶高程为 31 . 78 m, 为混凝土重力式结构, 防水 墙内筑有土戗台 , 坡度 1 1 . 5 , 堤外滩宽约 100 m, 防水 墙基础土层厚度大于 20 m ( 含素填土 ), 主要 为素填 土、 粉质粘土或粉质粘土夹粉土。 根据长江勘测规划设计研究院 2000 年 9 月编制 的 长江重要堤防隐蔽工程武汉市长江干堤防渗护岸 工程单项设计初步设计报告 !, 拟建 3 号线隧址工程 河段附近汉江堤防防渗工程位于汉阳沿河堤和汉口沿 河堤, 拟建隧址附近河段汉江干堤护岸工程实施堤段 主要位于东风造纸厂险段、 艾家嘴险段、 罗家埠险段、 463厂险段和东菜园险段。目前这些堤段的隐蔽工程 已完工。武汉河段崩岸段防渗护岸、 加固工程的实施, 对稳定工程河段的总体河势具有十分重要的作用。
冲淤量 /万 m 3 - 471 - 52 134 39 35 - 389 74 - 100 - 415
1 . 3
堤防工程概况
武汉轨道交通 3号线过江段线路穿越的堤防包括
汉阳沿河堤和汉口沿河堤。汉阳沿河堤位于汉江一级 阶地及河漫滩区 , 自晴川阁至小田家台, 长 20 . 52 k m; 汉口沿河堤自舵落口 - 龙王庙 , 全长 15 . 97 km, 其中 舵落口 - 硚口河滩游园碑附近为土堤 , 堤顶高程 31 . 51 ~ 31 . 76 m, 堤面宽 8 m, 外坡 1 2 . 5 , 内坡 1 3 。 硚口 河滩游园碑附近 - 龙王庙为各种类型的混凝土防水 墙 , 墙顶高程为 31 . 8 - 32 . 0 m。 8 ~ 10 m, 堤外有六边形预制块护坡, 本段堤基表层为人
1 . 1
水文泥沙特征
本次分析以仙桃水文站代表汉江水沙特性。黄金 口 - 小河口河段属两江交汇河段, 本河段内舵落口水 位与汉口站水位相关关系较好, 而舵落口水位与仙桃 站水位关系较差 , 表明蔡甸 - 小河口河段内流量和沙 量主要受仙桃站控制 , 但水位主要受长江水位影响。 丹江口建库前, 汉江中下游水位暴涨暴落 , 峰型尖
第 41卷 第 6 期 2 0 1 0年 3月 文章编号 : 1001- 4179( 2010) 06- 0035- 05
人 民 长 江 Y angtze R iver
V o.l 41, N o . 6 M ar ., 2010
武汉汉江过江隧道河床演变及最大冲深预测
岳 红 艳, 谷 利 华, 张 杰
口分析河段河床发生冲刷 , 局部河段 13 m 高程边滩也 发生一定程度的冲刷后退 , 如蔡甸大桥附近左岸 13 m 高程边滩发生了冲刷后退 , 最大冲退约 60 m; 白鹤咀 附近左岸 13 m 高程边滩也发生了明显的冲刷后退 , 最 大冲退约 380 m; 长丰桥下游右岸 13 m 高程边滩发生 冲刷后退, 最大冲退约 110 m; 罗家澄和南岸嘴附近右 岸 13 m 高程边滩均表现为冲刷 , 最大冲退均约为 140 m。 2001~ 2009 年由于分析 河段内河 床冲淤变 化较 小 , 河道内两岸 13 m 高程边滩也基本稳定 , 冲淤变幅 小。 ( 2) 5 m 深槽变化。工程河段内沿程 5 m 深槽大 小不一 , 多位于弯曲凹岸段或汉江出口段 , 包括舵落口 5 m 深槽、 罗家澄 5 m 深槽、 江汉铁桥 - 集家嘴段 5 m 深槽和隧址附近 5 m深槽。下面重点分析隧址附近 5m 深槽的冲淤变化情况。 表 3 为 20 世纪 50 年 代以来的地形资料, 由表 3 可知, 隧址附近 5 m 深冲刷坑近 50 a 来大都位于江汉 二桥上游附近。随着上游来水来沙条件的不同, 多年 来该 5 m 冲刷坑冲淤交替变化 , 其最深点高程变化范 围为 - 1 . 7~ 2 . 9 m。该 5 m 冲 刷坑 最长 达 300 m ( 1959 年 ~ 1978 年 ) , 宽 度最 大达 70 m ( 1959 年 ~ 1963年 )。
收稿日期 : 2010- 01- 08
[1 , 2]
学模 型计算和 实体模型 试验, 对过江隧 道工程河 段 ( 黄金口 - 南岸嘴 ) 河床在不利水文条件下的最大冲 刷状况进行了预测研究 , 预测最深点高程并将成果与 地质勘测资料进行对比分析。
1
工程河段概况
拟建隧道所在工程河段为控制性弯曲河型, 据多 年实测水下地形资料分析, 隧址附近河段河床冲淤幅 度约为 7 m。本河段主流自黄金口左岸入流后顶冲舵 落口凹岸, 后经罗家墩和罗家澄两个弯道后主流居中 而下, 经过拟建隧址后继续下行 , 在月湖桥上游附近经 过左岸凹岸后再向下游沿南岸嘴流出汉江 , 汇入长江。 该河段是武汉市堤防确保河段, 河道两岸基本上为块 石或混凝土块护坡, 两岸堤防主要为土堤或钢筋混凝 土挡水墙, 因此基本限制了河道的展宽和河弯的发展。
2
工程河段近期河道演变
2 . 1 河床冲淤变化
由表 1 可知, 丹江口水库蓄水运用后多年来工程 河段黄金口 - 小河口河段河床年际间冲淤交替变化, 3 且以冲刷为主, 河床累积冲刷约 415万 m 。其中 1972 ~ 2001 年该段河床冲刷量为 389 万 m 。 2001 ~ 2005 年分析河 段河床累 积淤积 量为 74 万 m , 2005 年 ~ 2009年河床又略有冲刷, 冲刷量约为 100 万 m 。 据汉江河口段航道观测分析成果 , 受汉江出口处 长江水流的顶托影响 , 汉江黄金口 - 小河口段年内河 床冲淤变化特点主要呈现洪淤枯冲的特点。
2 . 2 深泓线变化
( 1) 深泓线的平面变化。工程河段深泓线近 40 a 来整体而言平面摆幅较小 , 仅局部河段变化较大, 主要 位于顺直过渡段或边滩较宽可冲性较强的弯 道凹岸 段 , 没有发生明显单向变化。其中黄金口 - 南岸嘴段 1972~ 2009年深泓线大部分较为稳定, 仅黄金口 - 长 丰桥过渡段、 长丰桥 - 网船湾过渡段、 罗家墩 - 建材厂
( 长江科学院 河流所 , 湖北 武汉 430010) 摘要 : 分析了汉江第一越江隧道工程段 ( 黄金口 - 南岸嘴 ) 近期 河道演 变特点 和隧址 断面多年 实测冲 淤变化 规律 , 同时 , 结合河工模型试验和水沙 数学模型计算成果 , 预 测了不利 水文条件下 隧址断面 河床的最大 冲深 。 成果表明 : 在相同不利水沙组合条件下 , 河工模 型和数学模型模拟 的隧址断 面河床最深 点高程在 定性上基本 一致 , 河床最低点高程分别为 - 0 . 10 、- 0 . 23 m。 经与地 质勘测 资料对 比分析可 知 , 预测最深 点高程 基本合 理 , 可为设计部门提供重要的参考依据 。 关 键 词 : 河床演变 ; 隧址 ; 最大冲深 ; 数学 模型 ; 河工模型 文献标志码 : A 中图法分类号 : U 45
注: 冲淤量大于 0 表示淤积, 小于 0 表示冲刷。
3 3 3
1 . 2
河床边界条件
河段内地形属残丘性河湖冲积平原 , 地貌轮廓系
鄂东南丘陵经江汉平原东缘向大别山南麓低山丘陵过 渡地区。河段两岸位于第四纪盆地, 地形平坦 , 第四系 堆积物较厚 , 右岸局部有基岩残丘。地质构造属扬子 地槽凹陷的一 部分, 经过多次地壳 运动, 基底 逐渐稳 定 , 具有准地台的性质。地貌形态表现为明显的阶梯 状特点 , 分别可见一、 二、 三级阶地, 低垅岗平原。 工程河段内两岸均为堤防所约束。黄金口至小河 口段河床表层覆盖层由细砂、 粉砂及粉质粘土组成 ; 层 厚一般为 2 ~ 6 m, 床沙中值粒径为 0 . 11 ~ 0 . 16 mm, 与 1995 年小河口段床沙中值粒径 ( 介于 0 . 09~ 0 . 14 mm 之间 )相比, 本河段床沙处在粗化过程之中。
作者简介 : 岳红艳 , 女 , 高级工程师 , 主要从事河床演变 、 崩岸机理 、 航道整 治和涉 水建筑 物防洪 评价论证 以及采 砂可行 性论证 研究 。 E - m a i: l d jywh@ 263. net
36
人
民
长
江
2010 年
瘦 , 仙桃站水位年最大变幅为 13. 13 m, 水位变幅大, 且最低水位一般出现在 3 月份, 最高水位一般出现在 7 月份 ; 全年水量分配极不均匀 , 7~ 9 月的水量约占全 年的 55 % 左右。各站最大流量均出现在 7 月份 , 最小 流量则出现在 3 月份 ; 多年 ( 1955~ 1959 年 ) 平均输沙 量为 0 . 831亿 t 。 1968年丹江口水库蓄水运用后 , 下泄水沙条件发 生了较大变化。由于水库调节影响 , 中下游枯季水位 抬高, 汛期水位则有所降低。仙桃站水位年最大变幅 明显减小; 下泄沙量明显减少, 含沙量减小。主要表现 为大量泥沙被拦在库内, 坝下基本是清水下泄。根据 统计建 库后 1972~ 2008 年资料表明 , 输沙量 减少至 2 082 万 ,t 为建库前的 25% 。 仙桃站水沙量年内分配建库后较均匀 , 汛期占全 年比例减小 , 枯水期增大。仙桃站水沙量占汉口站同 期水沙量比例建坝后有所减小。年均径流量由建坝前 的 6. 41 % 减少至 5 . 95 % , 年内 1~ 3 月及 12 月建坝后 有所增加; 年均输沙量减少更多 , 由建坝前 17 . 35 %减 少至 6 . 24 % , 其中 1~ 3 月、 12 月增加, 其他月份均减 少。
表 2 仙桃 ∀ 小河口段深泓高程变化