秦 磊，胡 鵬

(1.東西湖區(qū)港航海事處，武漢 430040；2.長江航道規(guī)劃設(shè)計研究院，武漢 430010)

通航河流上水文纜道工程通航凈空高度的計算方法

秦 磊1，胡 鵬2

(1.東西湖區(qū)港航海事處，武漢 430040；2.長江航道規(guī)劃設(shè)計研究院，武漢 430010)

水文纜道是一種由岸上進行操縱控制，進行江河流量、泥沙等測驗工作架設(shè)的跨河索道系統(tǒng)。由于需要沿測驗斷面運送水文測驗設(shè)備到預(yù)定水平位置和垂線測點位置，因此水文纜道對通航的影響不同于橋梁、電力及通信等水上過河建筑物。以保障船舶和水上過河建筑物安全為原則，根據(jù)水文纜道運行的特點，結(jié)合相關(guān)通航技術(shù)要求，對通航河流上水文纜道工程的通航凈空高度要求及計算方法進行探討。

通航條件；水文纜道；凈空高度；計算方法

水文纜道是一種由承載索(主索)、牽引索(循環(huán)索)、支柱(塔架)、拉線、地錨、轉(zhuǎn)(導(dǎo))向滑輪、運載行車、懸吊鉛魚(儀器)、驅(qū)動絞車、信號儀表裝置、防雷設(shè)施、操作室(機房)等系統(tǒng)組成的，通過鉛魚(懸桿)將流速儀(泥沙采樣器)送至河道過水?dāng)嗝鏈y點位置，進行測點流速(泥沙含量)測量，是江河流量、泥沙等水文測驗專用設(shè)備[1]。水文纜道定位精度較高，測驗人員無需下水，極大地提升了自動化測驗技術(shù)水平，能快捷并安全地完成測驗任務(wù)[2]。由于需要通過索道把水文測驗儀器送到測驗斷面任一指定位置，并進行作業(yè)，對船舶通航安全產(chǎn)生較大影響。由于水文纜道對通航的影響不同于電力、通信等水上過河纜線，本文從通航技術(shù)要求出發(fā)，對在通航河流建設(shè)水文纜道工程的通航凈空高度要求及計算方法進行探討。

圖1 水文纜道布設(shè)示意圖Fig.1 Layout plans of hydrometric cableway

1 水文纜道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

水文纜道主要有纜索系統(tǒng)驅(qū)動裝置和測驗儀器設(shè)備[2]。測驗時，操縱儀器沿主索作水平運動，到達測驗位置后，下放儀器(鉛魚)到預(yù)定測點進行測速、取沙。典型的水文纜道布設(shè)形式如圖1所示。一般由動力循環(huán)系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、避雷系統(tǒng)等部分組成。動力循環(huán)系統(tǒng)主要包括主桿支架、地錨、主索、牽引索、滑輪、行車、絞車，鉛魚等部分；變頻調(diào)速系統(tǒng)包括動力控制器、變頻調(diào)速器、電機等；智能控制系統(tǒng)主要包括計算機、主控接口、計數(shù)控制接口、水下信號源等；避雷系統(tǒng)一般由避雷接地網(wǎng)、過河避雷索、避雷針、三相電源避雷器等部分組成。

2 通航凈高的確定

通航凈高是在跨越航道建筑物的通航孔兩側(cè)墩柱的內(nèi)空范圍內(nèi)，從建筑物梁底最低點至設(shè)計最高通航水位間的垂直距離。《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡稱“標(biāo)準(zhǔn)”)給出了相應(yīng)等級航道應(yīng)滿足的最小尺度，不同等級的航道所要求的通航凈空高度是不同的。通航凈高值為工程航段代表船型空載水線以上至最高固定點高度與富裕高度之和[3-4]。底部有斜撐或拱形過河建筑物的通航凈空尺度要求如圖2所示。對通航凈空為矩形的過河建筑物其上底寬(b)與通航凈寬(Bm)一致，且無側(cè)高(h)的規(guī)定。

根據(jù)“標(biāo)準(zhǔn)”，水上過河纜線的通航凈空高度，是指工程河段通航最大船舶空載高度在設(shè)計最高通航水位時安全通過纜線的最小高度。通航凈空高度數(shù)值應(yīng)按纜線垂弧最低點計算，不小于最大船舶空載高度、船舶航行安全富裕高度與纜線安全富裕高度之和[5]。

圖2 通航凈空示意圖Fig.2 Dimensions of navigation clearance

(1)最大船舶空載高度。

水上過河纜線相比橋梁等水上過河建筑物目標(biāo)小，船舶航行、特別是夜間航行時難以發(fā)現(xiàn)，且數(shù)量較多。因此，水上過河纜線通航凈空高度論證中通航船型的選取不同于橋梁論證中通航代表船型的選取原則。水上過河纜線應(yīng)根據(jù)工程航段船舶通航實際狀況、船型規(guī)劃情況以及特殊作業(yè)船舶等綜合選取，以此確定最大船舶空載高度(包括特種船舶或船舶承擔(dān)特種運輸任務(wù)、船舶跨航道等級航行時的空載高度以及帆船、漁船進入內(nèi)河航道航行時的桅桿高度)。

(2)船舶航行安全富裕高度。

船舶航行安全富裕高度值是為保障水上過河建筑物下方船舶行駛安全而設(shè)置的富裕量。所考慮的各項因素基于以下幾種情況：①船舶駕駛的安全高度是一個綜合性的因素，其中包括駕駛員的心理因素，船舶越大，波浪越高，船舶過橋時航行條件越差，要求的安全高度也越大；②水流及波浪引起的船舶縱搖和垂蕩使船舶水線以上至最高固定點高度產(chǎn)生較大的變化；③船舶水線以上至最高固定點高度的計量誤差由以下情況造成：不同的載重量，船舶大修后發(fā)生的高度變化，船舶高度量測時的誤差，船舶在淡、海水中的吃水差等；④目前的技術(shù)水平在水位觀測、預(yù)報和氣象增水的預(yù)報方面存在著一定的誤差，但其量值不大。

(3)纜線安全富裕高度。

纜線安全富裕高度是考慮電力、通信線路設(shè)計電氣安全距離要求的富裕高度。一般，輸電線路按各電壓等級取值的極差遞增取值。水文纜道采用無線信號傳輸，由起重索、水下鉛魚及儀器和岸邊水下極板通過水體組成信號傳輸通道，鉛魚為無線信號傳輸?shù)乃螺敵龆?，?nèi)置電源[6]。因此，水文纜道無需考慮電氣安全距離富裕高度值，其通航凈高值應(yīng)不小于最大船舶空載高度與船舶航行安全富裕高度之和，即水文纜道垂弧最低點至設(shè)計最高通航水位的最小距離。

圖3 非工作狀態(tài)時水文纜道通航凈空高度分析圖Fig.3 Analysis of navigable clearance height in non-operating state

3 垂弧最低點的確定

水文纜道垂弧最低點的確定應(yīng)考慮纜道運行設(shè)備的影響因素，本文根據(jù)水文纜道非工作狀態(tài)和工作狀態(tài)分別進行分析[7]。

(1)非工作狀態(tài)。當(dāng)水文纜道不進行水文測驗時，纜道運行設(shè)備行車及吊載儀器(鉛魚)停滯于岸側(cè)塔桿附近。根據(jù)水文纜道設(shè)計方案的不同，有兩種情況區(qū)別考慮：第一種情況，方案中僅有主索和循環(huán)索的設(shè)計。此時，僅分析主索和循環(huán)索中垂度最大、處于最下方纜索的垂弧最低點即可。一般情況，下循環(huán)索處于最下方。第二種情況，方案中增加支索器的設(shè)計[8]。支索器是在上、中、下部位分別用兩塊角鐵夾住1組滑輪的一個桿件裝置。3組滑輪中，中間1組滑輪夾住主索，起到固定支索器的作用；上、下端各1組滑輪分別夾住上、下循環(huán)索，讓上下循環(huán)索與主索始終保持一定距離，既不相互打絞，也不會與主索接觸，上下循環(huán)索均控制在支索器范圍內(nèi)。在纜道非工作狀態(tài)時，由于重力作用，支索器自然滑至主索最低點(纜道中部)。按最不利情況考慮，可以主索負(fù)載垂度與支索器的12長度之和作為纜道的垂弧最低點，見圖3所示。

(2)工作狀態(tài)。當(dāng)水文纜道進行水文測驗時，纜道行車從一岸向另一岸開始水平運動，支索器在行車運動初期并不滑動。當(dāng)行車運行接近支索器時，行車運行的驅(qū)動力通過循環(huán)索傳遞給支索器一個張力，從而推動支索器前進。當(dāng)行車和鉛魚返回運動時，支索器所受的張力逐漸減小，直到消失，在重力作用下又自然返回滑至主索最低點。當(dāng)行車停滯于測量斷面點時，鉛魚將進行上下垂直作業(yè)，由于支索器的支撐與牽制作用，上下循環(huán)索與主索始終保持固定距離，循環(huán)索即使產(chǎn)生彈跳也不會打絞，更不會與主索接觸，纜道支索器與行車作用關(guān)系示意圖如圖4所示。

圖4 纜道支索器與行車作用關(guān)系示意圖Fig.4 The interaction between cableway separator and cable car

圖5 工作狀態(tài)時水文纜道通航凈空高度分析圖Fig.5 Analysis of navigable clearance height in operating state

工作狀態(tài)時，行車及測驗儀器(鉛魚)從一岸向另一岸移動，鉛魚位于行車下方并需深入河中進行工作，在通航水域進行測驗時，會對船舶航行產(chǎn)生影響。當(dāng)纜道運行工作時，遭遇航行船舶，為避讓航行船舶，可將鉛魚臨時提起，其通航凈空高度應(yīng)能夠滿足船舶航行的要求。考慮鉛魚臨時提起避讓航行船舶(從水面提至行車底部時間為1～2 min)，此種情況為最不利情況。此時，纜道工程距離河面最低點為主索負(fù)載垂度、行車行走輪至行車底部距離及鉛魚高度三者之和，如圖5所示。

4 小結(jié)

本文通過分析通航河流水上過河纜線通航凈高相關(guān)影響因素，確定水文纜道通航凈空高度值，即纜道垂弧最低點至設(shè)計最高通航水位的最小距離為工程河段最大船舶空載高度與船舶航行安全富裕高度之和。根據(jù)水文纜道工作運行特點，分析了纜道非工作狀態(tài)和工作狀態(tài)下纜線垂弧最低點的確定方法，可供水文纜道設(shè)計和航道通航評價工作參考。

[1]SD121-84，水文纜道測驗規(guī)范[S]．

[2]長江流域規(guī)劃辦公室水文處．水文纜道[M]．北京：水利水電出版社，1978．

[3]查雅平，吳澎．跨海橋梁橋址選擇和通航凈空尺度問題的探討[J]．水運工程，2009，423(1)：203-207． ZHA Y P，WU P．Discussion on Bridge Site Selection and Navigational Clearances for Sea Crossings[J]．Port & Waterway Engineering，2009，423(1)：203-207．

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[8]仇旭．水文纜道設(shè)計方法研究[D]．南京：河海大學(xué)，2004．

Calculation method of navigable clearance height of over-river structure for hydrometric cableway on navigable river

QINLei1，HUPeng2

(1.DongXiHuMSA,Wuhan430040,China; 2.ChangjiangWaterwayPlanning,DesignandResearchInstitute,Wuhan430010,China)

Hydrometric cableway is a specific survey instrument system, which is controlled on the bank, surveying the runoff of the water and sand. The section of over-river cableway is used to transport equipment to a predetermined horizontal position and vertical measuring point along the test section. Therefore, the effect of hydrometric cableway on navigation is different from the bridge, transmission cableway, telecommunication cableway and other over-river structures. In order to ensure the safety of ship navigation and the safety of over-river structure, according to the characteristics of hydrometric cableway operation, the calculation method of navigable clearance height of over-river structure for hydrometric cableway on navigable river was explored combined with the relevant technical requirements of navigation.

navigation condition; hydrometric cableway; navigable clearance height of over-river structure; calculation method

TV 123

：A

1005-8443(2017)04-0384-03

2017-03-01;

：2017-04-11

秦磊(1983-)，女，江蘇省鎮(zhèn)江人，助理工程師，主要從事港口航道管理工作。

Biography：QIN Lei(1983-),female, assistant engineer.