长洲水利枢纽3－4号船闸平面布置研究

张 珊，吴 澎

(中交水运规划设计院有限公司，北京 100007)

西江航运干线西起南宁、东达广州，全长854km，是广西、贵州及云南与珠江三角洲水上交通的咽喉，水上运输非常繁忙，是名副其实的“黄金水道”.其中，南宁至贵港规划为二级航道，贵港以下规划为一级航道.

长洲水利枢纽是西江下游广西境内的最后一个规划梯级，以下河段近期还没有建设梯级的规划.长洲枢纽横跨两岛三江，从右至左为外江、泗化洲岛、中江、长洲岛、内江(见图1).主要建筑物从右至左为外江1－2号双线船闸、泄水闸、电站、鱼道;中江泄水闸;外江泄水闸、电站等.

已建双线船闸位于外江右岸台地，1号船闸为2000 t级，闸室有效尺度(长×宽×门槛水深，下同)为200m×34 m×4.5m;2号船闸为1000 t级，闸室有效尺度为185m×23m×3.5m，船闸设计年通过能力合计为3920万t.1号2号船闸上闸首位于枢纽挡水前沿，两船闸上闸首之间布置2孔冲砂闸，两船闸轴线间距98.5m，共用上下游引航道，上下游均采用直线进闸、曲线出闸过闸方式.

长洲水利枢纽于2003年底开工，1－2号双线船闸于2007年5月通航.由于珠江水系经济的快速发展，对煤炭、水泥等能源及原材料的运输需求旺盛.水路货物运输持续发展，使西江航运干线货运量不断攀升，特别是贵港至梧州航道，90%的广西内河运量通过该段航道，已建1－2号船闸仅运行2 a就已无法满足航运需求.2009年双向货物通过量为4433万t，船舶、货物实际通过量均已超过设计通过能力，再加上枢纽下游水位下降的影响，1－2号船闸“瓶颈”效应凸显，不断出现大规模、长时间压船待闸的现象.枢纽船闸扩建成为迫在眉睫的工程需求.

根据长洲3－4号船闸工程可行性研究阶段(简称工可研阶段，下同)方案比选及批复意见，长洲3－4号船闸建于外江右岸台地，紧邻已建1－2号船闸右侧布置，闸室有效尺度均为340m×34 m×5.8 m，设计水头为19.2m.

1 船闸扩建平面布置制约因素

图1 长洲枢纽现状Fig.1 Changzhou key water control project

如图1所示，长洲水利枢纽坝址处为低山丘陵地貌，河道流向为由西向东，河势微弯，河床宽阔.泗化洲岛和长洲岛将河床分隔成3条汊道，外江右岸为凹岸，岸上建有大量民居及企业.坝线上游3.0km处为已建马梧高速梧州浔江特大桥，4.0km处为洛湛铁路浔江特大桥，两桥通航孔均设在河道右侧.坝址下游也有2座大桥，一座为已建的西江大桥，距坝址约7km，在右侧设有2个通航孔;另一座为目前停建的西江三桥，位于枢纽下游约4.5km处，设计通航桥孔位于右侧.航道部门目前正在按照长洲4座船闸均运营后西江三桥的通航安全进行论证工作.

根据坝址处已有建筑物的限制条件，拟建3－4号船闸平面布置的制约因素主要有:

(1)上、下游已建或在建桥梁的限制.枢纽1－2号船闸建设在外江右岸，在中江左侧预留了扩建船闸位置.在3－4号船闸工可研阶段，比较了预留的中江左岸和外江右岸2个闸址方案.根据枢纽整体水工模型试验，船闸布置在中江左岸，航线横跨中江和外江，在上游公路桥与船闸口门区之间由S形弯道相连，弯道与主航道夹角在45°左右，且两个弯道之间及桥前没有直线段，存在航行安全隐患，不改造桥梁通航孔就不能满足船闸与上游公路和铁路大桥之间的通航水流条件，鉴于桥梁改造的难度，推荐船闸布置在外江右岸.

由于坝轴线与上游桥梁之间存在17°左右夹角，船闸即使布置在外江右岸，口门区与通航桥孔之间也存在航行难度.

(2)外江右岸已有构筑物的限制.外江右岸台地分布有多家企业单位、居民点、公共设施等，其中有一些是在2003年长洲水利枢纽建设时迁移安置的，再次拆迁难度及费用都很大，所以3－4号船闸平面布置占用右岸台地的范围，对工程工期及造价影响都很大.

(3)施工期1－2号船闸建筑物结构安全及运营的限制.3号船闸轴线越靠近2号船闸布置，占用右岸台地的范围越小，但需避免施工开挖对已建2号船闸结构安全的影响，避免施工作业对1－2号船闸正常运营的影响.

(4)3号与4号船闸轴线距离.3号4号船闸轴线距离越小，占用右岸台地的范围越小，但需满足闸阀门启闭机布置需要，满足在船舶高效进出闸方式下的引航道宽度及水流条件的需要.

2 平面布置原则

船闸平面布置的一般原则［1-4］:①优先采用曲线进闸、直线出闸的布置方式;②靠船段应尽可能靠近闸首，缩短船舶进出闸时间;③导航建筑物布置在平面上的体形尽可能采用瘦长形;④停泊段的长度应等于或大于闸室长度，停泊段的容量应等于或大于闸室容量.结合长洲枢纽船闸扩建的具体条件，平面布置还应遵循以下原则:①统筹考虑上下游桥梁、已建枢纽建筑物布置等的影响，保证进出闸船舶航行的安全和通畅;②尽可能减少右岸征地拆迁;③保证施工期不影响已建1－2号船闸的结构安全及正常运行;④结合船闸输水系统设计，满足上下游引航道、口门区及连接段通航水流条件，力求缩短船舶过闸时间，提高船闸通过能力;⑤有利于4座船闸联合调度;⑥减少工程投资.

3 平面布置方案

平面布置方案拟定之初，首先研究、比选2号与3号船闸之间轴线距离;然后根据船闸自身的布置要求，研究3号与4号船闸之间的最小轴线距离;再根据移民、征地等影响，研究确定上闸首与原坝轴线之间距离.上述条件确定后，提出不同的船闸布置方案，包括不同的船舶过闸组合方式，综合进行平面布置比较.

(1)2号与3号船闸中心线距离比较.主要考虑施工因素，在导流标准、施工程序基本相同前提下，拟定了船闸中心线距离为145，135和125m等3个方案，从施工组织、征地拆迁、工程造价等方面进行综合比较.3个方案各有优缺点，145m方案施工时间充裕，工程保证性较高，但是征地相对较大;135m方案征地相对较少，没有额外处理工程量，造价最低;125m方案增加打桩工程量及水下开挖工程量，可减少约4万平米征地，但工程造价也相对较高.经综合比较推荐采用间距为135m方案.

(2)3号与4号船闸之间轴线距离的确定.3号4号船闸之间轴线距离主要以启闭机布置为控制因素，研究时考虑了两船闸启闭机在轴线方向错开布置、并列错开高程布置等方案，最终采用并列等高程布置，3号4号船闸轴线间距取57m.

(3)上闸首与原枢纽坝轴线之间距离的确定.上闸首与原坝轴线之间距离考虑满足原枢纽挡水标准要求、避开上游人口密集村庄、减小移民征地难度、尽快开工、施工期上闸首开挖不影响已建枢纽坝顶交通、减小施工期对已建枢纽运行的干扰等条件，将上闸首位置较原枢纽坝轴线下移90m.

(4)平面布置方案.经过上述3个方面的研究，基本确定了船闸平面布置的边界条件.在此基础上拟定了船闸共用引航道与不共用引航道布置两类方案进行初步对比，不共用引航道方案主体工程开挖量及右岸占地面积均大于共用引航道，所以平面布置仅在共用引航道方案中比较4种不同过闸方式，以下分别介绍.

①方案1:3－4号船闸上下游过闸均为曲进直出，两船闸上下引航道对称布置，分居两岸靠船，引航道直线段长568 m，导航墙线形采用y=x2/1000抛物线接直线y=x/6;靠船段双排停靠，按停泊1个闸室容量确定靠船段长度;引航道宽度按闸室内第1列船舶可直线出闸要求确定为153m，具体布置见图2.

图2 引航道布置方案1(单位:m)Fig.2 The layout of approach channel for option one(unit:m)

②方案2:3－4号船闸均为曲进曲出，与方案1相同，两船闸上下引航道对称布置，分居两岸靠船，引航道靠船段和导航段长度同方案1.考虑过闸船型中顶推船队所占比例很小，为进一步减小引航道宽度，出闸船舶按闸室内第1列船舶不完全直线出闸布置，双线共用引航道总宽度按9倍船宽计算为146m，具体布置见图3.

③方案3:3号船闸曲进直出、4号船闸曲进曲出，同样考虑过闸船型中顶推船队所占比例很小，按顶推船队只过3号船闸、4号船闸只走单船布置，这时改变4号船闸导航墙线形［1］，船舶可停靠在更靠近闸首处，引航道宽度为149.5m，具体布置见图4.

图3 引航道布置方案2(单位:m)Fig.3 The layout of approach channel for option two(unit:m)

图4 引航道布置方案3(单位:m)Fig.4 The layout of approach channel for option three(unit:m)

④方案4:3号船闸曲进直出、4号船闸直进曲出，在方案3基础上，为减少右岸占地，进一步减小引航道宽度，按顶推船队只过3号船闸、4号船闸只走单船的规则，3号船闸采用曲进直出，4号船闸采用直进曲出过闸方式，共用引航道宽度可缩小至130m，具体布置见图5.

图5 引航道布置方案4(单位:m)Fig.5 The layout of approach channel for option four(unit:m)

针对以上4个方案，综合比较过闸效率、右岸占地、工程量、工程造价等因素，推荐采用方案1.通过对方案1进行数模、整体物模试验及船模试验，得出引航道的水流条件、两船闸互相灌泄水条件、上下游桥区船舶航行条件等，均能满足规范要求.

4 结语

(1)从航运角度看，长洲枢纽是西江干线重要的控制性断面.因此长洲枢纽船闸建设规模应留有充分的发展余地.对预留船闸应有可行的布置方案，并将预留船闸方案作为枢纽总体方案的比选因素参与枢纽总体方案的比选.长洲枢纽当初在中江左侧预留了扩建船闸的位置，对限制预留船闸建设的因素考虑不够，枢纽上下游桥梁建设也显然未考虑预留船闸建设的要求，为今后类似枢纽建设留下了一个典型案例.

(2)同期建设双线船闸，应统筹考虑共用引航道宽度、口门区布置、船舶进出闸方式、闸阀门及启闭机械布置、水工建筑物结构方案等因素，在保证船舶安全、高效过闸的基础上，尽可能减少占地.我国同时建设双线船闸的经验目前还不多，长洲3－4号船闸平面布置方案的研究，为此类船闸建设提供了有价值的参考.

(3)引航道的布置是船闸总体设计的重要内容之一.我国规范［4］对引航道布置的要求有值得改进的地方，以适应船闸大型化、运输异常繁忙的需要.本文对船闸引航道的布置原则和布置方案进行了比对研究，为相关条文的修订提供了参考.

(4)多线船闸并列布置的运行条件极其复杂，当过闸船舶以单船为主时将更加复杂.长洲船闸运行调度规则有关的研究正在进行中，研究成果将完善和丰富多线船闸的布置原则和布置方法.

［1］PIANC.Innovations in navigation lock design(PIANC report No.106)［M］.Brussels:PIANC，2009.

［2］PIANC.Final report of the international commission for the study of locks［M］.Brussels:PIANC，1986.

［3］广西电力工业勘察设计研究院，广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，中交水运规划设计院有限公司.长洲水利枢纽三线四线船闸工程初步设计［R］.南宁:广西电力工业勘察设计研究院，2010.(Guangxi Electric Power Industry Investigation Design and Research Institute，Guangxi Communications Planning，Surveying and Designing Institute，CCCC Water Transportation Consultants Co.，Ltd.Preliminary design report of Changzhou lock 3 and lock 4［R］.Nanning:Guangxi Electric Power Industry Investigation Design and Research Institute，2010.(in Chinese))

［4］交通部天津水运工程科学研究院.长洲水利枢纽三线四线船闸初步设计阶段整体模型试验研究报告［R］.天津:交通部天津水运工程科学研究院，2010.(Tianjin Research Institute for Water Transport，Ministry of Transport.Report on hydraulic model test of Changzhou lock 3 and lock 4［R］.Tianjin:Tianjin Research Institute for Water Transport，Ministry of Transport，2010.(in Chinese))

［5］JTJ 305-2001，船闸总体设计规范［S］.(JTJ 305-2001，Code for master design of shiplocks［S］.(in Chinese))

［6］JTS 182-1-2009，渠化工程枢纽总体设计规范［S］.(JTS 182-1-2009，Design code for hydrojunction general layout of canalization works［S］.(in Chinese))

［7］王作高.船闸设计［M］.北京:水利电力出版社，1992.(WANG Zuo-gao.Navigation lock design［M］.Beijing:China Waterpower Press，1992.(in Chinese))

［8］吴澎，张珊，罗少桢，等.航电枢纽工程选址与布置［J］.水运工程，2011(9):185-188.(WU Peng，ZHANG Shan，LUO Shao-zhen，et al.Research on the site selection and layout of navigation dams［J］.Port＆ Waterway Engineering，2011(9):185-188.(in Chinese)

［9］吴澎，罗少桢.京杭运河的船闸设计研究［J］.水运工程，2006(10):137-144.(WU Peng，LUO Shao-zhen.Design of navigation locks on the Grand Canal［J］.Port＆ Waterway Engineering，2006(10):137-144.(in Chinese))

［10］左金业，吴澎.京杭运河万年闸船闸和韩庄船闸设计［J］.水运工程，1996(10):142-145.(ZUO Jin-ye，WU Peng.The design of the Wannian and Hanzhuang navigation locks on the Grand Canal［J］.Port＆ Waterway Engineering，1996(10):142-145.(in Chinese))

［11］KOOMAN C.Navigation locks for the push tows［M］.California:Government Publishing Office，1973.