山区河流船闸支墩浮式导航墙浮囤潜水渡洪

李跃卿，李 维

(四川省交通运输厅交通勘察设计研究院，四川 成都 610017)

1 山区河流船闸上游导航墙常用形式

在山区河流通航枢纽建设中，由于地形、地质条件及水文特性较为恶劣，河流多弯形成的主槽左右岸不断偏转变化，导致枢纽中船闸的布置十分困难，经常出现引航道口门区的斜向水流过大，造成不良流态.这时往往采用一种允许底部水流斜向通过，而使面层水流保持相对平稳的处理方案.在已往的工程实践中，一般采用在外导航墙端部的最低通航水位以下部分布置斜向过流孔(墙底开孔形式，图1)的方案，可以基本上消除或减小口门区的较大横流.但枢纽水级较高，上游库区水深较大时，透空实体引墙因高度过大，实施十分困难，浮式导航墙就较为适用了.

图1 墙底开孔形式Fig.1 Bottom opening of the guide wall

浮式导航墙多采用具有一定吃水深度的长条形囤船，一端固定在实体引墙的端部，另一端采用锚缆固定在河床底部的形式(锚缆固定浮囤形式，图2).浮式导航墙的船底以下可全部过水，过水断面较大，加之大吃水囤船船舷的阻挡，水面可形成一定面积的缓水区.这种形式的导航墙在丹江口和五强溪等枢纽已较早采用，其缺点在于水位变幅较大、较频繁时，必须有专人在囤船上进行收、放锚缆的管理工作，特别在汛期，劳动强度较大，并存在着一定安全问题;同时，这种浮式囤船很难与实体导墙保持在一条直线的位置上，针对山区河流洪水峰高、形瘦的水文特性，这种情况更为突出，故这种形式的浮式导航墙，在中低水级的河床式枢纽上较少采用.

图2 锚缆固定浮囤形式Fig.2 Pontoon-type guide well fixed by anchor cable

2 草街枢纽船闸上引航道布置

草街枢纽位于嘉陵江下游重庆市境内合川以下27km处，船闸布置在左岸一S形河段中部的顺直河段上，上引航道口门区位于上弯道的下口，弯道水流经过引航道口门区斜向流向电站进水口(图3).通过分析及水工模型试验均可看出引航道口门区有明显横流出现，考虑到坝址选择已经批准确定，若总体布置上将船闸布置在右岸，引航道更加无法满足要求，通过调整过水建筑物位置也难以改变水流的基本方向，故设计人员着重于如何通过改变左岸船闸导航墙堤头的结构形式来解决横流对船舶航行的影响.

图3 草街枢纽上引航道浮式导航墙布置Fig.3 Layout of the floating guide wall of upstream approach channel at Caojie hydroproject

由于草街枢纽上游水深达30多米，采用墙底开孔的实体引墙形式将产生过大的工程数量及投资，且施工围堰工程量也大幅增加，工期难以保证;采用锚缆固定浮囤的形式，虽然减少了工程数量，缩短了工期，但嘉陵江典型的山区河流水文特性，加大了渡洪安全管理的困难，故而结合草街枢纽的实际条件，提出了布置6个间距30m的独立导航墩，导航墩间设置可随水位上下浮动的浮囤的支墩浮式导航墙方案(见图4).

图4 支墩浮式导航墙(单位:高程:m，长度:cm)Fig.4 Buttress floating guide wall(unit:elevation:m，length:cm)

3 支墩浮式导航墙方案

支墩浮式导航墙由独立圆形导航墩与导航墩间的钢制浮囤组成，导航墩的间距由导航墩的侧向受力稳定及囤船的结构受力计算来确定，一般采用30～60m，由于缺乏实践经验，草街船闸采用了较小的30m间距.草街船闸上游支墩浮式导航墙由7个独立圆柱形导航墩(含上游右导墙堤头墩柱)及6艘浮囤组成.浮囤通过自身及活动导卡限制在两个导航墩之间，随水位升降上下浮动，既具有上游引航道船舶进出闸导航以及上游引航道与电站进口水域的隔离作用，又保证部分引航道底部的水流畅通，改善了引航道口门区的水流条件.

导航墩主要用于浮式导航墙的定位，并承担浮囤传递的水平力.由于库区水深较大，导航墩潜入水中的高度往往高达数十米，在汛期将承受较大的水平力及弯矩，草街枢纽导航墩的尺度为Φ6m×36m(直径×高)，为一空心的钢筋混凝土墩柱，内部充填块石，墩柱表面布置必要的浮囤升降轨板.

浮囤主体为一长方形船体，主尺度为23.6m×6m×3m×2m(长×宽×型深×吃水)，沿引航道内侧向两端伸出约1.5m长的弧形固定导卡，浮囤外侧设有用转轴、插销固定的活动导卡，依靠弧形固定导卡及另一侧的活动导卡将浮囤限制在2个圆柱形的导航墩之间，并随水位变化而升降;为保证浮囤的自由升降和将承受的船舶撞击力传递给导航墩，浮囤的弧形固定导卡处设有导向轮及橡胶护弦;浮囤活动导卡在拔除插销后，可绕转轴旋转搁置于浮囤甲板上，以便浮囤进入或撤离导航墩间，便于浮囤的维修和安装定位;活动导卡除设有橡胶护弦防震外还设有悬臂人行便桥，以便与邻近浮囤连接，浮囤在导航墩间的布置见图5.

图5 浮囤结构布置(单位:高程:m，长度:cm)Fig.5 Layout of the pontoon-type guide wall(unit:elevation:m，length:cm)

支墩浮式导航墙的设计，保证了浮囤在水位变化时无需专人管理，但如要保证在校核洪水下浮囤仍旧限制在导航墩间平安渡洪，导航墩则需高达50余米，是极不经济的.为此必须将导航墩的高度限制在最高通航水位要求的高度，以减少工程量，才能突出支墩浮式导航墙的优点.

4 浮囤的潜水渡洪

山区河流洪枯水位变化较大，草街枢纽最高通航水位与校核水位相差约16m，采用降低导航墩高度固然可以节约较大工程量，但水位超出最高通航水位，浮囤将浮出导航墩间，如不及时将浮囤撤离到安全地段锚泊，就会被冲向下游，这使得管理工作十分困难.限制浮囤高水位时不得脱离导航墩，是减少管理难度、保证安全的较好思路，为此，浮囤如何潜水渡洪成为了关键问题.

为限制浮囤的上浮脱离导航墩，设计中在导航墩顶部设置了止浮卡.浮囤潜水时，止浮卡将承受浮囤的全部浮力，并将其传递给导航墩，由于浮囤工作时具有1.0m干舷高，潜水时将产生约1500 kN的浮力，这将对船体、止浮卡、导航墩的结构受力和稳定产生不利影响.为了浮囤在工作状况时有足够的干舷和一定的吃水，以保证阻挡面流和必要时船舶的靠泊，而在潜水渡洪时却仅有很小的浮力，浮囤设计时设置了一定数量的进水管，使浮囤在潜水渡洪时浮力降至允许范围，保证了浮囤的正常工作和安全渡洪.

浮囤随上游水位的变化而在导航墩之间升降，并承受进出闸船舶的挤靠力，浮式导航墙的浮囤仅在通航水位范围内正常工作，超过最高通航水位，导航墩及浮囤即进入渡洪期.现以草街船闸为例介绍浮囤的渡洪流程.①当水位低于203.00m(最高通航水位)时，为正常工况，浮囤干舷高1.0m;②当水位上升至206.00m时，浮囤被止浮卡(卡底高程207.00m)限制，停止浮升;当水位上升至206.30m以上时，进水管进水，船体水箱充水使浮囤浮力减小，直至水箱充满，浮囤干舷20cm;③当水位上升至207.00m时，此时浮囤水箱已充满，经计算此时浮囤所受浮力为283 kN，浮囤保持20cm干舷高所产生的浮力;④当洪水位超过208.00m，浮囤在保持28.32 t浮力情况下淹没在水下，安全渡洪;⑤汛后，水位下降至206.80m以下，浮囤以干舷20cm漂浮，水位稳定后，抽干水箱，恢复干舷1.0m的正常工况.

当上游水情预报洪峰流量较大时，应人工开启水箱上部进水阀，以便在洪水到来前尽快充满水箱，减小止浮卡承受的浮力.

5 结语

(1)由于受自然条件的限制，在洪枯水位变化较大的山区河流修建船闸，往往将船闸与电站紧邻布置，而这将造成引航道口门区流态复杂的问题.为使引航道口门区的水流条件满足规范要求，可采用经济适用的支墩浮式导航墙解决引航道堤头横向水流过大问题.

(2)由于山区河流最高通航水位与校核水位相差较大，如要满足校核水位时浮囤仍升降自如，导航墩高度需大大高于引墙高度，导致工程量较大，是极不经济的.但采用降低导航墩高度虽可以节约较大工程量，但水位超出最高通航水位，浮囤将会浮出导航墩冲向下游.为保证浮囤高水位时不脱离导航墩，采用浮囤潜水渡洪是减少管理难度、保证安全的较好思路.

(3)浮囤潜水渡洪工艺，减少了工程数量，保证了浮囤在水位变化时无需专人值守，突出了支墩浮式导航墙的优点.

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