航电枢纽布置与建筑物的设计方法

童文辉+田业军

摘 要：在水利工程建设中，航电枢纽的布置、建筑物的设计和优化对枢纽的经济效益有较大影响。而这些因素又对施工期间船只的正常通航、施工导流的布置情况有比较大的影响。基于此，本文以龙溪口航电工程为例，对航电枢纽布置以及建筑物的设计进行探讨。

关键词：航电枢纽布置 建筑物 设计方法

1.案例介绍

某航电枢纽闸址以上集水面积为131980km2，正常蓄水位为317.00m，死水位为316.00m，装机容量450MW，校核水位下总库容2.54亿m3，工程等别为二等，规模为大（2）型。主要建筑物如挡水建筑物、泄水建筑物、进水口建筑物和发电厂房等为2级建筑物；次要建筑物为3级建筑物；相关临时建筑物如导流建筑物等为4级或5级建筑物。闸址枢纽建筑物由左岸非溢流坝段、左岸河床式厂房坝段、中间泄洪闸坝段、右岸船闸坝段以及右岸非溢流重力坝段组成。闸顶高程为324.50m，最大闸高43.00m，总长926.27m。

2.工程地质水文情况

航电枢纽工程河谷两岸为起伏的丘陵地区，右侧岸坡陡峭，坡度在40～51°，左侧岸坡平缓、低矮，坡度在9～30°之间。流域所在地区气候温和，降雨量丰富。年平均气温在16～19℃。径流主要是降雨形成的，多在汛期集中出现。汛期水量为全年水量的80.4%。此流域的洪水是由暴雨造成的，洪水产生的时间和暴雨出现一致。

3.枢纽的布置方案

航电工程船闸位于右岸主河槽，为Ⅲ级船闸，可通行1000t级船舶、船队，船闸有效尺度为200×34×4.5m（有效长度×有效宽度×门槛水深）。发电厂房为位于左岸河漫滩，为河床式厂房，总装机容量为450MW，共安装9台单机容量50MW的灯泡贯流式水轮发电机组，水轮机安装高程289m。主河槽及左岸河漫滩布置泄洪闸，共28孔，孔口尺寸12.0m×20.0m（宽×高），溢流堰采用平底板宽顶堰，堰顶高程为297.00m，闸段长473.00m，闸顶高程为325.50，最大闸高为45.50m。依据上述枢纽布置设计思路，在推荐闸址及闸线拟定了三个具有代表性的枢纽布置方案进行枢纽布置选择，力求枢纽布置方案技术经济综合指标最优，三个代表枢纽布置方案为：

方案一：左岸厂房+中间泄洪闸+右岸船闸。参考此河道的地形情况，将厂房布置在左岸、泄洪闸布置在中部、船闸布置在右岸，引航道布置在河道的凹岸处。集鱼系统布置在厂房尾水，利用鱼道从集鱼系统然后在上游进行布置，用土石坝对连接两岸的岸坡。如图1所示。

方案二：左岸泄洪闸+中间厂房+右岸船闸。此方案和方案一相比，主要将泄洪闸和厂房的位置进行了调换，在左岸依此布置28孔泄洪闸，厂房布置在中间，船闸依然在右岸进行布置。在厂房的尾水和厂房的坝段布置集鱼系统，依然使用土石坝段对两岸的岸坡来进行连接，如图2所示。

方案三：左岸12孔泄洪闸+中间厂房+右岸12孔泄洪闸+右岸船闸。方案三主要是将泄洪闸分开布置，将厂房布置在中间。分别在左岸和右岸各布置12孔泄洪闸，船闸依然在右岸布置。使用土石坝段来连接两岸的岸坡，如图3所示。

4.方案的对比分析

在本工程中，枢纽工程施工主要是疏浚左岸河漫滩。疏竣范围主要有泄洪闸、厂房等，闸址下游的疏浚程度为1380m，上游的疏浚长度为1050m。在对河床进行疏浚时，左岸围堰的施工是在预留土埂和左岸滩地的保护下来开展的。并在枯水期分别开展左岸纵向和左岸河漫滩的疏浚建设。汛前高层浇筑至306m。并用清理过的左岸河床和右岸河床来进行过流。在枯水期，水的流量比较小，对左岸河床进行了开挖，过流宽度增加，河道过水的面积也随之增加。不存在不良流态，水流速度比较均匀。在右岸布置船闸使上游主航道和上游引航衔接起来，下游通航的水流条件佳，有较高的通航安全性。左岸的公路交通比较便利，在施工过程中，可以满足通航的基本要求，并且可以保持通航能力，泄洪能力良好。

方案二将泄洪闸布置在左岸，将厂房布置在中间，首先交通不方便，在汛期泄洪能力差。布置的泄洪枢纽建筑物使下游河床的位置和形态发生了变化，在连续段巷道和下游的口门区会出现回淤量，在运营过程中，也会有一定的回淤量。由于下游坝体河段的流场分布发生了变化，下游淤泥量增加。当汛期到来后，上游流量会不断增大，流速指标也会变大，在河道地形的影响下，下引航道口门区在河道地形的影响下，会集中在连接段和引航航道，导致此处水的流动态变化较大，水流过于集中，影响船舶的正常通行。

方案三在左岸和右岸分别布置12孔泄洪闸，然后将厂房布置在中间。厂房布置在中间后，距离公路交通较远，施工不方便，其次此地区的基岩面比较高，需要开挖大量的基岩，施工难度大。设计在枯水期可以使用右岸的泄洪闸来对流量进行调节，在枯水期当流量在6000m3/s以内时，连接段和上引巷道口门区的水流速度慢，水流流态佳，水面比降也比较平缓。精测量显示，当水流在3000m3/s、4000m3/s以及6000m3/s时。门区流速分别为1.38m/s，1.85m/s和2.16m/s。由于施工过程中需要对右侧安排进行开挖，此段巷道中水的深度只有2m左右，不能达到设计通航的基本要求。并且开挖后坡下的线型也不合理，船只进出闸困难。当水流速度在3000m3/s以下时，从泄洪闸下泄的水流速度慢，不会对连接段和引航道口门区的水流造成比较大的影响。而当水流速度为6000m3/s时，会将所有的泄洪闸都完全打开，航到连接段和下引巷道口门区水流的最高速度为3.7m/s。横向水流速度大于0.3m/s，流速不能达到通航的要求。此方案主要有以下几个方面的问题：

（1）施工过程中开挖右岸的线型缺乏合理性，船只转弯困难，和上引航道连接的部分地区水深度过浅，无法达到通航的基本要求船只进出船闸难度大。

（2）厂区布置在中间，交通不便利，施工难度大。

（3）在纵向混凝土围堰束的影响下，消力池水的流动速度快，无法顺利扩散。导致四周区域的横向流速快、流速分布均匀性差，不利于船舶的正常通行。

（4）将厂房布置在中间对厂房的出水和进水影响比较大，尾水渠施工量大，淤泥容易淤积，对发电造成影响。

上述三个方案中，方案一由于交通便利且施工方便，施工成本也比方案二和方案三低，大约可以节省702万元。而方案二和方案三的总施工成本差距不大。因此建议使用左岸厂房+中间泄洪闸+右岸船闸的方法来对枢纽和建筑物来进行优化布置。

5.结语

综上所述，综合通航条件、工程布置、运行管理、施工条件及工程投资比较等方面因素，选择方案一（左岸厂房+中间泄洪闸+右岸船闸）作为闸址闸线（中闸址下闸线）枢纽的最终施工方案。在航电枢纽工程建设中，工程的施工工期和发电工期对施工经济效益有比较大的影响，同时也是这种工程建设的重点。在布置航电枢纽时，首先要考虑通航的安全性以及水流情况，选择经济效益佳、施工方便的设计方案，进而提高企业的经济效益。

参考文献：

[1]江西省赣江石虎塘航电枢纽工程初步设计报告[R]，2008：8-9.

[2]孙尔雨，刘力中，杨文俊等.三峡工程施工通航水力学研究[J].长江科学院院报，1997（04）： 32-36.

[3]尹崇清.电站尾水渠水流条件试验研究[J].中国水运，2008（02）：128-131.endprint