西津水利枢纽一、二线船闸轴线间距研究

张兰芳，陆 峰，雷 兴

(1.同济大学，上海 200092；2.广西交通设计集团有限公司，广西 南宁 530029；3.贺州市交通运输局，广西 贺州 542899)

0 引言

西津水利枢纽二线船闸工程是广西实施“珠江-西江经济带发展规划”的重点工程，也是西江黄金水道建设的关键工程。本文对西津水利枢纽二线船闸工程一、二线船闸轴线间距的比选做简要介绍，并对广西西江航运干线上主要枢纽的两线船闸轴线间距选择时考虑的相关限制因素进行探讨，以使读者对类似工程两线船闸轴线间距的选择有初步了解，以期对其他类似工程提供有益的借鉴。

1 工程概况

西津水利枢纽位于广西横县郁江干流的中上游，上游距南宁市167 km，下游距横县5 km，是西江航运干线上的控制性枢纽。枢纽于1964年底建成。枢纽通航建筑物为单线两级Ⅲ级船闸，年设计通过能力650万t/年。

近年来，由于过闸货运量的强劲增长，西津一线船闸现已趋于饱和运行状态，其通过能力远不能满足过闸货运量发展需求，有必要建设二线船闸。

根据2016年广西壮族自治区发展和改革委员会下发的《关于西津水利枢纽二线船闸工程可行性研究报告的批复》批复意见，二线船闸按Ⅰ级船闸，通航3 000 t级船舶，设计年单向通过能力为2 760万t/年，闸室有效尺寸为280 m×34 m×5.8 m(长×宽×门槛水深)。

经多方案比选和论证，确定二线船闸布置于一线船闸右侧，采用二线船闸闸首与一线船闸齐平，轴线与一线船闸平行的布置方案，如图1所示。

图1 两线船闸平面位置示意图

2 船闸轴线间距的比选

本枢纽通航建筑物是在现有1 000 t级船闸正常运行的情况下，采用并列布置的方式新建3 000 t级二线船闸。两线船闸轴线间距的拟定主要需考虑三个因素，即：结构布置满足要求，施工组织方案合理可行，为远期一线船闸改建留有余地。

从上述各原则的角度出发，参照类似工程经验，在工程可行性研究阶段，初拟对115 m、120 m、130 m三个轴线间距方案进行比选分析，概述如下：

2.1 结构布置方面

二线船闸结构布置在平面上应与一线船闸结构互不影响，立面上各部位开挖放坡及施工期基坑岩石爆破不应破坏一线船闸结构安全，保证一线船闸的安全运行。

根据枢纽区地形地势条件，为减少开挖工程量，上、下游主导航墙均向左侧扩宽。根据工可阶段总平面布置成果，二线船闸平面上距纵轴线距离最远的结构部位即为上、下游主导船墙左侧的结构边线。根据二线船闸各部位结构平面位置、结构建基面高程、各岩土层的参数、开挖建议坡比等绘制水工结构各断面剖面图。各方案上游主导航墙典型剖面图(航上0+183.0)如图2～4所示。

图2 轴线间距115 m方案上游主导航墙段典型剖面图(航上0+183.00)

图3 轴线间距120 m方案上游主导航墙段典型剖面图(航上0+183.00)

图4 轴线间距130 m方案上游主导航墙段典型剖面图(航上0+183.00)

从图2～4可以看出，间距115 m的方案的二期纵向围堰外侧坡脚已经占用一线船闸的航道。需要增设混凝土挡墙或者其他方案，施工该混凝土挡墙需要水下开挖和混凝土浇筑，将对一线船闸施工期通航造成影响，而间距120 m方案和130 m方案对一线船闸通航没有影响。

2.2 施工组织方面

二线船闸主体工程及引航道开挖时，一线与二线船闸之间的纵向和上下游预留岩土坎作为全年或枯水期围堰，需进行防渗灌浆和边坡稳定处理。

三个间距的船闸轴线方案上下游停泊段、上游主导航墙段结构开挖放坡时，轴线较近的方案会破坏堰体内大部分旋喷桩，围堰整体稳定性较差，施工风险较大。

以航上0+183.0断面为例，130 m方案无须填筑围堰，可充分利用原土岩坎作为纵向挡水围堰；120 m方案，须填筑枯水期黏土围堰至63.50 m高程，外侧坡脚小部分占进一线船闸引航道，内侧边坡须增加3排旋喷桩加固措施；115 m方案，因开挖后预留位置不够填筑枯水期黏土围堰至63.50 m高程，除内侧边坡增加4排旋喷桩加固措施外，外侧坡脚部分占进一线船闸引航道，需要增设混凝土挡墙或者其他方案。

经过估算，本工程施工期保持边坡稳定的工程措施费为：1 700万元(115 m方案)、1 310万元(120 m方案)和670万元(130 m方案)。

2.3 对远期一线船闸改建的影响方面

根据货运量预测成果，2040年之前两线船闸尚能满足通过能力的要求，即一线船闸改建工作应该2040年之后。基于西津枢纽及周边地形、河势的情况，没有扩建三线船闸的条件，根据《内河通航标准》(2014)相关规定，一线船闸改建应按照终极船闸的规模来设计，故一级船闸改建暂定按照与二线船闸同样规模考虑。

根据西津水利枢纽的总体布置，远期一线船闸改建的工程范围，在坝轴线上应控制在一线船闸本体段和心墙坝段的范围内，项目实施应以不影响混凝土重力坝段和部分心墙坝为原则，以保证拦河坝段的挡水安全。施工布置时，应不占据泄洪断面，保证泄洪时的枢纽安全，同时避免上游库水位壅高。

考虑上述因素，参照二线船闸结构尺度对一线船闸改建进行总体布置，根据初步设计成果，一线船闸改建工程的轴线宜向左侧移动的幅度很小，基本还需维持在现一线船闸的轴线位置处。

两线船闸轴线间距方案研究见图5。

图5 两线船闸轴线间距方案研究示意图(一线仅向右侧扩宽)(单位：m)

从图5可以看出，如果是右侧扩宽方案，间距是120 m方案，两线船闸的引航道的间距仅有4 m。如果间距是115 m，引航道结构已经无法布置。

根据水库运行方式，当来流量大于最大通航流量时，17孔泄洪闸已全部敞开泄洪。如果采用两侧扩宽或者左侧扩宽方案，引航道更靠近泄洪闸，通航水流条件很难满足，枢纽泄洪安全也得不到保障。

图6 远期一线船闸改建轴线间距150 m方案上游主导航墙段典型剖面图(航上0+183.00)

图7 远期一线船闸改建轴线间距120 m方案上游主导航墙段典型剖面图(航上0+183.00)

图8 远期一线船闸改建轴线间距130 m方案上游主导航墙段典型剖面图(航上0+183.00)

图6～8是一线改建时往两侧扩宽方案在航上0+183 m处的示意图，从图中可以看出，左侧布置已经接近原深河床之后，右侧的导航墙在115 m方案已经完全占据原隔水堤，另外与二线导航墙间距非常小，施工布置相当困难。120 m方案略好一点，130 m方案更优。因此，从一线船闸改建来看，115 m方案布置非常困难，120 m方案相当紧凑，130 m方案最好。

2.4 主要估算投资比较

上述三个方案主要不同之处在于主体土建工程、征地拆迁和移民安置、施工期临时费用等方面。与轴线间距为120 m方案相比，115 m方案主体工程土建工程估算投资少约630万元，征地拆迁和移民安置估算投资少约270万元，用于施工期基坑稳定的临时防护估算投资多约400万，估算投资合计较120 m方案约少500万元。

与轴线间距为120 m方案相比，130 m的方案主体工程土建工程估算投资多约2 100万元，征地拆迁和移民安置估算投资多约700万元，用于施工期基坑稳定的临时防护估算投资少约640万元，上述三项土建和施工临时估算投资合计较120 m方案多约2 160万元。

经上述主要估算投资比较，相对于总投资二十多亿而言，120 m与115 m方案相差较小，130 m方案投资较大。

2.5 船闸轴线间距的选定

综合上述因素，130 m方案在对一线船闸的影响、二线船闸基坑防护、对一线船闸改建的影响等方面限制因素最小，施工组织设计相对容易，项目实施保障度高；120 m方案次之，各方面均需采用一定的工程措施，虽然有一定难度，但也可正常实施；115 m方案各方面限制因素较大，实施困难。

结合本工程自身的特性，考虑到115 m方案实施困难、130 m方案的土石方开挖工程量、工程用地面积、征地拆迁和移民安置工作量大幅增加等情况，本工程推荐采用船闸轴线间距为120 m的方案。

3 对于复线船闸轴线间距选定的初步探讨

3.1 西津水利枢纽两线船闸轴线间距的合理性分析

受限于右岸上游岸坡开挖、高边坡处理、船闸主体段右侧的居民较多等因素的影响，在工可阶段经综合比选，西津水利枢纽两线船闸的轴线间距选定为120 m。施工图设计时，为了进一步改善上游船舶通航条件，对上、下游主导航墙的线型略做调整，调整后的主导航墙整体更靠近一线船闸。同时，随着对枢纽工程区地质资料的进一步丰富和完善，经研究，工可阶段选定的上游主导航墙重力式结构形式已不太适用。为了保证施工期不产生对一线船闸的影响，将上游主导航墙的结构形式调整为高桩承台的结构形式，减轻了对一线船闸的影响。

西津枢纽两线船闸间距的选定，是统筹考虑各种影响因素后，经综合比选确定出的数值，虽然在施工图阶段对局部结构方案进行了修改，但120 m轴线间距方案是完全可以顺利实施的，对施工期影响较小。当然，如果条件允许，对本枢纽两线船闸间距进行适当放宽，会取得更好的效果。

3.2 对类似枢纽两线船闸轴线间距的思考

西江干流上建设有复线船闸的枢纽，主要有贵港枢纽、桂平枢纽、长洲水利枢纽等。目前，桂平枢纽二线船闸、长洲水利枢纽三线、四线船闸均已建成运行，贵港枢纽二线船闸正在建设。从这些项目两线船闸间距来看，桂平枢纽一、二线船闸间距为125 m，贵港枢纽一、二线船闸间距为120 m，长洲枢纽三线船闸与原已建二线船闸(Ⅲ级船闸，通航1 000 t级船舶)轴线间距为130 m。从整个施工过程来看，贵港、桂平枢纽两线船闸轴线间距对施工影响较小，施工较为顺利；长洲二线、三线船闸轴线间距略小，对施工期影响较大，施工过程中存在一些问题。

长洲三线、四线船闸布置于外江右岸一级、二级阶地上，船闸上、下游横向、纵向围堰基本都是采用预留岩土坎、对局部岩土坎加高的方式，围护船闸基坑进行干地施工。受两线船闸轴线间距的限制，满足上、下游围堰全年挡水需要时，三线船闸主体段大部分结构就会被围堰压占，围堰的挡水需求与三线船闸主体结构施工需求协调的难度较大。

为解决上述问题，三线、四线船闸主体结构只能分期分段施工。在整个施工期间，为完成三线、四线船闸各部位施工，施工期围堰布置共分为六期，预留岩土坎围堰被局部挖除、重新填筑数次，增加了较大的工作量；同时，围堰局部挖除后，对土质边坡的稳定处理也极其困难，稳定边坡的处理代价较高，增加了较多的工程投资，对施工工期也造成了一定的影响。

上述三个复线船闸轴线间距相近，均为120～130 m，但对施工影响不尽相同，究其原因，除船闸设计水头的影响之外，最主要的因素应为枢纽所在区域的地层、地质因素。贵港、桂平枢纽覆盖层、全风化岩及强风化岩相对较薄，岩面高，基坑高度范围大部分为弱风化花岗岩，开挖坡度较陡，基坑开挖放坡水平距离较近，对间距要求稍小；长洲三四线船闸工程，全风化、强风化岩层较厚，基坑开挖深度范围大部分为覆盖层，开挖时稳定边坡的坡度较缓，基坑开挖时，水平放坡距离较大，对两线船闸轴线间距要求稍高。

4 结语

西江干流上建设有复线船闸的枢纽，主要有贵港枢纽、桂平枢纽、长洲水利枢纽等。三个枢纽通航建筑物与本工程类似，均为在现有1 000 t级船闸正常运行的情况下，采用并列布置的方式新建3 000 t级二线船闸(长洲水利枢纽为在1 000 t级二线船闸右侧同时建设三线、四线船闸)。成功的设计及施工实践证明，两线船闸轴线间距为120～130 m是切实可行的，本工程船闸轴线间距选定为120 m是基本合适的。

对于其他类似枢纽，当需在一线船闸侧扩建二线船闸、涉及船闸轴线间距选择时，船闸轴线间距可在110～130 m范围内初选。对于覆盖层较薄、岩面较高的工程，轴线间距可取小值；对于覆盖层较厚、岩面较低的工程，轴线间距宜取大值。对于类似长洲枢纽，覆盖层相对较厚的，条件允许时，建议轴线间距在130 m的基础上，适当加大。

船闸轴线间距初步拟定后，再根据枢纽建筑物布置、地形、河势、地质、征地及移民安置等限制因素，经多方案综合比选后最终确定。

[1]广西壮族自治区人民政府.广西西江黄金水道建设规划[R].南宁：广西壮族自治区人民政府，2010.

[2]GB 50139-2014，内河通航标准[S].

[3]广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院.西江航运干线桂平二线船闸工程初步设计[R].2007.

[4]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].2010.