南水北调东线长沟节制闸通航安全防护设计

吕鸿翔，任泽俭，林志梁

（1.南水北调东线山东干线有限责任公司，山东 济南 250109；2.济宁市运河水运工程规划设计院，山东 济宁 272000）

南水北调东线南四湖至东平湖段工程结合航运实施，目前，仅从江苏通航至山东济宁市驻地，济宁市驻地至东平湖段由于航运配套设施建设滞后等原因，还没有通航。为确保通航后长沟节制闸和船舶的安全，在通航前完成相关安全防护工程十分必要。目前，京杭运河山东境内主要船型为 300 t、500 t、1 000 t 级货（驳）船，据初步统计三者所占的比例约为5∶30∶65，梁济运河及柳长河段已建成Ⅲ级航道，可通行1 000 t 船舶。京杭运河船舶朝着大型化、专业化方向发展，并随着京杭运河Ⅲ级改Ⅱ级航道项目的实施，将来2 000 t 船舶将成为京杭运河营运的主力船型。综合考虑以上因素，长沟节制闸安全防护设计采用京杭运河船型标准化中的1 000 t 级货船的最大船型为安全防护的设计船型，采用京杭运河船型标准化中的2 000 t 级货船的最大船型为安全防护的结构计算兼顾船型。

1 防护设施

为避免船舶误入节制闸及减少撞击损失，设置相应防护设施，目前，防护设施较多采用简易防撞装置或防撞墩。由于简易防撞装置由于材料的弹性缓冲量相对较小，比较适合预防小型的船舶，对于大型船舶或航速稍快的船舶，无法有效吸收船舶的冲击力。鉴于2 000 t 级船舶将成为京杭运河营运的主力船型，因此，简易防撞装置无法起到有效的防护作用。为保障安全通航的，选用防撞墩方案。

2 建设内容

2.1 安防设施布置

长沟节制闸安全防护位于节制闸上游约590 m、下游约570 m 各布置1 处，在长沟泵站进（出）水渠右岸护坡坡顶布置系缆墩，通过钢丝绳、防撞墩、维修平台等设施连接到节制闸输水线右岸南水北调护坡坡顶系缆墩。钢丝绳一端系于系缆墩，另一端套于Φ200 钢管桩，钢丝绳沿水面每隔1 m 布置一个浮筒。两防撞墩相邻桩间距6.5 m，防撞墩与维修平台间隔布置，防撞墩由3 根Φ630 钢管桩组成，节制闸外侧2 根钢管桩设置圆筒型橡胶护舷，维修平台由浮体及钢管桩构成，浮体由4 根Φ200 钢管桩固定，浮体可沿钢管桩上下浮动。在下游防撞墩间预留一个14 m宽的维护通道，便于节制闸维护船舶的进出，非维护期在维护通道口布置浮筒，防止无关船舶进出。设计载荷条件下，钢管桩设计使用年限50 年，浮体和浮筒设计使用年限为15 年。

2.2 标志标牌配置具体要求

1）提示牌。布置于节制闸下游防撞墩上，标牌立柱位于防撞墩临节制闸侧钢管桩桩顶上。提示牌布置在节制闸水域内，提示牌内容为“禁止驶入”，提示船舶避免驶入节制闸范围内。

2）指向牌。布置于节制闸上、下游，上游位于节制闸与长沟船闸交汇处往上游500 m 左岸护坡顶上，下游位于下游防撞墩往下游500 m 左岸护坡顶上，上、下游各1 座，提示船舶航行方向。

3）紊流标。布置于节制闸上、下游，上游布置于节制闸与长沟船闸间护坡上游裹头处，布置1座，下游布置于下游两端防撞墩内侧钢管桩上，布置2 座，标示前方水域水流紊乱，警告船舶谨慎驾驶，提示紊流对船舶操纵的影响。

4）导向标。布置于节制闸下游。节制闸下游防撞墩上布置12 座，用于引导船舶的行驶方向。

5）警示灯。布置于节制闸上游防撞墩中心处。警示灯灯光为红色，警示船舶此处禁止驶入。

2.3 防撞墩设计指标确定

1）节制闸防撞墩顶高程确定。节制闸防撞墩顶高程考虑由设计最高通航水位+安全超高确定。节制闸下游设计最高通航水位38.47 m，节制闸上游设计最高通航水位38.56 m，考虑船舶空载干舷高度，安全超高取3 m。确定节制闸下游防撞墩顶高程为41.47 m，节制闸上游防撞墩顶高程为41.56 m，长沟节制闸上、下游设计防撞墩顶高程均取整为42.0 m。

2）上下游防撞墩设计。节制闸上、下游防撞墩顶高程42.0 m，上、下游河底高程28.7 m、30.8 m。防撞墩采用防护钢管桩，以3 根桩径Φ630 mm 的钢管桩为一组，桩之间通过两层桩径Φ500 mm 联系钢管相连，防护单桩长32 m。钢管桩及连接钢管要求作表面清洁处理，涂环氧富锌底漆二度，聚氨酯漆二度（上游高程37.2 m、下游高程38.4 m），以上再外涂黄黑相间的调和漆。

3 防护设施对调水及行洪的影响分析

3.1 防护设施对泵站调水影响分析

长沟泵站下游闸口宽度31.6 m，闸底板高程28.7 m，设计最低通航水位32.0 m，设计最低通航水位时闸口过水断面面积为104.3 m2。防撞墩处断面宽度184 m，底高程28.7 m，设计最低通航水位32.0 m，边坡1∶3，设计最低通航水位时闸口过水断面面积为639.9 m2，防撞墩钢管桩、浮体及浮筒阻水断面面积为261.6 m2，实际有效过水断面面积为378.3 m2大于闸口处过水断面面积104.3 m2。

长沟泵站上游闸口宽度23.4 m，闸底板高程30.8 m，设计最低通航水位34.2 m，设计最低通航水位时闸口过水断面面积为78.6 m2。防撞墩处断面宽度74.9 m，底高程30.8 m，南水北调南四湖至东平湖段输水与航运结合工程设计最低通航水位34.2 m，边坡1∶3，设计最低通航水位时闸口过水断面面积为289.3 m2，防撞墩钢管桩、浮体及浮筒阻水断面面积为120.1 m2，实际有效过水断面面积为169.2 m2，大于闸口处过水断面面积78.6 m2。

经综合分析，防护设施对长沟泵站调水不产生影响。

3.2 对航道行洪影响分析

长沟船闸上游段属于梁济运河（长沟泵站～邓楼泵站段），其20 年一遇的洪水位为38.56 m，航道底高程30.8 m，底宽为45 m，边坡1∶3，其行洪断面面积约为530 m2。防护位置处航道底高程30.8 m，底宽78.5 m，边坡 1∶3，其洪水位时断面面积约为790 m2，防撞墩钢管桩、浮体及浮筒阻水断面面积约为154 m2，实际有效过水断面面积为636 m2，大于闸口处过水断面面积530 m2。

长沟船闸下游段属于梁济运河（湖口～长沟泵站段），其20 年一遇的洪水位为38.47 m，航道底高程28.7 m，底宽为66 m，边坡1∶3，其行洪断面面积约为931 m2。防护位置处航道底高程28.7 m，换算成垂直航道的底宽88.5 m，边坡1∶3，其洪水位时断面面积约为1 151 m2，防撞墩钢管桩、浮体及浮筒换算成垂直航道的阻水断面面积约为201 m2，实际有效过水断面面积为950 m2，大于闸口处过水断面面积931 m2。

经综合分析，防护工程对航道行洪不产生影响。