近尾洲二线船闸总平面布置方案探讨

2021-07-22黄圣平邹开明张文侃

湖南交通科技 2021年2期

黄圣平，邹开明，阳波，张文侃，宋伟

(1.湖南省湘水集团有限公司，湖南长沙 410011;2.湖南省交通规划勘察设计院有限公司，湖南长沙 410200)

近尾洲二线船闸扩建工程位于衡阳常宁市境内，是湘江高等级航道中上游段的控制性工程，二线船闸设计有效尺度为180 m×23 m×4.0 m(长×宽×门槛水深)，按通航1 000 t级船舶标准进行建设。该项目的实施顺应湖南水运“十四五”发展规划要求，打通了湘江中上游衡阳境内的通航瓶颈，对湘江千吨级“黄金水道”全线贯通和远期规划建设湘桂运河具有重要意义。

与已有二线船闸建设工程相似[1-3]，该工程平面布置时存在以下难点问题：①要避免扩机工程与二线船闸施工相互之间的影响以及对已有建筑的影响；②确保良好的通航条件。这些平面布置的难点问题直接影响工程的设计、施工及运行管理。因此，如何合理优化新建二线船闸总平面布置，成为该工程建设中至关重要的问题，本文就此进行全面探讨。

1 布置原则

在二线船闸平面布置设计过程中，除考虑解决最核心的难点问题，还需遵循以下原则[4]：①方便施工及运营管理；②尽可能减少征地、拆迁；③尽量减小对环境的不良影响；④与现有工程(建筑物)良好衔接，枢纽总体布置协调美观。

2 一、二线船闸轴距分析

二线船闸平面布置往往与轴距选择息息相关，合理地优化轴距，不仅可以使二线船闸与扩机之间的匝道桥、副坝、检修通道布置更宽裕，而且电站扩机施工期可在右侧布置施工道路，扩机施工期对二线船闸的影响更小，二线船闸建筑物安全系数更高。

2.1 最小轴距分析

对近尾洲二线船闸及鱼道结构进行优化，进一步分析扩机与二线船闸的安全轴线距离。坝轴线断面见图1，微风化细砂岩顶面高程约48 m，电站扩机检修门结构段奠基面高程40.01 m，二线船闸闸室第一结构段采用整体式结构，奠基面高程48.1 m，扩机工程建设不影响二线船闸安全稳定。

图1 坝轴线断面(轴距70 m)(单位：m)

扩机主厂房断面见图2，微风化细砂岩顶面高程约46.3 m，主厂房水轮机安装段奠基面高程38.21 m，二线船闸闸室标准结构段采用分离式结构，奠基面高程50.0 m，扩机工程建设不影响二线船闸安全稳定。

图2 扩机主厂房断面(轴距70 m)(单位：m)

二线船闸下闸首断面见图3，微风化细砂岩顶面高程约46.4 m，扩机尾水渠高程51.6 m，二线船闸下闸首结构奠基面高程45.70 m，扩机工程建设不影响二线船闸安全稳定。

图3 二线船闸下闸首断面(轴距70 m)(单位：m)

由此可见，二线船闸与扩机工程的最小轴线距离为70 m，一、二线船闸最小轴线距离为133 m。

2.2 最大轴距分析

二线船闸上游为台地，地势平坦，主要为基本农田、居民楼、电站已征用地。基本农田边线距离一线船闸轴线约200 m，考虑到引航道放坡及坡顶道路宽度，引航道岸边线距离一线船闸轴线不宜大于171.5 m，一、二线船闸轴线距离不应大于160 m。

二线船闸下游为台地，地势平坦，主要为草地、电站已征用地，局部有基本农田。台地岸侧山体高约20 m，山脚与一线船闸轴线的距离约185 m，若不开挖山体，采用自然放坡，下游引航道边线与一线船闸轴线距离约160 m，一、二线船闸轴线距离不宜大于150 m。下游500 m处有高压铁塔，距离一线船闸轴线约210 m，下游引航道边线距离一线船闸轴线不应小于200 m，一、二线船闸轴线距离不应大于190 m。分析可知，一、二线船闸最大轴线距离为160 m。

3 船闸总平面布置

根据船闸选址、轴线距离的比较，近尾洲二线船闸拟布置于一线船闸及扩机岸侧(湘江右岸)，一、二线船闸轴线平行，船闸建筑物结合鱼道布置。按照上述特征，本阶段共提出了2个船闸总平面布置方案。方案一(见图4)：船舶进出闸方式为曲线进闸、直线出闸，下游靠船墩布置在引航道河侧，一、二线船闸轴线距离155 m，船闸上闸首下沿位于坝轴线上游15 m。方案二(见图5)：船舶进出闸方式为直线进闸、曲线出闸，下游靠船墩布置在引航道岸侧，一、二线船闸轴线距离160m，船闸上闸首下沿位于坝轴线上游90 m。

图4 船闸总平面布置方案一(曲进直出)(单位： m)

图5 船闸总平面布置方案二(直进曲出)(单位： m)

3.1 方案比选

两个方案主要区别为引航道的布置及其结构形式，以下分别从8个方面对其进行比较，方案对比分析见表1。

3.1.1通航水流条件

方案一：上游引航道口门区河段顺直，距离坝轴线552 m，隔流堤堤头距停泊段末端195 m，靠船建筑物布置在引航道河侧。船舶靠岸侧进引航道后，可在195 m引航道静水条件下调整舵角，靠泊在靠船建筑物。下游引航道口门区河段弯曲，隔流堤堤头距离坝轴线607 m，距停泊段末端100 m，靠船建筑物布置在引航道河侧。船舶靠岸侧逆流进引航道后，可在100 m引航道静水条件下调整舵角，靠泊在靠船建筑物。

方案二：上游引航道口门区河段顺直，距离坝轴线577 m，隔流堤堤头距停泊段末端60 m，靠船建筑物布置在引航道岸侧。船舶靠岸侧进引航道后，靠泊在靠船建筑物。下游引航道口门区河段弯曲，隔流堤堤头距离坝轴线607 m，距停泊段末端90 m，靠船建筑物布置在引航道岸侧。船舶靠岸侧逆流进引航道后，靠泊在靠船建筑物。

表1 船闸总平面布置方案比较表项目方案一(曲线进闸、直线出闸、下游靠船墩布置在河侧)方案二(直线进闸、曲线出闸,下游靠船墩布置在岸侧)总平面布置一、二线船闸轴线距离155 m,上闸首下游端位于坝轴线上游15 m,船舶曲线进闸、直线出闸一、二线船闸轴线距离160 m,上闸首下游端位于坝轴线上游90 m,船舶直线进闸、曲线出闸下游口门区通航水流条件引航道口门水流条件基本一致。上游引航道口门区及连接段航道最大通航流量为10 a一遇,下游引航道口门区及连接段航道最大通航流量为2 a一遇一次过闸时间相对更短相对更长平面协调性协调性好协调性差二线船闸施工条件施工条件基本一致电站扩机施工条件好更好管理区布置布置空间基本合适布置空间相对紧张永久用地0.23 km20.24 km2工程费用(含连接段航道)7.1亿元7.2 亿元

3.1.2一次过闸时间

方案一：船舶曲线进闸、直线出闸，引航道停泊段距闸首130 m，船舶进出闸距离较小。船舶直线出闸，不需调整舵角，出闸速度更快。

方案二：船舶直线进闸、曲线出闸，引航道停泊段距闸首215 m，船舶进出闸距离相对较大。船舶曲线出闸，需调整舵角，避开停泊在引航道的船舶，出闸速度相对更慢。

3.1.3平面协调性

方案一：上闸首下游端距离坝轴线15 m，船闸闸室基本位于坝轴线下游，坝顶公路桥从闸室第一结构段跨过，平面布置基本协调。

方案二：上闸首下游端距离坝轴线90 m，坝顶公路桥从闸室中间结构段跨过，顺水流向副坝长100 m，平面布置协调性相对较差。

3.1.4二线船闸施工条件

电站扩机工程在二线船闸建成后再实施，一、二线船闸轴线距离155～160 m，二线船闸基坑开挖对一线船闸的稳定不会造成不利影响。方案一和二引航道轴线与一线船闸轴线距离均为144 m，二线船闸施工条件基本一致。

3.1.5电站扩机施工条件

方案一：一、二线船闸轴线距离155 m，二线船闸与电站扩机工程轴线距离92 m，根据轴线距离分析，扩机工程基坑开挖对二线船闸的结构稳定不会造成不利影响，施工道路布置空间充足。二线船闸与电站扩机尾水渠坡顶之间的最小净距约45 m，检修通道布置空间充足。

方案二：一、二线船闸轴线距离160 m，二线船闸与电站扩机工程轴线距离97 m，电站扩机施工条件更好。

3.1.6管理区布置

二线船闸管理区均布置在闸室岸侧，方案一可用面积约10 000 m2，管理区布置空间基本合适。方案二可用面积约8 000 m2，管理区布置空间相对紧张。

3.1.7用地

方案一的船闸轴线距离相对方案二往河侧偏移5 m，船闸主体段岸线用地边线以现有道路为界，河侧用地边线以电站扩机边线为界，两方案主体段用地相同。方案一、二的下游引航道开挖一致，用地相同。方案一的船闸主体相对下移，上游引航道口门区也相对下移，用地相对较小。

3.1.8工程量及费用

1)土石方：方案一的上游引航道直线段长度较短，船闸主体建筑物更靠下游侧，土石方开挖量相对较小。

2)船闸主体：两方案闸首、闸室尺度一致，船闸主体工程量基本一致。

3)导航墙：方案一的主导航墙兼顾调顺功能，长135 m；方案二的主导航墙长85 m；两方案辅导航墙长度基本一致。导航墙一般采用重力式结构，下游靠近山体部位局部采用排桩结构。方案一工程量相对较大。

4)隔流堤及靠船墩：两方案引航道轴线位置相同，靠船墩结构型式一致，引航道护坡型式一致，工程量基本一致。

5)工程费用：方案一的工程费用(含连接段航道)7.1亿元，方案二的工程费用(含连接段航道)7.2亿元，相差约1 000万元。

综上所述，同时结合船闸通航模型试验分析结果，采用方案一对建设二线船闸对电站扩机和一线船闸影响较小，且建设方案对已有建筑物的安全有保障。同时结合总平面布置、下游口门区通航水流条件、一次过闸时间、平面协调性、二线船闸施工条件、电站扩机施工条件、船闸管理区布置、永久用地、工程费用等因素，结合以往类似工程经验，方案一的布置为最优。