航电枢纽二线船闸扩建工程平面布置原则探讨

邹开明，普晓刚

(1.湖南省水运建设投资集团有限公司，湖南 长沙 410011; 2.交通运输部天津水运工程科学研究院，天津 300456)

0 引言

内河梯级渠化工程中，船闸是最为常见的通航建筑物，船闸及其上下游引航道的尺寸、平面布置形式、通航水流条件、大型船闸灌泄水对引航道船舶航行与停泊安全的影响等均是河流梯级渠化枢纽建设中极为重要的环节，是船舶能否安全、通畅、快捷过闸的关键所在。目前关于内河梯级渠化枢纽中单线船闸的建设技术研究较多，且已形成一些基础理论规范。而双线船闸的建设，在技术上要比单线船闸复杂，特别是在已有单线船闸的条件下，扩建更高等级的双线船闸技术则更为复杂。由于目前国内梯级渠化枢纽中扩建双线船闸工程不多，因此其相关共性关键技术研究也颇为少见，参考经验有限。

国内关于在已建一线船闸基础上扩建二线船闸平面布置问题，《船闸总体设计规范》(JTJ305 －2001)［1］中规定“新建二线或第三线船闸时，其船闸中心线与已有船闸中心线应有足够距离;保证引航道口门区与主航道平顺连接;新建船闸的施工不应影响已有建筑物安全和运行”。上述只是对扩建二线船闸工程布置的一般性规定，而关于扩建二线船闸布置的原则没有明确说明。目前国内对于扩建二线船闸平面布置的普遍做法，是针对某一具体工程的特点，通过物理模型试验进行优化，最终确定船闸平面布置方案。本文采用整体定床水工模型，分别对株洲航电枢纽扩建二线船闸的轴线位置、平面布置型式等布置方案的船闸通航水流条件等进行研究，提出安全、合理的扩建船闸总体布置方案，并结合国内其它船闸扩建工程，总结二线船闸扩建平面布置原则和双线船闸引航道口门区通航水流条件特点，归纳双线船闸扩建工程布置原则，为类似工程建设提供依据或参考。

1 模型试验

1.1 扩建二线船闸模型方案

依据试验目的和要求［2］，并根据河道特征，河床形态，地形特点，同时为保证模型的水流运动相似和船模航行相似，整体模型为定床正态，几何比尺选用1∶100，按重力相似准则进行模型设计。通过沿程水面线的验证模型的制作精度。拟建的株洲航运枢纽二线船闸位于一线船闸右侧，二线船闸设计为2 000 t 级，闸室有效尺度为 280 m ×34 m ×4.5 m，上下闸首长35 m，引航道宽度75 m，如图1所示。依据工程具体情况，通过对3 种不同轴线距离、引航道布置型式、上下游锚地布置及锚泊条件对株洲二线船闸总体布置方案进行研究。各研究方案主要布置特点见表1。

1.2 扩建二线船闸轴线选择

二线船闸轴线位置选择是扩建船闸总体布置中最为关键的因素，其涉及征地拆迁、工程投资、施工难易以及船闸通航水流条件等众多方面。本文仅通航水流条件角度对扩建船闸轴线位置选择进行研究，进行了一、二线船闸间距分别为80、90、110 m 3个轴线位置的试验。不同轴线位置两船闸上、下游口门区及连接段通航水流条件对比见表2。

图1 湘江株洲枢纽二线船闸工程布置

表1 二线船闸各方案布置特点

表2 扩建船闸不同轴线位置两船闸通航水流条件比较

试验结果表明:扩建二线船闸的通航条件在不同轴线距离情况下略有差异，但是在河道超过2年一遇洪水时，各方案中二线船闸上游口门区及连接段航道水流与航线夹角较大，横流基本都超过规范值，下游口门区基本都处于回流区内，需要采取工程措施优化;由于二线船闸非恒定流影响，一线船闸通航水流条件变差;从3 个试验方案结果看，二线船闸与一线船闸越近，通航水流条件越优。

1.3 引航道平面布置形式研究

结合工程具体情况，对二线船闸引航道采用曲进直出和直进曲出两种过闸方式以及双线船闸引航道采用完全独立引航道、引航道共用水域和引航道间设置透空隔墙等布置型式等研究，不同方案试验结果表明:

1)各方案扩建二线船闸引航道布置均采用不对称型，扩建船闸在从闸室至引航道扩宽过程中，均向已建船闸方向扩宽，从节约用地的角度分析，这种布置型式是比较合理的。

2)株洲航电枢纽工程原一线船闸为直进曲出的过闸方式，靠船墩布置在双线船闸引航道中间，扩建二线船闸进行了曲进直出(靠船墩布置在引航道中间与一线共用)和直进曲出(靠船墩布置在右侧临岸位置)两种过闸方式的比较。分析表明，二线船闸采用哪种过闸方式均不会影响口门区水流条件，只会对船舶进出口门航行条件及船舶过闸效率产生影响。从船模航行试验来看，船闸采用曲进直出的过闸方式较优。此外，曲进直出的过闸方式，引航道的调顺段和导航段可以合并，引航道长度较短，靠船墩距离闸首更近，因此其船舶过闸效率也略高。

3)为了减少引航道内船舶航行与靠泊时的相互影响，采用靠船段间设置透空隔墙、两线船闸分设引航道方案比较合适。

1.4 上下游锚地布置及锚泊条件研究

《船闸总体设计规范》(JTJ 305－2001)第5.7.1条规定“船闸上、下游引航道外宜设锚地。锚地应选择在风浪小、水流缓、无泡漩的水域，锚地水深不应小于引航道内最小水深”。此外，锚地水域面积应满足船闸最繁忙时过闸船舶(队)停泊和作业的需要，并应尽量让出航道，以免妨碍其他船舶的正常航行。结合整体模型水流条件试验研究成果，对船闸上、下游引航道外的锚地布置及锚泊条件进行研究分析。

不同方案锚地布置相关参数及试验结果见表3。结果表明，方案1 上、下游布置锚地内水流流速基本相同，且随流量增加，流速逐渐增大。各级流量下，上下游锚地内水流平顺，均无回流和泡漩等不良流态，能够使锚泊后的船身处于正常水流中，不会产生偏摆现象。此外，两锚地距离航道均有一定的富裕宽度，水域面积充足，能够满足繁忙时过闸船舶(队)停泊和作业的需要，且不会妨碍主航道上正常航行的船舶。

方案3 布置上游锚地内水流流速小于方案1，锚泊条件略优于方案1 布置锚地。但是方案3 上游锚地距离航道较近，停泊水域有限。此外，该锚地为一二线船闸共用锚地，由于该锚地距离上游口门仅800 m，由锚地进入一线船闸的船舶需穿越二线船闸连接段航道，从而会对进出二线船闸的船舶产生一定影响。

表3 船闸上下游锚地布置相关参数及试验结果对照表

株洲航电枢纽扩建二线船闸属于扩建工程，当二线船闸在一线船闸靠岸侧开挖而成，且一、二线船闸为独立口门区时双线船闸口门区水流条件有以下特征:①由于扩建船闸邻岸布置，新建二线船闸上下游口门区有着与航电枢纽单线船闸相似的水流特征。上、下游口门区由于河道断面收缩和放宽影响，水流发生弯曲变形，口门区内形成斜向水流和回流区并存的水流流态。由于船闸下游导流建筑物与扩建工程适应性较好，二线船闸下游口门区处于强度不大的回流区内。②二线船闸建设，边界条件的改变会使得原一线船闸上下游口门区的水流流态和水流条件如下变化:对于船闸上游，口门区内的水流流态由工程前的斜流和回流并存转变为工程后的单一斜流区;船闸下游，由于岸线的拓宽吸流，口门区内的斜流偏角会有所增大。

2 其他枢纽扩建平面布置情况

2.1 湘江大源渡枢纽二线船闸工程

大源渡枢纽工程位于衡阳市下游62 km，上距土谷塘航电枢纽100 km。是湘江中下游第一个航电枢纽工程。大源渡枢纽一线船闸为Ⅲ级船闸，船闸有效尺度均采用180 m×23 m×3.0 m，引航道底宽45 m，进出闸采用直线进闸，曲线出闸的方式，设计双向通过能力1 200 万t。枢纽二线船闸为Ⅱ(3)级，根据《内河通航标准》(GB50139－2004)和湖南省内河规划推荐船型吃水，并考虑与一线船闸共同满足设计水平年过坝运量要求，船闸有效尺度采用280 m×34 m×5 m。新建二线船闸位于一线船闸右侧(靠河侧)，与原有一线船闸轴线平行布置，两船闸轴线间距80 m，如图2所示。二线船闸与一线船闸分设引航道，船舶过闸采用曲进曲出。从闸室至引航道扩宽过程中，上游引航道往一线船闸方向扩28 m，往河侧扩13 m，下游引航道往一线船闸方向扩23.5 m，往河侧扩17.5 m。二线船闸靠船墩布置在一二线船闸引航道之间，一线船闸沿用原来靠船墩不变。以上方案实施后，二线船闸引航道宽度75 m，一线船闸上游引航道宽度为63 m，下游引航道宽度为45 m。

图2 湘江大源渡枢纽二线船闸工程布置

2.2 西江航运干线桂平航运枢纽二线船闸工程

桂平航运枢纽［3］位于广西桂平市郁江、黔江、浔江三江汇合口郁江上游约2.5 km 处。坝址位于宽口“Ω”弯曲形河段上，溢流坝、发电厂房与船闸分离布置，溢流坝和发电厂房布置于主河道，船闸布置于右岸Ⅰ级阶地上，实施裁弯取值。一线船闸标准为Ⅲ级，船闸有效尺度为190 m×3 m×3.5 m。二线船闸平行布置于一线船闸右侧，与一线船闸中心线间距为120 m，按Ⅰ级船闸标准建设，船闸有效尺度为280 m×34 m×5.6 m，如图3所示。二线船闸引航道采用不对称布置型式，与一线船闸共用部分引航道和口门区水域，靠船墩布置在左侧与一线船闸相邻，采用“曲进直出”的过闸方式。

图3 西江桂平航运枢纽二线船闸工程布置

2.3 西江航运干线贵港航运枢纽二线船闸工程

贵港航运枢纽［4］是西江航运干线南宁至梧州段4 个渠化梯级的第2 个梯级，位于郁江中段贵港市区上游约6.5 km 处，上游距西津水电站约104.3 km，下游距桂平航运枢纽约110 km，是以通航为主兼顾发电的航运枢纽。坝址河道平面上游呈S 形，下游微弯。贵港二线船闸按3 000 t 级船闸建设，船闸有效尺度为280 m ×34 m ×5.8 m，如图4所示。根据总平面布置原则、现场地形条件，从征地拆迁、工程地质、通航条件、对右岸现有建筑物的影响、施工条件及估算总投资等方面综合分析推荐方案平面布置具体如下:①进出闸方式为曲线进闸直线出闸，引航道布置方式为不对称型，向左侧拓宽，上、下主导航墙及靠船墩均布置在引航道左侧;曲线主导航墙按照具备导航与调顺功能的要求设计，不设调顺段，停泊段靠近主导航墙布置。②二线船闸上闸首与一线船闸上闸首上游端齐平，两者中心线在该端部处相距125 m。③为减少右岸征地拆迁，二线船闸中心线以与上游端的交点为圆心向左旋转1.7°，使二线船闸主体段及下游引航道向左偏;④二线船闸与一线船闸引航道间设有分水堤，上游段分水堤长约547 m，下游段一线二线引航道间增设砼隔水墙，长约250 m。将一线船闸下游引航道右侧停泊段的7 个靠船墩拆除，二线船闸下游引航道左侧停泊段布置的12 个靠船墩按两侧均可停船设计，即靠船墩布置于两线船闸引航道之间，为一、二线船闸共用。

图4 西江贵港航运枢纽二线船闸工程布置

3 结论

通过对依托工程扩建二线船闸模型试验成果，结合其它已建或拟建的相关枢纽船闸扩建工程平面布置情况，认为扩建二线船闸平面布置应遵循以下一些原则:

1)为了便于船闸的管理和上下游航道的衔接，扩建船闸应尽量和已建船闸布置于同岸侧;当确定扩建船闸与已建船闸相邻布置时，由于一线船闸确定的船闸轴线和口门区航线是合适的，因此二线船闸中心线与一线船闸中心线应尽量平行布置。

2)双线船闸相邻布置且二线船闸在靠岸侧扩建时，为减小扩建工程对双线船闸口门区水流条件的影响，两船闸轴线间距在满足两线航道宽度要求和施工安全的前提下，应尽量减小;当扩建船闸与已建船闸相邻布置时，为节约用地，扩建船闸在从闸室至引航道扩宽过程中，应尽量往已建船闸方向扩宽，船闸引航道布置型式宜采用不对称型。

3)为缩短引航道布置长度，提高船舶过闸效率，扩建船闸宜采用曲进直出的过闸方式;当两线船闸共用靠船墩时，为了减少两线船闸靠泊时的相互影响、改善船闸灌泄水时引航道靠泊条件，靠船墩间应设置隔水墙。

4)在扩建二线船闸工程布置时，需结合日益发展的航运需求，充分考虑三线船闸的布置，尽量预留三线船闸建设条件。

［1］JTJ 305 －2001，船闸总体设计规范［S］.

［2］湖南省交通勘察设计院.湘江2000 吨级航道建设二期工程(衡阳～株洲)工程可行性研究报告［R］.长沙:湖南省交通规划勘察设计院，2012.

［3］刘俊涛.桂平航运枢纽二线船闸平面布置研究［J］.水道港口，2013(4):150 －156.

［4］卢达聪，张 燕，王大伟.贵港航运枢纽二线船闸工程总体设计方案探讨［J］.西部交通科技，2012(8):120 －123.