金沙江枢纽散货长期翻坝运输方案探讨

刘耕，刘明维，贺林林，罗红

(1.四川交通运输厅 交通勘察设计研究院，四川 成都 610017；2.重庆交通大学 水利水运工程教育部重点实验室，重庆 400074)

金沙江枢纽散货长期翻坝运输方案探讨

刘耕1，刘明维2，贺林林2，罗红1

(1.四川交通运输厅 交通勘察设计研究院，四川 成都 610017；2.重庆交通大学 水利水运工程教育部重点实验室，重庆 400074)

随着金沙江库区形成蓄水，库区航道条件得到明显改善。但由于库区通航设施建设滞后与不足，必须采取措施提高金沙江综合通过能力。通过现场调研、资料搜集、类比分析及参考相关工程经验，探讨了适合金沙江散货长期翻坝运输的可行方案，建立起金沙江下游各枢纽区域以公路翻坝运输为主，皮带翻坝运输为辅，公路+溜筒翻坝运输为补充的多种翻坝运输方式，为采用多种翻坝运输方案解决金沙江枢纽通航能力不足提供参考。

交通运输工程；金沙江；翻坝运输方案；公路翻坝；皮带翻坝；溜筒

0引言

金沙江是长江干流的重要组成部分，全长3 500 km，总落差5 100 m，流域面积约50万km2[1]。金沙江是云南、四川两省通往川渝经济区、华中、华东地区以及我国长江经济带最重要的内河水路运输通道。金沙江流经高山峡谷，河流险滩众多，航行条件复杂。近年来金沙江航运发展缓慢，对整个流域经济发展的贡献率不高，在流域综合运输体系中所占运输量比例很小。但因其水量丰富而稳定，河道天然水深条件良好，可分段季节性通航，这对交通不便的西南地区来说具有不可忽视的作用。特别是水电梯级开发后，库区航运条件明显改善，如果解决好梯级开发中的通航关键技术，长江航运能够上延到金沙江，金沙江航运将在流域经济发展中起到更加重要的作用。

加快金沙江航运发展，符合交通运输部“深下游、畅中游、延上游、通支流”的长江黄金水道建设总体思路[2]。金沙江下游河段是我国的重要水电基地，自下而上规划有向家坝、溪洛渡、白鹤滩、乌东德等4级水电枢纽。但由于在水电开发时缺乏统筹考虑，通航设施建设滞后或不足，由此在航运方面出现了各种问题。

目前金沙江通航现状及存在问题主要表现为：① 在建的向家坝枢纽通航建筑物为2×500 t兼顾1 000 t级单船升船机，通航设施规模较小。在目前实行翻坝转运条件下，2013年向家坝水路运输翻坝货物运输量已超过300万t。由此可见，即使向家坝升船机建成，也不能满足水路货物运输过坝量的需求。② 在建的溪洛渡枢纽已达正常蓄水位，航道条件大为改善，回水里程约194 km，区域内已经开始新建1 000～3 000 t级大型船舶，但目前溪洛渡枢纽仅预留通航设施位置，尚未开展通航设施设计和建设工作。③ 白鹤滩、乌东德枢纽由于在前期工作中未同步研究通航设施建设问题，近期开展的航运专题研究工作远滞后于枢纽其他专题，船舶无法通过大坝。

可见，金沙江通航设施建设现状较为落后。随着国家宏观经济持续、稳定的发展和金沙江库区航运条件的改善，金沙江断面货运通过量必将迅猛增长，这与目前金沙江通航条件落后的现状互相矛盾。为解决这一矛盾，必须采取措施提高金沙江枢纽的综合通过能力。经验表明，翻坝运输是一种切实有效的措施[3]。翻坝运输作为一种航道扩能方式，不仅可以缓解依靠船闸或升船机通过大坝的通航压力，而且可解决枢纽未建通航设施的棘手问题。

目前最常采用的翻坝运输方案为公路翻坝，公路翻坝运输作为一种可行的货运组织方式，已成功应用于三峡坝区等地方的货运组织中，并体现出了对提升货物运输和改善枢纽通过能力不足等问题的有效性[4-5]。但公路翻坝运输费用高、在崇山峻岭间施工难度大，且对不同货种翻坝可行性相差较大，如滚装公路翻坝可行性明显高于散货公路翻坝。金沙江未来货物种类多为散货[6]，从未来的运输缺口和货物种类分析可知，采用公路翻坝一种运输方案解决金沙江枢纽通航能力不足问题，必将导致运输方式单一、运输低效等后果。

为解决上述问题，笔者通过现场调研、资料搜集、类比分析及参考相关工程经验，探讨了适合金沙江散货长期翻坝运输的可行方式，以期弥补传统散货公路翻坝装卸效率低和货损货差大等缺陷，为采用多种翻坝运输方案解决金沙江枢纽通航能力不足提供参考。

1翻坝运输方案研究必要性

1.1金沙江断面通过量需求分析

四川省交通运输厅、南京水利科学研究院等单位对金沙江及其下游的4个梯级电站的航运需求进行了研究，形成了以下主要研究成果[6]。

1.1.1四川省交通运输厅报告

《四川省内河航运发展规划经济运量预测报告(2001—2050)》提出：金沙江水运货运需求预测的基础是攀枝花以下实现全江渠化，预测金沙江水路运量以及主要港口吞吐量如表1。

表1四川省交通运输厅对金沙江运量预测Table 1Traffic volume forecast of Jinsha River made by Sichuan Transport Department

1.1.2南京水利科学研究院报告

南京水利科学研究院编制的《金沙江梯级开发航运发展条件及关键技术研究报告》预测2015年、2020年、2030年金沙江下游-长江水路货运量分别为430，900，2 090万t，提出金沙江下游各断面货运量发展预测见表2。

表2金沙江下游各断面货运量发展水平预测Table 2Forecast of the development level of traffic volume in every cross-section of Jinsha River lower reaches

上述研究成果表明：① 金沙江流域2020年货运量预测值为745万t～900万t，货运量多是集中在向家坝库区及以下地区，未来随着上游白鹤滩、乌东德库区航运的发展，货运量必然继续增长。② 金沙江货运量主要为当地出口矿产品(主要为煤炭、磷矿等散货)及建材等，其中以散货货运量最大。

1.2货种翻坝可行性分析

常规翻坝货运组织方式主要有：滚装翻坝、集装箱翻坝和散货翻坝。刘岩[5]从航道、货物种类、专用船型、翻坝公路和专用码头等5个方面对3种翻坝货运组织方式进行了定性及定量的分析。货种翻坝可行性结果显示：滚装翻坝>集装箱翻坝>散货翻坝，散货翻坝可行性最低，应直航过坝。这主要是由散货翻坝运输货物的价值量低、货损货差较大、码头装卸效率低等原因所导致。

由1.1节已知，以煤矿、磷矿为主的散货是金沙江未来主要的货运种类。但即便向家坝升船机建成，也不能满足水路货物运输过坝的需求，且溪洛渡、乌东德和白鹤滩枢纽尚未建成通航设施。可见，金沙江不具备散货直航过坝的条件，故散货必须翻坝；但根据货种翻坝运输货可行性分析可知，散货不宜翻坝，二者相互矛盾。为了解决该矛盾，必须探讨适合金沙江枢纽散货的新型翻坝运输方案。

2翻坝运输方案分析

为解决金沙江枢纽通航能力不足问题，并考虑到金沙江散货货运量最大的情况，笔者通过现场调研、资料搜集、类比分析及参考相关工程经验，提出了3种金沙江翻坝运输方案：公路翻坝运输方案、皮带翻坝运输方案、公路+溜筒翻坝运输方案，并分析了各翻坝运输方案的可行性和经济性。

2.1公路翻坝运输方案分析

2.1.1公路翻坝运输方案

公路翻坝运输方案是指货物经坝上(坝下)翻坝码头卸载，依靠岸上沿江公路运至坝下(坝上)翻坝码头，继续进行水运的一种航道扩能方式。公路翻坝是一种传统的翻坝运输方式，目前旅客及载货滚装车主要采用公路翻坝运输方式，如长江三峡坝区客货公路翻坝运输[7]、红水河龙滩煤炭公路翻坝滚装运输[8]、乌江构皮滩煤炭公路翻坝运输[9]等，其流程如图1。

图1公路翻坝运输方案流程Fig.1The flow diagram of road cross-dam transportation scheme

公路翻坝运输方案的优点是运输线路可自行设计绕坝通过，方便灵活，可操作性强。缺点是需要修建专用转运道路，建设投资大、运输费用高、物资损耗多、维护维修费用高，尤其对于金沙江沿岸地区多处于高山峡谷，地形复杂，翻坝公路需翻山越岭，修建翻坝运输公路技术难度和投资均较大。为节省工程投资，翻坝转运公路应尽量利用现有交通道路系统。但由于常规公路运输能力弱，当较差的公路运输条件与较大的公路货运量形成极大的矛盾进而导致沿江流域公路容量超负荷和翻坝运输受限时，必须翻新或新建翻坝公路。受到山区峡谷地形限制，翻坝运输公路路况一般较差、等级较低，常受山体滑坡、泥石流等影响。

翻坝公路的选择应考虑公路所经地域的生态环境，地形、地质条件，建设用地，环境保护，工程投资，运输成本等因素；遵循最大限度利用具有改、扩建条件的库区现有公路原则；尽可能避免穿越城镇，减少污染，降低工程造价；此外，翻坝公路选线时应注意减少地质灾害的影响和水土流失造成的生态影响。

2.1.2可行性分析

公路翻坝运输方案已在实际工程中广泛采用，并积累了一定的工程经验。包括为解决三峡坝区运输、红水河断航、乌江构皮滩过坝问题建设或规划的翻坝运输公路。三峡公路翻坝运输最先依赖黄柏河大桥、西陵长江大桥和三峡专用公路等设施，其中28 km长的三峡专用公路为国家准一级公里。翻坝转运一段时间后又新建了三峡翻坝运输江南专用公路，该专用公路起于秭归港，止于宜昌长江大桥桥南，通过沪渝高速公路连入区域高速公路网，全长58.339 km。除此主要的高等级翻坝公路外，三峡坝区尚有连接宜昌和三峡坝区左、右岸的地方公路，公路等级分别有二级、三级、四级[10-11]。

红水河翻坝运输的目的是将分布在六盘水、黔西南州一带的煤炭运至广东、广西等地。翻坝方案采用连续翻坝滚装运输方案。通过新建2级公路、改建公路和现有二级公路将坝上、下游滚装船专用码头相互连接起来，构成翻坝公路总长114 km[12]。

乌江构皮滩水电站的翻坝公路拟定采用二级公路技术标准规划了起于上游的坝上港区，顺接码头出现后，利用S204省道连接至坝下港区，路线全长16.91 km的翻坝公路[13]。

经济上，对金沙江而言水路运输成本最低，约为0.10元/(t·km)；铁路运输成本次之，约为0.13元/(t·km)；公路运输成本约为0.33元/(t·km)，成本最高[14]。只有在翻坝公路可部分利用现有沿江公路时才能降低公路翻坝运输费用，因此也只有这种情况下公路翻坝运输方案才是经济可行的。

2.2皮带翻坝运输方案分析

2.2.1皮带翻坝运输方案

皮带翻坝运输方案是指通过在码头和岸上架设皮带输送设备，将库区大坝前后两个翻坝码头连接起来，当货物抵达一侧翻坝码头时，可以直接卸载至皮带输送设备上，通过陆上皮带输送设备运输至另一侧翻坝码头，继续进行水运的一种航道扩能方式。皮带运输方案尤其适合散货运输，对金沙江主要货运量为散货的情况极为适用，其流程如图2。

图2皮带翻坝运输方案流程Fig.2The flow diagram of belt conveyor cross-dam transportation scheme

皮带翻坝运输方案较公路翻坝运输方案具有投资少、运输费用低、装卸效率高、机械化、自动化程度高，劳动强度低、布置安装简单方便、维护维修费用低、对复杂地形条件适应性强等优点。翻坝专用船型即自卸船能够独立地进行卸货作业，对翻坝码头装卸设备要求低，不需要依赖于翻坝公路，可以大大降低对码头卸货设备和翻坝公路的建设投资，提高航运经济性。其最大的缺点为：目前皮带翻坝运输方案尚未在实际翻坝工程中采用，缺乏工程经验及相关参数。此外，皮带翻坝运输方案初期设备一次性投入费用较高，输送系统中的一个单元(设备)发生故障会导致全线停机。

2.2.2可行性分析

皮带翻坝运输方案尚未在实际翻坝工程中采用，但是皮带机运输系统作为松散物料的主要输送方式，已广泛应用于煤炭、矿石、火电、水泥、港口、水电、隧道等行业[15]。皮带机运输连续出渣系统具有运距长、运量大、速度快、无污染、TBM利用率高等特点，满足长大隧道快速施工的要求，已成为了隧道出渣系统的重要发展方向[16]。龙滩水电站碾压混凝土重力坝施工中采用每条混凝土供料线的平均输送能力为300 m3/h[17]；德国露天煤炭运输系统大型带式输送机运量高达37 500 t/h，带速达7.4 m/s[18]。

皮带输送机主要由输送带机架、输送带、驱动与制动系统、张紧系统、控制与保护系统及供电系统等构成。向家坝砂石长距离皮带机系统由5条长距离皮带机顺次搭接构成，总长31.067 km，南起绥江太平料场，北至水富马延坡制砂场，共穿越隧道9条，总高差为负446.2 m，设计运量3 000 t/h，由于地形复杂，其带形和控制复杂程度及距离总长为目前国内皮带机系统之最[19]。

若皮带翻坝运输方案采用自卸船作为专用船型，自卸船由于自身携带卸货设备，对码头机械化程度要求不高，与岸上的带式输送机结合后，可实现船到船的直接运输，省去了一定的人工成本且不需要依托公路设施，装卸效率较高，卸货时间短。虽然岸上皮带输送机的带速要小于公路运输的车速，但皮带输送对地形线路的适应性更强，其可通过在高度和水平面上设置转弯以避开建筑物、穿越自然障碍，十分灵活方便[20-21]。对于相同的起始点码头，岸上皮带输送较公路运输的运距小很多。由此，皮带翻坝运输方案时间较短。

在翻坝运输质量上，由于专用船舶可以实现岸上皮带输送系统的完全对接，且岸上皮带输送机可实现封闭式运输，故皮带翻坝运输方案的货损货差较小，翻坝运输质量较高。当货物运输距离超过3 km时，选择皮带机输送系统这一方式，在技术和经济上都较其他运输方式更具有优势[22-23]。金沙江任意两个翻坝码头之间的距离都远大于3 km，则在运输方式上，相较于公路运输，带式输送机的单位运输成本更低。

综上所述，皮带翻坝运输方案无论在技术上还是经济上都是可行的。

2.3公路+溜筒翻坝运输方案分析

2.3.1公路+溜筒翻坝运输方案

公路+溜筒翻坝运输方案是指采用公路翻坝运输方案在崇山峻岭间或悬崖峭壁处修建公路难度过大，或由于修建公路绕行距离远而导致投资过大、效率过低时，借助溜筒设备进行翻山过崖，然后再次采用公路翻坝运输方式将货物运至另一侧翻坝码头，继续进行水运的一种混合翻坝运输的航道扩能方式，其流程如图3。

图3公路+溜筒翻坝运输方案流程Fig.3The flow diagram of road + chute tube cross-dam transportation scheme

公路+溜筒翻坝运输方案即保留了公路翻坝运输可自行设计绕坝通过、方便灵活、可操作性强的优点，又避免了在复杂地形，如在崇山峻岭间或悬崖峭壁处修建公路技术难度过大、成本过高的缺点。其最大的缺点为：公路+溜筒翻坝运输方案尚未在实际翻坝工程中采用，缺乏工程经验及相关参数。

2.3.2可行性分析

溜筒一种是安装在装船机臂架头部用于给船舶装载散料的设备，其设计需适应不同水位、不同船型以及船舶空载到满载吃水的变化，其作用为防止装船作业过程中货物损失、防尘和平舱，装船机上溜筒的尺寸范围一般为几米到十几米[24]。另一种是指在水工建筑物施工过程中运输混凝土的设备，由于无驱动设备，主要利用混凝土的自重进行垂直运输，其长度范围一般由几十米至数百米[25]。

在装船机设备中，根据船型和吨位的不同，溜筒可以分为直溜筒和带抛料弯头的溜筒。安装在装船机上的溜筒尺寸较小，主要目的为防损、防尘，对散货的运输不起主要作用[26-27]。

在水工建筑物混凝土运输中，由于溜筒(溜槽)无驱动设备，主要依靠自重完成对混凝土的垂直运输。目前，主要采用的有溜槽、钢管溜筒、负压溜槽、软管溜筒等，其中软管溜筒为垂直布置，其余为斜面布置。研究表明：在混凝土下行速度v≈10 m/s时，软管溜筒中负压作用开始明显，v=13～15 m/s时，负压对混凝土产生很大的阻力。林金良等[28]通过对软管溜筒在三峡冲沙闸施工中的应用，将固定式软管溜筒系统与普通的钢管溜筒系统相比，介绍了软管溜筒系统具有柔软可伸缩性和负压阻尼的特点，指出软管溜筒是一种具有应用前景的新型混凝土运输手段，并指出软管溜筒安装中尽量垂直，严禁安装后出现大的转折，溜槽的搭设坡度大于60°，防止坡度过小使混凝土溜放不畅。百色水利枢纽大坝碾压混凝土运输采用深槽高速皮带机辅以负压真空溜筒的入仓方式进行大坝混凝土施工，溜筒长度达240 m[29]。冶勒水电站中钢管溜筒在压力管道长斜井回填混凝土浇筑中成功被运用，其中上长斜井井深237 m[30]。

相较之下，装船机设备上溜筒对运输不起主要作用，其使用经验对采用溜筒翻坝运输方面提供参考价值不大，水工建筑物混凝土施工中溜筒的使用经验更为采用溜筒翻坝运输方案所需要，但两者都可为翻坝中溜筒防损、防尘、防撞击提供参考。采用溜筒进行翻坝运输的问题主要有溜筒磨损大、更换频率高，垂直距离大时散货直接冲击力大，环保防尘等问题。为了限制混凝土下行的终端速度，减小直接冲击力，倾斜布置的钢管溜筒和溜槽主要依靠混凝土下行过程中自重与载体间产生的摩擦力，垂直布置的软管溜筒依靠的是混凝土在软管中下行过程中产生负压与管外静止空气形成的压差，而使软管压缩管内下行的混凝土受阻，负压溜槽依靠的是上面两种特性[31]。针对防尘、除尘，可配备不同溜筒装置，一种为用于块状物料，颗粒较大，扬尘较少的普通直溜筒，一种为用于粉状物料等颗粒较小物料的可伸缩溜筒，可通过增长溜筒长度，缩短物料暴露空气中的时间。上海振华重工为澳大利亚GPA设计了一台环保型装船机，其中装船机上采用了干式除尘、喷淋除尘、封闭控尘等一系列防尘措施，取得了良好的抑尘效果，可为类似项目除尘设计提供借鉴参考[32-33]。

经济上，公路+溜筒翻坝运输方案中溜筒依靠自重进行运输，无驱动设备，结构简单，造价低，可采用溜筒运输方式翻山过崖，其工程造价必将远远低于公路翻坝运输方式。

综上所述，利用溜筒翻山过崖的公路+溜筒翻坝运输方案无论在技术上还是经济上都是可行的。

3翻坝运输方案适应性分析

货物流向适应性分析：金沙江流域货物出口时，均可采用公路翻坝运输方案、皮带翻坝运输方案和公路+溜筒翻坝运输方案。货物进口时，因溜筒依靠自重进行运输，无驱动设备，故不可采用公路+溜筒翻坝运输方案，其他两种方案可以满足要求。已知金沙江货运量主要为出口当地矿产品及建材等，故3种运输方式均可适当考虑[34-35]。

货种适应性分析：金沙江货运种类主要为当地出口矿产品(主要为煤炭、磷矿等散货)及建材等，以散货货运量最大[36]。其中，散货均可采用公路翻坝运输方案、皮带翻坝运输方案和公路+溜筒翻坝运输方案进行运输。但若需运输建材等件杂货只能采用公路翻坝运输方案和皮带翻坝运输方案，无法采用公路+溜筒翻坝运输方案。

已知公路翻坝运输方案的公路线路可自行设计绕坝通过，方便灵活，可操作性强。但通过对比分析知，金沙江流域公路运输成本最高，翻坝公路由于服务对象和既定政策使得公路线路选择等局限性大，技术难度高，投资更大。尤其在崇山峻岭间或悬崖峭壁处等不适宜修建盘山公路的山区，修建公路可能需要绕行十几公里甚至更多，由此造成工程投资成非线性增长，且可能技术上不可行。

4结语

为解决金沙江枢纽通航能力不足及金沙江大量散货必须翻坝与散货翻坝可行性低互为矛盾等问题。笔者在研究常规公路翻坝运输方案的前提下，提出了适合金沙江散货翻坝运输的新思路和新途径。

通过现场调研、搜集资料、类比分析和参考相关工程经验，笔者探讨了适合金沙江散货翻坝运输的方案。并试图建立金沙江中下游各枢纽区域以公路翻坝运输为主，皮带翻坝运输为辅，公路+溜筒翻坝运输为补充的多种翻坝运输方式，为采用多种翻坝运输方案解决金沙江枢纽通航能力不足提供参考。

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(责任编辑：刘韬)

Discussion on Long-Time Cross-Dam Transportation Schemes of theBulk Cargo for Jinsha River

LIU Geng1，LIU Mingwei2，HE Linlin2，LUO Hong1

(1.Sichuan Communication Survey & Design Institute，Department of Transportation of Sichuan Province，Chengdu 610017，Sichuan，P.R.China; 2.Hydrology & Waterway Engineering Key Laboratory of the Ministry of Education，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，P.R.China)

With the formation of water storage in Jinsha River reservoir area，the channel condition of the reservoir area has been obviously improved.However，because of the hysteresis and insufficiency of the construction of navigation facilities，some measures must be done to increase the integrated throughput capacity for Jinsha River.The feasible schemes of long-time cross-dam transportation of the bulk cargo for Jinsha River were discussed by means of field investigation，data collection and analogy analysis as well as referring to the relevant engineering experiences.Various cross-dam transportation schemes of the hub areas at Jinsha River downstream were proposed，where the road cross-dam was principal，the belt conveyor cross-dam was auxiliary，and the road + chute tube cross-dam was supplementary.The research provides some references to solve the insufficiency of integrated throughput capacity of Jinsha River by various cross-dam transportation schemes.

traffic and transportation engineering; Jinsha River; cross-dam transportation schemes; road cross-dam; belt conveyor cross-dam; chute tube

U692.3+2

A

1674-0696(2017)10-083-08

2016-04-14；

2016-07-08

刘耕(1971—)，女，四川南江人，高级工程师，主要从事水运工程设计和研究工作。E-mail：414806018@qq.com。

贺林林(1983—)，女，黑龙江齐齐哈尔人，讲师，博士，主要从事港口海岸、近海工程结构设计理论和计算方法、土与结构方面的研究。E-mail：helinl@126.com。

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.10.14