京杭运河梯级船闸引航道靠船墩布置方案优化分析

徐亚哲 周婷婷 南京瑞迪建设科技有限公司

随着京杭运河沿线船舶大型化发展，沿线梯级船闸的船舶通行压力越来越大。刘山一、二号船闸现状一号船闸上游共有15个靠船墩，靠船墩之间采用T形梁连接，靠船墩之间中心线间距为15m，靠泊段总长度225m。由于建成年代久远，且采用的是水中落墩布置型式，存在船舶进出交汇不便的安全隐患问题。如何采取行之有效的工程措施，优化刘山船闸上游引航道靠船墩布置，分析研究论证一号闸靠船墩移位改造的可能性和可行性，有效提升刘山船闸的船舶通行效率和提高货物通过能力，已成为刘山船闸目前迫切需要解决的问题。本文针对该船闸特点，从技术、经济角度出发，对上游引航道靠船墩布置方案开展研究。

1.平面布置方案

本次提出以下三种平面布置方案。

1.1 总平面布置方案一（老墩延伸，独立墩+人行桥）

本方案考虑对现有靠船段进行延伸接长。拟新增独立墩4个，新建靠船墩间距采用20m，延伸靠泊段长度为80m。本改造方案完成后共计19个独立墩式靠船墩。根据刘山闸运营情况，目前船舶一般从5#墩起向后停靠，目前实际靠泊段长度为150m，考虑接长的80m，本方案的靠船段长度为230m，可满足3条2000吨级货船或1顶3×1000吨级船队停靠及进出闸靠泊长度要求。

图1 流速测量线布置图

按照本改造方案，船闸上游引航道的靠船段仍位于一号闸右岸，船闸进出闸方式为直进曲出，上游引航道布置为不对称形式。上游右岸为主导航墙，直线型布置（重力式结构）；上游左岸为辅导航墙，采用弧形墙布置（重力式结构）。

1.2 总平面布置方案二（移位新建，独立墩+人行桥）

本方案考虑拆除现有靠船墩及人行桥板后在北侧近岸侧移位新建15个靠船墩，采用独立墩式结构，靠船墩之间中心线间距为20m，靠泊段总长度为280m。移位后的靠船段前沿线距离一线闸中线为54m，上闸首侧1#靠船墩位置根据规范要求按照1:6斜率要求确定，距离上闸首约204m。本改造方案总计靠船段长度为280m，共计15个独立墩式靠船墩。参照类似停靠方式，一般扣除引航道端部2个墩不予停靠，靠泊段长度实际为240m，可满足3条2000吨级货船或1顶3×1000吨级船队停靠及进出闸靠泊长度要求。

按照本方案，上游引航道的靠船段位于船闸北侧（左岸），船闸进出闸方式将改为曲进直出，引航道布置仍为不对称形式。上游左岸主导航墙为弧形墙，辅导航墙直线布置于右岸。为满足曲进直出的规范要求，按照1:6的斜率要求布置了首个靠船墩位置。为引导船舶快速有效进闸，进闸方向设置2个引导墩，引导墩结构与独立墩式结构一致，但不考虑设置系船钩和系船柱。

图2 方案一纵、横向流速比较

图3 方案二纵、横向流速比较

图4 方案三纵、横向流速比较

1.3 总平面布置方案三（移位新建，连片墩+驳岸）

本方案与方案二区别在于移位新建靠船墩之间采用重力式驳岸结构，连片式结构岸侧考虑填土接岸。靠船墩之间中心线间距为20m，靠泊段总长度为280m。移位后的靠船段前沿线距离一号闸中心线距离为78.5m，上闸首侧1#靠船墩位置根据规范要求按照1:6斜率要求确定，距离上闸首约265m。本改造方案总计靠船段长度为320m，含15个墩式靠船墩及靠船墩间驳岸370m长（含两端过渡段40m）。参照类似停靠方式，一般扣除引航道端部2个墩不予停靠，靠泊段长度实际为240m，可满足3条2000吨级货船也可满足1顶3×1000吨级船队停靠及进出闸。

2.水流数值模拟分析

采用平面二维水流数学模型对刘山闸靠船墩改造方案进行数值模拟研究，计算区域包括刘山闸泄水河道及船闸引航道，计算区域取刘山闸至上游船队停泊区，总长约2km，网格划分采用三角形单元，在靠船墩附近进行网格加密，边长为3m，其余边长为10～30m。网格单元数为4397个，节点数为9194个。

数值分析结论：

（1）当刘山泄洪闸开启时，水流主要从泄洪闸泄入下游，而船闸引航道受泄洪影响较小，引航道流速较小。设计流量及校核流量条件下，三种新设计的靠船墩附近流速较小，小于0.05m/s。

（2）当刘山泄洪闸关闭，船闸正常运行，双船闸闸室正常充水时，水流主要沿闸室流入下游引航道，引航道内流速受闸室充水影响较小。闸室正常充水时，三种新设计的靠船墩附近流速较小，小于0.1m/s。

（3）三种方案靠船墩前及一号船闸中心线横、纵向流速均较小，横向流速均小于0.02m/s。

通过计算比较，三种靠船墩移位改造方案引起的靠船墩前及一号船闸中心线水流流速均较小，横向流速均小于0.02m/s，不影响船舶正常运行。因此从水流流态角度看，三种方案均满足船舶通行要求。

3.三种方案比较分析

根据前述，上述3个总平面布置方案的优点和缺点都较为鲜明：

方案一（老墩延伸，独立墩+人行桥）优点可顺应现状靠船段格局，影响面较小；仅适当延伸处置，工程量较小，改造费用最低；但缺点是该靠船段占据船闸上游公用引航道的河中心位置，降低了公用引航道的使用效率，特别是靠船段延伸后对二号闸船舶出闸有较大不利影响。

方案二（移位新建，独立墩+人行桥）优点是采用独立墩式结构，对现状水域影响相对较小；前沿线相对外伸，靠船墩结构物布置对岸坡影响不大；工程施工实施难度不大，且在类似工程中已有成功经验；工程费用较为适中合理；缺点是本改造项目采用“曲线进闸”方式，需在靠船墩与弧形导航墙之间设置导向墩，对船舶进闸时稍有不顺。

方案三（移位新建，连片墩+驳岸）优点是移位后靠船段为连片式结构，可与二号闸相呼应，便于管理维护；前沿线退让较多，基本与远调码头齐平，公用引航道宽度最大；缺点是需要施工围堰，工程量最大，费用最高；此外连片式结构对水域占用较多，需征询水利部门意见。

综上，为避免打破现有的刘山一号船闸进出闸状况，节省投资费用，本次推荐方案一（老墩延伸，独立墩+人行桥）。

4.结语

本次针对刘山一号船闸上游引航道靠船墩布置方案从水流影响、经济性、施工便利性等方面进行了研究，本文对类似船闸的引航道靠船墩优化布置提供了借鉴，也为工程设计提供了有力依据。