浅谈引航道口门区导航墙型式及应用

刘芷妍 重庆交通大学河海学院

李艳 重庆交通大学西南水运工程科学研究所

船闸是最为常用的通航建筑物，船闸的上下游引航道及其口门区的水流条件，是决定船舶能否安全顺利过闸的关键因素。船闸引航道口门区处于引航道静水和河道动水的交汇处，枢纽采用集中式布置时，航道断面在上游口门区变窄，在下游口门区放宽，河道水流的收缩(对上游）和扩大（对下游），会在口门区形成斜向水流，加之该区域受泄水建筑物的影响，当斜向水流达到一定强度后，会成为阻碍船舶（队）进出引航道的不良流态。在引航道及口门区布置导航墙是改善通航水流条件，保证船舶安全，快速进出上下游引航道的主要工程措施之一。因此，对导航墙的型式及应用进行阐述并总结经验，具有重要的工程实际意义。

1.引航道导航墙的型式分类

导航建筑物从结构角度分类，可分为固定式结构和浮式结构。固定式结构适用于大多数情况，有重力式、墩式、空箱式等，早期船闸引航道设计中，多采用固定式实体导航墙，狭窄的弯道急流河段导航墙宜选择实体式。固定式实体导航墙的缺点在于基础易被淘刷，需采取防护措施保护导航墙基础，重力式实体导航墙存在船舶荷载产生的倾覆弯矩较大，结构断面较大，工程量较大等问题。浮式结构适用于水深或水位变幅较大的情况，相较于固定式实体导航墙，浮式结构具有能适应较大水位差，不受地质和地形条件限制、工程量小造价低等优点，但浮式结构易受波浪影响而产生一定程度的摇摆。导流墩通常可与导航墙联合使用，布置于口门区，可有效削弱导航墙堤头的扰流问题，如瓦村枢纽下引航道水流条件研究中，通过在右侧导航墙末端增设4根导流墩，起到了良好的阻隔右侧动水影响及调顺水流的作用。

2.导航墙的优化研究

近年来，有不少专家学者对导航建筑物的优化进行了相关研究，对导航建筑物的优化与船闸所在河道的河势与水势有关，难以得到普适性的优化方法，但可通过借鉴及提炼将已有成功经验用到新船闸引航道导航建筑物的设计和布置中。目前关于导航建筑物的研究方向主要集中在导航墙的透空形式、导航墙的长度、高度及弧度、导航墙的新型结构型式等几个方面。

2.1 导航墙的透空型式

透空式导航墙的优点在于能使引航道内外水域相通，从而有效减弱堤头附近水体的波动，加速波动的扩散与衰减，减弱回流的强度与范围，从而获得较好的通航条件。适宜布置在河面相对较窄、坝轴位于弯曲河段且洪枯水期水位波动较大的区段。

陈桂馥等通过对綦江新滩船闸，嘉陵江新政船闸等四个枢纽工程的导航墙透空形式研究，提出导航墙透空高程宜控制在设计水位下1.5m至河床床面高程，透空方式采取每10米透空5.0～6.6m，开孔方向与水流成30°至45°角，可起到调整口门及口门区内流速分布，改善不良流态，增大口门区纵向流速，减少悬沙淤积的作用。王玮等以多个采用透空式导航墙的嘉陵江船闸为例，总结出由于透空式结构在减小引航道口门区横向流速的同时会加大引航道内纵向流速，因此选择导航墙结构型式除与枢纽所在河段的河势与水势有关，还需考虑船舶的操纵性能，开孔方向与船闸轴线的夹角，宜大于口门区水流流线与船闸轴线的夹角。余雅雪等在五强溪水电站船闸下游引航道改造工程中采用深槽回填+桩基透空式导流屏技术，紧挨原导航墙从上游至下游分别平行错位布置11个连系墩和10段插板，各连系墩与原导航墙稍朝内侧偏转19.1°，总长218.523m，有效改善了斜流和横流环流等不良流态。

2.2 导航墙的长度、高度及弧度

导航墙的长度并非越长越好，其往往仅改变了横流影响区域，对横流幅值和梯度的改变影响不大，在急弯河段过长的引航道导航墙反而可能恶化口门区水流条件。在实际工程应用中，常需根据闸布置方式，枢纽所在河段河势与水势对上下游引航道通航水流条件进行物理模型和数学模型试验，以得到较为合适的导航墙长度。

叶雅思等结合跃洲水电枢纽工程研究发现，在弯曲河道上，弧形长导航墙较直线导航墙设计能有效减少口门区的纵横向水流流速并改善回流情况，加大导航墙弧度可进一步改善口门区水流条件，但弧度过大将束窄引航道宽度。增大导航墙张角会使纵向流速增大，横向流速减小，其最佳值可能与河道参考点的曲率有关。吴越等在已有的弧形导航墙研究基础上，通过物理模型试验进一步研究了弧形导航墙对水流结构改变的规律，提出在直导航墙末端加设弧形短导航墙段对船闸引航道口门区水流结构的改善有良好的效果，保护长度明显增长。五里亭水利枢纽工程采用400m半透水曲线隔流导航墙，导航墙下游段向左岸顺势弯曲，墙顶高程设置为31.8m，高水位时导航墙会被淹没，可以起到改善引航道水流条件的同时不妨碍电站处理和河道泄洪的作用。

2.3 导航墙的新型结构型式

嘉陵江草街船闸采用浮囤潜水渡洪的方案，将导航墩的高度限制在最高通航水位要求的高度，通过在导航墩顶部设置止浮卡及设置一定数量的浮囤进水管控制其浮力，使浮囤可安全潜水度洪，可节约较大工程量，减少管理难度。水口电站坝下工程为改善下游引航道水流条件及泥沙淤积问题，在靠船墩上加装隔流挂板，与拦沙底坎形成高4m、长15m的9个透水孔，其透水量较好的弱化了口门区斜流，使停泊段由靠船墩间的孔口进水产生的斜向流速在规范允许值之内。李元礼等在杨林船闸下游主导航墙的研究中，考虑到其位于太湖平原，地质较软，如果采用重力式结构需进行地基处理，采用桩柱式结构，桩基入土比较深。创新性提出“箱式与浮筒相结合的结构型式”，结合了箱式结构和浮式结构的优点，具有造价低，维修方便，抗撞击能力强的优点。

3.结语

（1）目前对引航道导航墙的优化方向主要集中在导航墙的透空形式、导航墙的长度、高度及弧度、导航墙的新型结构型式等几个方面。

（2）透空式导航墙相比实体式导航墙，能一定程度上减小引航道内横流和回流，减少引航道内泥沙淤积，是目前较为常用的导航墙形式；对导航墙的长度和高度优化与具体工程河段的河势与水势关系较大，常需通过物理模型和数学模型来得出较优的布置方案，在直导航墙末端设置一段弧形短导航墙可起到改善水流结构的作用，淹没式长导航墙对电站取水及河道泄洪的影响较小，可进一步研究；新型式的导航墙研究成果大多可以更节省工程投资，便于施工以及管理。

（3）对导航墙的优化研究目前多以工程实例为依托，立足于具体某个工程，虽有进展但得到的规律性经验较少，缺乏通用性，在借鉴以往工程中的成功经验的基础上，更迫切需要以实际工程为依托进行进一步理论研究，总结出更具有普适性的导航墙优化措施及方法。