大藤峡船闸总体设计布置

李亚文,陈规划

(1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021；2.广西大藤峡水利枢纽开发有限责任公司，广西 南宁 530200)

大藤峡水利枢纽工程位于珠江流域西江水系黔江河段的下游，坝址距桂平市彩虹桥约6.6 km，是红水河水电梯级规划[1]中最末一个梯级。黔江航道是西南水运出海中线通道[2]、北线通道在三江口汇合后通往西江航运干线到粤、港、澳大湾区的必经之地，同时也是广西柳州市、来宾市物资进出的重要水运门户。从1959年提出大藤峡水利枢纽的轮廓性规划起至今，随着地区经济的发展，船闸规模由开始的1 000 t级、2 000 t级，最终调整为3 000 t级，闸室尺度由190 m×23 m×4 m、250 m×23 m×5 m最终调整至280.0 m×34.0 m×5.8 m(有效长度×宽×槛上水深)。

船闸上游口门区位于大藤峡峡谷口下游的弩滩上，受峡谷口扩散及弯道水流的直冲影响，口门区及其连接段通航条件较差；下游口门区位于坝轴线下游2.5 km河道束窄的微弯河道凹岸，从泄水闸至口门区，河道主流呈“S”形走向，先向右弯，然后向左弯，并以一定交角进入下游口门区，通航水流条件也很差，上下游口门区均不满足通航要求[3]。根据通航水流条件及自航船模试验成果[4-6]，优化了上下游口门区整流措施的布置。

船闸最高设计水头40.25 m，闸室有效尺度280 m×34 m，一次充泄水量达42万m3，是三峡船闸单级的1.8倍左右[7]；上、下游通航水位变幅大，最高达20.49 m；输水时间要求小于15 min，闸室水位平均上升速度达2.68 m/min，无论是规模、水头、还是水位变幅和水力指标均达到了国内外已建船闸的最高水平。而这些都给输水系统的工作条件带来了极大的困难，尤其是输水阀门段廊道、分流口等输水系统关键部位的水力学问题[8]非常突出。通过多家科研单位开展的8个课题试验研究成果[9-11]，对输水系统布置进行了优化，为大尺度、高水头船闸的输水系统的设计提供一定的借鉴作用。

1 工程概况

大藤峡水利枢纽工程是一座防洪、航运、发电、补水压咸、灌溉等综合利用的流域控制性工程。坝址控制流域面积19.86万km2，水库正常蓄水位61.00 m，死水位47.60 m，水库总库容34.79×108m3，电站装机容量1 600 MW，工程规模为Ⅰ等大(1)型。

枢纽工程由黔江主坝、黔江副坝、南木江副坝组成。黔江干流布置黔江主坝，自右往左依次为右岸挡水坝段、右岸厂房、26孔泄水闸、左岸厂房、船闸及其事故门库坝段，外侧预留二线船闸；左岸布置黔江副坝；南木江河口布置南木江副坝，其上布设挡水、过鱼、灌溉和生态泄水等建筑物。

船闸布置在黔江左岸Ⅰ级阶地上，采用单线单级，设计通航最大船舶吨级为3 000 t，级别为1级[12]。上游最高通航水位61.00 m，下游最低通航水位20.75 m，最大工作水头40.25 m，设计输水时间不大于15 min。船闸设计代表船舶(队)为3 000 t级单船和2×2 000 t顶推船队，年过闸货运量为5 189万t[13]。

2 船闸位置选择

大藤峡船闸作为枢纽工程的一个重要组成部分，应在充分发挥枢纽工程综合效益的前提下，尽可能满足船舶(队)的通航要求，其位置的选择原则如下：①临岸布置于冲淤量不大、顺直稳定主河道的一侧，且满足船闸平面总体布置的需要；②上、下游引航道与主航道衔接平顺[12]，口门区河床稳定，水力学条件好，有利于船队进出，安全通畅；③与枢纽其他水工建筑物并列紧靠布置时，之间应有足够长的隔流堤隔开，并满足通航水流条件的要求；④充分考虑远近期与发展的关系，预留二线闸位的布置场地，且考虑有利于今后的建设条件。

大藤峡船闸设计水头高，规模大，是目前国内外已建单级船闸之最，按照规范既可以采用单级也可采用双级。根据工程区地形、地质条件，结合枢纽布置、交通、施工、航运等条件，比选了左岸单级船闸集中式布置、左岸双级船闸分离式布置、左岸双级船闸集中式布置+南木江船闸、右岸双级船闸集中式布置+南木江船闸4个方案[13]。左岸单级船闸集中式布置方案，船闸位置地形地质条件较好、枢纽布置紧凑，易于管理、便于布置二线船闸、年过闸货运量大、引航道内通航水流条件较好、工程投资较少，故作为选定方案。

3 船闸总体布置

船闸右侧与左岸厂房安装间坝段相接，左侧通过船闸事故门库坝段与黔江副坝相接，轴线与坝轴线正交。船闸由上游引航道、上闸首、闸室、下闸首和下游引航道组成，线路总长3 735 m，其中主体段长385 m，闸室有效尺度：280 m×34 m×5.8 m(长度×宽度×门槛水深)，上游引航道长1 453 m，下游引航道长1 897 m。船闸总平面布置，见图1。

图1 船闸总平面布置

3.1 主体段布置

3.1.1上、下闸首布置

上闸首作为枢纽挡水建筑物的一部分，左侧接船闸事故检修门库坝段，右侧接左岸厂房安装间坝段。上闸首采用分离式设计[14]，由左、右边墩及底板组成。上闸首长58.80 m，挡水前缘宽113.00 m，闸墩顶高程65.00 m，建基面高程-7.00～3.00 m。左边墩顶宽42.00 m，底宽45.00 m，右边墩顶宽37.00 m，底宽40.00 m，底板宽28.00 m。上闸首设有人字工作门、事故检修门及相应启闭机械、机房、桥机排架、事故检修门门库、输水廊道检修阀门及门库、消防泵房、激光接收端观测房等。边墩人字门门龛平面尺寸25.5 m×5.2 m，人字门底槛顶高程38.20 m，人字门启闭机房平面尺寸16 m×12 m。

上闸首左、右边墩垂直水流向设一道施工缝，将其分为2段，第l段长18 m，第2段长40.8 m。底板沿坝轴线设一道施工缝，第l段长26 m，第2段长33.8 m。

下闸首顺水流向长58.00 m，底宽126.00 m，顶宽85.20 m，闸墩顶高程65 m，建基面高程-2.00～1.45 m。下闸首右侧与上坝公路结合，采用分离式设计[14]，由左、右边墩及底板组成。左边墩顶宽23.00 m，底宽49.00 m，右边墩顶宽28.20 m，底宽49.00 m，底板宽28.00 m。下闸首上设有人字工作门、启闭机房、渗漏集水井、辅助泄水系统等，左右边墩间由公路桥相连。下闸首边墩人字门门龛平面尺寸25.5 m×5.2 m，人字门底槛高程14.95 m，人字门上游设防撞警戒装置，人字门机房的平面尺寸16 m×12 m。下闸首右边墩及底板内设有辅助泄水廊道，将闸室部分水体泄至下游引航道。辅助泄水廊道上设一道工作门和一道检修门，阀门底槛高程8.35 m。

下闸首垂直水流向设一道永久结构缝，将其分为2段，左右边墩第l段长12 m，第2段长46 m；底板第l段长14.20 m，第2段长46 m。上、下闸首左边墩上各设一个楼梯，从闸墩顶通至消防泵房、水泵房、基础观测廊道等部位。

3.1.2闸室布置

闸室有效长度为280 m，其中不与闸首重合的闸墙段长度268.2 m。

闸室边墙结构型式为重力式，墙顶高程65.00 m，建基面高程-7.00～-2.00 m，墙背坡比为1.0∶0.6。墙内设主输水廊道、工作阀门井、检修阀门井、基础观测廊道、电缆沟、检修泵房等。闸室采用为不透水底板，顶面高程13.95 m，建基面高程-5.00～1.45 m。航槽宽度34 m，闸室底板结构宽度28 m，利用的闸墙宽度6 m。闸室底板内布置充、泄水支廊道。

闸室左右边墙临水面各布置15个浮式系船柱，5个逃生爬梯，浮式系船柱井底高程为15.95 m，顶部高程为65.00 m，设活动盖板。在靠近输水廊道突扩体段的边墙内共设4个检修排水泵房，船闸及工作阀门检修时将闸室及廊道中的水排至上下游引航道。

闸室底板沿水流方向对称布设两条渗漏排水(检修)廊道，廊道底高程0.00 m，断面尺寸1.5 m×2.5 m(宽×高)，与上游基础灌浆廊道相连，将基础灌浆廊道的水及闸室渗漏水通过下闸首左边墩的水泵房排至下游引航道中。在边墙下部13.00 m高程处设置2条基础观测廊道，断面尺寸2.0 m×3.5 m(宽×高)，用于基础观测设备的布设。

考虑交通、排水等因素闸室左边墙后回填至45.00 m，右边墙后回填至49.50 m高程。闸室典型剖面见图2。

注：除高程、水位外，其余尺寸单位为cm。

3.1.3输水系统布置

船闸输水系统采用等惯性四区段八分支廊道盖板消能型式[8]。

进水口采用侧向垂直多支孔分散取水的方式，根据取水位置的不同，比较了3种进水口的布置方式，即全部自引航道内取水、全部自库区取水及部分自引航道内取水、部分自库区取水[15]。分别对全部自引航道、部分自引航道2种取水方式的上游引航道流态均进行了数模计算分析[16]，计算采用阀门开启时间6 min的充水流量过程。采用全部自引航道内取水方式，为满足上游引航道通航水流条件，石方开挖及支护工程量大，工程投资增加较多。采用全部自库区取水方式，左右两侧主廊道惯性长度相差较大，对进入闸室的水流流态会有较大影响，且廊道较长，土石方开挖及导航墙混凝土量较大。故选择部分自上游引航道内、部分自库区取水的布置方式。进水口布置在靠近上闸首的上游主、辅导航墙内，每侧布置8个5.0 m×7.0 m(宽×高)的孔口，最小淹没水深9 m，顶高程35.00 m。

船闸两侧闸墙内各布置一条输水主廊道，其中心线距闸墙边线14 m。根据阀门段模型试验成果[17]，主廊道断面尺寸5.0 m×7.0 m，输水阀门处廊道断面尺寸5.0 m×5.5 m，在工作阀门井前廊道高度以1∶10坡度由7.0 m渐变至5.5 m。阀门后廊道采用“顶扩+底扩”体型，即工作阀门井后廊道顶部向上突扩2.0 m，再以1∶50坡度渐扩，跌坎部位垂直向下突扩4.0 m，升坎部位以五次曲线与主廊道相接，形成33.82 m长的底扩腔体，并预留门楣自然通气和跌坎强迫通气(储备措施)的工程措施。根据分流口模型试验成果[18-19]，第一分流口采用垂直分流，T型管处设置不对称分流脊，第二分流口采用加设分流脊的自分流体型。

船闸泄水布置有泄入左岸电站尾水渠内的主泄水箱涵和泄入下游引航道内的辅助泄水系统。泄水箱涵在下闸首末端与两侧泄水主廊道相接，在下游主、辅导航墙底部转弯后，穿过进厂路进入厂房尾水渠内，根据泄水箱涵模型试验成果[20]，箱涵过水断面尺寸6.8 m×7.0 m，在出口末端缩为6.8 m×4.5 m；辅助泄水系统布置在下闸首内，进口与闸室内输水系统分支廊道末端相接，出口位于人字门后的下闸底板上。船闸输水系统布置见图3。

图3 船闸输水系统布置(m)

3.2 引航道布置

3.2.1引航道

引航道按船舶“曲进直出”的过闸方式布置。上游引航道中心线由上闸首向上游延伸675 m长的直段，接转弯半径1 479.2 m、转角23.2°的弧线，再接179 m长直段，经455 m长的口门区与上游主航道以半径910 m、转角22°的弯段连接。下游引航道中心线从下闸首向下游延伸550 m长的直线段，接1 165 m长直段，再接182 m长渐变段经口门区与下游航道相接。上、下游引航道底宽均为75 m，底高程分别为38.20、15.35 m。

上游引航道在左岸山体中开挖，边坡开挖坡比∶覆盖层及全风化岩石1.0∶1.5～2.0，强风化岩石1.0∶0.75～1.2，弱风化岩石1.0∶0.5～0.75，坡高每15 m设一级马道，马道宽3.00 m，高程54.00、69.00 m。边坡表层支护措施为系统锚杆+25 cm厚混凝土板，右侧边坡存在软弱夹层的部位采用200 t级预应力锚索加强支护，锚索间、排距为4 m。引航道右侧局部高程低于61.00 m处，利用引航道开挖的石渣混合料填筑隔流堤。隔流堤长208 m，顶高程63.00 m，顶宽8.0 m，两侧坡比1.0∶2.5，在52.00 m高程设2 m宽的马道，马道以上采用25 cm厚混凝土板防护，马道以上采用30 cm厚雷诺护垫防护。

下游引航道在左岸一级阶地中开挖，主要为土质边坡，局部有岩石出露。土质边坡开挖坡比1.0∶2.5，岩质边坡坡比1∶1，每10 m设一级马道，马道宽3 m，高程25.20、35.20 m。25.20 m高程以下边坡采用20 cm厚混凝土板防护，以上边坡采用无纺布+30 cm厚雷诺护垫+植草防护。

3.2.2导航墙

导航墙布置在上、下游引航道左右两侧，右侧主导航墙长254 m，上游辅导航墙长116 m，基底高程23.00～36.20 m，顶高程65.00 m，下游辅导航墙长106 m，顶高程45.24 m，基底高程13.35 m。

结合靠近下闸首左边墩的辅导航墙布置浮式检修门库，以靠近下闸首右边墩的主导航墙为基础布置船闸控制楼。

3.2.3靠船墩

上、下游引航道停泊段长均为300 m，右侧设置12个靠船墩，靠船墩的内边线与引航道底边线齐平，相邻两墩中心间距25.00 m。靠船墩为混凝土重力式结构，墩身顶面尺寸为3 m×3 m，沿水流方向坡比1.000∶0.075，背水侧坡比1.00∶0.15，均设系靠设施和爬梯。上游靠船墩墩顶高程为65.00 m，建基高程36.25 m；下游靠船墩墩顶高程45.24 m，建基高程12.35 m。

3.3 口门区布置

上游口门区宽115 m，长455 m，底高程38.20 m。根据通航水流条件及自航船模试验成果，口门区右侧滩地开挖至41.50 m高程，并在距口门区右侧边线30 m处顺水流向布设42根透水墩。透水墩直径3.3 m，上游28根间距6.6 m，下游14根间距9.9 m，自上而下第1根、第29根墩顶高程为62.00 m，其余墩顶高程为46.00 m。口门区上游连接段、连接段与南木江副坝之间河床采用石渣回填至38.20 m高程，并对南木江右岸山坡局部削坡，长度约207 m。

下游口门区宽115 m，长455 m，底高程15.35 m。根据根据通航水流条件及自航船模试验成果，口门区右侧布设8排透水桩，每排10根，桩径2.0 m，间距4.0 m，桩顶高程42 m，排桩轴线与水流方向夹角为27°。为便于排桩干地施工，在口门区右侧沿排桩范围填筑施工平台，平台顶高程27.30 m，施工平台后期拆除至26.00 m。为改善下游口门区内通航水流条件，将口门区对岸(黔江右岸)滩地进行扩挖，扩挖范围长1 573 m，最大宽度131 m，底高程22 m；同时调整左厂房尾水渠出口左侧岸坡开挖线，向左扩挖，扩挖底高程19 m。

3.4 待闸锚地布置

上游待闸锚地位于大藤峡库区内，其中1号为普通船舶待闸锚地，2号为危险品船舶待闸锚地。1号待闸锚地位于大藤峡峡谷转弯后的主河道右侧，距上游口门区约1.58 km，共布置18个靠船墩，靠船墩间距为35 m，锚地底高程39.60 m，靠船墩墩顶高程65.00 m，建基高程37.60 m。2号待闸锚地距上游口门区约4.41 km，位于1号待闸锚地上游约2.0 km处主河道右侧，共布置9个靠船墩，靠船墩间距35 m，锚地底高程39.90 m，靠船墩墩顶高程65.00 m，建基高程37.90 m。下游待闸锚地涉及城市规划、水源保护、航道整治及投资等尚未落实，尚未建设。

4 结语

大藤峡水利枢纽船闸设计水头高、规模大，是目前国内外实际运行水头最高的单级船闸，在设计过程中通过大量的科研试验研究，并吸取了国内外高水头大型船闸的成功经验，解决了口门区水流条件、输水系统水力学、灰岩基础处理等多项技术难题。2020年4月试通航后，至今已经运行2年，船闸总体运行情况良好，各项指标满足规范要求，达到了预期的设计效果。大藤峡船闸采用等惯性四区段八分支廊道盖板消能的输水系统，尤其是第二分流口为自分流体型，分流均匀、闸室水位升降平稳，改善了闸室内船舶的停泊条件，提供了通航安全性，对大尺度、高水头船闸的设计有着较大的参考价值。