双线船闸常用的闸轴线确定方法分析

李社平，刘江林

（中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北武汉 430071）

引言

近年来我国内河水运发展迅猛，2015 年～2020年等级航道里程和货运量增幅明显，其中Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级航道里程分别增加37.21 %、17.05 %、25.95 %；2015 年～2019 年内河货运量和货物周转量分别增长13.13 %、22.46 %。[1]

货运量的高速增长与通航建筑物通过能力受限之间的矛盾日益突出，水运货运量超过原有预测值，如2021 年末长洲枢纽船闸全年累计过货量突破1.52 亿t，同比增长3.96 %；2021 年三峡枢纽航运通过量达15 058 万t，同比增长9.29 %。对现有通航建筑物进行扩能升级是提高货运通过能力的重要方式[2]。枢纽在改建或扩建二（三）线船闸中，因未预留、示意性预留或预留改扩建空间不足，导致改扩建船闸难以布置。

船闸闸轴线的合理选取，对工程投资、设计方案、施工方案至关重要。一方面，改扩建船闸工程具有与已有建构筑物之间关系复杂、水流条件差、场地受限等诸多难点；另一方面，我国目前建成的具有通航功能的船闸约1 000 余座，在其改扩建过程中，对两闸闸轴线距离的研究积累了丰富的经验。总结两闸闸轴线距离确定的技术线路，可指导复线船闸的设计，也可为新建船闸中预留二（三）线船闸工程提供借鉴。

1 设计规范

《船闸总体设计规范》(JTJ 305-2001)》（以下简称《规范》）中对闸址的相关规定如下：“选择闸址应考虑下列因素：

1）船闸与已建和拟建的永久水工建筑物、跨河建筑物、铁路、公路、码头等的相互影响；

2）枢纽下泄水流对船闸通航条件的影响；

3）泥沙淤积对船闸通航条件的影响。”[3]

《规范》对扩建船闸的闸轴线相关规定如下：“新建第二线或第三线船闸时，其船闸闸轴线与已有船闸闸轴线应有足够距离；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船闸建筑物安全和运行。”

规范对闸址选择、两闸闸轴线距离的确定仅做了原则性的规定，即综合考虑“与已建、拟建建筑物的关系”、“水流条件”、“泥沙淤积”、“引航道衔接”和“施工不影响已有船闸安全运行”5 个因素，而未给出确定两闸闸轴线距离的具体技术路线或方法。

2 方法分析

我国船闸数量众多，在改扩建船闸工程中对总平面布置的研究积累了丰富的经验，主要包括闸位的选择和两闸闸轴线距离的确定2 个方面。两闸闸轴线距离的确定方法，大概可以分为以下四种。

2.1 原则论述

“原则论述”主要结合规范对闸位布置或闸轴线距离确定的原则，对工程主要边界条件或现场控制性因素进行概述，进而提出不同的两闸闸轴线距离方案，再进行多因素或控制性因素的综合比选，最终确定闸轴线距离。该方法主要技术路线为：原则论述——提出闸轴线距离——综合比选。

张辉等[4]在飞来峡水利枢纽新建船闸平面布置方案的研究中，概述了船闸的平面布置原则，论述了飞来峡水利枢纽新建船闸平面布置的5 个制约因素：“空间限制”、“通航水流条件限制”、“已有建筑物及田地限制”、“施工期一线船闸安全及运营限制”、“飞来峡水利枢纽防洪安全限制”，提出了3个（不同的两闸闸轴线距离）平面布置方案。再通过“通航水流条件”、“防洪影响”、“施工条件”、“征地拆迁”、“工程投资”五个方面进行综合比选。

邹开明[5]在湘江大源渡枢纽、西江桂平和贵港枢纽二线船闸的平面布置研究中，介绍了船闸平面布置的原则，针对设计提供的不同两闸闸轴线距离方案，从水流条件角度开展了物理模型试验研究，对比了两闸闸轴线距离分别为80 m、90 m、110 m方案的上下游口门区通航水流条件；介绍了湘江大源渡枢纽、西江航运干线桂平和贵港航运枢纽二线船闸工程的平面布置；得到了“二线船闸闸轴线与一线船闸闸轴线应尽量平行布置”、“两闸闸轴线在满足航道宽度要求和施工安全的前提下应尽量减小；引航道应尽量向一线船闸侧拓宽”的结论。

“原则论述”应用案例较多，如清远新建二线船闸[6]、红花枢纽平面布置方案[7]、长洲枢纽三四线船闸[8]、临淮岗复线船闸等[9]，提出的两闸闸轴线距离存在较大的主观因素，适合在前期论证工作中采用。

2.2 断面分析

“断面分析”主要对基坑开挖的断面进行分析，根据不同断面开挖或半开挖半支护方案的需要，拟定两闸闸轴线距离的数值或范围，在此基础上提出不同的闸轴线距离方案，再进行综合比选论证、确定最优的闸轴线距离。该方法主要技术路线为：选取断面——断面尺度分析——选定多个闸轴线距离——综合比选。

田利勇[10]在对大治河西枢纽二线船闸工程总体布置研究中，分闸首段、闸室段、外引航道、内引航道4 个部位，分别计算了基坑开挖安全影响范围、船闸驳岸边缘与基坑开挖面距离、节制闸堤防宽度、船闸驳岸与节制闸距离，得到两闸闸轴线（二线船闸与节制闸）的合理距离，分别为121 m、100 m、127 m、131 m；将上述距离与桥梁交通线最大坡度所要求的最小距离131 m 进行比较，从而确定了两闸闸轴线的距离为131 m。

黄圣平等[11]在近尾洲二线船闸总平面布置方案中，根据发电主厂房和二线船闸下闸首2 个断面的地质、开挖情况分析，确定了一二线船闸最小闸轴线距离为133 m；根据二线船闸上游用地情况、下游山体位置等现场条件的分析，确定了一二线船闸最大闸轴线距离160 m；最后在上述范围内提出两个闸轴线距离方案，从“通航水流条件”、“过闸时间”、“施工条件”、“管理区布置”、“工程占地”、“工程投资”等方面综合比选，确定两闸闸轴线距离为155 m。

袁和平[12]在京杭运河万年闸复线船闸平面布置方案中、韩巍巍[13]在蔺家坝复线船闸闸位分析中、王勤振[14]在某扩容船闸的方案研究中均采用了“断面分析”。“断面分析”应用较为复杂，需结合地形、地质条件，开展必要的安全稳定分析后提出闸轴线距离，提出的两闸闸轴线距离具有较强的说服性，适合在初步设计阶段采用。

采用断面分析确定闸轴线距离一般是确定了主体结构尺寸和收集到一线船闸结构图后，根据地质条件、施工基本要求选取1 至2 个控制断面来确定二线船闸的闸轴线与一线的最小距离。如图1 所示，在保证一线船闸安全和通航条件下，可以采用垂直基坑支护方案施工，两闸最小距离为55 m。图2 所示两闸最小距离100 m。

图1 断面分析法示意一

图2 断面分析法示意二

2.3 工程经验

“工程经验”主要结合同一地区、类似规模船闸的建设经验，初步拟定两闸闸轴线距离的数值或范围，结合“断面分析”提出的闸轴线距离方案，进行综合比选论证、确定最优的闸轴线距离。该方法主要技术路线为：经验提出闸轴线距离——其他方法提出闸轴线距离——综合比选。

李华勇等[15]在万安枢纽二线船闸平面布置方案的研究中，分析了枢纽地形、水流条件，根据经验提出了闸轴线距离130 m 和230 m 的方案，并从“对一线闸影响”、“上下游通航条件”、“施工条件”、“施工期通航”、“征地拆迁”、“土石方工程量”等方面开展了方案比选，推荐230 m 的闸轴线方案。

韩巍巍[13]在蔺家坝复线船闸闸位分析中指出，京杭运河苏北段其它各级复线船闸的布置，大部分两闸其中一个闸首齐平，在考虑了节约用地、减少土方量、与附近水利设施相协调、一线船闸施工期安全和正常运行等因素后，轴线的平均闸距确定在98～215 m 之间。据此，提出了100 m 的闸轴线距离方案，与断面分析确定的闸轴线方案进行对比。

2.4 关键因素

“关键因素”主要结合工程现场条件，找出一个或多个关键性因素，通过满足某一关键性因素，得到合理的两闸闸轴线距离，再与其他闸轴线距离方案进行对比。该方法主要技术路线为：分析关键因素——提出闸轴线距离——综合比选。

彭哲[16]在湘祁二线船闸闸轴线布置方案研究中，从山体位置角度确定，两闸闸轴线距离不应大于80 m；从隔流堤不应侵占一线闸引航道角度，确定两闸闸轴线距离不应小于70m；最后从“基坑开挖支护”、“水工结构布置”、“征地拆迁”、“施工期通航”、“施工期交通”、“施工期对一线闸运行管理影响”“工程投资”等方面对上述闸轴线距离方案进行了比选，推荐80 m 闸轴线距离的方案。

“关键因素”适合于有明显的“控制性”因素的改扩建项目，如株洲二线船闸[17]有“通航水流条件”、“闸首处基坑断面”2 个因素。根据“关键因素”提出的两闸闸轴线距离通常较为明确、“不可突破”，适合在初设阶段或结合其他方法一起采用。

有许多二线船闸选址时受到不可突破的关键因素制约，在确定两闸轴线距离时这种关键因素可能会成为闸轴线的唯一限制条件。如图3 所示，枢纽下游高速公路通航孔位置成为了关键因素。

图3 关键因素法示意

3 方法适用性及展望

船闸闸轴线对工程方案至关重要，规范对改、扩建船闸工程中闸址选择和两闸闸轴线距离的确定仅做了原则性规定。在总结改扩建船闸工程总平面布置研究的基础上，分析归纳了确定两闸闸轴线距离的4 种方法，即“原则论述”、“断面分析”、“工程经验”和“关键因素”。

1）“原则论述”技术路线为：原则论述——提出闸轴线距离——综合比选。该方法提出的两闸闸轴线距离存在较大的主观因素，适用于前期论证。

2）“断面分析”技术路线为：选取断面——断面尺度分析——确定闸轴线距离——综合比选。该方法应用较为复杂，需结合地形、地质条件，开展必要的安全稳定分析后提出闸轴线距离，提出的两闸闸轴线距离具有较强的说服性，适合在初步设计阶段采用。

3）“工程经验”技术路线为：总结经验提出闸轴线距离——其他方法提出闸轴线距离——综合比选。该方法应用较少，往往在某一地区有大量类似工程时较为适用，提出的两闸闸轴线距离范围较大，适合在前期或结合其他方法一起采用。

4）“关键因素”技术路线为：分析关键因素——提出闸轴线距离——综合比选。该方法适合于有明显的“控制性”因素的改扩建项目，提出的两闸闸轴线距离通常较为明确、“不可突破”，适合在初设阶段或结合其他方法一起采用。

根据上述分析可知，各方法有不同的适用范围或阶段，由于地质条件和扩建船闸可利用空间等边界条件完全相同的工程几乎不存在，因此工程实际应用中，尚应结合不同阶段的需求采用不同的1 种或多种方法进行分析。

目前的4 种方法均不具备普适性，且除“断面分析”外，其余方法偏向于定性分析。因此，下一步应深入分析两闸闸轴线距离的各项影响因素，以期提出具有普适性、可定量分析两闸闸轴线距离的计算公式。

4 结语

随着国家经济实力的提高和双碳经济发展的需求，水运主通道上建设二线船闸的通航枢纽越来越多，而二线船闸与一线船闸中心距离是闸位选择的关键参数之一，其影响因素众多。本文在总结大量工程研究文献的基础上首次提炼出了4 种确定闸轴线距离的方法，对二线船闸闸位的选择及今后研究的方向具有较强的指导意义。