融江麻石水电枢纽船闸改建工程闸址选取探讨

蒋雯洁

(柳州市港航发展中心，广西 柳州 545000)

0 引言

西南水运出海北线通道由都柳江、融江、柳江三条河段组成，是珠江水系西江上游主要的通航河流，也是广西地区性重要航道的重要组成部分，由广西省界至柳州全长约295.9 km。麻石水电站船闸建成于20世纪70年代，作为西南出海北线通道的关键枢纽，工程设施及闸室尺度标准已不能适应目前过闸船舶尺度及通过能力要求。开展过船设施扩能改造工作，实施麻石水电枢纽船闸改建工程，对促进西江黄金水道向纵深发展具有重要意义。

1 布置原则

考虑到麻石水电站为已建枢纽，麻石船闸改扩建工程目标是在原建枢纽的基础上新建通航建筑物[1]，不涉及原有电站厂房及挡水坝的建设及改造，不改变原枢纽的特征水位、防洪及运行方式，也不影响原有电站厂房及拦河闸坝的布置及运行。根据《船闸总体设计规范》(JTJ305-2001)[2]的规定，选择闸址需重点考虑以下因素：(1)船闸与已建、拟建水工建筑物、跨河建筑物、公路铁路等基础设施相互间的影响；(2)下泄水流对船闸通航条件的影响；(3)泥沙淤积对通航条件的影响；(4)新建第二线或第三线船闸时，其船闸中心线与已有船闸中心线应有足够距离；(5)保证引航道口门区与主航道平顺连接。

2 布置条件分析

已建麻石水电枢纽位于融江中游，其中挡水建筑物总长441.3 m。其从左至右布置为：(1)左岸接头重力坝为混凝土空腔坝(内填土及石碴夯实，后经固结灌浆加固)，长56 m，最大高度为30.6 m；(2)厂房段长55 m、宽57.6 m，内装3台水轮发电机组，总装机容量为108.5 MW，厂房右侧7#边墩即为溢流坝1#闸墩，厂坝间不设伸缩缝；(3)溢流坝为混凝土大头坝，总长218 m，最大坝高33.6 m，共设13孔溢洪道，单孔堰宽14 m，溢洪总净宽182 m，堰顶高程为122.8 m，闸门全部为弧形钢闸门；(4)溢流坝与船闸上闸首之间为10 m长的混凝土实体重力坝；(5)船闸上闸首沿坝轴线长为20 m；(6)右岸接头土坝段长83.2 m，其中左端为混凝土刺墙土坝，长23.2 m，最大坝高28.6 m；右端为60 m长的均质土坝，最大高度为24 m。

坝顶高程(1956黄海基面，下同)：左岸接头重力坝、厂房坝段、溢流坝段、船闸上闸首、土坝刺墙段原设计均为141.6 m；右岸均质土坝接头原设计自左至右由141.6 m爬升至142.6 m。

2.1 河势特点

麻石枢纽坝址位于融江中游，枢纽坝上1.6 km至坝下2.2 km约3.8 km范围内均为顺直河道，挡水坝上游河面宽约400 m，河床底面高程约116.00～120.00 m。水深约14 m；坝下游河面宽约260 m，河床底面高程约为109.00～112.00 m。枢纽下游右侧河岸地形逐渐往河侧凸出，使整个河道在平面上形成一个东北至西南走向、坝上宽坝下窄的地形。

2.2 周边现状

左岸铁路、上坝公路贯穿枢纽上、下游，左岸铁路距左岸坝肩上坝公路约50 m，距河槽左岸最宽处约150 m，距坝址上游约200 m，为穿越上游左岸山体的铁路隧道。上坝公路两侧有沿岸居民居住的民房，电站厂房开关站位于铁路和上坝公路之间的左岸台地上，电厂生产生活区位于铁路沿线两侧，生活区居民点周边被山体所包围，下游山体顶上高压电线塔和通讯塔横跨左、右岸。右岸分布S31三柳高速公路，距右岸坝肩上坝公路约70 m，中间布置贯穿枢纽上、下游的乡间四级路，两侧有零星居民点分布，距坝下约320 m及490 m各有一条排水涵洞穿过S31三柳高速公路及下游上坝公路排往右侧河槽。见下页图1。

图1 麻石枢纽周边条件示意图

3 闸址位置比选

考虑已建枢纽现状、地形地貌及周边条件，按照拟建Ⅳ级船闸的规模尺度，充分考虑已建枢纽建筑物现状和现场实际地形条件及河势特点，按照船闸总平布置的规范要求、估算和定性分析河道的水流条件等船舶通航安全的影响因素，结合与下游航道的衔接及疏浚工程量，按照坝址位置处可能的船闸布置位置进行方案选择，提出三种在原枢纽轴线上新建船闸的布置方案，分别是左岸船闸布置方案、右岸原船闸位置布置方案和右岸原船闸右侧布置方案。见图2。

图2 左岸船闸布置方案和右岸原船闸右侧布置方案示意图(m)

3.1 左岸船闸布置方案

(1)从船闸布置来看，电站厂房左侧的左岸接头重力坝长仅56 m，接头坝左侧为麻石电厂生活区，已建铁路横穿电厂生活区中间。铁路距枢纽左岸接头重力坝仅66 m，而拟建船闸上闸首挡水一线只能布置在电站厂房及铁路之间，主体段及上、下游引航道建筑物的布置须避开左岸上、下游铁路，不能占用左岸铁路边坡或影响铁路的安全运行。下游侧铁路布置方向又往河侧(右侧)偏移，贴近左侧河岸，使下游左岸侧几乎没有空间布置船闸下闸首及下游引航道建筑物，为了避开下游铁路，船闸主体段下游侧以及下游引航道只能往河侧(右侧)偏移，而上游引航道则需往左岸山体偏移。鉴于左岸山体巨大，同时山体开挖需避开铁路及穿山隧道，因此该方案土石方开挖量同样巨大且施工困难。

(2)从地形地势来看，左岸山体高程为180.00～210.00 m，地形较高，与船闸建基面高差约100 m，山体纵跨整个拟建船闸位置，沿岸山体陡峭，船闸布置需要开挖山体，土石方开挖及支护工程量巨大。

(3)从征迁难度来看，左侧上下游沿岸均有居民及电厂生产生活区分布，涉及人口多，拆迁工作量大，安置困难，征迁费用高。

(4)从施工难度来看，左侧上下游附近均为较陡的高山，山间有铁路通过，居民点众多，施工临建场地布设困难。施工建设时，纵向围堰的布置也将影响左岸电站厂房发电取水，甚至形成电站厂房进水前区域的淤积等，施工布置非常困难。

(5)从水流条件来看，上游引航道靠近电站进水口，下游引航道靠近枢纽电站尾水段。船闸运行上游口门区水流受电站厂房发电取水的影响，下游口门区内的水流受电站厂房尾水影响较大，处置保障措施费用高。

(6)从对原枢纽的影响程度来看，需拆除左岸接头重力坝、电站生产生活区及其下游开关站。并在原枢纽坝址附近合适的位置重建电站生产生活区及开关站，但是从目前现场情况看，很难找到合适的重建位置。电站厂房与新建船闸在同岸侧临近布置，后期运行管理维护十分不便。

3.2 右岸原船闸位置布置方案

(1)从船闸布置来看，新建船闸规模尺度比旧船闸大，上游挡水一线布置不仅需要占用旧船闸整个上闸首段和其左侧10 m重力坝段，还需占用到中间溢流坝的部分位置。为了不拆除原溢流坝段，需将新建船闸往右岸移动布置才能不侵占中间溢流坝的位置。在原设计60吨级船闸位置，按照现Ⅳ级船闸的规模尺度进行布置，船闸主体段位于坝下游，将原已建的挡水上闸首和上下游引航道旧建筑物拆除。为满足布置要求，需要将整体向右侧岸边扩挖。另外，右岸原船闸布置与电厂扩机方案布置不符合《渠化工程枢纽总体设计规范》(JTS 182-1-2009)的强制性条文5.4.2.1条规定[3]。

(2)从地形地势来看，原船闸位置与右岸接头坝等衔接，离岸较远，主要位于库区内的水下，地形较低，上游位于库区内的河底，地面高程约120.00 m，库区内布置船闸水下工程量较大。

(3)从施工难度来看，上下游引航道建筑物过于靠近河中溢流坝段，使得施工围堰上游段整个纵、横向围堰均位于库区中间，挡水深、断面大，占用枢纽泄洪过水断面，围堰布置非常困难，并且新建船闸与中间溢流坝段位置过于靠近，在施工开挖过程中需要更高的施工爆破工艺，近距离爆破还将对已建溢流坝安全运行产生不利影响。

(4)从水流条件来看，上、下游引航道靠近枢纽溢流坝段，汛期通航时，船舶进出闸航行受溢流坝泄洪影响，口门区及连接段航道水流条件不易满足安全通航要求。

(5)从对原枢纽的影响看，为了不拆除河中间的溢流坝段，需将新建船闸往右岸移动，拆除重建原枢纽已建旧船闸及其左侧10 m重力坝段、右侧混凝土刺墙坝段及右岸接头土坝段，对已建枢纽建筑物影响较大。

3.3 右岸原船闸右侧布置方案

(1)从船闸布置来看，约有150 m的宽度范围可以布置新建船闸上游挡水线。右岸现有接头土坝位置场地相对较宽，上游为库区右侧河槽，下游为旧船闸右侧河道阶地，场地较为平整开阔，有利于船闸建筑物的布置。选择合适的船闸轴线位置及合理布置船闸平面后，右侧船闸布置方案可以有效地避开右岸边坡开挖对上、下游右岸已建S31三柳高速公路的影响。

(2)从地形地势来看，枢纽坝址右岸地势及上、下游右岸山体均相对左岸较低，船闸基底及右侧山体土石方开挖及护坡量相对左岸工程量较少。

(3)从施工难度来看，枢纽坝址右岸上下游均有上坝公路即乡间四级路经过，船闸工程场区布置在右岸，与原有右岸乡间道路、坝顶交通桥形成交通环路，施工交通条件较好。新建船闸布置在已建旧船闸的右侧，适当拉开了与中间溢流坝段的距离，同时，施工围堰布置靠近右岸，围堰布置工程量减小，并降低了对溢流坝泄洪的影响。

(4)从征迁难度来看，坝址附近右岸上下游沿岸居民点相比左岸少很多，右岸上游有零星居民点分布，下游较远处才有几处民房，人口及房屋数量相比右岸较少，征地拆迁移民工作量相对较少。

(5)从水流条件来看，新建船闸靠右岸布置，与电站厂房不在同一侧，远离枢纽中间溢流坝段，船闸上、下游引航道基本落在枢纽右岸一侧，上、下游引航道及口门区采取相对较少的工程措施均可使水流条件满足船闸的安全运行要求，对原枢纽河中间溢流坝的泄洪及左侧电站厂房取水、尾水出流等工作状态下的水流条件无任何影响。

(6)从对原枢纽的影响看，右岸原闸位置右侧新建船闸，可以为电站厂房右岸扩机预留位置，为了避开右岸三柳高速公路并保证其安全运行，船闸布置不能过于靠近高速公路。根据新建船闸规模的布置需要，单级船闸直线段长度、基础开挖深度等相比旧船闸相差较大。右岸船闸方案的布置受已建右岸S31三柳高速公路布置的制约，只能在枢纽已建溢流坝和右岸S31三柳高速公路之间的位置布置右岸船闸，故新建船闸的布置无法避开已建旧船闸，须拆除原枢纽已建旧船闸。由于原枢纽已建船闸规模小、通过能力有限，实际货运量较小，且这一地区已建成现代化公路网，货物可通过公路运输转移，故建设期间的短暂断航影响不大。

综上，结合麻石枢纽现状布置、坝址地形和河势特点，对比三种方案在布置选择、地形处理、施工难度、土地征迁、水流条件保障以及对原枢纽影响程度等方面存在的问题，建议麻石新建船闸位置选择在枢纽右岸已建旧船闸(电站扩机位置)的右侧位置较为合适。

4 结语

(1)船闸改扩建过程中应重点考虑新建与已建水工建筑物、跨河建筑物、公路铁路等基础设施相互间的影响，并需综合考虑工程位置、施工难度、土地征迁、水流条件保障等方面需要解决的问题。

(2)针对麻石枢纽现状布置及坝址地形和河势特点，麻石新建单级船闸位置选择在枢纽右岸已建旧船闸(电站扩机位置)的右侧位置较为合适。

(3)通过整体水工模型试验和通航水流条件数值模拟研究[4-5]，对改扩建船闸布置在右岸已建旧船闸(电站扩机位置)的右侧位置方案进行试验验证。根据试验成果，该方案通航水流条件基本满足规范要求，船闸闸址选择合理。