李躍卿，李 維

(四川省交通運輸廳交通勘察設計研究院，四川 成都 610017)

1 山區(qū)河流船閘上游導航墻常用形式

在山區(qū)河流通航樞紐建設中，由于地形、地質(zhì)條件及水文特性較為惡劣，河流多彎形成的主槽左右岸不斷偏轉(zhuǎn)變化，導致樞紐中船閘的布置十分困難，經(jīng)常出現(xiàn)引航道口門區(qū)的斜向水流過大，造成不良流態(tài).這時往往采用一種允許底部水流斜向通過，而使面層水流保持相對平穩(wěn)的處理方案.在已往的工程實踐中，一般采用在外導航墻端部的最低通航水位以下部分布置斜向過流孔(墻底開孔形式，圖1)的方案，可以基本上消除或減小口門區(qū)的較大橫流.但樞紐水級較高，上游庫區(qū)水深較大時，透空實體引墻因高度過大，實施十分困難，浮式導航墻就較為適用了.

圖1 墻底開孔形式Fig.1 Bottom opening of the guide wall

浮式導航墻多采用具有一定吃水深度的長條形囤船，一端固定在實體引墻的端部，另一端采用錨纜固定在河床底部的形式(錨纜固定浮囤形式，圖2).浮式導航墻的船底以下可全部過水，過水斷面較大，加之大吃水囤船船舷的阻擋，水面可形成一定面積的緩水區(qū).這種形式的導航墻在丹江口和五強溪等樞紐已較早采用，其缺點在于水位變幅較大、較頻繁時，必須有專人在囤船上進行收、放錨纜的管理工作，特別在汛期，勞動強度較大，并存在著一定安全問題;同時，這種浮式囤船很難與實體導墻保持在一條直線的位置上，針對山區(qū)河流洪水峰高、形瘦的水文特性，這種情況更為突出，故這種形式的浮式導航墻，在中低水級的河床式樞紐上較少采用.

圖2 錨纜固定浮囤形式Fig.2 Pontoon-type guide well fixed by anchor cable

2 草街樞紐船閘上引航道布置

草街樞紐位于嘉陵江下游重慶市境內(nèi)合川以下27km處，船閘布置在左岸一S形河段中部的順直河段上，上引航道口門區(qū)位于上彎道的下口，彎道水流經(jīng)過引航道口門區(qū)斜向流向電站進水口(圖3).通過分析及水工模型試驗均可看出引航道口門區(qū)有明顯橫流出現(xiàn)，考慮到壩址選擇已經(jīng)批準確定，若總體布置上將船閘布置在右岸，引航道更加無法滿足要求，通過調(diào)整過水建筑物位置也難以改變水流的基本方向，故設計人員著重于如何通過改變左岸船閘導航墻堤頭的結(jié)構(gòu)形式來解決橫流對船舶航行的影響.

圖3 草街樞紐上引航道浮式導航墻布置Fig.3 Layout of the floating guide wall of upstream approach channel at Caojie hydroproject

由于草街樞紐上游水深達30多米，采用墻底開孔的實體引墻形式將產(chǎn)生過大的工程數(shù)量及投資，且施工圍堰工程量也大幅增加，工期難以保證;采用錨纜固定浮囤的形式，雖然減少了工程數(shù)量，縮短了工期，但嘉陵江典型的山區(qū)河流水文特性，加大了渡洪安全管理的困難，故而結(jié)合草街樞紐的實際條件，提出了布置6個間距30m的獨立導航墩，導航墩間設置可隨水位上下浮動的浮囤的支墩浮式導航墻方案(見圖4).

圖4 支墩浮式導航墻(單位:高程:m，長度:cm)Fig.4 Buttress floating guide wall(unit:elevation:m，length:cm)

3 支墩浮式導航墻方案

支墩浮式導航墻由獨立圓形導航墩與導航墩間的鋼制浮囤組成，導航墩的間距由導航墩的側(cè)向受力穩(wěn)定及囤船的結(jié)構(gòu)受力計算來確定，一般采用30～60m，由于缺乏實踐經(jīng)驗，草街船閘采用了較小的30m間距.草街船閘上游支墩浮式導航墻由7個獨立圓柱形導航墩(含上游右導墻堤頭墩柱)及6艘浮囤組成.浮囤通過自身及活動導卡限制在兩個導航墩之間，隨水位升降上下浮動，既具有上游引航道船舶進出閘導航以及上游引航道與電站進口水域的隔離作用，又保證部分引航道底部的水流暢通，改善了引航道口門區(qū)的水流條件.

導航墩主要用于浮式導航墻的定位，并承擔浮囤傳遞的水平力.由于庫區(qū)水深較大，導航墩潛入水中的高度往往高達數(shù)十米，在汛期將承受較大的水平力及彎矩，草街樞紐導航墩的尺度為Φ6m×36m(直徑×高)，為一空心的鋼筋混凝土墩柱，內(nèi)部充填塊石，墩柱表面布置必要的浮囤升降軌板.

浮囤主體為一長方形船體，主尺度為23.6m×6m×3m×2m(長×寬×型深×吃水)，沿引航道內(nèi)側(cè)向兩端伸出約1.5m長的弧形固定導卡，浮囤外側(cè)設有用轉(zhuǎn)軸、插銷固定的活動導卡，依靠弧形固定導卡及另一側(cè)的活動導卡將浮囤限制在2個圓柱形的導航墩之間，并隨水位變化而升降;為保證浮囤的自由升降和將承受的船舶撞擊力傳遞給導航墩，浮囤的弧形固定導卡處設有導向輪及橡膠護弦;浮囤活動導卡在拔除插銷后，可繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)擱置于浮囤甲板上，以便浮囤進入或撤離導航墩間，便于浮囤的維修和安裝定位;活動導卡除設有橡膠護弦防震外還設有懸臂人行便橋，以便與鄰近浮囤連接，浮囤在導航墩間的布置見圖5.

圖5 浮囤結(jié)構(gòu)布置(單位:高程:m，長度:cm)Fig.5 Layout of the pontoon-type guide wall(unit:elevation:m，length:cm)

支墩浮式導航墻的設計，保證了浮囤在水位變化時無需專人管理，但如要保證在校核洪水下浮囤仍舊限制在導航墩間平安渡洪，導航墩則需高達50余米，是極不經(jīng)濟的.為此必須將導航墩的高度限制在最高通航水位要求的高度，以減少工程量，才能突出支墩浮式導航墻的優(yōu)點.

4 浮囤的潛水渡洪

山區(qū)河流洪枯水位變化較大，草街樞紐最高通航水位與校核水位相差約16m，采用降低導航墩高度固然可以節(jié)約較大工程量，但水位超出最高通航水位，浮囤將浮出導航墩間，如不及時將浮囤撤離到安全地段錨泊，就會被沖向下游，這使得管理工作十分困難.限制浮囤高水位時不得脫離導航墩，是減少管理難度、保證安全的較好思路，為此，浮囤如何潛水渡洪成為了關鍵問題.

為限制浮囤的上浮脫離導航墩，設計中在導航墩頂部設置了止浮卡.浮囤潛水時，止浮卡將承受浮囤的全部浮力，并將其傳遞給導航墩，由于浮囤工作時具有1.0m干舷高，潛水時將產(chǎn)生約1500 kN的浮力，這將對船體、止浮卡、導航墩的結(jié)構(gòu)受力和穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響.為了浮囤在工作狀況時有足夠的干舷和一定的吃水，以保證阻擋面流和必要時船舶的靠泊，而在潛水渡洪時卻僅有很小的浮力，浮囤設計時設置了一定數(shù)量的進水管，使浮囤在潛水渡洪時浮力降至允許范圍，保證了浮囤的正常工作和安全渡洪.

浮囤隨上游水位的變化而在導航墩之間升降，并承受進出閘船舶的擠靠力，浮式導航墻的浮囤僅在通航水位范圍內(nèi)正常工作，超過最高通航水位，導航墩及浮囤即進入渡洪期.現(xiàn)以草街船閘為例介紹浮囤的渡洪流程.①當水位低于203.00m(最高通航水位)時，為正常工況，浮囤干舷高1.0m;②當水位上升至206.00m時，浮囤被止浮卡(卡底高程207.00m)限制，停止浮升;當水位上升至206.30m以上時，進水管進水，船體水箱充水使浮囤浮力減小，直至水箱充滿，浮囤干舷20cm;③當水位上升至207.00m時，此時浮囤水箱已充滿，經(jīng)計算此時浮囤所受浮力為283 kN，浮囤保持20cm干舷高所產(chǎn)生的浮力;④當洪水位超過208.00m，浮囤在保持28.32 t浮力情況下淹沒在水下，安全渡洪;⑤汛后，水位下降至206.80m以下，浮囤以干舷20cm漂浮，水位穩(wěn)定后，抽干水箱，恢復干舷1.0m的正常工況.

當上游水情預報洪峰流量較大時，應人工開啟水箱上部進水閥，以便在洪水到來前盡快充滿水箱，減小止浮卡承受的浮力.

5 結(jié)語

(1)由于受自然條件的限制，在洪枯水位變化較大的山區(qū)河流修建船閘，往往將船閘與電站緊鄰布置，而這將造成引航道口門區(qū)流態(tài)復雜的問題.為使引航道口門區(qū)的水流條件滿足規(guī)范要求，可采用經(jīng)濟適用的支墩浮式導航墻解決引航道堤頭橫向水流過大問題.

(2)由于山區(qū)河流最高通航水位與校核水位相差較大，如要滿足校核水位時浮囤仍升降自如，導航墩高度需大大高于引墻高度，導致工程量較大，是極不經(jīng)濟的.但采用降低導航墩高度雖可以節(jié)約較大工程量，但水位超出最高通航水位，浮囤將會浮出導航墩沖向下游.為保證浮囤高水位時不脫離導航墩，采用浮囤潛水渡洪是減少管理難度、保證安全的較好思路.

(3)浮囤潛水渡洪工藝，減少了工程數(shù)量，保證了浮囤在水位變化時無需專人值守，突出了支墩浮式導航墻的優(yōu)點.

［1］李君濤，普曉剛，張明.導流墩對狹窄連續(xù)彎道樞紐船閘引航道口門區(qū)水流條件改善規(guī)律研究［J］.水運工程，2011(6):120-125.(LI Jun-tao，PU Xiao-gang，ZHANG Ming.On improvement laws of flow conditions at the entrance of ship approach channel in narrow continuous meandering river by diversion pier［J］.Port＆ Waterway Engineering，2011(6):120-125.(in Chinese))

［2］梁若冰.金雞灘水利樞紐船閘上游引航道右側(cè)導航墻設計及優(yōu)化［J］.水利規(guī)劃與設計，2010(4):65，81.(LIANG Ruobing.Design and optimization of the right navigation wall of the upstream approach channel of the shiplocks of the Jinjitan Water Conservancy Project［J］.Water Resources Planning and Design，2010(4):65，81.(in Chinese))

［3］張亮，盧啟超.船閘引航道口門區(qū)通航水流條件改善措施的綜述［J］.科技信息，2009(25):785-786.(ZHANG Liang，LU Qi-chao.Descriptions of ways to improve the water conditions on the gateway of shiplock navigation channel［J］.Science ＆Technology Information，2009(25):785-786.(in Chinese))

［4］陳輝，趙嵐，劉珊燕，等.三峽工程運行初期上游引航道通航水流條件研究［J］.長江科學院院報，2007(3):68-71.(CHEN Hui，ZHAO Lan，LIU Shan-yan，et al.Navigation conditions in upstream approach channel of TGP in initial operation period［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2007(3):68-71.(in Chinese))

［5］李焱，孟祥瑋，李金合.三峽工程上游引航道布置對通航水流條件的影響［J］.水道港口，2002(4):31-37.(LI Yan，MENG Xiang-wei，LI Jin-he.Effects of arrangement of upstream approaching channel of flow conditions of the Three Gorge Project［J］.Journal of Waterway and Harbor，2002(4):31-37.(in Chinese))

［6］陳永奎，王列，楊淳，等.三峽工程船閘上游引航道口門區(qū)斜流特性研究［J］.長江科學院院報，1999(2):2-7，31.(CHENG Yong-kui，WANG Lie，YANG Chun，et al.Investigation on oblique flow characteristics in upstream approach entrance region of TGP's Lock［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，1999(2):2-7，31.(in Chinese))

［7］趙世強，趙健，陳桂馥.重慶市嘉陵江航運開發(fā)草街航電樞紐工程初步設計階段樞紐水工模型試驗研究報告［R］.重慶:重慶西南水運工程科學研究所，2004.(ZHAO Shi-qiang，ZHAO Jian，CHEN Gui-fu.The research report of project hydraulic model experiment of Caojie shiplock project under the development of Chongqing Jialing river in the initial stage［R］.Chongqing:Chongqing Southwest Water Transport Engineering Research Institute，2004.(in Chinese))

［8］王作高.船閘設計［M］.北京:水利電力出版社，1992.(WANG Zuo-gao.Design of shiplock［M］.Beijing:China WaterPower Press，1992.(in Chinese))

［9］須清華.通航建筑物應用基礎研究［M］.北京:中國水利水電出版社，1999.(XU Qing-hua.Applied fundamental research of navigation structure［M］.Beijing:China WaterPower Press，1999.(in Chinese))

［10］朱紅.導流墩改善船閘引航道口門區(qū)水流條件的試驗研究［D］.長沙:長沙理工大學，2006.(ZHU Hong.Tests on improving flow conditions at the entrance of approaching channel by diversion pier［D］.Changsha:Changsha University of Science＆ Technology，2006.(in Chinese))

［11］宋志忠，王程.三峽船閘浮式導航堤設計［J］.湖北水利發(fā)電，2007(5):50-53.(SONG Zhi-zhong，WANG Cheng.Design of floating navigation jetty of Three Gorges Shiplock［J］.Hubei Water Power，2007(5):50-53.(in Chinese))