張 弦，于 青，熊立剛

(中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

0 引 言

新安江水電站位于錢塘江上游北源新安江干流銅官峽谷內(nèi)，電站距建德市白沙鎮(zhèn)約4.5 km，距新安江河口約40 km[1]。作為新安江水電站配套工程的新安江升船機，在20世紀50年代，受當時升船機技術(shù)不過關(guān)等因素制約，于1961年緩建，僅完成上閘室和下游引航道部分土建工程。因此，新安江航道受新安江水電站大壩阻攔，無法直航，只能分段通航，新安江水電站過壩通航問題至今沒有解決[2-3]。

新安江水電站過壩通航建設(shè)方案旨在打通千島湖與新安江航運通道，為浙皖兩省開辟新的交通途徑，打造名城(杭州)-名湖(西湖)-名水-(千島湖水)-名山(黃山)國家級旅游線路，同時也將極大促進淳安港區(qū)和建德港區(qū)旅客吞吐量和貨運吞吐量的增長。據(jù)水運預測分析，2018年淳安港區(qū)旅客吞吐量498萬人次，預測2025年、2035年旅客吞吐量分別為600萬人次、750萬人次；2018年建德港區(qū)旅客吞吐量51萬人次，預測2025年、2035年旅客吞吐量分別為100萬人次、200萬人次。2018年淳安港區(qū)貨物吞吐量3萬t，數(shù)量很少，預測2025年、2035年貨物吞吐量均為零；2018年建德港區(qū)貨物吞吐量477萬t，預測2025年、2035年貨物吞吐量分別為750萬t和840萬t。新安江水電站過壩通航設(shè)施項目的實施無疑將對淳安港區(qū)和建德港區(qū)旅客吞吐量和貨物吞吐量的增長產(chǎn)生一定的促進作用。本文結(jié)合新安江水電站現(xiàn)有條件，對原線位的改造方案和新線位新建方案進行了技術(shù)經(jīng)濟比較，提出新安江水電站過壩通航設(shè)施采用單升船機大隧洞方案，可以打通千島湖與新安江航運通道，打造水上黃金旅游線路，促進地方經(jīng)濟發(fā)展。

1 新安江航運現(xiàn)狀

新安江上、中游航段起自浙皖交界的街口下灣，往東南方向至小金山口入千島湖，經(jīng)東溪口、港口燈塔、姥山燈塔至新安江水電站大壩，全長74 km，航道現(xiàn)狀為Ⅳ級天然航道。新安江上、中游航道因新安江水電站大壩阻斷，成為封閉性航區(qū)。新安江大壩下游航道起自新安江大壩，經(jīng)建德市、千鶴，終于梅城三江口，全長42 km，此航道為富春江水電站庫區(qū)。目前，除新安江大壩下游2 km左右河道，受河道地形條件及電站發(fā)電非恒定流等因素制約沒有達到Ⅳ級航道外，其余40 km范圍均滿足Ⅳ級天然航道標準[4-5]。

作為新安江水電站配套的過壩通航設(shè)施，原設(shè)計采用“垂直-斜坡面”升船機，布置在攔河壩左岸，其軸線與壩軸線斜交于21號壩段上。設(shè)計年貨運量201.1萬t，年客運量28.9萬人次。升船機原設(shè)計過船標準采用載運300 t級的平底駁船。船型尺寸為35 m×8.5 m×1.5 m(長×寬×吃水深)，過木(竹)排最大外型尺寸為35 m×8.5 m×2 m，重約200 t。在20世紀50年代，受升船機技術(shù)不過關(guān)等因素制約，于1961年緩建，僅完成上閘室和下游引航道部分土建工程，過壩通航問題至今沒有解決。

2 過壩通航方案研究

新安江水電站最大壩高105.0 m，上下游最大水位差達86.5 m，如采用船閘方案，則需布置2～4級船閘?？紤]到多級船閘具有規(guī)模大、占地范圍廣、過閘時間長、耗水量多、經(jīng)濟性差及效率低等缺點，故不宜選用此方案。參考國內(nèi)外已建過壩通航設(shè)施的建設(shè)經(jīng)驗，結(jié)合新安江水電站現(xiàn)有條件，采用升船機過壩方式較為合適。

考慮到壩頭左岸原設(shè)計已預留過壩升船機線位，其出口位于彎道上游側(cè)，方案選擇仍可選擇此線位。原線位進口位于新安江大壩左岸21號壩段，出口在廠內(nèi)大橋附近，由于距發(fā)電廠房較近，電站尾水波動對通航安全影響較大，且該部位河道狹窄、處于河流轉(zhuǎn)彎的上游，通航條件相對較差[6-7]。壩頭左岸山體雄偉、完整，可以利用左岸山體布置新線位方案。此線位進口距新安江水電站大壩距離約1.1 km，出口在紫金灘大橋和橫坑塢溝約1.7 km的河道范圍內(nèi)選擇。新線位距新安江水電站大壩相對較遠，施工和運行期對電站影響小，且下游出口與河道銜接較平順，通航條件相對較好。新安江水電站過壩通航設(shè)施原線位和新線位位置見圖1。

圖1 新安江水電站過壩通航設(shè)施原線位和新線位位置

結(jié)合原線位和新線位現(xiàn)有條件，針對原線位改擴建、原線位新建和新線位新建3個方案進行分析研究，提出建議的過壩通航方案。

2.1 原線位改擴建方案

原線位改擴建方案采用原新安江水電站預留過壩設(shè)施線位，利用已建的上閘室進行改擴建。通航設(shè)施采用上游垂直升船機+渡槽+下游斜坡道升船機，渡槽布置在21號和22號壩段間，連接上游垂直升船機和下游斜坡道升船機。

擴建改造方案通航建筑物總長938 m，由上游引航道、上游垂直升船機、渡槽、下游斜面升船機和下游引航道等組成，原線位改擴建方案平面布置見圖2。上游引航道位于水庫內(nèi)，采用浮式導航堤結(jié)構(gòu)，長170 m。上游垂直升船機布置在原上閘首位置，為入水式鋼絲繩卷揚提升垂直升船機。升船機總長110 m，塔樓段長90 m，檢修及輔助設(shè)備段長20 m。渡槽位于垂直升船機和斜坡道升船機之間，采用圓形混凝土柱框架+簡支梁結(jié)構(gòu)，渡槽總長91 m，凈寬18 m。下游斜坡道包括拱橋、斜坡道部分，坡度1∶4.22，總長約437 m。下游斜坡道升船機為濕運鋼絲繩卷揚式斜面升船機，軌矩為11 m。下游引航道為重力式擋墻結(jié)構(gòu)，布置在升船機末端靠江一側(cè)，下游引航道長200 m(其中與斜坡道重疊70 m)[8]。

圖2 原線位改擴建方案平面布置

原線位改擴建方案可通過500 t級貨船或總長50 m以內(nèi)的客船，其單向過壩時間為69 min，雙向過壩時間為138 min。根據(jù)特征船型與過壩時間，擴建改造方案按每天客運雙向過壩5次，剩下時間為貨運，其年客運量為66.47萬人，全年貨運量為88.92萬t。

該建設(shè)方案工程估算總投資約為15.6億元，施工總工期約為5.5年，合計66個月。

2.2 原線位新建方案

原線位新建方案線位采用原新安江水電站預留過壩設(shè)施線位，將已修建的上閘室和下游引航道全部拆除，重新修建。通航設(shè)施采用上游垂直升船機+渡槽+下游垂直升船機，渡槽布置在21和22號壩段間，連接上游垂直升船機和下游垂直升船機。

新建方案通航建筑物總長811 m，由上游引航道、上游垂直升船機、渡槽、下游垂直升船機和下游引航道等組成，原線位新建方案平面布置見圖3。上游引航道位于水庫內(nèi)，采用浮式鋼結(jié)構(gòu)，長170 m。上游垂直升船機布置在原上閘首位置，為入水式鋼絲繩卷揚提升垂直升船機。升船機總長110 m，塔樓段長90 m，檢修及輔助設(shè)備段長20 m。渡槽位于上游垂直升船機和下游垂直升船機之間，采用圓形混凝土柱框架+簡支梁結(jié)構(gòu)，渡槽總長210 m，凈寬18 m。下游垂直升船機由上閘首、升船機塔樓和下閘首組成，總長151 m，總寬約33 m，建筑總高度133 m；下游引航道為重力式擋墻結(jié)構(gòu)，布置在升船機末端靠江一側(cè)，下游引航道長170 m。

圖3 原線位新建升船機方案平面布置

原線位新建方案可通過500 t級貨船或總長50 m以內(nèi)的客船，其單向過壩時間為61 min，雙向過壩時間為122 min。根據(jù)特征船型與過壩時間，擴建改造方案按每天客運雙向過壩5次，剩下時間為貨運，其年客運量為66.47萬人，全年貨運量為100.03萬t。

該建設(shè)方案工程估算總投資約為23.1億元，施工總工期約為7年，合計84個月。

2.3 新線位新建方案

新線位布置在左岸山體內(nèi)，方位角為北西51.3°。該線位距新安江水電站大壩相對較遠，施工和運行期對電站影響小，且下游出口與河道銜接較平順，通航條件相對較好。由于左岸山體雄厚，沒有條件布置明渠，只能采用隧洞通航。為適應庫水位變幅，采用大斷面通航隧洞與上游水庫連通，下游與升船機相接。

新線位新建方案通航建筑物總長2 101 m，由上游引航道、通航隧洞、通航明渠、垂直升船機、綜合輔助交通洞和下游引航道等組成，新線位新建方案平面布置見圖4。上游引航道位于水庫內(nèi)，采用浮式鋼結(jié)構(gòu)，長170 m。目前國內(nèi)外采用隧洞通航的工程實例較少，處于摸索和經(jīng)驗積累階段，因此本方案隧洞斷面形式選擇主要是參考國內(nèi)已建工程構(gòu)皮灘通航隧洞，其斷面采用城門洞形[9-10]。結(jié)合本工程地質(zhì)條件，通航隧洞段沿線地層為砂巖、泥巖，巖體微風化～新鮮狀，屬中低應力區(qū)，隧洞斷面形式為城門洞形。隧洞總長1.36 km，隧洞進口布置上游閘室，內(nèi)設(shè)有事故閘門與工作閘門，隧洞頂高程119.0 m，底高程89.9 m，寬18 m，隧洞高度可以滿足水庫最高通航水位108 m和最低通航水位93.9 m的最小通航凈空和通航水深要求，通航隧洞典型剖面見圖5。上下行船舶在隧洞內(nèi)自航、錯時、單向行駛，參考相關(guān)試驗研究成果，隧洞內(nèi)船舶自航航速取4 km/h。綜合輔助交通洞與通航隧洞平行布置，具有交通、通風、電纜通道、人員應急逃生等綜合功能。下行船舶駛離隧洞后進入通航明渠，明渠長250 m，寬18～55 m，內(nèi)設(shè)有錯船段、泄放孔、碼頭及生產(chǎn)管理用房等設(shè)施。上下行船舶可在明渠碼頭停泊整頓，碼頭同時兼做消防管理用地。明渠右側(cè)設(shè)有泄水系統(tǒng)，當通航隧洞和通航明渠檢修時，可關(guān)閉上游閘室和升船機上閘首工作閘門，開啟通航明渠內(nèi)的放空閥泄水，通過布置在明渠右岸的泄放鋼管，將通航隧洞與通航明渠中的儲水泄放至下游新安江。垂直升船機上閘首與通航明渠相連，垂直升船機由上閘首、升船機主體和下閘首組成，總長151 m，總寬約33 m。升船機下閘首接下游引航道，其下游接170.0 m的直線段與調(diào)順段與主河道銜接。

圖4 新線位新建方案平面布置

圖5 通航隧洞典型剖面(單位：尺寸，cm；高程，m)

新線位新建方案可通過500 t級貨船或總長50 m以內(nèi)的客船，此方案明渠內(nèi)設(shè)有錯船段，主要是供上、下行船只錯船以提高運量。其單向過壩時間為35 min，雙向過壩時間為65 min。根據(jù)特征船型與過壩時間，新線位新建方案按每天客運雙向過壩8次，剩下時間為貨運，其年客運量為106.35萬人，全年貨運量為244.53萬t。

本建設(shè)方案工程估算總投資約為31.9億元，施工總工期約93個月。

2.4 過壩通航方案比較

通過對3個方案進行技術(shù)、經(jīng)濟綜合比較，原線位的改擴建方案與新建升船機方案投資省，工期短，但工程布置存在諸多弊端，施工期和運行期對大壩及電廠結(jié)構(gòu)存在影響，同時電廠尾水波動對通航水流影響較復雜，船舶通航安全難以保障，另外原線位方案過壩時間較長，載人過壩的安全性問題尚未解決。新線位新建方案雖然投資大，工期相對較長，但樞紐布置優(yōu)勢明顯，對大壩及電廠運行影響小，過壩時間短，故推薦采用新線位新建方案，即新安江水電站過壩通航設(shè)施采用單升船機大隧洞方案。

3 結(jié)論和建議

(1)通航建設(shè)方案實施旨在打通千島湖與新安江航運通道，為浙皖兩省開辟新的交通途徑，從而極大促進錢塘江沿線各縣、市，尤其是杭州市、黃山市的旅游發(fā)展和經(jīng)濟發(fā)展，因而是十分必要、緊迫的。

(2)大型垂直升船機(尤其是載客船)是一項技術(shù)復雜、設(shè)備精密、安全性高的系統(tǒng)工程，隨著水口、三峽、構(gòu)皮灘水電站等垂直升船機相繼投產(chǎn)運行，升船機的設(shè)計、制造、安裝及運行等一系列關(guān)鍵技術(shù)問題得以解決，但運行使用過程中仍會出現(xiàn)一些技術(shù)問題，還需開展深入研究。

(3)長隧洞通航國外已有應用，但國內(nèi)尚沒有實際運行案例，在建的構(gòu)皮灘大型升船機工程尚在調(diào)試中，其通航隧洞長約425 m，隨著它的運行，有關(guān)隧洞通航的關(guān)鍵技術(shù)問題有望部分得以解決。但對于長隧洞的通航尺度、船舶航行方式、通航安全性及舒適性等一系列關(guān)鍵技術(shù)問題，仍需開展大量的科學研究。