黃圣平， 鄒開明， 陽 波， 張文侃， 宋 偉

(1.湖南省湘水集團(tuán)有限公司， 湖南 長沙 410011;2.湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司， 湖南 長沙 410200)

近尾洲二線船閘擴(kuò)建工程位于衡陽常寧市境內(nèi)，是湘江高等級(jí)航道中上游段的控制性工程，二線船閘設(shè)計(jì)有效尺度為180 m×23 m×4.0 m(長×寬×門檻水深)，按通航1 000 t級(jí)船舶標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)。該項(xiàng)目的實(shí)施順應(yīng)湖南水運(yùn)“十四五”發(fā)展規(guī)劃要求，打通了湘江中上游衡陽境內(nèi)的通航瓶頸，對(duì)湘江千噸級(jí)“黃金水道”全線貫通和遠(yuǎn)期規(guī)劃建設(shè)湘桂運(yùn)河具有重要意義。

與已有二線船閘建設(shè)工程相似[1-3]，該工程平面布置時(shí)存在以下難點(diǎn)問題：①要避免擴(kuò)機(jī)工程與二線船閘施工相互之間的影響以及對(duì)已有建筑的影響；②確保良好的通航條件。這些平面布置的難點(diǎn)問題直接影響工程的設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行管理。因此，如何合理優(yōu)化新建二線船閘總平面布置，成為該工程建設(shè)中至關(guān)重要的問題，本文就此進(jìn)行全面探討。

1 布置原則

在二線船閘平面布置設(shè)計(jì)過程中，除考慮解決最核心的難點(diǎn)問題，還需遵循以下原則[4]：①方便施工及運(yùn)營管理；②盡可能減少征地、拆遷；③盡量減小對(duì)環(huán)境的不良影響；④與現(xiàn)有工程(建筑物)良好銜接，樞紐總體布置協(xié)調(diào)美觀。

2 一、二線船閘軸距分析

二線船閘平面布置往往與軸距選擇息息相關(guān)，合理地優(yōu)化軸距，不僅可以使二線船閘與擴(kuò)機(jī)之間的匝道橋、副壩、檢修通道布置更寬裕，而且電站擴(kuò)機(jī)施工期可在右側(cè)布置施工道路，擴(kuò)機(jī)施工期對(duì)二線船閘的影響更小，二線船閘建筑物安全系數(shù)更高。

2.1 最小軸距分析

對(duì)近尾洲二線船閘及魚道結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步分析擴(kuò)機(jī)與二線船閘的安全軸線距離。壩軸線斷面見圖1，微風(fēng)化細(xì)砂巖頂面高程約48 m，電站擴(kuò)機(jī)檢修門結(jié)構(gòu)段奠基面高程40.01 m，二線船閘閘室第一結(jié)構(gòu)段采用整體式結(jié)構(gòu)，奠基面高程48.1 m，擴(kuò)機(jī)工程建設(shè)不影響二線船閘安全穩(wěn)定。

圖1 壩軸線斷面(軸距70 m)(單位：m)

擴(kuò)機(jī)主廠房斷面見圖2，微風(fēng)化細(xì)砂巖頂面高程約46.3 m，主廠房水輪機(jī)安裝段奠基面高程38.21 m，二線船閘閘室標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)段采用分離式結(jié)構(gòu)，奠基面高程50.0 m，擴(kuò)機(jī)工程建設(shè)不影響二線船閘安全穩(wěn)定。

圖2 擴(kuò)機(jī)主廠房斷面(軸距70 m)(單位：m)

二線船閘下閘首斷面見圖3，微風(fēng)化細(xì)砂巖頂面高程約46.4 m，擴(kuò)機(jī)尾水渠高程51.6 m，二線船閘下閘首結(jié)構(gòu)奠基面高程45.70 m，擴(kuò)機(jī)工程建設(shè)不影響二線船閘安全穩(wěn)定。

圖3 二線船閘下閘首斷面(軸距70 m)(單位：m)

由此可見，二線船閘與擴(kuò)機(jī)工程的最小軸線距離為70 m，一、二線船閘最小軸線距離為133 m。

2.2 最大軸距分析

二線船閘上游為臺(tái)地，地勢(shì)平坦，主要為基本農(nóng)田、居民樓、電站已征用地?；巨r(nóng)田邊線距離一線船閘軸線約200 m，考慮到引航道放坡及坡頂?shù)缆穼挾龋降腊哆吘€距離一線船閘軸線不宜大于171.5 m，一、二線船閘軸線距離不應(yīng)大于160 m。

二線船閘下游為臺(tái)地，地勢(shì)平坦，主要為草地、電站已征用地，局部有基本農(nóng)田。臺(tái)地岸側(cè)山體高約20 m，山腳與一線船閘軸線的距離約185 m，若不開挖山體，采用自然放坡，下游引航道邊線與一線船閘軸線距離約160 m，一、二線船閘軸線距離不宜大于150 m。下游500 m處有高壓鐵塔，距離一線船閘軸線約210 m，下游引航道邊線距離一線船閘軸線不應(yīng)小于200 m，一、二線船閘軸線距離不應(yīng)大于190 m。分析可知，一、二線船閘最大軸線距離為160 m。

3 船閘總平面布置

根據(jù)船閘選址、軸線距離的比較，近尾洲二線船閘擬布置于一線船閘及擴(kuò)機(jī)岸側(cè)(湘江右岸)，一、二線船閘軸線平行，船閘建筑物結(jié)合魚道布置。按照上述特征，本階段共提出了2個(gè)船閘總平面布置方案。方案一(見圖4)：船舶進(jìn)出閘方式為曲線進(jìn)閘、直線出閘，下游靠船墩布置在引航道河側(cè)，一、二線船閘軸線距離155 m，船閘上閘首下沿位于壩軸線上游15 m。方案二(見圖5)：船舶進(jìn)出閘方式為直線進(jìn)閘、曲線出閘，下游靠船墩布置在引航道岸側(cè)，一、二線船閘軸線距離160m，船閘上閘首下沿位于壩軸線上游90 m。

圖4 船閘總平面布置方案一(曲進(jìn)直出)(單位： m)

圖5 船閘總平面布置方案二(直進(jìn)曲出)(單位： m)

3.1 方案比選

兩個(gè)方案主要區(qū)別為引航道的布置及其結(jié)構(gòu)形式，以下分別從8個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行比較，方案對(duì)比分析見表1。

3.1.1通航水流條件

方案一：上游引航道口門區(qū)河段順直，距離壩軸線552 m，隔流堤堤頭距停泊段末端195 m，靠船建筑物布置在引航道河側(cè)。船舶靠岸側(cè)進(jìn)引航道后，可在195 m引航道靜水條件下調(diào)整舵角，靠泊在靠船建筑物。下游引航道口門區(qū)河段彎曲，隔流堤堤頭距離壩軸線607 m，距停泊段末端100 m，靠船建筑物布置在引航道河側(cè)。船舶靠岸側(cè)逆流進(jìn)引航道后，可在100 m引航道靜水條件下調(diào)整舵角，靠泊在靠船建筑物。

方案二：上游引航道口門區(qū)河段順直，距離壩軸線577 m，隔流堤堤頭距停泊段末端60 m，靠船建筑物布置在引航道岸側(cè)。船舶靠岸側(cè)進(jìn)引航道后，靠泊在靠船建筑物。下游引航道口門區(qū)河段彎曲，隔流堤堤頭距離壩軸線607 m，距停泊段末端90 m，靠船建筑物布置在引航道岸側(cè)。船舶靠岸側(cè)逆流進(jìn)引航道后，靠泊在靠船建筑物。

表1 船閘總平面布置方案比較表項(xiàng)目方案一(曲線進(jìn)閘、直線出閘、下游靠船墩布置在河側(cè))方案二(直線進(jìn)閘、曲線出閘,下游靠船墩布置在岸側(cè))總平面布置一、二線船閘軸線距離155 m,上閘首下游端位于壩軸線上游15 m,船舶曲線進(jìn)閘、直線出閘一、二線船閘軸線距離160 m,上閘首下游端位于壩軸線上游90 m,船舶直線進(jìn)閘、曲線出閘下游口門區(qū)通航水流條件引航道口門水流條件基本一致。上游引航道口門區(qū)及連接段航道最大通航流量為10 a一遇,下游引航道口門區(qū)及連接段航道最大通航流量為2 a一遇一次過閘時(shí)間相對(duì)更短相對(duì)更長平面協(xié)調(diào)性協(xié)調(diào)性好協(xié)調(diào)性差二線船閘施工條件施工條件基本一致電站擴(kuò)機(jī)施工條件好更好管理區(qū)布置布置空間基本合適布置空間相對(duì)緊張永久用地0.23 km20.24 km2工程費(fèi)用(含連接段航道)7.1億元7.2 億元

3.1.2一次過閘時(shí)間

方案一： 船舶曲線進(jìn)閘、直線出閘，引航道停泊段距閘首130 m，船舶進(jìn)出閘距離較小。船舶直線出閘，不需調(diào)整舵角，出閘速度更快。

方案二：船舶直線進(jìn)閘、曲線出閘，引航道停泊段距閘首215 m，船舶進(jìn)出閘距離相對(duì)較大。船舶曲線出閘，需調(diào)整舵角，避開停泊在引航道的船舶，出閘速度相對(duì)更慢。

3.1.3平面協(xié)調(diào)性

方案一：上閘首下游端距離壩軸線15 m，船閘閘室基本位于壩軸線下游，壩頂公路橋從閘室第一結(jié)構(gòu)段跨過，平面布置基本協(xié)調(diào)。

方案二：上閘首下游端距離壩軸線90 m，壩頂公路橋從閘室中間結(jié)構(gòu)段跨過，順?biāo)飨蚋眽伍L100 m，平面布置協(xié)調(diào)性相對(duì)較差。

3.1.4二線船閘施工條件

電站擴(kuò)機(jī)工程在二線船閘建成后再實(shí)施，一、二線船閘軸線距離155～160 m，二線船閘基坑開挖對(duì)一線船閘的穩(wěn)定不會(huì)造成不利影響。方案一和二引航道軸線與一線船閘軸線距離均為144 m，二線船閘施工條件基本一致。

3.1.5電站擴(kuò)機(jī)施工條件

方案一： 一、二線船閘軸線距離155 m，二線船閘與電站擴(kuò)機(jī)工程軸線距離92 m，根據(jù)軸線距離分析，擴(kuò)機(jī)工程基坑開挖對(duì)二線船閘的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不會(huì)造成不利影響，施工道路布置空間充足。二線船閘與電站擴(kuò)機(jī)尾水渠坡頂之間的最小凈距約45 m，檢修通道布置空間充足。

方案二：一、二線船閘軸線距離160 m，二線船閘與電站擴(kuò)機(jī)工程軸線距離97 m，電站擴(kuò)機(jī)施工條件更好。

3.1.6管理區(qū)布置

二線船閘管理區(qū)均布置在閘室岸側(cè)，方案一可用面積約10 000 m2，管理區(qū)布置空間基本合適。方案二可用面積約8 000 m2，管理區(qū)布置空間相對(duì)緊張。

3.1.7用地

方案一的船閘軸線距離相對(duì)方案二往河側(cè)偏移5 m，船閘主體段岸線用地邊線以現(xiàn)有道路為界，河側(cè)用地邊線以電站擴(kuò)機(jī)邊線為界，兩方案主體段用地相同。方案一、二的下游引航道開挖一致，用地相同。方案一的船閘主體相對(duì)下移，上游引航道口門區(qū)也相對(duì)下移，用地相對(duì)較小。

3.1.8工程量及費(fèi)用

1)土石方：方案一的上游引航道直線段長度較短，船閘主體建筑物更靠下游側(cè)，土石方開挖量相對(duì)較小。

2)船閘主體：兩方案閘首、閘室尺度一致，船閘主體工程量基本一致。

3)導(dǎo)航墻：方案一的主導(dǎo)航墻兼顧調(diào)順功能，長135 m；方案二的主導(dǎo)航墻長85 m；兩方案輔導(dǎo)航墻長度基本一致。導(dǎo)航墻一般采用重力式結(jié)構(gòu)，下游靠近山體部位局部采用排樁結(jié)構(gòu)。方案一工程量相對(duì)較大。

4)隔流堤及靠船墩：兩方案引航道軸線位置相同，靠船墩結(jié)構(gòu)型式一致，引航道護(hù)坡型式一致，工程量基本一致。

5)工程費(fèi)用：方案一的工程費(fèi)用(含連接段航道)7.1億元，方案二的工程費(fèi)用(含連接段航道)7.2億元，相差約1 000萬元。

綜上所述，同時(shí)結(jié)合船閘通航模型試驗(yàn)分析結(jié)果，采用方案一對(duì)建設(shè)二線船閘對(duì)電站擴(kuò)機(jī)和一線船閘影響較小，且建設(shè)方案對(duì)已有建筑物的安全有保障。同時(shí)結(jié)合總平面布置、下游口門區(qū)通航水流條件、一次過閘時(shí)間、平面協(xié)調(diào)性、二線船閘施工條件、電站擴(kuò)機(jī)施工條件、船閘管理區(qū)布置、永久用地、工程費(fèi)用等因素，結(jié)合以往類似工程經(jīng)驗(yàn)，方案一的布置為最優(yōu)。

4 結(jié)語

1)擴(kuò)建二線船閘平面布置應(yīng)滿足通航要求，充分考慮地形地貌、工程地質(zhì)、以及現(xiàn)有建筑物安全等原則進(jìn)行布置。

2)經(jīng)過最大與最小軸線距離和總平面布置分析，針對(duì)本擴(kuò)建二線船閘工程，擴(kuò)建二線船閘與一線船閘軸距155 m時(shí)為最優(yōu)方案。

3)經(jīng)過電站擴(kuò)機(jī)施工、管理區(qū)布置、施工用地等8個(gè)方面技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析，本擴(kuò)建二線船閘工程，采用船舶曲線進(jìn)閘、直線出閘，同時(shí)下游靠船墩布置在引航道河側(cè)的方案為最優(yōu)方案。