黃圣平， 鄒開明， 陽 波， 張文侃， 宋 偉

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

近尾洲二線船閘擴建工程位于衡陽常寧市境內(nèi)，是湘江高等級航道中上游段的控制性工程，二線船閘設(shè)計有效尺度為180 m×23 m×4.0 m(長×寬×門檻水深)，按通航1 000 t級船舶標準進行建設(shè)。該項目的實施順應湖南水運“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，對湘江千噸級“黃金水道”全線貫通和遠期規(guī)劃建設(shè)湘桂運河具有重要意義。

與已有二線船閘建設(shè)工程相似[1-3]，該工程平面布置時存在以下難點問題：①要避免擴機工程與二線船閘施工相互之間的影響以及對已有建筑的影響；②確保良好的通航條件。這些平面布置的難點問題直接影響工程的設(shè)計、施工及運行管理。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，本文就此進行全面探討。

1 布置原則

在二線船閘平面布置設(shè)計過程中，除考慮解決最核心的難點問題，還需遵循以下原則[4]：①方便施工及運營管理；②盡可能減少征地、拆遷；③盡量減小對環(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機之間的匝道橋、副壩、檢修通道布置更寬裕，而且電站擴機施工期可在右側(cè)布置施工道路，擴機施工期對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

對近尾洲二線船閘及魚道結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，進一步分析擴機與二線船閘的安全軸線距離。壩軸線斷面見圖1，微風化細砂巖頂面高程約48 m，電站擴機檢修門結(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，擴機工程建設(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)

擴機主廠房斷面見圖2，微風化細砂巖頂面高程約46.3 m，主廠房水輪機安裝段奠基面高程38.21 m，二線船閘閘室標準結(jié)構(gòu)段采用分離式結(jié)構(gòu)，奠基面高程50.0 m，擴機工程建設(shè)不影響二線船閘安全穩(wěn)定。

圖2 擴機主廠房斷面(軸距70 m)(單位：m)

二線船閘下閘首斷面見圖3，微風化細砂巖頂面高程約46.4 m，擴機尾水渠高程51.6 m，二線船閘下閘首結(jié)構(gòu)奠基面高程45.70 m，擴機工程建設(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，二線船閘與擴機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

二線船閘上游為臺地，地勢平坦，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大于160 m。

二線船閘下游為臺地，地勢平坦，主要為草地、電站已征用地，局部有基本農(nóng)田。臺地岸側(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小于200 m，一、二線船閘軸線距離不應大于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機岸側(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個船閘總平面布置方案。方案一(見圖4)：船舶進出閘方式為曲線進閘、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)：船舶進出閘方式為直線進閘、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(曲進直出)(單位： m)

圖5 船閘總平面布置方案二(直進曲出)(單位： m)

3.1 方案比選

兩個方案主要區(qū)別為引航道的布置及其結(jié)構(gòu)形式，以下分別從8個方面對其進行比較，方案對比分析見表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目方案一(曲線進閘、直線出閘、下游靠船墩布置在河側(cè))方案二(直線進閘、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一遇一次過閘時間相對更短相對更長平面協(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機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緊張永久用地0.23 km20.24 km2工程費用(含連接段航道)7.1億元7.2 億元

3.1.2一次過閘時間

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

方案二：船舶直線進閘、曲線出閘，引航道停泊段距閘首215 m，船舶進出閘距離相對較大。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，順水流向副壩長100 m，平面布置協(xié)調(diào)性相對較差。

3.1.4二線船閘施工條件

電站擴機工程在二線船閘建成后再實施，一、二線船閘軸線距離155～160 m，二線船閘基坑開挖對一線船閘的穩(wěn)定不會造成不利影響。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電站擴機施工條件

方案一： 一、二線船閘軸線距離155 m，二線船閘與電站擴機工程軸線距離92 m，根據(jù)軸線距離分析，擴機工程基坑開挖對二線船閘的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不會造成不利影響，施工道路布置空間充足。二線船閘與電站擴機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，二線船閘與電站擴機工程軸線距離97 m，電站擴機施工條件更好。

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)布置空間相對緊張。

3.1.7用地

方案一的船閘軸線距離相對方案二往河側(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)用地邊線以電站擴機邊線為界，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下移，上游引航道口門區(qū)也相對下移，用地相對較小。

3.1.8工程量及費用

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)導航墻：方案一的主導航墻兼顧調(diào)順功能，長135 m；方案二的主導航墻長85 m；兩方案輔導航墻長度基本一致。導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，引航道護坡型式一致，工程量基本一致。

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

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

4 結(jié)語

1)擴建二線船閘平面布置應滿足通航要求，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，針對本擴建二線船閘工程，擴建二線船閘與一線船閘軸距155 m時為最優(yōu)方案。

3)經(jīng)過電站擴機施工、管理區(qū)布置、施工用地等8個方面技術(shù)經(jīng)濟指標分析，本擴建二線船閘工程，采用船舶曲線進閘、直線出閘，同時下游靠船墩布置在引航道河側(cè)的方案為最優(yōu)方案。