西津水利樞紐一、二線船閘軸線間距研究

張?zhí)m芳，陸 峰，雷 興

(1.同濟(jì)大學(xué)，上海 200092；2.廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029；3.賀州市交通運(yùn)輸局，廣西 賀州 542899)

0 引言

西津水利樞紐二線船閘工程是廣西實(shí)施“珠江-西江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展規(guī)劃”的重點(diǎn)工程，也是西江黃金水道建設(shè)的關(guān)鍵工程。本文對(duì)西津水利樞紐二線船閘工程一、二線船閘軸線間距的比選做簡(jiǎn)要介紹，并對(duì)廣西西江航運(yùn)干線上主要樞紐的兩線船閘軸線間距選擇時(shí)考慮的相關(guān)限制因素進(jìn)行探討，以使讀者對(duì)類似工程兩線船閘軸線間距的選擇有初步了解，以期對(duì)其他類似工程提供有益的借鑒。

1 工程概況

西津水利樞紐位于廣西橫縣郁江干流的中上游，上游距南寧市167 km，下游距橫縣5 km，是西江航運(yùn)干線上的控制性樞紐。樞紐于1964年底建成。樞紐通航建筑物為單線兩級(jí)Ⅲ級(jí)船閘，年設(shè)計(jì)通過能力650萬t/年。

近年來，由于過閘貨運(yùn)量的強(qiáng)勁增長(zhǎng)，西津一線船閘現(xiàn)已趨于飽和運(yùn)行狀態(tài)，其通過能力遠(yuǎn)不能滿足過閘貨運(yùn)量發(fā)展需求，有必要建設(shè)二線船閘。

根據(jù)2016年廣西壯族自治區(qū)發(fā)展和改革委員會(huì)下發(fā)的《關(guān)于西津水利樞紐二線船閘工程可行性研究報(bào)告的批復(fù)》批復(fù)意見，二線船閘按Ⅰ級(jí)船閘，通航3 000 t級(jí)船舶，設(shè)計(jì)年單向通過能力為2 760萬t/年，閘室有效尺寸為280 m×34 m×5.8 m(長(zhǎng)×寬×門檻水深)。

經(jīng)多方案比選和論證，確定二線船閘布置于一線船閘右側(cè)，采用二線船閘閘首與一線船閘齊平，軸線與一線船閘平行的布置方案，如圖1所示。

圖1 兩線船閘平面位置示意圖

2 船閘軸線間距的比選

本樞紐通航建筑物是在現(xiàn)有1 000 t級(jí)船閘正常運(yùn)行的情況下，采用并列布置的方式新建3 000 t級(jí)二線船閘。兩線船閘軸線間距的擬定主要需考慮三個(gè)因素，即：結(jié)構(gòu)布置滿足要求，施工組織方案合理可行，為遠(yuǎn)期一線船閘改建留有余地。

從上述各原則的角度出發(fā)，參照類似工程經(jīng)驗(yàn)，在工程可行性研究階段，初擬對(duì)115 m、120 m、130 m三個(gè)軸線間距方案進(jìn)行比選分析，概述如下：

2.1 結(jié)構(gòu)布置方面

二線船閘結(jié)構(gòu)布置在平面上應(yīng)與一線船閘結(jié)構(gòu)互不影響，立面上各部位開挖放坡及施工期基坑巖石爆破不應(yīng)破壞一線船閘結(jié)構(gòu)安全，保證一線船閘的安全運(yùn)行。

根據(jù)樞紐區(qū)地形地勢(shì)條件，為減少開挖工程量，上、下游主導(dǎo)航墻均向左側(cè)擴(kuò)寬。根據(jù)工可階段總平面布置成果，二線船閘平面上距縱軸線距離最遠(yuǎn)的結(jié)構(gòu)部位即為上、下游主導(dǎo)船墻左側(cè)的結(jié)構(gòu)邊線。根據(jù)二線船閘各部位結(jié)構(gòu)平面位置、結(jié)構(gòu)建基面高程、各巖土層的參數(shù)、開挖建議坡比等繪制水工結(jié)構(gòu)各斷面剖面圖。各方案上游主導(dǎo)航墻典型剖面圖(航上0+183.0)如圖2～4所示。

圖2 軸線間距115 m方案上游主導(dǎo)航墻段典型剖面圖(航上0+183.00)

圖3 軸線間距120 m方案上游主導(dǎo)航墻段典型剖面圖(航上0+183.00)

圖4 軸線間距130 m方案上游主導(dǎo)航墻段典型剖面圖(航上0+183.00)

從圖2～4可以看出，間距115 m的方案的二期縱向圍堰外側(cè)坡腳已經(jīng)占用一線船閘的航道。需要增設(shè)混凝土擋墻或者其他方案，施工該混凝土擋墻需要水下開挖和混凝土澆筑，將對(duì)一線船閘施工期通航造成影響，而間距120 m方案和130 m方案對(duì)一線船閘通航?jīng)]有影響。

2.2 施工組織方面

二線船閘主體工程及引航道開挖時(shí)，一線與二線船閘之間的縱向和上下游預(yù)留巖土坎作為全年或枯水期圍堰，需進(jìn)行防滲灌漿和邊坡穩(wěn)定處理。

三個(gè)間距的船閘軸線方案上下游停泊段、上游主導(dǎo)航墻段結(jié)構(gòu)開挖放坡時(shí)，軸線較近的方案會(huì)破壞堰體內(nèi)大部分旋噴樁，圍堰整體穩(wěn)定性較差，施工風(fēng)險(xiǎn)較大。

以航上0+183.0斷面為例，130 m方案無須填筑圍堰，可充分利用原土巖坎作為縱向擋水圍堰；120 m方案，須填筑枯水期黏土圍堰至63.50 m高程，外側(cè)坡腳小部分占進(jìn)一線船閘引航道，內(nèi)側(cè)邊坡須增加3排旋噴樁加固措施；115 m方案，因開挖后預(yù)留位置不夠填筑枯水期黏土圍堰至63.50 m高程，除內(nèi)側(cè)邊坡增加4排旋噴樁加固措施外，外側(cè)坡腳部分占進(jìn)一線船閘引航道，需要增設(shè)混凝土擋墻或者其他方案。

經(jīng)過估算，本工程施工期保持邊坡穩(wěn)定的工程措施費(fèi)為：1 700萬元(115 m方案)、1 310萬元(120 m方案)和670萬元(130 m方案)。

2.3 對(duì)遠(yuǎn)期一線船閘改建的影響方面

根據(jù)貨運(yùn)量預(yù)測(cè)成果，2040年之前兩線船閘尚能滿足通過能力的要求，即一線船閘改建工作應(yīng)該2040年之后。基于西津樞紐及周邊地形、河勢(shì)的情況，沒有擴(kuò)建三線船閘的條件，根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》(2014)相關(guān)規(guī)定，一線船閘改建應(yīng)按照終極船閘的規(guī)模來設(shè)計(jì)，故一級(jí)船閘改建暫定按照與二線船閘同樣規(guī)?？紤]。

根據(jù)西津水利樞紐的總體布置，遠(yuǎn)期一線船閘改建的工程范圍，在壩軸線上應(yīng)控制在一線船閘本體段和心墻壩段的范圍內(nèi)，項(xiàng)目實(shí)施應(yīng)以不影響混凝土重力壩段和部分心墻壩為原則，以保證攔河壩段的擋水安全。施工布置時(shí)，應(yīng)不占據(jù)泄洪斷面，保證泄洪時(shí)的樞紐安全，同時(shí)避免上游庫水位壅高。

考慮上述因素，參照二線船閘結(jié)構(gòu)尺度對(duì)一線船閘改建進(jìn)行總體布置，根據(jù)初步設(shè)計(jì)成果，一線船閘改建工程的軸線宜向左側(cè)移動(dòng)的幅度很小，基本還需維持在現(xiàn)一線船閘的軸線位置處。

兩線船閘軸線間距方案研究見圖5。

圖5 兩線船閘軸線間距方案研究示意圖(一線僅向右側(cè)擴(kuò)寬)(單位：m)

從圖5可以看出，如果是右側(cè)擴(kuò)寬方案，間距是120 m方案，兩線船閘的引航道的間距僅有4 m。如果間距是115 m，引航道結(jié)構(gòu)已經(jīng)無法布置。

根據(jù)水庫運(yùn)行方式，當(dāng)來流量大于最大通航流量時(shí)，17孔泄洪閘已全部敞開泄洪。如果采用兩側(cè)擴(kuò)寬或者左側(cè)擴(kuò)寬方案，引航道更靠近泄洪閘，通航水流條件很難滿足，樞紐泄洪安全也得不到保障。

圖6 遠(yuǎn)期一線船閘改建軸線間距150 m方案上游主導(dǎo)航墻段典型剖面圖(航上0+183.00)

圖7 遠(yuǎn)期一線船閘改建軸線間距120 m方案上游主導(dǎo)航墻段典型剖面圖(航上0+183.00)

圖8 遠(yuǎn)期一線船閘改建軸線間距130 m方案上游主導(dǎo)航墻段典型剖面圖(航上0+183.00)

圖6～8是一線改建時(shí)往兩側(cè)擴(kuò)寬方案在航上0+183 m處的示意圖，從圖中可以看出，左側(cè)布置已經(jīng)接近原深河床之后，右側(cè)的導(dǎo)航墻在115 m方案已經(jīng)完全占據(jù)原隔水堤，另外與二線導(dǎo)航墻間距非常小，施工布置相當(dāng)困難。120 m方案略好一點(diǎn)，130 m方案更優(yōu)。因此，從一線船閘改建來看，115 m方案布置非常困難，120 m方案相當(dāng)緊湊，130 m方案最好。

2.4 主要估算投資比較

上述三個(gè)方案主要不同之處在于主體土建工程、征地拆遷和移民安置、施工期臨時(shí)費(fèi)用等方面。與軸線間距為120 m方案相比，115 m方案主體工程土建工程估算投資少約630萬元，征地拆遷和移民安置估算投資少約270萬元，用于施工期基坑穩(wěn)定的臨時(shí)防護(hù)估算投資多約400萬，估算投資合計(jì)較120 m方案約少500萬元。

與軸線間距為120 m方案相比，130 m的方案主體工程土建工程估算投資多約2 100萬元，征地拆遷和移民安置估算投資多約700萬元，用于施工期基坑穩(wěn)定的臨時(shí)防護(hù)估算投資少約640萬元，上述三項(xiàng)土建和施工臨時(shí)估算投資合計(jì)較120 m方案多約2 160萬元。

經(jīng)上述主要估算投資比較，相對(duì)于總投資二十多億而言，120 m與115 m方案相差較小，130 m方案投資較大。

2.5 船閘軸線間距的選定

綜合上述因素，130 m方案在對(duì)一線船閘的影響、二線船閘基坑防護(hù)、對(duì)一線船閘改建的影響等方面限制因素最小，施工組織設(shè)計(jì)相對(duì)容易，項(xiàng)目實(shí)施保障度高；120 m方案次之，各方面均需采用一定的工程措施，雖然有一定難度，但也可正常實(shí)施；115 m方案各方面限制因素較大，實(shí)施困難。

結(jié)合本工程自身的特性，考慮到115 m方案實(shí)施困難、130 m方案的土石方開挖工程量、工程用地面積、征地拆遷和移民安置工作量大幅增加等情況，本工程推薦采用船閘軸線間距為120 m的方案。

3 對(duì)于復(fù)線船閘軸線間距選定的初步探討

3.1 西津水利樞紐兩線船閘軸線間距的合理性分析

受限于右岸上游岸坡開挖、高邊坡處理、船閘主體段右側(cè)的居民較多等因素的影響，在工可階段經(jīng)綜合比選，西津水利樞紐兩線船閘的軸線間距選定為120 m。施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，為了進(jìn)一步改善上游船舶通航條件，對(duì)上、下游主導(dǎo)航墻的線型略做調(diào)整，調(diào)整后的主導(dǎo)航墻整體更靠近一線船閘。同時(shí)，隨著對(duì)樞紐工程區(qū)地質(zhì)資料的進(jìn)一步豐富和完善，經(jīng)研究，工可階段選定的上游主導(dǎo)航墻重力式結(jié)構(gòu)形式已不太適用。為了保證施工期不產(chǎn)生對(duì)一線船閘的影響，將上游主導(dǎo)航墻的結(jié)構(gòu)形式調(diào)整為高樁承臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式，減輕了對(duì)一線船閘的影響。

西津樞紐兩線船閘間距的選定，是統(tǒng)籌考慮各種影響因素后，經(jīng)綜合比選確定出的數(shù)值，雖然在施工圖階段對(duì)局部結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行了修改，但120 m軸線間距方案是完全可以順利實(shí)施的，對(duì)施工期影響較小。當(dāng)然，如果條件允許，對(duì)本樞紐兩線船閘間距進(jìn)行適當(dāng)放寬，會(huì)取得更好的效果。

3.2 對(duì)類似樞紐兩線船閘軸線間距的思考

西江干流上建設(shè)有復(fù)線船閘的樞紐，主要有貴港樞紐、桂平樞紐、長(zhǎng)洲水利樞紐等。目前，桂平樞紐二線船閘、長(zhǎng)洲水利樞紐三線、四線船閘均已建成運(yùn)行，貴港樞紐二線船閘正在建設(shè)。從這些項(xiàng)目?jī)删€船閘間距來看，桂平樞紐一、二線船閘間距為125 m，貴港樞紐一、二線船閘間距為120 m，長(zhǎng)洲樞紐三線船閘與原已建二線船閘(Ⅲ級(jí)船閘，通航1 000 t級(jí)船舶)軸線間距為130 m。從整個(gè)施工過程來看，貴港、桂平樞紐兩線船閘軸線間距對(duì)施工影響較小，施工較為順利；長(zhǎng)洲二線、三線船閘軸線間距略小，對(duì)施工期影響較大，施工過程中存在一些問題。

長(zhǎng)洲三線、四線船閘布置于外江右岸一級(jí)、二級(jí)階地上，船閘上、下游橫向、縱向圍堰基本都是采用預(yù)留巖土坎、對(duì)局部巖土坎加高的方式，圍護(hù)船閘基坑進(jìn)行干地施工。受兩線船閘軸線間距的限制，滿足上、下游圍堰全年擋水需要時(shí)，三線船閘主體段大部分結(jié)構(gòu)就會(huì)被圍堰壓占，圍堰的擋水需求與三線船閘主體結(jié)構(gòu)施工需求協(xié)調(diào)的難度較大。

為解決上述問題，三線、四線船閘主體結(jié)構(gòu)只能分期分段施工。在整個(gè)施工期間，為完成三線、四線船閘各部位施工，施工期圍堰布置共分為六期，預(yù)留巖土坎圍堰被局部挖除、重新填筑數(shù)次，增加了較大的工作量；同時(shí)，圍堰局部挖除后，對(duì)土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定處理也極其困難，穩(wěn)定邊坡的處理代價(jià)較高，增加了較多的工程投資，對(duì)施工工期也造成了一定的影響。

上述三個(gè)復(fù)線船閘軸線間距相近，均為120～130 m，但對(duì)施工影響不盡相同，究其原因，除船閘設(shè)計(jì)水頭的影響之外，最主要的因素應(yīng)為樞紐所在區(qū)域的地層、地質(zhì)因素。貴港、桂平樞紐覆蓋層、全風(fēng)化巖及強(qiáng)風(fēng)化巖相對(duì)較薄，巖面高，基坑高度范圍大部分為弱風(fēng)化花崗巖，開挖坡度較陡，基坑開挖放坡水平距離較近，對(duì)間距要求稍小；長(zhǎng)洲三四線船閘工程，全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化巖層較厚，基坑開挖深度范圍大部分為覆蓋層，開挖時(shí)穩(wěn)定邊坡的坡度較緩，基坑開挖時(shí)，水平放坡距離較大，對(duì)兩線船閘軸線間距要求稍高。

4 結(jié)語

西江干流上建設(shè)有復(fù)線船閘的樞紐，主要有貴港樞紐、桂平樞紐、長(zhǎng)洲水利樞紐等。三個(gè)樞紐通航建筑物與本工程類似，均為在現(xiàn)有1 000 t級(jí)船閘正常運(yùn)行的情況下，采用并列布置的方式新建3 000 t級(jí)二線船閘(長(zhǎng)洲水利樞紐為在1 000 t級(jí)二線船閘右側(cè)同時(shí)建設(shè)三線、四線船閘)。成功的設(shè)計(jì)及施工實(shí)踐證明，兩線船閘軸線間距為120～130 m是切實(shí)可行的，本工程船閘軸線間距選定為120 m是基本合適的。

對(duì)于其他類似樞紐，當(dāng)需在一線船閘側(cè)擴(kuò)建二線船閘、涉及船閘軸線間距選擇時(shí)，船閘軸線間距可在110～130 m范圍內(nèi)初選。對(duì)于覆蓋層較薄、巖面較高的工程，軸線間距可取小值；對(duì)于覆蓋層較厚、巖面較低的工程，軸線間距宜取大值。對(duì)于類似長(zhǎng)洲樞紐，覆蓋層相對(duì)較厚的，條件允許時(shí)，建議軸線間距在130 m的基礎(chǔ)上，適當(dāng)加大。

船閘軸線間距初步擬定后，再根據(jù)樞紐建筑物布置、地形、河勢(shì)、地質(zhì)、征地及移民安置等限制因素，經(jīng)多方案綜合比選后最終確定。

[1]廣西壯族自治區(qū)人民政府.廣西西江黃金水道建設(shè)規(guī)劃[R].南寧：廣西壯族自治區(qū)人民政府，2010.

[2]GB 50139-2014，內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院.西江航運(yùn)干線桂平二線船閘工程初步設(shè)計(jì)[R].2007.

[4]廣西電力工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司.長(zhǎng)洲水利樞紐三線四線船閘工程初步設(shè)計(jì)[R].2010.