新安江水電站過壩通航設施方案研究

張 弦，于 青，熊立剛

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，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，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，受當時升船機技術不過關等因素制約，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生一定的促進作用。本文結合新安江水電站現(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經(jīng)濟比較，提出新安江水電站過壩通航設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施，原設計采用“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。設計年貨運量201.1萬t，年客運量28.9萬人次。升船機原設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，受升船機技術不過關等因素制約，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。參考國內外已建過壩通航設施的建設經(jīng)驗，結合新安江水電站現(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計已預留過壩升船機線位，其出口位于彎道上游側，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施原線位和新線位位置

結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施線位，利用已建的上閘室進行改擴建。通航設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，采用浮式導航堤結構，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+簡支梁結構，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構，布置在升船機末端靠江一側，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，采用浮式鋼結構，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+簡支梁結構，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構，布置在升船機末端靠江一側，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，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，采用浮式鋼結構，長170 m。目前國內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已建工程構皮灘通航隧洞，其斷面采用城門洞形[9-10]。結合本工程地質條件，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，內設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自航、錯時、單向行駛，參考相關試驗研究成果，隧洞內船舶自航航速取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，內設有錯船段、泄放孔、碼頭及生產管理用房等設施。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。明渠右側設有泄水系統(tǒng)，當通航隧洞和通航明渠檢修時，可關閉上游閘室和升船機上閘首工作閘門，開啟通航明渠內的放空閥泄水，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以內的客船，此方案明渠內設有錯船段，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、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構存在影響，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施采用單升船機大隧洞方案。

3 結論和建議

(1)通航建設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)是一項技術復雜、設備精密、安全性高的系統(tǒng)工程，隨著水口、三峽、構皮灘水電站等垂直升船機相繼投產運行，升船機的設計、制造、安裝及運行等一系列關鍵技術問題得以解決，但運行使用過程中仍會出現(xiàn)一些技術問題，還需開展深入研究。

(3)長隧洞通航國外已有應用，但國內尚沒有實際運行案例，在建的構皮灘大型升船機工程尚在調試中，其通航隧洞長約425 m，隨著它的運行，有關隧洞通航的關鍵技術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鍵技術問題，仍需開展大量的科學研究。