北江清遠(yuǎn)樞紐二線船閘平面布置方案比選

高君杰

（廣東省北江航道開發(fā)投資有限公司，廣東 廣州 510000）

北江是珠江水系第二大河流，位于廣東省北部，朝南流經(jīng)廣東省韶關(guān)、英德、清遠(yuǎn)、佛山等縣市，在三水思賢滘口與西江匯合進(jìn)入珠江三角洲河網(wǎng)地區(qū)后注入南海?！笆晃濉币詠?，隨著珠三角區(qū)域及粵北地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)外開放力度的不斷加大，北江流域粵北地區(qū)的經(jīng)濟(jì)得到了前所未有的發(fā)展，以水泥、煤炭、礦建材料等大宗散貨為代表的貨運(yùn)需求迅猛增加，而粵北的陸路運(yùn)輸能力遠(yuǎn)不能滿足貨運(yùn)需求，迫切需要發(fā)展水路運(yùn)輸以滿足區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，北江航運(yùn)作為粵北地區(qū)溝通珠三角的水運(yùn)大通道，將成為粵北地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐和依托，航運(yùn)地位十分重要。

由于北江航道為Ⅴ級(jí)航道，等級(jí)較低，且沿線樞紐通航船閘規(guī)模也偏小且不統(tǒng)一，部分航段通航水深不滿足要求、水文條件變化大，航道條件較差，通航能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足粵北腹地運(yùn)輸發(fā)展的需求，且北江每年均出現(xiàn)大量船舶擁堵現(xiàn)象也引起較大的社會(huì)反響。因此，改善北江河段通航條件和提高通航能力，提升航道等級(jí)迫在眉睫，北江航道擴(kuò)能升級(jí)對(duì)增強(qiáng)粵北腹地經(jīng)濟(jì)發(fā)展動(dòng)力、促進(jìn)粵北地區(qū)資源開發(fā)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展，對(duì)延伸21世紀(jì)海上絲綢之路，以航道建設(shè)疏通經(jīng)濟(jì)動(dòng)脈具有十分重要的意義。

清遠(yuǎn)水利樞紐是位于北江干流上以航運(yùn)、改善水環(huán)境為主，結(jié)合發(fā)電、反調(diào)節(jié)，兼顧灌溉和供水條件、旅游、養(yǎng)殖和水資源等為一體的綜合性水利樞紐。因此，開展清遠(yuǎn)樞紐二線船閘工程的建設(shè)是迫切的、必要的。通過研究清遠(yuǎn)樞紐及現(xiàn)有船閘概況，確定了二線船閘平面布置方案，對(duì)于類似船閘平面布置具有借鑒意義。

1 工程概況

清遠(yuǎn)水利樞紐壩址位于北江干流清遠(yuǎn)城區(qū)下游石角鎮(zhèn)大燕河口上游約1.0 km處，壩址上距清遠(yuǎn)市區(qū)16 km，距飛來峽水利樞紐46.73 km，下距石角水文站4.8 km。樞紐建筑物從左至右依次為左岸土壩、門庫段、廠房安裝間、廠房主機(jī)間、31孔泄水閘、門庫段、船閘、船閘門庫段、右岸土壩。

清遠(yuǎn)水利樞紐新建二線線船閘等級(jí)為內(nèi)河Ⅲ級(jí)，設(shè)計(jì)通航船舶1 000 t級(jí)，船閘有效尺度220 m×34 m×4.5 m（閘室長×閘室寬×最小門檻水深）。通航凈高為10 m。根據(jù)北江航道貨運(yùn)量的預(yù)測需求，清遠(yuǎn)水利樞紐新建二線船閘設(shè)計(jì)為單級(jí)船閘。

2 船閘總體布置原則

船閘閘位選擇，應(yīng)根據(jù)船閘級(jí)別規(guī)模、樞紐布置現(xiàn)狀和自然條件等，按下列原則進(jìn)行全面分析和綜合考慮后選定。

2.1 安全性

閘位選擇時(shí)應(yīng)考慮城鎮(zhèn)規(guī)劃和城鎮(zhèn)建設(shè)的要求，而且應(yīng)貫徹水資源綜合利用的原則，充分調(diào)研、合理規(guī)劃。

2.2 生態(tài)環(huán)保

應(yīng)妥善考慮與樞紐既有建筑物的關(guān)系，綜合考慮跨河交通橋、防汛道路等構(gòu)造物的布置，充分考慮“永臨結(jié)合”原則布置大型臨時(shí)工程圍堰結(jié)構(gòu)，確保施工期間樞紐結(jié)構(gòu)安全和正常運(yùn)行。

2.3 通航保障

應(yīng)確保船舶在過閘過程中上下游引航道行駛和停靠的安全，確保船閘具有良好的通航條件。

2.4 經(jīng)濟(jì)合理

閘址選擇應(yīng)考慮交通條件，有利于船閘的管養(yǎng)和運(yùn)行，并考慮工程投資情況，閘位的整體布置應(yīng)盡量選在地質(zhì)條件佳的位置，以減少地基處理工程量，并避開人群居住密集帶，降低征地拆遷大量投入。

3 船閘閘位方案及比選

3.1 閘位左、右岸選擇

根據(jù)清遠(yuǎn)水利樞紐現(xiàn)有場地條件，按照二線船閘分別位于左岸和右岸選擇了兩個(gè)總體布置方案。

由于兩個(gè)總體布置方案的二線船閘分別位于樞紐的左、右岸灘地，均無房屋拆遷與移民問題；根據(jù)整體模型試驗(yàn)成果，采取一定的工程措施后，兩個(gè)方案的上、下游引航道口門區(qū)水流條件均能滿足使用要求。通過對(duì)工程占地、地質(zhì)條件、施工條件、一線船閘通航條件、對(duì)兩岸堤防影響及工程總投資等方面進(jìn)行綜合分析和比選，推薦將二線船閘布置在河道右岸。左、右岸閘位方案對(duì)比分析如下：

（1）工程占地：總體布置左岸方案永久征地面積要大于右岸方案，征地補(bǔ)償投資也相對(duì)較多。

（2）地質(zhì)條件：二者地質(zhì)條件類似，軟基土層較厚，各建筑物均建于含泥中細(xì)砂、含礫中細(xì)砂、含泥中粗砂、含泥砂卵礫石等土層，滲透穩(wěn)定性較差，地基承載力低，但右岸方案閘址處土層多為含泥粉細(xì)砂，所以左岸方案的地質(zhì)條件較優(yōu)。

（3）施工條件：右岸方案的二線船閘位于一線船閘與清西圍堤防之間，緊鄰一線船閘與清西圍堤防，施工場地狹窄，基坑開挖的支護(hù)難度極大，施工措施需加強(qiáng)，從而造成投資大幅提高。

（4）隔流設(shè)施工程：左岸方案需在二線船閘上、下游引航道多個(gè)位置設(shè)置隔流設(shè)施，而右岸方案位于一線船閘的右側(cè)，僅依靠一線船閘的上游主導(dǎo)航墻和下游隔流堤即可滿足引航道水流條件要求，無需增設(shè)隔流設(shè)施。

（5）一線船閘通航條件：左岸方案施工對(duì)一線船閘無任何影響；右岸方案與一線船閘相鄰布置，對(duì)一線船閘的安全運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生一定影響。

（6）對(duì)兩岸堤防影響：左岸方案船閘軸線距離左岸清東圍堤防較遠(yuǎn)，但下游引航道的開挖會(huì)降低北江大堤堤腳外灘地高程，并使洪水時(shí)堤腳處水流流速增加，故左岸方案對(duì)堤防的影響較右岸方案大。

（7）工程投資：左岸方案的工程總投資為10.85億元；右岸方案的工程總投資為9.31億元；左岸方案工程總投資比右岸方案多1.55億元，兩者投資相當(dāng)。

3.2 方案比選

3.2.1 閘位方案

河床右岸布置有已建成一線船閘，有效尺度為180 m×23 m×3.5 m（閘室長×閘室寬×最小門檻水深）。上游引航道底高程為3.78 m，底寬52 m，主導(dǎo)航墻全長約340 m。下游引航道底高程為-2.69 m，底寬52 m，設(shè)隔流堤長約630 m。右岸閘位方案擬將二線船閘布置于一線船閘右側(cè)，閘位方案1中二線船閘與既有一線船閘中心距為90 m、閘位方案2二線船閘與既有一線船閘中心距為85.5 m。閘位方案1與方案2的二線船閘上閘首前沿與右岸船閘門庫段前沿平齊，上閘首左側(cè)與原一線船閘門庫段相接，右側(cè)與土壩連接。引航道布置方式為反對(duì)稱型，上游引航道向左側(cè)拓寬，下游引航道向右側(cè)拓寬。

（1）閘位方案1：二線船閘與一線船閘平行，布置在既有一線船閘右岸，兩閘中心距為90 m。閘位方案1在施工中可通過采用地連墻支護(hù)，避免拆除一線船閘檢修門庫，減少外部協(xié)調(diào)矛盾。新建二線船閘切斷了原一線船閘檢修通道，在一二線船閘之間設(shè)置363.5 m檢修橋以滿足一線船閘檢修要求，檢修橋不占用上閘首頂部凈空。

（2）閘位方案2：二線船閘與一線船閘平行，布置在既有一線船閘右岸，兩閘中心距為85.5 m。閘位方案2在施工中需拆除并恢復(fù)2/3的一線船閘檢修門庫。新建二線船閘切斷了原一線船閘檢修通道，在一二線船閘之間設(shè)置363.5 m檢修橋以滿足一線船閘檢修要求，檢修橋要占用上閘首頂部凈空。

3.2.2 方案比選

右岸閘位方案比選結(jié)果見表1。

表1 右岸閘位方案比選

通過對(duì)右岸兩個(gè)閘位方案船閘的征地、通航條件、方案布置、對(duì)既有樞紐水工建筑物的影響、施工周期及造價(jià)等方面進(jìn)行比選和研究，推薦采用閘位方案1，即二線船閘中心距與一線船閘中心距為90 m方案。

4 引航道布置

4.1 上游引航道布置

一、二線船閘采取上游引航道共用模式，上游引航道布置方式為直線進(jìn)閘、曲線出閘，引航道長度直線段長度為512.5 m，引航道底寬60 m，上游引航道口門區(qū)底寬139 m。上游靠船墩布置在右岸，靠船段長度均為340 m，間距為20 m，分別設(shè)置18個(gè)靠船墩。上游引航道轉(zhuǎn)彎段角度20°14′22″。

4.2 下游引航道布置

4.2.1 曲進(jìn)直出方案

下游引航道采用曲線進(jìn)閘、直線出閘的布置方式，下游引航道直線段長487.8 m，引航道底寬60 m，下游引航道口門區(qū)底寬183 m，此時(shí)下游靠船墩布置在右岸，靠船段長度均為340 m，間距為20 m，分別設(shè)置18個(gè)靠船墩。下游引航道轉(zhuǎn)彎段角度17°50′32″。

4.2.2 直進(jìn)曲出方案

下游引航道采用直線進(jìn)閘、曲線出閘的布置方式，下游引航道直線段長515.6 m，引航道底寬60 m，下游引航道口門區(qū)底寬193 m，此時(shí)下游靠船墩布置在左岸，靠船段長度均為340 m，間距為20 m，分別設(shè)置18個(gè)靠船墩。下游引航道轉(zhuǎn)彎段角度17°50′32″。

4.2.3 方案比選

下游引航道布置方案比選見表2。

表2 下游引航道布置方案比選

綜合以上因素，為減少下游引航道直線段長度，減少土方開挖量，提高過閘效率，推薦下游引航道布置采用曲進(jìn)直出的方案。

5 結(jié)語

（1）對(duì)清遠(yuǎn)樞紐二線船閘工程提出了左岸和右岸的總體布置方案，通過對(duì)工程占地、地質(zhì)條件、施工條件、一線船閘通航條件、對(duì)兩岸堤防影響及工程總投資等方面進(jìn)行綜合分析和比選，推薦將二線船閘布置在河道右岸。

（2）通過對(duì)河道右岸兩個(gè)閘位方案船閘的工程征地、通航條件、方案布置、對(duì)現(xiàn)有建筑物的影響、施工條件及投資等方面進(jìn)行分析和比選，推薦采用二線船閘中心距與一線船閘中心距為90 m的閘位方案。

（3）一、二線船閘采取引航道共用模式，上游引航道布置方式為直線進(jìn)閘、曲線出閘；為降低工程土方開挖量，提高過閘效率，推薦下游引航道布置采用曲進(jìn)直出的方案。