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大源渡二线船闸总体布置方案_图文

2019 年 3 月 第 3 期  总第 553 期
通航建筑物

水运工程 Port & Waterway Engineering

Mar 2019 No 3  Serial No 553

大源渡二线船闸总体布置方案

周  灿? 段元振? 彭  哲? 黄圣平
( 湖南省水运建设投资集团有限公司? 湖南 长沙 410011)

摘要: 为解决丘陵地区复杂地形条件下既有枢纽建筑对扩建二线船闸的制约影响? 从理论上分析设计条件? 并通过物

理模型验证? 提出适合弯曲河段的船闸总体布置方案和保障通航能力的技术措施? 该船闸总体布置方案和相关技术措施可

为湘江流域后续二线船闸建设提供借鉴?

关键词: 二线船闸? 总体布置方案? 设计措施

中图分类号: U 641 2+ 1

文献标志码: A

文章编号: 1002 ̄ 4972(2019)03 ̄ 0039 ̄ 04

Overall layout plan of Dayuandu second ̄line ship lock
ZHOU Can DUAN Yuan ̄zhen PENG Zhe HUANG Sheng ̄ping Hunan Provincial Water Transportation Construction & Investment Group Co. Ltd. Changsha 410011 China
Abstract In order to solve the constraints of existing hub buildings on the expansion of second ̄line ship
locks under complex terrain conditions in hilly areas this paper analyzes theoretically the design conditions and proposes the overall layout plan of the ship lock suitable for the curved section and the technical measures to ensure the navigation capacity which is verified by the physical model The overall layout plan of the ship lock and related technical measures can provide reference for the construction of the second ̄line ship lock in the Xiangjiang River.
Keywords the second ̄line ship lock overall layout plan design measure

    大源渡二线船闸是湖南第一批在已建船闸旁 扩建二线船闸的项目? 该工程位于湘江流域中游 河段衡阳境内? 是湘江高等级航道的重要组成部 分? 为关键控制性工程之一? 该项目完工后对促 进湖南省加快融入长江经济带、 完善综合交通运 输体系等均具有重要的意义?
大源渡航电枢纽坝址控制流域面积 5 3 万 km2? 多 年 平 均 径 流 量 441 亿 m3? 多 年 平 均 流 量 1 400 m3 ∕s? 正常蓄水位 50 1 m?

凹岸倾斜的横比降? 横断面上环向横流明显? 枢 纽下游右岸有湘江一级支流洣水汇入? 其多年平 均流量 900 m3 ∕s? 水流掺混在下游口门区形成江 心洲? 上游口门外约 1 000 km 处连接段建有大源 渡湘江大桥? 通航水流条件复杂? 大源渡二线船 闸地形、 地貌见图 1?

1  设计条件 11  河势地形复杂
大源渡一线船闸所在河段属于弯曲河道? 左 岸为凸岸? 台地开 阔? 右 岸 为 凹 岸? 台 地 狭 窄? 坝址河面宽 600 m? 受离心力的作用? 存在凸岸向

图 1  大源渡二线船闸地形、 地貌

收稿日期: 2018 ̄09 ̄20 作者简介: 周灿 (1981—) ? 男? 高级工程师? 从事水运工程项目管理?

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水运工程

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12  一线船闸及既有建筑物制约空间布置 扩建二线船闸之前? 大源渡航电枢纽自左至
右依次布置 3 大主体建筑? 分别为 1 000 吨级船 闸、 23 孔泄水闸、 4 × 3 万 kW 发电厂房? 以及坝 顶桥等其他设施? 右岸凹侧山体陡峭? 狭窄的台 地范围建有电站开关站及枢纽生产、 生活设施? 在河道凹侧布置船闸? 将进一步增大其弯曲半径? 上游 1 km 处的湘江大桥通航孔设在左岸不利于航 线的位置? 且电站进水口的水力条件不利于通航 安全? 下游京广铁路紧邻江岸? 基本可否决右岸 扩建船闸方案? 左岸一线船闸的两侧具备布置二 线船闸的条件? 但一线船闸左侧受居民聚集区和 开挖工程的影响? 右侧受泄水闸和既有船闸的影 响? 两线船闸之间的轴线距离十分敏感? 扩建船 闸平面布置的空间非常有限? 13  洪峰流量及枢纽泄洪影响通航保证率
湘江河段内径流以降雨补给为主? 洪水成因 主要是暴雨? 多发高水位洪峰? 洪水传播速度变 幅大? 闸址上游洪水呈复式双峰洪水过程? 闸址 上游衡阳站多年平均年径流量 428 7 亿 m3? 历年 实测最大流量为 2 4 万 m3 ∕s? 实测最小流量 30 m3 ∕s? 汛期流量大? 对口门区及隔水墙等建筑物的规模 和功能要求较高? 大源渡船闸闸址各频率对应洪 峰水位见表 1?
大源渡航电枢纽的上游渠化库区航道? 正常挡 水位提升? 航深、 水面比降和流速等航运条件大幅 改善? 但大源渡航电枢纽为径流式电站? 没有调节 库容? 根据调度方案? 入库流量大于 7 000 m3 ∕s 时?

表 1  大源渡船闸闸址各频率对应洪峰水位

频率∕% 坝上水位∕m 坝下水位∕m 流量∕( 万 m3s-1 )

0 2

57 80

57 60

2 76



56 41

56 23



55 70

55 50

2 34



54 10

53 90

10

52 95

52 70

1 67

20

51 60

51 30

50

49 40

49 10

1 06

全部流量通过泄洪闸下泄? 水库接近天然行洪状 态? 因此? 在下游? 利用汛期削减洪峰、 枯期增 大流量来改善通航条件的效果并不明显? 其中枯 水期 ( 总流量为 400 m3 ∕s、 水位 40 5 m) 的坝下 水流归入河道左侧深槽? 对下游口门区影响较 大? 下泄 流 量 增 大 至 4 000 m3 ∕s 为 下 游 平 滩 流 量? 该流量时下游江心洲对河道水流分布的影响 较大? 14  软岩地质影响船闸结构形式
勘察区地处华夏系构造带? 构造带走向为 40° ~ 50°? 坝址上游 1 km 处为白垩系紫红色砂岩 或砾岩? 下游 1 5 km 处为泥盆系石英砂岩? 该两 组地层 与 下 伏 的 板 溪 群 板 岩 呈 角 度 不 整 合 接 触? 大坝右肩东侧 300 ~ 400 m 处由海西期花岗闪长岩 侵入体? 区内板溪群地层中褶皱和断裂十分发育? 板溪群地层呈单斜构造? 产状 290° ~ 310°? 倾角 55° ~ 70°? 因受后期多次构造挤压影响? 局部岩层 有倒转或倾角变化的迹象 1 ? 大源渡二线船闸地 质岩土层主要设计参数见表 2?

地层 代号 Qal+pl

Q4pl K K P tbnw P tbnw

地层岩性
粉质黏土 圆砾 强风化泥质粉砂岩 中风化泥质粉砂岩 强风化板岩 中风化板岩

表 2  大源渡二线船闸地质岩土层主要设计参数

内摩擦角∕ 黏聚力∕

(°)

kPa

抗剪强度( 混凝土∕ 岩土) ∕MPa

允许承载力∕ kPa

20

29 00

0 25

250

38



0 40

350

300

0 05

0 50

1 200

0 40

0 60

500

0 35

0 70

900

渗透系数∕ ( md-1 ) 6 × 10 -4
50 0 5 0 3 0 1 ~ 0 5 0 3 ~ 0 05

压缩模量∕ MPa
8 62 8 43

弹性模量∕ GPa
0 7 2 0 1 5 3 0

  第3期

周 灿? 等: 大源渡二线船闸总体布置方案

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    闸址地质地层主要由第四系全新统的粉质黏 土、 圆砾和白垩系的全 ( 强) 风化泥质粉砂岩、 强风化板岩组成? 强风化泥质粉砂岩岩体破碎、 节理裂隙密集发育? 强风化板岩倾角达 70°? 垂直 状节理发育? 泥质粉砂岩具有遇水软化、 失水干 裂? 即 “见风消” 的特征? 鉴于上述情况? 软岩 地质影响船闸结构的因素主要包括:
1) 软岩压缩性强、 承载能力低? 为适应不均 匀沉降地基? 需要增大闸室底板刚度? 为确保闸 首、 闸室稳定? 需要增大基底宽度? 为稳定边坡? 需要增大开挖坡比?
2) 软岩抗冲能力较低? 容易被冲刷? 船闸输 水系统放水时? 尽管流速不大? 但水流仍具有一 定的剩余能量? 需要对输水系统出口段以下引航 道适当护底?
3) 软岩基础渗透性强? 在渗透水流的作用 下? 容易产生渗透变形和渗水? 特别是检修工况 时闸室内渗水难以排尽? 需要采取防渗措施?
2  二线船闸总体布置 21  闸位
大源渡二线船闸平行布置在一线船闸右侧的 中洲岛上? 自左至右依次为一线船闸、 二线船闸、

鱼道、 副坝、 已建泄水闸和厂房等? 一、 二线船 闸轴线间距为 100 m? 二线船闸下闸首与一线船闸 下闸首齐平 2 ? 当两线船闸轴线距离小于 100 m 时? 一线船闸在水压力作用下? 闸室墙前趾开始 出现拉应力( 最小 85 kPa) ? 必须进行支护和加固 处理才能避免一线船闸闸室墙止水和防渗系统的 破坏? 当两线船闸轴线距离大于 100 m 时? 受凸 岸布置的影响? 引航道的直线段将不满足规范要 求? 且距离越大对泄水闸安全的影响越明显?
大源渡航电枢纽二线船闸为Ⅱ等单级船闸? 主要建筑物 3 级? 设计洪水标准为 50 a 一遇? 相 应洪水流量 2 34 万 m3 ∕s? 校核洪水标准为 500 a 一遇? 相应洪水流量 2 76 万 m3 ∕s? 船闸建筑物按 10 a 一遇洪水标准设计? 对应上、 下游水位分别 为 52 95 m 和 52 7 m? 相应洪水流量 1 67 万 m3 ∕s? 引航道最高通航水位为 2 a 一遇? 对应上、 下游 水位 分 别 为 50 1 m 和 49 4 m? 相 应 洪 水 流 量 1 06 万 m3 ∕s? 设计年单向通过能力为 2 340 万 t? 闸室有效尺度 280 m×34 m×4 5 m( 长×宽×门槛水 深) ? 上、 下闸首顶部高程分别为 59 5、 55 15 m? 上、 下闸首门槛高程分别为 43 2、 35 1 m? 采用 闸墙长廊道侧支孔分散输水系统? 大源渡二线船 闸总体布置见图 2?

图 2  大源渡二线船闸总体布置

22  上游引航道模型试验验证与布置 1) 通过模型试验研究口门区水流条件并提出
改善口门区流速的工程措施? 试验表明? 当流量 为 8 000 m3 ∕s 时? 泄水闸全部开启? 河道水流条 件接近自然河流状态? 原设计方案上游引航道口 门区处于弯道河段弯顶处? 口门区横向流速较大

( vxmax = 1 04 m∕s) ? 不满足通航规范要求 3 ? 为改 善上游水流条件? 隔水墙长度缩短至 128 m? 并布 置到 弯 道 的 缓 流 区? 调 整 后? 通 航 流 量 达 到 1 15 万 m3 ∕s 时? 口门区大部分区域流速满足规范 要求? 只有小部分区域( 长约 25 m) 横向流速达到 0 30 ~ 0 49 m∕s?

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水运工程

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2) 提出防撞措施? 洪水期水流流速较大? 上 行时? 4 0 m∕s 静水船速上行的对岸航速为 3 4 m∕s? 舵效和船舶航行姿态较好? 船舶航行参数满足要 求? 下行时? 3 0 m∕s 下行进入口门区时对岸航速 达到 4 39 m∕s? 为防止船舶撞向船闸等安全事故 的发生? 需对上游引航道的布置方案进行调整? 加设制动段? 弯道急流区斜流过大? 船舶若行驶 至该区域则容易偏离引航道进入库区? 有撞上泄 水闸的危险? 故在隔水墙后设置拦船设施?
3) 优化航线? 航线布置充分利用上游弯道缓 流区的特点? 避开弯道急流区? 即? 自航船舶上 行航线整体移至口门区中心线区域? 上、 下行航 线交汇点往引航道中轴线移动后航线微弯调顺并 与 2 号桥孔中轴线连接? 自航船舶下行航线从 1 号桥孔进入? 沿岸边直行? 下行靠河侧航线转弯 点下移至隔水墙掩护区附近? 该区域水流较缓? 船舶容易调直船身进入口门区?
因此? 上游引航道采用直进曲出的不对称布 置形式? 一、 二线共用引航道? 宽度 150 m? 直线 段长度 520 m? 制动段与停泊段采用弯道衔接? 弯 道半径 360 m? 引航道最小水深 4 2 m? 主 导 航 墙、 靠船墩、 桩基墩板式隔水墙、 防撞墩等均布 置在右侧? 23  下游引航道模型试验验证与布置
1) 优化下游导流堤? 下游引航道连接段位于 弯曲的束窄河段? 大部分区域为斜流? 尤其是连 接段末端处斜流较大 ( 约 3 m∕s) ? 采用 180 m 导 堤方案? 其连接段较长? 能提供更多的调整区 域? 占用主河道面积较小? 对河段行洪能力影响 较小?
2) 改善下游口门区通航水流条件? 在 180 m 导堤后接 2 个导流墩? 导流墩为长 30 m、 厚 2 5 m 的菱形? 第 1 个导流墩与堤头间距为 40 m? 2 个 导流墩间距为 30 m? 导流墩轴线与导堤轴线夹角 为 5°? 当角度为 5°时? 口门区回流明显减小? 横

向流速也减小? 其中横向流速最大为 0 278 m∕s? 回流流速最大为 0 26 m∕s? 满足规范要求? 同时? 疏挖下游河道至 35 5 ~ 36 5 m? 恢复行洪断面?
因此? 下游引航道采用直进曲出的不对称布 置形式? 一、 二线共用引航道? 宽度 128 5 m? 直 线段长度 505 m? 引航道最小水深 4 2 m? 原有一 线导流墩拆除? 主导航墙、 靠船墩、 隔水堤、 桩 基承台式导流墩等均布置在右侧?
3  结语 1) 二线船闸布置时? 对设计条件进行逐一梳
理? 既有枢纽建筑物是制约扩建船闸布置的关键 性因素之一?
2) 在充分考虑丘陵地区复杂地形、 河流水力 以及既 有 建 筑 的 空 间 限 制 等 设 计 条 件 的 基 础 上? 通过经济技术比选? 闸位布置调整为一、 二线船 闸轴线 100 m、 引航道采用直进曲出的不对称布置 形式且一、 二线共用引航道? 实现了功能、 技术、 成本等综合指标最优?
3) 通过定床整体物理模型试验进行船闸布置 优化? 采取优化航线、 优化导流堤、 上游隔水墙 长度缩短至 128 m、 下游增设导流墩等工程措施 后? 上、 下游引航道口门区通航水流条件得到改 善? 横向流速满足规范要求?
参考文献:
1   湖南省交通规划勘察设计院. 湘江二级航道二期工程 岩土工程勘察报告 R .长沙 湖南省交通规划勘察设 计院 2015.
2   湖南省交通规划勘察设计院. 湘江二级航道二期工程 初步设计 报告 R . 长 沙 湖 南 省 交 通 规 划 勘 察 设 计 院 2015.
3   长沙理工大学.湘江二级航道二期工程大源渡二线船 闸口门区通航水流条件模型试验报告 R .长沙 长沙 理工大学 2015. (本文编辑  郭雪珍)




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