航电枢纽船闸工程设计探讨

摘要：文章以橄榄坝航电枢纽船闸工程的设计实践为例，对航电枢纽船闸工程设计的关键技术问题展开研究。具体从航电枢纽船闸的总平面布置、闸室和导航墙结构、输水系统等设计情况进行分析，希望可以为业内同类工程的建设提供实践经验参考。

关键词：橄榄坝航电枢纽；船闸设计；总平面布置；输水系统

1工程概况

橄榄坝航电枢纽采用河床式开发，枢纽建筑物按“一”字型布置，由挡水建筑物、泄水建筑物、电站建筑物及通航建筑物、鱼道组成。最大坝高为58m，电站装机容量为195MW，正常蓄水位时相应库容约7236万m3，水库总库容为5.17亿m3，为Ⅱ等大（2）型工程。该工程处于通航河段，按Ⅴ级航道设计，过坝船舶为2×300t的顶推船队，300t机驳、500t机驳可单船过坝。

2总平面布置

2.1船闸轴线布置需要考虑的主要因素

船闸轴线布置主要基于以下原则进行：满足船舶安全通畅地通过船闸所需要的布置尺寸和引航道通航水流条件的要求，有利于减少引航道泥沙淤积，节省工程投资，便于运行管理和维护[1]。根据橄榄坝航电枢纽坝址河段地形地质条件，布置主要考虑以下三点：（1）航道条件。坝址上下游的主河道较坝轴线处狭窄，且偏于右岸，为保证上下游航道顺畅，船闸宜布置在右岸。（2）地形条件。坝址左岸为基岩滩地，如左岸布置船闸，上下游引航道需在滩地开挖形成，为使其上下游引航道口门区与主河道衔接，引航道线路长，弯道多，再加上左岸风化明显深于右岸，开挖边坡范围广，工程量大。（3）枢纽总布置。右岸船闸左岸厂房的枢纽布置较为协调，泄水建筑物大部分置于右岸主河槽，由于其左右岸分流比基本维持天然状态，对河势改变小，下泄水流较为平顺，出流条件好；船闸置于主河槽靠右岸岸坡部位，上下游引航道顺直，口门区位于河床稳定部位，与原主河道平顺连接，且泥沙不宜淤积，通航条件好；船闸与厂房采用异岸分开设计，具有较好的运行条件，电站发电运行的尾水不会对船闸下游的引航道口门区水流条件造成明显影响。航运是该工程的主要任务，泄洪次之，发电处于从属位置的功能要求。根据上述理由，船闸布置在右岸。在可行性研究第二阶段枢纽格局比选阶段，船闸靠右岸河槽布置。进入可行性研究第三阶段，为解决右岸通航建筑物上游引航道左导航墙位于主河槽严重占用泄水通道影响泄水建筑物泄洪的问题，结合下游引航道1#滑坡体以开挖为主的治理原则，固定坝轴线左坝端点，将其逆时针向下游转3°58′20″；在此基础上再将船闸坝段坝轴线逆时针向下游转3°30′，船闸轴线与坝轴线斜交，向岸坡靠近，这样以上问题可以得到较好解决。后由于工程投资太大，又结合施工导流和通航自身的要求，研究比较了船闸轴线在右岸布置的具体位置及与旋转后坝轴线相交的角度，最后确定船闸轴线与旋转后的坝轴线正交，船闸引航道采用不对称型式，取消非溢流过渡坝段，船闸在不影响泄流和满足施工条件的前提下尽量往河中靠。其开挖较少触及滑坡体，不破坏滑坡体的整体稳定性，降低了开挖边坡高度，节省了开挖量。

2.2船闸最终布置方案

该项目最终设计为单线单级船闸，船闸布置在枢纽右岸，其中心线与坝轴线的交角为90°，其左与泄洪闸毗邻。船闸由上游引航道、上闸首、闸室、下闸首、下游引航道等组成，全长943m。具体布置如图1所示。船闸上闸首在设计上由两侧边墩与帷墙构成。上闸首为钢筋混凝土浇筑结构，沿船闸轴线方向有42.5m长，口门宽度为12m。船闸上闸首前段挡水段23m顶部高程为558m，左边墩宽13m，右边墩宽17.5m。下游支持段19m顶高程为540.5m，两侧边墩对称于船闸轴线布置，边墩宽11m；船闸闸室长120m，闸室有效宽度为12m，门槛水深3m。闸室采用整体式结构，边墙采用重力式混凝土闸墙，闸室墙顶高程为540.50m；闸室底板布设有输水廊道采用钢筋混凝土底板，闸底板顶高程520.18m；船闸下闸首沿船闸轴线方向长26m，口门宽12m，采用钢筋混凝土结构，左边墩宽11m，右边墩下游增设储门库段宽17.7m，其余段宽均为11m，下闸首门顶高程为540.50m、门槛顶高程为520.18m；引航道采用不对称布置[2]。上游引航道位于坝轴线上游库区偏向右岸，左侧靠河床布置重力式曲线主导航墙，右侧靠岸边布置贴坡式辅助导航墙，主导航墙墙长432m，其中直线导航段为110m，导航墙顶高程为540.5m，墙顶宽2.5m，墙靠引航道内侧为竖直面，靠外侧坡比为1∶0.5；辅助导航墙贴坡厚度为1m，贴坡顶高程为540.5m；引航道底高程为507～528m。下游引航道靠岸边布置辅助导航墙，靠河床布置主导航墙，与上游主导航墙成不对称型式，导航段长110m，底宽由12m渐扩至40m，下游引航道底高程为513～520m。辅助导航墙为贴坡挡墙，厚1m，外侧为重力式挡墙，墙顶宽2.5m，墙顶高程为539.5m，墙背坡比为1∶0.5，下游引航道长323m，供船舶导航和保持引航道内水面平稳。

3输水系统

3.1输水系统设计方案说明

该工程采用闸底长廊道顶缝出水盖板消能输水系统，设计水头为14.64m，输水时间为551s，阀门开启时间为480s，流量系数为0.83，最大流量为89m3/s。输水阀门尺寸为2.2m×2.0m（宽×高），输水廊道尺寸为2.2m×2.6m（宽×高）。

3.2两种设计方案对比说明

按照《船闸输水系统设计规范》（JTJ306—2001）中输水系统选型的判别系数m计算。该工程船闸m介于2.5～3.5，为3.13，因此输水系统型式需要经论证后确定[3]。为此，对闸底长廊道顶缝出水盖板消能输水系统（方案一）和闸墙长廊道闸底横支廊道顶缝出水盖板消能输水系统（方案二）进行了比选，输水系统布置如图2所示。类似船闸工程和船闸输水系统试验研究表明，方案一和方案二两种输水系统在船闸充泄水过程中闸室水面很平稳，闸室停泊条件好，充泄水时间短，能够很好地适应橄榄坝船闸[4]。方案一与方案二相比，方案一主廊道直接布置在闸室底部，孔排间距为2.5m，并直接在主廊道顶设置排水缝，排水缝的个数多，分布均匀；方案二相邻出水支廊道的间距为4.5m，其分布密度较方案一稀，出水的均匀性不如方案一。方案二主廊道布置在闸墙墙内，水流通过横支管进入闸室，再经过横支管顶部的出水孔进入闸室。方案二水流进入闸室的廊道长度较方案一长，其断面突变次数较方案一多，因此相同廊道断面条件下，方案二的廊道阻力必然较方案一大，流量系数较方案一小，充水时间较方案一长。由于方案一出水缝分布较密，与方案二相比悬移质泥沙更不易在在闸室的出水段淤积；另外，方案二主廊道布置在闸墙内，在闸室中布设横支廊道，为满足闸墙的自身稳定性，需要加大闸墙断面尺寸，增加闸墙的断面面积；而方案二廊道长度较方案一长，其钢筋用量也较方案一多。通过比较，推荐采用方案一，即闸底长廊道顶缝出水的输水系统。

4结束语

经过模型试验验证，该航电枢纽船闸的工程设计方案可行。同时，委托南京水利科学研究院对该工程船闸的平面布置方案做了水力学模型试验；委托重庆西南水运工程科学研究所对船闸的输水系统做了水力学模型试验。通过模型试验分析，让整个项目从整体设计上更趋完善，为工程的顺利建设和通航打下了坚实的基础。

参考文献：

[1]李怡芬,杨双超,党勇.贵州省航电枢纽工程设计中几个关键技术问题的认识与总结[J].珠江水运,2018(16):108-111.

[2]汪映红,姜兴良.船闸扩建工程的施工导流标准和围堰方案[J].水运工程,2019(4):214-218.

[3]管悦吟.船闸工程施工安全风险评估及应用分析[J].工程技术研究,2020,5(4):168-169.

[4]孙洋广.加强船闸运行安全性的管理措施研究[J].工程技术研究,2018,3(7):167-168.

作者：毕静 李玲云 单位：中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司