優(yōu)化船閘設(shè)計提高通航能力

姜紅權(quán)

摘 要：三堡船閘年設(shè)計通航能力為850萬噸，目前實際過閘量近4000萬噸。錢塘江的大潮水使得三堡船閘運行安全及通

航能力受到很大的影響。通過建擋潮閘改善候閘條件，可保障運行安全，提高船閘通過能力。

關(guān)鍵詞：三堡船閘 擋潮閘 安全 效率

京杭大運河，是我國內(nèi)河水運唯一的南北向骨干航道，杭州三堡船閘位于京杭運河的最南端，是京杭運河溝通錢塘江的唯一樞紐工程，由一線船閘和二線船閘組成。一線船閘于1989年2月建成通航，年設(shè)計通過能力為300萬噸，它的建成結(jié)束了江河相望、咫尺不通的歷史，拓展航程400千米。隨著過閘量的不斷增加，一線船閘超負(fù)荷運行，二線船閘于1993年開工興建，1996年12月投入運行，設(shè)計年通過能力為550萬噸。兩閘室軸線水平距離為100米，年設(shè)計總通過能力850萬噸。三堡船閘當(dāng)年建造時地處杭州城的東南郊，現(xiàn)隨著城市的快速發(fā)展，船閘所處區(qū)域逐漸成了市中心，成了“城閘”。三堡船閘的過閘量也快速增長，現(xiàn)在已達(dá)十幾年前的3--4倍，并且呈現(xiàn)出有增無減的增長趨勢。1999年平均過閘船舶噸位只有93.5噸，至2010年已提高到450噸，一、二線的總通過能力調(diào)整為1500萬噸，2012年過閘量近4000萬噸，也還遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了調(diào)整后的設(shè)計通過能力。

根據(jù)運量發(fā)展及杭州市總體規(guī)劃發(fā)展的要求，目前京杭運河溝通錢塘江第二通道工程的前期可行性研究工作已開展，但因該工程項目規(guī)模大、技術(shù)復(fù)雜要穿3條高速路和1條滬杭鐵路，國省道、城市快速路若干條，前期研究工作時間和項目建設(shè)期都將較長；從目前至京杭運河溝通錢塘江第二通道工程建成投入運行的相當(dāng)一段時間中，三堡船閘仍為溝通兩大水系的唯一通道。通過對現(xiàn)有船閘的改擴建，提高通過能力，適應(yīng)日益增長的過閘量要求，已進(jìn)入前期實質(zhì)性的研究階段。

擋潮閘方案選擇

2011年浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院就三堡船閘改建擴能工程進(jìn)行了方案設(shè)計。方案有①擴大閘室尺度；②保留上閘首，新建閘室、下閘首；③將上、下閘首及閘室全部拆除后重建；④接長現(xiàn)有閘室，保留部分尺度，接長部分增加尺度；⑤設(shè)置擋潮閘，船閘尺度不變等五大方案。經(jīng)過從：改造后船閘年通過能力提高幅度，工程建設(shè)總投資，施工期停航時間的長短，工程實施難度大小，及改造后船舶過閘的便利程度進(jìn)行了詳細(xì)的方案比選。不同方案的：投資資金從0.5億---2.9億；對現(xiàn)有船閘運行的影響從不0停航到需停航28個月；通過能力提高幅度從5.5%----156.8%。經(jīng)過多方案比較，方案⑤設(shè)置擋潮閘保障運行安全提高通航能力，在5個改造方案中脫穎而出，該方案在國內(nèi)還屬首創(chuàng)。

在一線上游引航道設(shè)置擋潮閘船閘尺度不變通過計算：船閘年通過能力提高幅度在大潮較少年為5.5%，大潮較多年為24.5%，投資概算為7500萬元，施工期為10個月，無需停航，對通航有一定影響。2012年，浙江水利河口研究院對該項目進(jìn)行了數(shù)模實驗，并通過了專家組的評審。

具體方案

三堡船閘的過閘能力受潮水的影響非常大，在大潮汛期間，船舶只能在離船閘上游27公里的之江錨地避潮，一般情況是潮前3小時就不放船舶進(jìn)入引航道，而潮水過后船舶從避潮錨地行駛至上游引航道應(yīng)是潮水過后4小時以上了，如果不是這樣船舶受潮水的作用將會出現(xiàn)險情，在船閘剛開始運行期間，由于對潮水的認(rèn)識不足，常有船舶出現(xiàn)海損事故。這樣的情況在潮水大的月份每月有10—15天，每天2次將影響船閘通行時間達(dá)6—10小時。因此，潮水在提高錢塘江水位的同時，也使船閘的運行時間大打折扣。如果能在水工設(shè)施上加以改進(jìn)，建造擋潮閘，最大限度地減小潮水對船閘運行時間帶來的影響，在潮水來前可以把在27公里外的避潮船舶安排到上游引航道避潮。只要調(diào)度科學(xué)合理，在潮水到達(dá)前1—2小時關(guān)上壩閘，使上游引航道500×60米長的水域成避潮候閘區(qū)。 擋潮閘大門關(guān)閉后的幾個小時之內(nèi)可以連續(xù)單向把停留在上游引航道的船舶放入京杭運河，也可以把運河的船放到該水域避潮，使船閘達(dá)到24小時運行的效果，從而較大地提高船閘的通過能力。

1、擋潮閘主體布置及尺度

根據(jù)三堡船閘上游引航道的地形位置及格局，盡量擴大候閘錨地范圍，結(jié)合施工圍堰及施工期臨時通航通道的布置，同時結(jié)合該項目水文泥沙數(shù)值模擬試驗，將擋潮閘布置在距上閘首550米處。經(jīng)比較擋潮閘通航孔寬采用單孔23米比采用雙孔2×16米的要合理些，閘孔中心線分布在上游引航道中心線偏東側(cè)。通航建筑物采用連接重力壩結(jié)構(gòu)與防洪堤相接。

2、候閘錨地布置及尺度

根據(jù)上游引航道尺度、擋潮閘的位置及避潮船舶數(shù)量，在擋潮閘內(nèi)共布置避潮船舶停泊段長650m，其中有效長東側(cè)300 m、西側(cè)350 m?，F(xiàn)有東側(cè)靠墩275m，靠船墻155 m，共計430m，考慮閘門口預(yù)留一段100 m左右供船舶通行用，現(xiàn)有的東側(cè)靠船建筑物已滿足錨地300m的使用要求，不需再新建 ；西側(cè)350 m為新增靠船墻。

上游引航道底寬60m，計劃單側(cè)停靠兩擋300—500t級船舶，則兩側(cè)四檔船舶總寬度30—35米，中間能通航水域?qū)?5—30米，可滿足單列船舶進(jìn)出閘的要求。大涌潮期間，考慮船閘運行、上下游引航道船舶交換，候閘錨地可提供4個閘次（12條）出閘船舶及5個閘次（15條）進(jìn)閘船舶避潮。

3、施工期通航通道布置

施工期間對船閘運行影響盡量小，是重要的方案比選依據(jù)。擋潮閘施工期間，進(jìn)出一線船閘的船舶將從一、二線上游引航道分隔堤中局部開挖的施工臨時通道通航。臨時通道底寬25m，距離上閘首口門約430m，軸線與一游引航道中心線夾角暫定30°。

通過能力計算

1、 一次過閘平均噸位（G）

三堡船閘一線閘室長160m，過閘船舶平均長50m，每一閘次只能通過3條船，根據(jù)近年來的運量統(tǒng)計，平均每閘次運量取：1260噸/閘次。

2、 一次過閘時間（T）

按照三堡船閘目前運營實際情況，經(jīng)多次測時得：一次雙向過閘時間T雙=54分鐘，一次單向過閘時間T單=36分鐘。擋潮閘建成后，過閘將不受涌潮的影響，為全天候雙向過閘提供了強有力的硬件基礎(chǔ)。

3、 船閘的日工作小時（τ）

錢塘江中、小潮汛期間，潮差高度在1米以內(nèi)，船閘可全天24小時運行。大中潮汛期間，采用擋潮閘內(nèi)的引航道避潮候閘錨地，船閘運行不再受潮水影響，理論上也可24小時運行?？紤]某些時段水位較低，及船舶的流量的峰谷影響，實際計算日工作取22小時。

4、日平均過閘次數(shù)（n）

中、小潮汛期間，日平均雙向過閘次數(shù)（n）

N=τ×60/ T=22.0×60/54=24.44次，取24次。

5、船閘年通航天數(shù)

三堡船閘運行受錢塘江、京杭運河二大水系水位的常規(guī)影響外，還受涌潮、臺風(fēng)等特殊氣象條件的影響，根據(jù)近年統(tǒng)計取310天/年。

6、運量不均勻系數(shù)（β）與船舶裝載系數(shù)（α）

根據(jù)三堡船閘運行的實際情況：β=1.15 α=0.85

7、年過閘船舶總載重噸位

P1=nNG=24×310×1260=937.4萬噸。雙向年通過能力可達(dá)1870萬噸，考慮到β=1.15 和α=0.85，單向年過閘貨運量為：P2= P1×α/β=692.9萬噸。由此可見，能保持24小時通航，一線船閘運力將有很大提升空間。如在二線船閘上游引航道也建擋潮閘，二線船閘的雙向年通過能力可達(dá)2500萬噸。這樣三堡船閘的年總通過能力保守估計可達(dá)4300萬噸以上。

擋潮閘建設(shè)的綜合影響

1、國內(nèi)首創(chuàng)，論證可行

利用在船閘引航道建擋潮閘來提高船閘運行效率，在國內(nèi)尚無可借鑒的經(jīng)驗，浙江省河口海岸重點實驗室做了該項目的水文泥沙數(shù)值模擬，對閘壩不同位置可能引起的上游引航道的內(nèi)淤積、口門區(qū)沖淤問題進(jìn)行了研究，結(jié)論是可行的。

2、過閘難度有所增加

擋潮閘的建成，對進(jìn)出閘的船舶通過該區(qū)域增加了難度，閘門的設(shè)置已從方案階段的2×16米的雙閘門改20米以上寬底的單閘門，已完成了實船試驗大綱的編寫，將進(jìn)行實船試驗后進(jìn)行通航安全認(rèn)證。

3、對周邊建構(gòu)筑物影響

對周邊敏感點的分析，擋潮閘建成后：對二線上游引航道的淤積情況影響，對兩岸堤防前沿沖淤分析，對分隔堤及沿江公路隧道的影響均在可接受范圍內(nèi)。

4、可結(jié)合新城建設(shè)成為新景觀

擋潮閘建成后通過建筑設(shè)計可以把啟閉機房設(shè)計成一個亮點，把它和整個錢江新城融合在一起，成為錢江新城的有機組成部分。二線的擋潮閘也建成后，可結(jié)合規(guī)劃中的人行景觀橋，把兩條擋潮閘變?yōu)殄X江新城過河的人行景觀通道，一舉兩得，在取得政府大力支持的同時還可以爭取部分拼盤建設(shè)資金。

5、可作為二通道備用錨地

在三堡船閘下游8公里左右的京杭運河與錢塘江溝通的二通道----八堡船閘建成后受潮水的影響將更大，在大潮期間有效通航時間將更少，當(dāng)然它可以在建設(shè)中就考慮到把上游引航道建成帶擋潮閘的錨地，但三堡船閘上游錨地可以作為八堡船閘錨地的有力補充，成為一處備用錨地，以致三堡船閘成為備用船閘后，其引航道還能為提高八堡船閘的通過能力提供硬件保障。

結(jié)語

擋潮閘的建設(shè)還有防洪影響評價等要完成，還有一些物模、數(shù)模需要相關(guān)科研、設(shè)計單位落實，還有一些技術(shù)前期問題要溝通，但作為全國首例運用擋潮閘提高船閘通過能力、保障運行安全，使既有的交通基礎(chǔ)設(shè)施為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供強有力的保證，值得我們水運工程技術(shù)人員為之探索。

（作者單位：同濟(jì)大學(xué)）