航電樞紐布置與建筑物的設(shè)計方法

童文輝+田業(yè)軍

摘 要：在水利工程建設(shè)中，航電樞紐的布置、建筑物的設(shè)計和優(yōu)化對樞紐的經(jīng)濟(jì)效益有較大影響。而這些因素又對施工期間船只的正常通航、施工導(dǎo)流的布置情況有比較大的影響?；诖耍疚囊札埾诤诫姽こ虨槔?，對航電樞紐布置以及建筑物的設(shè)計進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：航電樞紐布置 建筑物 設(shè)計方法

1.案例介紹

某航電樞紐閘址以上集水面積為131980km2，正常蓄水位為317.00m，死水位為316.00m，裝機(jī)容量450MW，校核水位下總庫容2.54億m3，工程等別為二等，規(guī)模為大（2）型。主要建筑物如擋水建筑物、泄水建筑物、進(jìn)水口建筑物和發(fā)電廠房等為2級建筑物；次要建筑物為3級建筑物；相關(guān)臨時建筑物如導(dǎo)流建筑物等為4級或5級建筑物。閘址樞紐建筑物由左岸非溢流壩段、左岸河床式廠房壩段、中間泄洪閘壩段、右岸船閘壩段以及右岸非溢流重力壩段組成。閘頂高程為324.50m，最大閘高43.00m，總長926.27m。

2.工程地質(zhì)水文情況

航電樞紐工程河谷兩岸為起伏的丘陵地區(qū)，右側(cè)岸坡陡峭，坡度在40～51°，左側(cè)岸坡平緩、低矮，坡度在9～30°之間。流域所在地區(qū)氣候溫和，降雨量豐富。年平均氣溫在16～19℃。徑流主要是降雨形成的，多在汛期集中出現(xiàn)。汛期水量為全年水量的80.4%。此流域的洪水是由暴雨造成的，洪水產(chǎn)生的時間和暴雨出現(xiàn)一致。

3.樞紐的布置方案

航電工程船閘位于右岸主河槽，為Ⅲ級船閘，可通行1000t級船舶、船隊，船閘有效尺度為200×34×4.5m（有效長度×有效寬度×門檻水深）。發(fā)電廠房為位于左岸河漫灘，為河床式廠房，總裝機(jī)容量為450MW，共安裝9臺單機(jī)容量50MW的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，水輪機(jī)安裝高程289m。主河槽及左岸河漫灘布置泄洪閘，共28孔，孔口尺寸12.0m×20.0m（寬×高），溢流堰采用平底板寬頂堰，堰頂高程為297.00m，閘段長473.00m，閘頂高程為325.50，最大閘高為45.50m。依據(jù)上述樞紐布置設(shè)計思路，在推薦閘址及閘線擬定了三個具有代表性的樞紐布置方案進(jìn)行樞紐布置選擇，力求樞紐布置方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合指標(biāo)最優(yōu)，三個代表樞紐布置方案為：

方案一：左岸廠房+中間泄洪閘+右岸船閘。參考此河道的地形情況，將廠房布置在左岸、泄洪閘布置在中部、船閘布置在右岸，引航道布置在河道的凹岸處。集魚系統(tǒng)布置在廠房尾水，利用魚道從集魚系統(tǒng)然后在上游進(jìn)行布置，用土石壩對連接兩岸的岸坡。如圖1所示。

方案二：左岸泄洪閘+中間廠房+右岸船閘。此方案和方案一相比，主要將泄洪閘和廠房的位置進(jìn)行了調(diào)換，在左岸依此布置28孔泄洪閘，廠房布置在中間，船閘依然在右岸進(jìn)行布置。在廠房的尾水和廠房的壩段布置集魚系統(tǒng)，依然使用土石壩段對兩岸的岸坡來進(jìn)行連接，如圖2所示。

方案三：左岸12孔泄洪閘+中間廠房+右岸12孔泄洪閘+右岸船閘。方案三主要是將泄洪閘分開布置，將廠房布置在中間。分別在左岸和右岸各布置12孔泄洪閘，船閘依然在右岸布置。使用土石壩段來連接兩岸的岸坡，如圖3所示。

4.方案的對比分析

在本工程中，樞紐工程施工主要是疏浚左岸河漫灘。疏竣范圍主要有泄洪閘、廠房等，閘址下游的疏浚程度為1380m，上游的疏浚長度為1050m。在對河床進(jìn)行疏浚時，左岸圍堰的施工是在預(yù)留土埂和左岸灘地的保護(hù)下來開展的。并在枯水期分別開展左岸縱向和左岸河漫灘的疏浚建設(shè)。汛前高層澆筑至306m。并用清理過的左岸河床和右岸河床來進(jìn)行過流。在枯水期，水的流量比較小，對左岸河床進(jìn)行了開挖，過流寬度增加，河道過水的面積也隨之增加。不存在不良流態(tài)，水流速度比較均勻。在右岸布置船閘使上游主航道和上游引航銜接起來，下游通航的水流條件佳，有較高的通航安全性。左岸的公路交通比較便利，在施工過程中，可以滿足通航的基本要求，并且可以保持通航能力，泄洪能力良好。

方案二將泄洪閘布置在左岸，將廠房布置在中間，首先交通不方便，在汛期泄洪能力差。布置的泄洪樞紐建筑物使下游河床的位置和形態(tài)發(fā)生了變化，在連續(xù)段巷道和下游的口門區(qū)會出現(xiàn)回淤量，在運營過程中，也會有一定的回淤量。由于下游壩體河段的流場分布發(fā)生了變化，下游淤泥量增加。當(dāng)汛期到來后，上游流量會不斷增大，流速指標(biāo)也會變大，在河道地形的影響下，下引航道口門區(qū)在河道地形的影響下，會集中在連接段和引航航道，導(dǎo)致此處水的流動態(tài)變化較大，水流過于集中，影響船舶的正常通行。

方案三在左岸和右岸分別布置12孔泄洪閘，然后將廠房布置在中間。廠房布置在中間后，距離公路交通較遠(yuǎn)，施工不方便，其次此地區(qū)的基巖面比較高，需要開挖大量的基巖，施工難度大。設(shè)計在枯水期可以使用右岸的泄洪閘來對流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，在枯水期當(dāng)流量在6000m3/s以內(nèi)時，連接段和上引巷道口門區(qū)的水流速度慢，水流流態(tài)佳，水面比降也比較平緩。精測量顯示，當(dāng)水流在3000m3/s、4000m3/s以及6000m3/s時。門區(qū)流速分別為1.38m/s，1.85m/s和2.16m/s。由于施工過程中需要對右側(cè)安排進(jìn)行開挖，此段巷道中水的深度只有2m左右，不能達(dá)到設(shè)計通航的基本要求。并且開挖后坡下的線型也不合理，船只進(jìn)出閘困難。當(dāng)水流速度在3000m3/s以下時，從泄洪閘下泄的水流速度慢，不會對連接段和引航道口門區(qū)的水流造成比較大的影響。而當(dāng)水流速度為6000m3/s時，會將所有的泄洪閘都完全打開，航到連接段和下引巷道口門區(qū)水流的最高速度為3.7m/s。橫向水流速度大于0.3m/s，流速不能達(dá)到通航的要求。此方案主要有以下幾個方面的問題：

（1）施工過程中開挖右岸的線型缺乏合理性，船只轉(zhuǎn)彎困難，和上引航道連接的部分地區(qū)水深度過淺，無法達(dá)到通航的基本要求船只進(jìn)出船閘難度大。

（2）廠區(qū)布置在中間，交通不便利，施工難度大。

（3）在縱向混凝土圍堰束的影響下，消力池水的流動速度快，無法順利擴(kuò)散。導(dǎo)致四周區(qū)域的橫向流速快、流速分布均勻性差，不利于船舶的正常通行。

（4）將廠房布置在中間對廠房的出水和進(jìn)水影響比較大，尾水渠施工量大，淤泥容易淤積，對發(fā)電造成影響。

上述三個方案中，方案一由于交通便利且施工方便，施工成本也比方案二和方案三低，大約可以節(jié)省702萬元。而方案二和方案三的總施工成本差距不大。因此建議使用左岸廠房+中間泄洪閘+右岸船閘的方法來對樞紐和建筑物來進(jìn)行優(yōu)化布置。

5.結(jié)語

綜上所述，綜合通航條件、工程布置、運行管理、施工條件及工程投資比較等方面因素，選擇方案一（左岸廠房+中間泄洪閘+右岸船閘）作為閘址閘線（中閘址下閘線）樞紐的最終施工方案。在航電樞紐工程建設(shè)中，工程的施工工期和發(fā)電工期對施工經(jīng)濟(jì)效益有比較大的影響，同時也是這種工程建設(shè)的重點。在布置航電樞紐時，首先要考慮通航的安全性以及水流情況，選擇經(jīng)濟(jì)效益佳、施工方便的設(shè)計方案，進(jìn)而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

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