內河航電樞紐擴建二線船閘軸線選擇研究

李君濤 ，鄭 旺 ，李 樺

（1．天津大學建工學院，天津 300072；2．交通運輸部天津水運工程科學研究所工程泥沙交通行業(yè)重點實驗室，天津 300456；3．中交天航濱海環(huán)?？：焦こ逃邢薰?，天津 300456；4．中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300456）

內河航電樞紐擴建二線船閘軸線選擇研究

李君濤1，2，鄭 旺3，李 樺4

（1．天津大學建工學院，天津 300072；2．交通運輸部天津水運工程科學研究所工程泥沙交通行業(yè)重點實驗室，天津 300456；3．中交天航濱海環(huán)?？：焦こ逃邢薰?，天津 300456；4．中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300456）

依托湘江株洲航電樞紐擴建二線船閘工程，采用定床物理模型，從船閘通航條件角度對擴建二線船閘與一線船閘相鄰布置時兩線船閘軸線間距選擇進行研究。重點分析了擴建二線船閘不同軸線位置對兩線船閘上、下游口門區(qū)和連接段航道的通航水流條件影響規(guī)律，提出了新老兩船閘軸線間距在滿足兩線航道寬度要求和施工安全的前提下應盡量減小的軸線選取原則。

航電樞紐;船閘;擴建；軸線

Biography：LI Jun-tao（1983-）,male,engineer.

近年來，隨著國家經(jīng)濟實力的增強以及對水路交通運輸需求的增長，內河航電樞紐的船閘擴建工程相繼開展。目前，西江上的桂平二線船閘已建成通航，貴港二線船閘已開工建設［1］，湘江上的株洲航電樞紐二線船閘和大源渡二線船閘也即將開工建設。

在已有單線船閘的條件下擴建更高等級的雙線船閘比單一的一線船閘建設，其技術難度要大得多。在內河航電樞紐工程布置中由于一線船閘已占據(jù)了通航條件較優(yōu)的平面位置，因此擴建二線船閘的閘位選擇較為困難，大都與一線船閘相鄰布置［2］。

擴建二線船閘與一線船閘相鄰布置時，兩線船閘的軸線間距選擇是擴建船閘總體布置中最為關鍵的因素［3］。本文以湘江株洲航電樞紐擴建二線船閘工程為依托，采用整體水工模型試驗手段，詳細分析二線船閘不同軸線位置對兩線船閘口門區(qū)通航水流條件的影響規(guī)律，進而在通航條件角度提出較優(yōu)的擴建船閘軸線位置。

1 依托工程概況

株洲航電樞紐位于株洲縣境內湘江干流空洲島，樞紐主要建筑物布置從左至右依次為電站廠房、左汊11孔泄水閘、空洲島副壩、右汊13孔泄水閘、右岸連接壩段、船閘。右岸船閘（現(xiàn)狀一線船閘）軸線與壩軸線正交，閘室有效尺寸為180 m×23 m×3.5 m（長×寬×門檻水深）。設計船型為一頂四艘千噸級船隊，尺寸為167 m×21.6 m×2 m（長×寬×吃水）［4］。擴建二線船閘布置于一線船閘右側，按通航一頂兩艘2 000 t級船隊標準設計，船閘有效尺度為280 m×34 m×4.5m（長×寬×門檻水深），通航凈高為10 m，最大設計水頭10.8 m［5］。

2 擴建船閘方案布置

株洲航電樞紐壩址左岸布置了電站和泄水閘，已經(jīng)沒有位置布置二線船閘，另外原一線船閘也布置在左岸，因此二線船閘只能考慮布置在右岸一線船閘的右邊。在一線船閘的右邊有京廣鐵路線經(jīng)過，兩者之間的距離最近約為220 m，因此，株洲二線船閘只能布置在原有一線船閘和京廣線之間。為保證一線船閘的正常運行和安全。二線船閘與一線船閘的兩軸線最少距離為80 m。此外，為保證京廣鐵路線的安全及符合鐵路部門相關要求，兩船閘軸線最大距離為110 m［5］。為此，本文進行了擴建二線船閘與一線船閘軸線間距分別為80 m、90 m、110 m3個軸線位置的選擇研究，不同軸線位置方案布置見圖1～圖3。

由3個不同軸線位置擴建船閘平面布置方案來看，其布置特點為：（1）船閘引航道平面布置均為不對稱型；（2）兩線船閘的上下閘首均不在同一直線上；（3）兩線船閘的上、下游引航道均不共用；（4）船閘上、下游引航道口門區(qū)和連接段各自獨立。

圖1 80 m軸線方案布置圖Fig.1 Layout of axis scheme for 80 m spacing distance

圖2 90 m軸線方案布置圖Fig.2 Layout of axis scheme for 90 m spacing distance

圖3 110 m軸線方案布置圖Fig.3 Layout of axis scheme for 110 m spacing distance

表1 不同軸線方案一線船閘上游口門區(qū)及連接段航道流速Tab.1 Flow velocity of upstream entrance area and connecting section of the first-line ship lock for different axis schemes

圖4 船閘上游口門區(qū)附近河段流場圖Fig.4 Flow field at upstream entrance area of ship lock

3 不同軸線位置對船閘口門區(qū)水流條件影響規(guī)律

依托工程雙線船閘上、下游引航道口門區(qū)各自獨立，二線船閘不同軸線位置對一、二線船閘上下游口門區(qū)4個區(qū)域的水流條件影響如下：

（1）軸線位置對一線船閘上游口門區(qū)水流條件影響。由兩線船閘上游口門區(qū)附近河道流場圖（圖4）可以看出，一線船閘上游口門區(qū)存在明顯的斜流，且該斜流是由引入二線船閘上游口門區(qū)的水流斜越一線船閘口門區(qū)所致。理論上分析，兩線船閘軸線間距越大，引入二線船閘口門區(qū)的水體越多，相應造成一線口門區(qū)的斜流越強。但是對于依托工程而言，船閘上游右岸邊界為“S”型，對船閘上游口門區(qū)水流流態(tài)及流速分布起控導作用的主要是A點（“S”型岸線的上彎頂）以上岸線，A點下游岸線的調整幾乎不會影響其流速分布。而株洲擴建船閘不同軸線方案均是對A點以下岸線進行的調整。因此軸線間距的增大，并沒有導致引入二線船閘口門區(qū)水體的增大，各軸線布置方案下，一線船閘上游口門區(qū)水流條件基本一致（表1）。

（2）軸線位置對二線船閘上游口門區(qū)水流條件影響。依托工程受船閘上游“S”型特殊邊界條件影響，不同軸線位置方案兩線船閘上游口門區(qū)附近河段的整體流場特征基本一致。各軸線方案二線船閘上游口門區(qū)均處于回流區(qū)內，通航水流條件相差不大。而連接段航道水流與航線均存在較大夾角，由此造成垂直航線的橫向流速分量較大［6］。從試驗數(shù)據(jù)來看（表 2），兩船閘軸線間距越大，連接段內的橫流越大。其原因是兩船閘軸線間距越大，二線船閘口門區(qū)的位置越向右移，相應的與口門區(qū)和主航道相接的連接段航線偏轉的角度越大，即水流與航線夾角加大，因此橫向流速增加，通航水流條件越差。

（3）軸線位置對一線船閘下游口門區(qū)水流條件影響。由船閘下游河道流場（圖5）可以看出，一線船閘下游口門區(qū)及連接段航道處于樞紐下泄水流擴散產(chǎn)生的斜流區(qū)內［7］。擴建二線船閘下游航道的開挖吸流，造成一線船閘下游口門區(qū)末端及連接段航道內的水流偏角較工程前有所增大。且隨著兩線船閘軸線間距的增大，新開挖航道的吸流作用越明顯，從而使得一線船閘下游航道內水流偏角增大，橫流增加。因此，對一線船閘下游航道而言，兩船閘軸線間距越大，其通航條件略差。

（4）軸線位置對二線船閘下游口門區(qū)水流條件影響。受一線船閘下游航道的緩沖保護作用，二線船閘下游口門區(qū)完全處于回流范圍內。連接段末端有強度不大的斜流。理論分析，兩線船閘軸線間距越大，二線船閘下游航道內的回流范圍越大，回流流速越小，連接段末端的斜偏角越大。就依托工程而言，由于新建工程與原導流建筑物適應性較好，二線船閘下游通航條件較優(yōu)，各軸線布置方案下的通航水流條件沒有明顯區(qū)別。

表2 不同軸線方案二線船閘上游口門區(qū)及連接段航道流速Tab.2 Flow velocity of upstream entrance area and connecting section of the second-line ship lock for different axis schemes

圖5 船閘下游口門區(qū)附近河段流場圖Fig.5 Flow field at downstream entrance area of ship lock

表3 不同軸線方案一線船閘下游口門區(qū)及連接段航道流速Tab.3 Flow velocity of downstream entrance area and connecting section of the first-line ship lock for different axis schemes

表4 不同軸線方案二線船閘下游口門區(qū)及連接段航道流速Tab.4 Flow velocity of downstream entrance area and connecting section of the second-line ship lock for different axis schemes

4 結語

對類似于株洲航電樞紐擴建船閘工程，當擴建船閘與已建船閘相鄰且布置在靠岸側時，擴建船閘軸線位置對兩線船閘通航水流條件有以下影響規(guī)律：

（1）擴建船閘不同軸線位置對一線船閘通航條件的影響主要是下游連接段航道，兩船閘軸線間距越大，新開二線航道的吸流作用越強，從而造成一線船閘下游連接段航道內水流偏角增大，橫流增加。

（2）擴建船閘不同軸線位置對二線船閘通航條件的影響主要是上游連接段航道，兩船閘軸線間距越大，二線船閘口門區(qū)的位置越向右移，相應的與口門區(qū)和主航道相連的連接段航線偏轉角度增大，水流與航線夾角加大，橫向流速增加。

（3）為減小擴建工程對雙線船閘口門區(qū)水流條件的影響，兩船閘軸線間距在滿足擴建兩線航道寬度要求和施工安全的前提下，應盡量減小。

［1］盧達聰，張燕，王大偉.貴港航運樞紐二線船閘工程總體設計方案探究［J］.西部交通科技，2012（8）：120-123.

LU D C，ZHANG Y，WANG D W.Exploration on Overall Design Plan for Second-line Shiplock，Guigang Shipping Hinge［J］.Western China Communications Science&Technology，2012（8）：120-123.

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WU X.Key techniques adopted for the Guiping 2nd lane lock on Xijiang River［J］.Hydro-Science and Engineering，2012（4）：108-114.

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WANG X M.A Summary of Jianbi Second-line Shiplock in Beijing-Hangzhou Canal［J］.Port&Waterway Engineering，2003（9）：51-54.

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［7］郝品正，李軍，徐國兵.微彎分汊河段航電樞紐總體布置與通航條件優(yōu)化試驗研究［J］.水運工程，2004（11）：66-69.

HAO P Z，LI J，XU G B.Test Study on Layout of Zhuzhou Hydro-junction Purpose Project of Xiangjiang River［J］.Port&Waterway Engineering，2004（11）：66-69.

Study on axis selection of the second-line ship lock extension project of navigation power junction in inland river

LI Jun-tao1,2,ZHENG Wang3,LI Hua4
（1.School of Civil Engineering,Tianjin University,Tianjin300072,China;2.Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering,Key Laboratory of Engineering Sediment,Ministry of Transport,Tianjin300456,China;3.CCCC-TDC Binhai Environmental Channel Dredging Co.Ltd.,Tianjin300456,China;4.Tianjin Port Engineering Institute Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Company Ltd.,Tianjin300456,China）

Based on the second-line ship lock extension project of Zhuzhou Navigation Power Junction in Xiangjiang River,the fixed bed physical model was established.According to the ship lock navigation condition,the spacing distance selection of axis between the second-line ship lock extension project and the first-line ship lock was studied.The effect laws of different positions of axis in the second-line ship lock extension project on the navigation flow condition of approach entrance area and connecting section were analyzed emphatically.On the premise of meeting the requirements of channel width and ensuring construction safety,the selection principle of axis was proposed,the key of which was to decrease the distance between the old and new ship lock axes as much as possible.

navigation-power junction;ship lock;extension;axis

U 641；TV 131.6

A

1005-8443（2014）01-0062-04

2013-03-12；

2013-05-22

李君濤（1983-），男，河北省阜城人，工程師，主要從事航道工程研究。

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