金沙江樞紐散貨長期翻壩運輸方案探討

劉耕，劉明維，賀林林，羅紅

(1.四川交通運輸廳 交通勘察設計研究院，四川 成都 610017；2.重慶交通大學 水利水運工程教育部重點實驗室，重慶 400074)

金沙江樞紐散貨長期翻壩運輸方案探討

劉耕1，劉明維2，賀林林2，羅紅1

(1.四川交通運輸廳 交通勘察設計研究院，四川 成都 610017；2.重慶交通大學 水利水運工程教育部重點實驗室，重慶 400074)

隨著金沙江庫區形成蓄水，庫區航道條件得到明顯改善。但由于庫區通航設施建設滯后與不足，必須采取措施提高金沙江綜合通過能力。通過現場調研、資料搜集、類比分析及參考相關工程經驗，探討了適合金沙江散貨長期翻壩運輸的可行方案，建立起金沙江下游各樞紐區域以公路翻壩運輸為主，皮帶翻壩運輸為輔，公路+溜筒翻壩運輸為補充的多種翻壩運輸方式，為采用多種翻壩運輸方案解決金沙江樞紐通航能力不足提供參考。

交通運輸工程；金沙江；翻壩運輸方案；公路翻壩；皮帶翻壩；溜筒

0引言

金沙江是長江干流的重要組成部分，全長3 500 km，總落差5 100 m，流域面積約50萬km2[1]。金沙江是云南、四川兩省通往川渝經濟區、華中、華東地區以及我國長江經濟帶最重要的內河水路運輸通道。金沙江流經高山峽谷，河流險灘眾多，航行條件復雜。近年來金沙江航運發展緩慢，對整個流域經濟發展的貢獻率不高，在流域綜合運輸體系中所占運輸量比例很小。但因其水量豐富而穩定，河道天然水深條件良好，可分段季節性通航，這對交通不便的西南地區來說具有不可忽視的作用。特別是水電梯級開發后，庫區航運條件明顯改善，如果解決好梯級開發中的通航關鍵技術，長江航運能夠上延到金沙江，金沙江航運將在流域經濟發展中起到更加重要的作用。

加快金沙江航運發展，符合交通運輸部“深下游、暢中游、延上游、通支流”的長江黃金水道建設總體思路[2]。金沙江下游河段是我國的重要水電基地，自下而上規劃有向家壩、溪洛渡、白鶴灘、烏東德等4級水電樞紐。但由于在水電開發時缺乏統籌考慮，通航設施建設滯后或不足，由此在航運方面出現了各種問題。

目前金沙江通航現狀及存在問題主要表現為：① 在建的向家壩樞紐通航建筑物為2×500 t兼顧1 000 t級單船升船機，通航設施規模較小。在目前實行翻壩轉運條件下，2013年向家壩水路運輸翻壩貨物運輸量已超過300萬t。由此可見，即使向家壩升船機建成，也不能滿足水路貨物運輸過壩量的需求。② 在建的溪洛渡樞紐已達正常蓄水位，航道條件大為改善，回水里程約194 km，區域內已經開始新建1 000～3 000 t級大型船舶，但目前溪洛渡樞紐僅預留通航設施位置，尚未開展通航設施設計和建設工作。③ 白鶴灘、烏東德樞紐由于在前期工作中未同步研究通航設施建設問題，近期開展的航運專題研究工作遠滯后于樞紐其他專題，船舶無法通過大壩。

可見，金沙江通航設施建設現狀較為落后。隨著國家宏觀經濟持續、穩定的發展和金沙江庫區航運條件的改善，金沙江斷面貨運通過量必將迅猛增長，這與目前金沙江通航條件落后的現狀互相矛盾。為解決這一矛盾，必須采取措施提高金沙江樞紐的綜合通過能力。經驗表明，翻壩運輸是一種切實有效的措施[3]。翻壩運輸作為一種航道擴能方式，不僅可以緩解依靠船閘或升船機通過大壩的通航壓力，而且可解決樞紐未建通航設施的棘手問題。

目前最常采用的翻壩運輸方案為公路翻壩，公路翻壩運輸作為一種可行的貨運組織方式，已成功應用于三峽壩區等地方的貨運組織中，并體現出了對提升貨物運輸和改善樞紐通過能力不足等問題的有效性[4-5]。但公路翻壩運輸費用高、在崇山峻嶺間施工難度大，且對不同貨種翻壩可行性相差較大，如滾裝公路翻壩可行性明顯高于散貨公路翻壩。金沙江未來貨物種類多為散貨[6]，從未來的運輸缺口和貨物種類分析可知，采用公路翻壩一種運輸方案解決金沙江樞紐通航能力不足問題，必將導致運輸方式單一、運輸低效等后果。

為解決上述問題，筆者通過現場調研、資料搜集、類比分析及參考相關工程經驗，探討了適合金沙江散貨長期翻壩運輸的可行方式，以期彌補傳統散貨公路翻壩裝卸效率低和貨損貨差大等缺陷，為采用多種翻壩運輸方案解決金沙江樞紐通航能力不足提供參考。

1翻壩運輸方案研究必要性

1.1金沙江斷面通過量需求分析

四川省交通運輸廳、南京水利科學研究院等單位對金沙江及其下游的4個梯級電站的航運需求進行了研究，形成了以下主要研究成果[6]。

1.1.1四川省交通運輸廳報告

《四川省內河航運發展規劃經濟運量預測報告(2001—2050)》提出：金沙江水運貨運需求預測的基礎是攀枝花以下實現全江渠化，預測金沙江水路運量以及主要港口吞吐量如表1。

表1四川省交通運輸廳對金沙江運量預測Table 1Traffic volume forecast of Jinsha River made by Sichuan Transport Department

1.1.2南京水利科學研究院報告

南京水利科學研究院編制的《金沙江梯級開發航運發展條件及關鍵技術研究報告》預測2015年、2020年、2030年金沙江下游-長江水路貨運量分別為430，900，2 090萬t，提出金沙江下游各斷面貨運量發展預測見表2。

表2金沙江下游各斷面貨運量發展水平預測Table 2Forecast of the development level of traffic volume in every cross-section of Jinsha River lower reaches

上述研究成果表明：① 金沙江流域2020年貨運量預測值為745萬t～900萬t，貨運量多是集中在向家壩庫區及以下地區，未來隨著上游白鶴灘、烏東德庫區航運的發展，貨運量必然繼續增長。② 金沙江貨運量主要為當地出口礦產品(主要為煤炭、磷礦等散貨)及建材等，其中以散貨貨運量最大。

1.2貨種翻壩可行性分析

常規翻壩貨運組織方式主要有：滾裝翻壩、集裝箱翻壩和散貨翻壩。劉巖[5]從航道、貨物種類、專用船型、翻壩公路和專用碼頭等5個方面對3種翻壩貨運組織方式進行了定性及定量的分析。貨種翻壩可行性結果顯示：滾裝翻壩>集裝箱翻壩>散貨翻壩，散貨翻壩可行性最低，應直航過壩。這主要是由散貨翻壩運輸貨物的價值量低、貨損貨差較大、碼頭裝卸效率低等原因所導致。

由1.1節已知，以煤礦、磷礦為主的散貨是金沙江未來主要的貨運種類。但即便向家壩升船機建成，也不能滿足水路貨物運輸過壩的需求，且溪洛渡、烏東德和白鶴灘樞紐尚未建成通航設施。可見，金沙江不具備散貨直航過壩的條件，故散貨必須翻壩；但根據貨種翻壩運輸貨可行性分析可知，散貨不宜翻壩，二者相互矛盾。為了解決該矛盾，必須探討適合金沙江樞紐散貨的新型翻壩運輸方案。

2翻壩運輸方案分析

為解決金沙江樞紐通航能力不足問題，并考慮到金沙江散貨貨運量最大的情況，筆者通過現場調研、資料搜集、類比分析及參考相關工程經驗，提出了3種金沙江翻壩運輸方案：公路翻壩運輸方案、皮帶翻壩運輸方案、公路+溜筒翻壩運輸方案，并分析了各翻壩運輸方案的可行性和經濟性。

2.1公路翻壩運輸方案分析

2.1.1公路翻壩運輸方案

公路翻壩運輸方案是指貨物經壩上(壩下)翻壩碼頭卸載，依靠岸上沿江公路運至壩下(壩上)翻壩碼頭，繼續進行水運的一種航道擴能方式。公路翻壩是一種傳統的翻壩運輸方式，目前旅客及載貨滾裝車主要采用公路翻壩運輸方式，如長江三峽壩區客貨公路翻壩運輸[7]、紅水河龍灘煤炭公路翻壩滾裝運輸[8]、烏江構皮灘煤炭公路翻壩運輸[9]等，其流程如圖1。

圖1公路翻壩運輸方案流程Fig.1The flow diagram of road cross-dam transportation scheme

公路翻壩運輸方案的優點是運輸線路可自行設計繞壩通過，方便靈活，可操作性強。缺點是需要修建專用轉運道路，建設投資大、運輸費用高、物資損耗多、維護維修費用高，尤其對于金沙江沿岸地區多處于高山峽谷，地形復雜，翻壩公路需翻山越嶺，修建翻壩運輸公路技術難度和投資均較大。為節省工程投資，翻壩轉運公路應盡量利用現有交通道路系統。但由于常規公路運輸能力弱，當較差的公路運輸條件與較大的公路貨運量形成極大的矛盾進而導致沿江流域公路容量超負荷和翻壩運輸受限時，必須翻新或新建翻壩公路。受到山區峽谷地形限制，翻壩運輸公路路況一般較差、等級較低，常受山體滑坡、泥石流等影響。

翻壩公路的選擇應考慮公路所經地域的生態環境，地形、地質條件，建設用地，環境保護，工程投資，運輸成本等因素；遵循最大限度利用具有改、擴建條件的庫區現有公路原則；盡可能避免穿越城鎮，減少污染，降低工程造價；此外，翻壩公路選線時應注意減少地質災害的影響和水土流失造成的生態影響。

2.1.2可行性分析

公路翻壩運輸方案已在實際工程中廣泛采用，并積累了一定的工程經驗。包括為解決三峽壩區運輸、紅水河斷航、烏江構皮灘過壩問題建設或規劃的翻壩運輸公路。三峽公路翻壩運輸最先依賴黃柏河大橋、西陵長江大橋和三峽專用公路等設施，其中28 km長的三峽專用公路為國家準一級公里。翻壩轉運一段時間后又新建了三峽翻壩運輸江南專用公路，該專用公路起于秭歸港，止于宜昌長江大橋橋南，通過滬渝高速公路連入區域高速公路網，全長58.339 km。除此主要的高等級翻壩公路外，三峽壩區尚有連接宜昌和三峽壩區左、右岸的地方公路，公路等級分別有二級、三級、四級[10-11]。

紅水河翻壩運輸的目的是將分布在六盤水、黔西南州一帶的煤炭運至廣東、廣西等地。翻壩方案采用連續翻壩滾裝運輸方案。通過新建2級公路、改建公路和現有二級公路將壩上、下游滾裝船專用碼頭相互連接起來，構成翻壩公路總長114 km[12]。

烏江構皮灘水電站的翻壩公路擬定采用二級公路技術標準規劃了起于上游的壩上港區，順接碼頭出現后，利用S204省道連接至壩下港區，路線全長16.91 km的翻壩公路[13]。

經濟上，對金沙江而言水路運輸成本最低，約為0.10元/(t·km)；鐵路運輸成本次之，約為0.13元/(t·km)；公路運輸成本約為0.33元/(t·km)，成本最高[14]。只有在翻壩公路可部分利用現有沿江公路時才能降低公路翻壩運輸費用，因此也只有這種情況下公路翻壩運輸方案才是經濟可行的。

2.2皮帶翻壩運輸方案分析

2.2.1皮帶翻壩運輸方案

皮帶翻壩運輸方案是指通過在碼頭和岸上架設皮帶輸送設備，將庫區大壩前后兩個翻壩碼頭連接起來，當貨物抵達一側翻壩碼頭時，可以直接卸載至皮帶輸送設備上，通過陸上皮帶輸送設備運輸至另一側翻壩碼頭，繼續進行水運的一種航道擴能方式。皮帶運輸方案尤其適合散貨運輸，對金沙江主要貨運量為散貨的情況極為適用，其流程如圖2。

圖2皮帶翻壩運輸方案流程Fig.2The flow diagram of belt conveyor cross-dam transportation scheme

皮帶翻壩運輸方案較公路翻壩運輸方案具有投資少、運輸費用低、裝卸效率高、機械化、自動化程度高，勞動強度低、布置安裝簡單方便、維護維修費用低、對復雜地形條件適應性強等優點。翻壩專用船型即自卸船能夠獨立地進行卸貨作業，對翻壩碼頭裝卸設備要求低，不需要依賴于翻壩公路，可以大大降低對碼頭卸貨設備和翻壩公路的建設投資，提高航運經濟性。其最大的缺點為：目前皮帶翻壩運輸方案尚未在實際翻壩工程中采用，缺乏工程經驗及相關參數。此外，皮帶翻壩運輸方案初期設備一次性投入費用較高，輸送系統中的一個單元(設備)發生故障會導致全線停機。

2.2.2可行性分析

皮帶翻壩運輸方案尚未在實際翻壩工程中采用，但是皮帶機運輸系統作為松散物料的主要輸送方式，已廣泛應用于煤炭、礦石、火電、水泥、港口、水電、隧道等行業[15]。皮帶機運輸連續出渣系統具有運距長、運量大、速度快、無污染、TBM利用率高等特點，滿足長大隧道快速施工的要求，已成為了隧道出渣系統的重要發展方向[16]。龍灘水電站碾壓混凝土重力壩施工中采用每條混凝土供料線的平均輸送能力為300 m3/h[17]；德國露天煤炭運輸系統大型帶式輸送機運量高達37 500 t/h，帶速達7.4 m/s[18]。

皮帶輸送機主要由輸送帶機架、輸送帶、驅動與制動系統、張緊系統、控制與保護系統及供電系統等構成。向家壩砂石長距離皮帶機系統由5條長距離皮帶機順次搭接構成，總長31.067 km，南起綏江太平料場，北至水富馬延坡制砂場，共穿越隧道9條，總高差為負446.2 m，設計運量3 000 t/h，由于地形復雜，其帶形和控制復雜程度及距離總長為目前國內皮帶機系統之最[19]。

若皮帶翻壩運輸方案采用自卸船作為專用船型，自卸船由于自身攜帶卸貨設備，對碼頭機械化程度要求不高，與岸上的帶式輸送機結合后，可實現船到船的直接運輸，省去了一定的人工成本且不需要依托公路設施，裝卸效率較高，卸貨時間短。雖然岸上皮帶輸送機的帶速要小于公路運輸的車速，但皮帶輸送對地形線路的適應性更強，其可通過在高度和水平面上設置轉彎以避開建筑物、穿越自然障礙，十分靈活方便[20-21]。對于相同的起始點碼頭，岸上皮帶輸送較公路運輸的運距小很多。由此，皮帶翻壩運輸方案時間較短。

在翻壩運輸質量上，由于專用船舶可以實現岸上皮帶輸送系統的完全對接，且岸上皮帶輸送機可實現封閉式運輸，故皮帶翻壩運輸方案的貨損貨差較小，翻壩運輸質量較高。當貨物運輸距離超過3 km時，選擇皮帶機輸送系統這一方式，在技術和經濟上都較其他運輸方式更具有優勢[22-23]。金沙江任意兩個翻壩碼頭之間的距離都遠大于3 km，則在運輸方式上，相較于公路運輸，帶式輸送機的單位運輸成本更低。

綜上所述，皮帶翻壩運輸方案無論在技術上還是經濟上都是可行的。

2.3公路+溜筒翻壩運輸方案分析

2.3.1公路+溜筒翻壩運輸方案

公路+溜筒翻壩運輸方案是指采用公路翻壩運輸方案在崇山峻嶺間或懸崖峭壁處修建公路難度過大，或由于修建公路繞行距離遠而導致投資過大、效率過低時，借助溜筒設備進行翻山過崖，然后再次采用公路翻壩運輸方式將貨物運至另一側翻壩碼頭，繼續進行水運的一種混合翻壩運輸的航道擴能方式，其流程如圖3。

圖3公路+溜筒翻壩運輸方案流程Fig.3The flow diagram of road + chute tube cross-dam transportation scheme

公路+溜筒翻壩運輸方案即保留了公路翻壩運輸可自行設計繞壩通過、方便靈活、可操作性強的優點，又避免了在復雜地形，如在崇山峻嶺間或懸崖峭壁處修建公路技術難度過大、成本過高的缺點。其最大的缺點為：公路+溜筒翻壩運輸方案尚未在實際翻壩工程中采用，缺乏工程經驗及相關參數。

2.3.2可行性分析

溜筒一種是安裝在裝船機臂架頭部用于給船舶裝載散料的設備，其設計需適應不同水位、不同船型以及船舶空載到滿載吃水的變化，其作用為防止裝船作業過程中貨物損失、防塵和平艙，裝船機上溜筒的尺寸范圍一般為幾米到十幾米[24]。另一種是指在水工建筑物施工過程中運輸混凝土的設備，由于無驅動設備，主要利用混凝土的自重進行垂直運輸，其長度范圍一般由幾十米至數百米[25]。

在裝船機設備中，根據船型和噸位的不同，溜筒可以分為直溜筒和帶拋料彎頭的溜筒。安裝在裝船機上的溜筒尺寸較小，主要目的為防損、防塵，對散貨的運輸不起主要作用[26-27]。

在水工建筑物混凝土運輸中，由于溜筒(溜槽)無驅動設備，主要依靠自重完成對混凝土的垂直運輸。目前，主要采用的有溜槽、鋼管溜筒、負壓溜槽、軟管溜筒等，其中軟管溜筒為垂直布置，其余為斜面布置。研究表明：在混凝土下行速度v≈10 m/s時，軟管溜筒中負壓作用開始明顯，v=13～15 m/s時，負壓對混凝土產生很大的阻力。林金良等[28]通過對軟管溜筒在三峽沖沙閘施工中的應用，將固定式軟管溜筒系統與普通的鋼管溜筒系統相比，介紹了軟管溜筒系統具有柔軟可伸縮性和負壓阻尼的特點，指出軟管溜筒是一種具有應用前景的新型混凝土運輸手段，并指出軟管溜筒安裝中盡量垂直，嚴禁安裝后出現大的轉折，溜槽的搭設坡度大于60°，防止坡度過小使混凝土溜放不暢。百色水利樞紐大壩碾壓混凝土運輸采用深槽高速皮帶機輔以負壓真空溜筒的入倉方式進行大壩混凝土施工，溜筒長度達240 m[29]。冶勒水電站中鋼管溜筒在壓力管道長斜井回填混凝土澆筑中成功被運用，其中上長斜井井深237 m[30]。

相較之下，裝船機設備上溜筒對運輸不起主要作用，其使用經驗對采用溜筒翻壩運輸方面提供參考價值不大，水工建筑物混凝土施工中溜筒的使用經驗更為采用溜筒翻壩運輸方案所需要，但兩者都可為翻壩中溜筒防損、防塵、防撞擊提供參考。采用溜筒進行翻壩運輸的問題主要有溜筒磨損大、更換頻率高，垂直距離大時散貨直接沖擊力大，環保防塵等問題。為了限制混凝土下行的終端速度，減小直接沖擊力，傾斜布置的鋼管溜筒和溜槽主要依靠混凝土下行過程中自重與載體間產生的摩擦力，垂直布置的軟管溜筒依靠的是混凝土在軟管中下行過程中產生負壓與管外靜止空氣形成的壓差，而使軟管壓縮管內下行的混凝土受阻，負壓溜槽依靠的是上面兩種特性[31]。針對防塵、除塵，可配備不同溜筒裝置，一種為用于塊狀物料，顆粒較大，揚塵較少的普通直溜筒，一種為用于粉狀物料等顆粒較小物料的可伸縮溜筒，可通過增長溜筒長度，縮短物料暴露空氣中的時間。上海振華重工為澳大利亞GPA設計了一臺環保型裝船機，其中裝船機上采用了干式除塵、噴淋除塵、封閉控塵等一系列防塵措施，取得了良好的抑塵效果，可為類似項目除塵設計提供借鑒參考[32-33]。

經濟上，公路+溜筒翻壩運輸方案中溜筒依靠自重進行運輸，無驅動設備，結構簡單，造價低，可采用溜筒運輸方式翻山過崖，其工程造價必將遠遠低于公路翻壩運輸方式。

綜上所述，利用溜筒翻山過崖的公路+溜筒翻壩運輸方案無論在技術上還是經濟上都是可行的。

3翻壩運輸方案適應性分析

貨物流向適應性分析：金沙江流域貨物出口時，均可采用公路翻壩運輸方案、皮帶翻壩運輸方案和公路+溜筒翻壩運輸方案。貨物進口時，因溜筒依靠自重進行運輸，無驅動設備，故不可采用公路+溜筒翻壩運輸方案，其他兩種方案可以滿足要求。已知金沙江貨運量主要為出口當地礦產品及建材等，故3種運輸方式均可適當考慮[34-35]。

貨種適應性分析：金沙江貨運種類主要為當地出口礦產品(主要為煤炭、磷礦等散貨)及建材等，以散貨貨運量最大[36]。其中，散貨均可采用公路翻壩運輸方案、皮帶翻壩運輸方案和公路+溜筒翻壩運輸方案進行運輸。但若需運輸建材等件雜貨只能采用公路翻壩運輸方案和皮帶翻壩運輸方案，無法采用公路+溜筒翻壩運輸方案。

已知公路翻壩運輸方案的公路線路可自行設計繞壩通過，方便靈活，可操作性強。但通過對比分析知，金沙江流域公路運輸成本最高，翻壩公路由于服務對象和既定政策使得公路線路選擇等局限性大，技術難度高，投資更大。尤其在崇山峻嶺間或懸崖峭壁處等不適宜修建盤山公路的山區，修建公路可能需要繞行十幾公里甚至更多，由此造成工程投資成非線性增長，且可能技術上不可行。

4結語

為解決金沙江樞紐通航能力不足及金沙江大量散貨必須翻壩與散貨翻壩可行性低互為矛盾等問題。筆者在研究常規公路翻壩運輸方案的前提下，提出了適合金沙江散貨翻壩運輸的新思路和新途徑。

通過現場調研、搜集資料、類比分析和參考相關工程經驗，筆者探討了適合金沙江散貨翻壩運輸的方案。并試圖建立金沙江中下游各樞紐區域以公路翻壩運輸為主，皮帶翻壩運輸為輔，公路+溜筒翻壩運輸為補充的多種翻壩運輸方式，為采用多種翻壩運輸方案解決金沙江樞紐通航能力不足提供參考。

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(責任編輯：劉韜)

Discussion on Long-Time Cross-Dam Transportation Schemes of theBulk Cargo for Jinsha River

LIU Geng1，LIU Mingwei2，HE Linlin2，LUO Hong1

(1.Sichuan Communication Survey & Design Institute，Department of Transportation of Sichuan Province，Chengdu 610017，Sichuan，P.R.China; 2.Hydrology & Waterway Engineering Key Laboratory of the Ministry of Education，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，P.R.China)

With the formation of water storage in Jinsha River reservoir area，the channel condition of the reservoir area has been obviously improved.However，because of the hysteresis and insufficiency of the construction of navigation facilities，some measures must be done to increase the integrated throughput capacity for Jinsha River.The feasible schemes of long-time cross-dam transportation of the bulk cargo for Jinsha River were discussed by means of field investigation，data collection and analogy analysis as well as referring to the relevant engineering experiences.Various cross-dam transportation schemes of the hub areas at Jinsha River downstream were proposed，where the road cross-dam was principal，the belt conveyor cross-dam was auxiliary，and the road + chute tube cross-dam was supplementary.The research provides some references to solve the insufficiency of integrated throughput capacity of Jinsha River by various cross-dam transportation schemes.

traffic and transportation engineering; Jinsha River; cross-dam transportation schemes; road cross-dam; belt conveyor cross-dam; chute tube

U692.3+2

A

1674-0696(2017)10-083-08

2016-04-14；

2016-07-08

劉耕(1971—)，女，四川南江人，高級工程師，主要從事水運工程設計和研究工作。E-mail：414806018@qq.com。

賀林林(1983—)，女，黑龍江齊齊哈爾人，講師，博士，主要從事港口海岸、近海工程結構設計理論和計算方法、土與結構方面的研究。E-mail：helinl@126.com。

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.10.14