西津水利樞紐一、二線船閘軸線間距研究

張蘭芳，陸 峰，雷 興

(1.同濟大學，上海 200092；2.廣西交通設計集團有限公司，廣西 南寧 530029；3.賀州市交通運輸局，廣西 賀州 542899)

0 引言

西津水利樞紐二線船閘工程是廣西實施“珠江-西江經濟帶發展規劃”的重點工程，也是西江黃金水道建設的關鍵工程。本文對西津水利樞紐二線船閘工程一、二線船閘軸線間距的比選做簡要介紹，并對廣西西江航運干線上主要樞紐的兩線船閘軸線間距選擇時考慮的相關限制因素進行探討，以使讀者對類似工程兩線船閘軸線間距的選擇有初步了解，以期對其他類似工程提供有益的借鑒。

1 工程概況

西津水利樞紐位于廣西橫縣郁江干流的中上游，上游距南寧市167 km，下游距橫縣5 km，是西江航運干線上的控制性樞紐。樞紐于1964年底建成。樞紐通航建筑物為單線兩級Ⅲ級船閘，年設計通過能力650萬t/年。

近年來，由于過閘貨運量的強勁增長，西津一線船閘現已趨于飽和運行狀態，其通過能力遠不能滿足過閘貨運量發展需求，有必要建設二線船閘。

根據2016年廣西壯族自治區發展和改革委員會下發的《關于西津水利樞紐二線船閘工程可行性研究報告的批復》批復意見，二線船閘按Ⅰ級船閘，通航3 000 t級船舶，設計年單向通過能力為2 760萬t/年，閘室有效尺寸為280 m×34 m×5.8 m(長×寬×門檻水深)。

經多方案比選和論證，確定二線船閘布置于一線船閘右側，采用二線船閘閘首與一線船閘齊平，軸線與一線船閘平行的布置方案，如圖1所示。

圖1 兩線船閘平面位置示意圖

2 船閘軸線間距的比選

本樞紐通航建筑物是在現有1 000 t級船閘正常運行的情況下，采用并列布置的方式新建3 000 t級二線船閘。兩線船閘軸線間距的擬定主要需考慮三個因素，即：結構布置滿足要求，施工組織方案合理可行，為遠期一線船閘改建留有余地。

從上述各原則的角度出發，參照類似工程經驗，在工程可行性研究階段，初擬對115 m、120 m、130 m三個軸線間距方案進行比選分析，概述如下：

2.1 結構布置方面

二線船閘結構布置在平面上應與一線船閘結構互不影響，立面上各部位開挖放坡及施工期基坑巖石爆破不應破壞一線船閘結構安全，保證一線船閘的安全運行。

根據樞紐區地形地勢條件，為減少開挖工程量，上、下游主導航墻均向左側擴寬。根據工可階段總平面布置成果，二線船閘平面上距縱軸線距離最遠的結構部位即為上、下游主導船墻左側的結構邊線。根據二線船閘各部位結構平面位置、結構建基面高程、各巖土層的參數、開挖建議坡比等繪制水工結構各斷面剖面圖。各方案上游主導航墻典型剖面圖(航上0+183.0)如圖2～4所示。

圖2 軸線間距115 m方案上游主導航墻段典型剖面圖(航上0+183.00)

圖3 軸線間距120 m方案上游主導航墻段典型剖面圖(航上0+183.00)

圖4 軸線間距130 m方案上游主導航墻段典型剖面圖(航上0+183.00)

從圖2～4可以看出，間距115 m的方案的二期縱向圍堰外側坡腳已經占用一線船閘的航道。需要增設混凝土擋墻或者其他方案，施工該混凝土擋墻需要水下開挖和混凝土澆筑，將對一線船閘施工期通航造成影響，而間距120 m方案和130 m方案對一線船閘通航沒有影響。

2.2 施工組織方面

二線船閘主體工程及引航道開挖時，一線與二線船閘之間的縱向和上下游預留巖土坎作為全年或枯水期圍堰，需進行防滲灌漿和邊坡穩定處理。

三個間距的船閘軸線方案上下游停泊段、上游主導航墻段結構開挖放坡時，軸線較近的方案會破壞堰體內大部分旋噴樁，圍堰整體穩定性較差，施工風險較大。

以航上0+183.0斷面為例，130 m方案無須填筑圍堰，可充分利用原土巖坎作為縱向擋水圍堰；120 m方案，須填筑枯水期黏土圍堰至63.50 m高程，外側坡腳小部分占進一線船閘引航道，內側邊坡須增加3排旋噴樁加固措施；115 m方案，因開挖后預留位置不夠填筑枯水期黏土圍堰至63.50 m高程，除內側邊坡增加4排旋噴樁加固措施外，外側坡腳部分占進一線船閘引航道，需要增設混凝土擋墻或者其他方案。

經過估算，本工程施工期保持邊坡穩定的工程措施費為：1 700萬元(115 m方案)、1 310萬元(120 m方案)和670萬元(130 m方案)。

2.3 對遠期一線船閘改建的影響方面

根據貨運量預測成果，2040年之前兩線船閘尚能滿足通過能力的要求，即一線船閘改建工作應該2040年之后。基于西津樞紐及周邊地形、河勢的情況，沒有擴建三線船閘的條件，根據《內河通航標準》(2014)相關規定，一線船閘改建應按照終極船閘的規模來設計，故一級船閘改建暫定按照與二線船閘同樣規模考慮。

根據西津水利樞紐的總體布置，遠期一線船閘改建的工程范圍，在壩軸線上應控制在一線船閘本體段和心墻壩段的范圍內，項目實施應以不影響混凝土重力壩段和部分心墻壩為原則，以保證攔河壩段的擋水安全。施工布置時，應不占據泄洪斷面，保證泄洪時的樞紐安全，同時避免上游庫水位壅高。

考慮上述因素，參照二線船閘結構尺度對一線船閘改建進行總體布置，根據初步設計成果，一線船閘改建工程的軸線宜向左側移動的幅度很小，基本還需維持在現一線船閘的軸線位置處。

兩線船閘軸線間距方案研究見圖5。

圖5 兩線船閘軸線間距方案研究示意圖(一線僅向右側擴寬)(單位：m)

從圖5可以看出，如果是右側擴寬方案，間距是120 m方案，兩線船閘的引航道的間距僅有4 m。如果間距是115 m，引航道結構已經無法布置。

根據水庫運行方式，當來流量大于最大通航流量時，17孔泄洪閘已全部敞開泄洪。如果采用兩側擴寬或者左側擴寬方案，引航道更靠近泄洪閘，通航水流條件很難滿足，樞紐泄洪安全也得不到保障。

圖6 遠期一線船閘改建軸線間距150 m方案上游主導航墻段典型剖面圖(航上0+183.00)

圖7 遠期一線船閘改建軸線間距120 m方案上游主導航墻段典型剖面圖(航上0+183.00)

圖8 遠期一線船閘改建軸線間距130 m方案上游主導航墻段典型剖面圖(航上0+183.00)

圖6～8是一線改建時往兩側擴寬方案在航上0+183 m處的示意圖，從圖中可以看出，左側布置已經接近原深河床之后，右側的導航墻在115 m方案已經完全占據原隔水堤，另外與二線導航墻間距非常小，施工布置相當困難。120 m方案略好一點，130 m方案更優。因此，從一線船閘改建來看，115 m方案布置非常困難，120 m方案相當緊湊，130 m方案最好。

2.4 主要估算投資比較

上述三個方案主要不同之處在于主體土建工程、征地拆遷和移民安置、施工期臨時費用等方面。與軸線間距為120 m方案相比，115 m方案主體工程土建工程估算投資少約630萬元，征地拆遷和移民安置估算投資少約270萬元，用于施工期基坑穩定的臨時防護估算投資多約400萬，估算投資合計較120 m方案約少500萬元。

與軸線間距為120 m方案相比，130 m的方案主體工程土建工程估算投資多約2 100萬元，征地拆遷和移民安置估算投資多約700萬元，用于施工期基坑穩定的臨時防護估算投資少約640萬元，上述三項土建和施工臨時估算投資合計較120 m方案多約2 160萬元。

經上述主要估算投資比較，相對于總投資二十多億而言，120 m與115 m方案相差較小，130 m方案投資較大。

2.5 船閘軸線間距的選定

綜合上述因素，130 m方案在對一線船閘的影響、二線船閘基坑防護、對一線船閘改建的影響等方面限制因素最小，施工組織設計相對容易，項目實施保障度高；120 m方案次之，各方面均需采用一定的工程措施，雖然有一定難度，但也可正常實施；115 m方案各方面限制因素較大，實施困難。

結合本工程自身的特性，考慮到115 m方案實施困難、130 m方案的土石方開挖工程量、工程用地面積、征地拆遷和移民安置工作量大幅增加等情況，本工程推薦采用船閘軸線間距為120 m的方案。

3 對于復線船閘軸線間距選定的初步探討

3.1 西津水利樞紐兩線船閘軸線間距的合理性分析

受限于右岸上游岸坡開挖、高邊坡處理、船閘主體段右側的居民較多等因素的影響，在工可階段經綜合比選，西津水利樞紐兩線船閘的軸線間距選定為120 m。施工圖設計時，為了進一步改善上游船舶通航條件，對上、下游主導航墻的線型略做調整，調整后的主導航墻整體更靠近一線船閘。同時，隨著對樞紐工程區地質資料的進一步豐富和完善，經研究，工可階段選定的上游主導航墻重力式結構形式已不太適用。為了保證施工期不產生對一線船閘的影響，將上游主導航墻的結構形式調整為高樁承臺的結構形式，減輕了對一線船閘的影響。

西津樞紐兩線船閘間距的選定，是統籌考慮各種影響因素后，經綜合比選確定出的數值，雖然在施工圖階段對局部結構方案進行了修改，但120 m軸線間距方案是完全可以順利實施的，對施工期影響較小。當然，如果條件允許，對本樞紐兩線船閘間距進行適當放寬，會取得更好的效果。

3.2 對類似樞紐兩線船閘軸線間距的思考

西江干流上建設有復線船閘的樞紐，主要有貴港樞紐、桂平樞紐、長洲水利樞紐等。目前，桂平樞紐二線船閘、長洲水利樞紐三線、四線船閘均已建成運行，貴港樞紐二線船閘正在建設。從這些項目兩線船閘間距來看，桂平樞紐一、二線船閘間距為125 m，貴港樞紐一、二線船閘間距為120 m，長洲樞紐三線船閘與原已建二線船閘(Ⅲ級船閘，通航1 000 t級船舶)軸線間距為130 m。從整個施工過程來看，貴港、桂平樞紐兩線船閘軸線間距對施工影響較小，施工較為順利；長洲二線、三線船閘軸線間距略小，對施工期影響較大，施工過程中存在一些問題。

長洲三線、四線船閘布置于外江右岸一級、二級階地上，船閘上、下游橫向、縱向圍堰基本都是采用預留巖土坎、對局部巖土坎加高的方式，圍護船閘基坑進行干地施工。受兩線船閘軸線間距的限制，滿足上、下游圍堰全年擋水需要時，三線船閘主體段大部分結構就會被圍堰壓占，圍堰的擋水需求與三線船閘主體結構施工需求協調的難度較大。

為解決上述問題，三線、四線船閘主體結構只能分期分段施工。在整個施工期間，為完成三線、四線船閘各部位施工，施工期圍堰布置共分為六期，預留巖土坎圍堰被局部挖除、重新填筑數次，增加了較大的工作量；同時，圍堰局部挖除后，對土質邊坡的穩定處理也極其困難，穩定邊坡的處理代價較高，增加了較多的工程投資，對施工工期也造成了一定的影響。

上述三個復線船閘軸線間距相近，均為120～130 m，但對施工影響不盡相同，究其原因，除船閘設計水頭的影響之外，最主要的因素應為樞紐所在區域的地層、地質因素。貴港、桂平樞紐覆蓋層、全風化巖及強風化巖相對較薄，巖面高，基坑高度范圍大部分為弱風化花崗巖，開挖坡度較陡，基坑開挖放坡水平距離較近，對間距要求稍小；長洲三四線船閘工程，全風化、強風化巖層較厚，基坑開挖深度范圍大部分為覆蓋層，開挖時穩定邊坡的坡度較緩，基坑開挖時，水平放坡距離較大，對兩線船閘軸線間距要求稍高。

4 結語

西江干流上建設有復線船閘的樞紐，主要有貴港樞紐、桂平樞紐、長洲水利樞紐等。三個樞紐通航建筑物與本工程類似，均為在現有1 000 t級船閘正常運行的情況下，采用并列布置的方式新建3 000 t級二線船閘(長洲水利樞紐為在1 000 t級二線船閘右側同時建設三線、四線船閘)。成功的設計及施工實踐證明，兩線船閘軸線間距為120～130 m是切實可行的，本工程船閘軸線間距選定為120 m是基本合適的。

對于其他類似樞紐，當需在一線船閘側擴建二線船閘、涉及船閘軸線間距選擇時，船閘軸線間距可在110～130 m范圍內初選。對于覆蓋層較薄、巖面較高的工程，軸線間距可取小值；對于覆蓋層較厚、巖面較低的工程，軸線間距宜取大值。對于類似長洲樞紐，覆蓋層相對較厚的，條件允許時，建議軸線間距在130 m的基礎上，適當加大。

船閘軸線間距初步擬定后，再根據樞紐建筑物布置、地形、河勢、地質、征地及移民安置等限制因素，經多方案綜合比選后最終確定。

[1]廣西壯族自治區人民政府.廣西西江黃金水道建設規劃[R].南寧：廣西壯族自治區人民政府，2010.

[2]GB 50139-2014，內河通航標準[S].

[3]廣西壯族自治區交通規劃勘察設計研究院.西江航運干線桂平二線船閘工程初步設計[R].2007.

[4]廣西電力工業勘察設計研究院，廣西壯族自治區交通規劃勘察設計研究院，中交水運規劃設計院有限公司.長洲水利樞紐三線四線船閘工程初步設計[R].2010.