京杭運河梯級船閘引航道靠船墩布置方案優化分析

徐亞哲 周婷婷 南京瑞迪建設科技有限公司

隨著京杭運河沿線船舶大型化發展，沿線梯級船閘的船舶通行壓力越來越大。劉山一、二號船閘現狀一號船閘上游共有15個靠船墩，靠船墩之間采用T形梁連接，靠船墩之間中心線間距為15m，靠泊段總長度225m。由于建成年代久遠，且采用的是水中落墩布置型式，存在船舶進出交匯不便的安全隱患問題。如何采取行之有效的工程措施，優化劉山船閘上游引航道靠船墩布置，分析研究論證一號閘靠船墩移位改造的可能性和可行性，有效提升劉山船閘的船舶通行效率和提高貨物通過能力，已成為劉山船閘目前迫切需要解決的問題。本文針對該船閘特點，從技術、經濟角度出發，對上游引航道靠船墩布置方案開展研究。

1.平面布置方案

本次提出以下三種平面布置方案。

1.1 總平面布置方案一（老墩延伸，獨立墩+人行橋）

本方案考慮對現有靠船段進行延伸接長。擬新增獨立墩4個，新建靠船墩間距采用20m，延伸靠泊段長度為80m。本改造方案完成后共計19個獨立墩式靠船墩。根據劉山閘運營情況，目前船舶一般從5#墩起向后停靠，目前實際靠泊段長度為150m，考慮接長的80m，本方案的靠船段長度為230m，可滿足3條2000噸級貨船或1頂3×1000噸級船隊停靠及進出閘靠泊長度要求。

圖1 流速測量線布置圖

按照本改造方案，船閘上游引航道的靠船段仍位于一號閘右岸，船閘進出閘方式為直進曲出，上游引航道布置為不對稱形式。上游右岸為主導航墻，直線型布置（重力式結構）；上游左岸為輔導航墻，采用弧形墻布置（重力式結構）。

1.2 總平面布置方案二（移位新建，獨立墩+人行橋）

本方案考慮拆除現有靠船墩及人行橋板后在北側近岸側移位新建15個靠船墩，采用獨立墩式結構，靠船墩之間中心線間距為20m，靠泊段總長度為280m。移位后的靠船段前沿線距離一線閘中線為54m，上閘首側1#靠船墩位置根據規范要求按照1:6斜率要求確定，距離上閘首約204m。本改造方案總計靠船段長度為280m，共計15個獨立墩式靠船墩。參照類似停靠方式，一般扣除引航道端部2個墩不予停靠，靠泊段長度實際為240m，可滿足3條2000噸級貨船或1頂3×1000噸級船隊停靠及進出閘靠泊長度要求。

按照本方案，上游引航道的靠船段位于船閘北側（左岸），船閘進出閘方式將改為曲進直出，引航道布置仍為不對稱形式。上游左岸主導航墻為弧形墻，輔導航墻直線布置于右岸。為滿足曲進直出的規范要求，按照1:6的斜率要求布置了首個靠船墩位置。為引導船舶快速有效進閘，進閘方向設置2個引導墩，引導墩結構與獨立墩式結構一致，但不考慮設置系船鉤和系船柱。

圖2 方案一縱、橫向流速比較

圖3 方案二縱、橫向流速比較

圖4 方案三縱、橫向流速比較

1.3 總平面布置方案三（移位新建，連片墩+駁岸）

本方案與方案二區別在于移位新建靠船墩之間采用重力式駁岸結構，連片式結構岸側考慮填土接岸。靠船墩之間中心線間距為20m，靠泊段總長度為280m。移位后的靠船段前沿線距離一號閘中心線距離為78.5m，上閘首側1#靠船墩位置根據規范要求按照1:6斜率要求確定，距離上閘首約265m。本改造方案總計靠船段長度為320m，含15個墩式靠船墩及靠船墩間駁岸370m長（含兩端過渡段40m）。參照類似停靠方式，一般扣除引航道端部2個墩不予停靠，靠泊段長度實際為240m，可滿足3條2000噸級貨船也可滿足1頂3×1000噸級船隊停靠及進出閘。

2.水流數值模擬分析

采用平面二維水流數學模型對劉山閘靠船墩改造方案進行數值模擬研究，計算區域包括劉山閘泄水河道及船閘引航道，計算區域取劉山閘至上游船隊停泊區，總長約2km，網格劃分采用三角形單元，在靠船墩附近進行網格加密，邊長為3m，其余邊長為10～30m。網格單元數為4397個，節點數為9194個。

數值分析結論：

（1）當劉山泄洪閘開啟時，水流主要從泄洪閘泄入下游，而船閘引航道受泄洪影響較小，引航道流速較小。設計流量及校核流量條件下，三種新設計的靠船墩附近流速較小，小于0.05m/s。

（2）當劉山泄洪閘關閉，船閘正常運行，雙船閘閘室正常充水時，水流主要沿閘室流入下游引航道，引航道內流速受閘室充水影響較小。閘室正常充水時，三種新設計的靠船墩附近流速較小，小于0.1m/s。

（3）三種方案靠船墩前及一號船閘中心線橫、縱向流速均較小，橫向流速均小于0.02m/s。

通過計算比較，三種靠船墩移位改造方案引起的靠船墩前及一號船閘中心線水流流速均較小，橫向流速均小于0.02m/s，不影響船舶正常運行。因此從水流流態角度看，三種方案均滿足船舶通行要求。

3.三種方案比較分析

根據前述，上述3個總平面布置方案的優點和缺點都較為鮮明：

方案一（老墩延伸，獨立墩+人行橋）優點可順應現狀靠船段格局，影響面較小；僅適當延伸處置，工程量較小，改造費用最低；但缺點是該靠船段占據船閘上游公用引航道的河中心位置，降低了公用引航道的使用效率，特別是靠船段延伸后對二號閘船舶出閘有較大不利影響。

方案二（移位新建，獨立墩+人行橋）優點是采用獨立墩式結構，對現狀水域影響相對較小；前沿線相對外伸，靠船墩結構物布置對岸坡影響不大；工程施工實施難度不大，且在類似工程中已有成功經驗；工程費用較為適中合理；缺點是本改造項目采用“曲線進閘”方式，需在靠船墩與弧形導航墻之間設置導向墩，對船舶進閘時稍有不順。

方案三（移位新建，連片墩+駁岸）優點是移位后靠船段為連片式結構，可與二號閘相呼應，便于管理維護；前沿線退讓較多，基本與遠調碼頭齊平，公用引航道寬度最大；缺點是需要施工圍堰，工程量最大，費用最高；此外連片式結構對水域占用較多，需征詢水利部門意見。

綜上，為避免打破現有的劉山一號船閘進出閘狀況，節省投資費用，本次推薦方案一（老墩延伸，獨立墩+人行橋）。

4.結語

本次針對劉山一號船閘上游引航道靠船墩布置方案從水流影響、經濟性、施工便利性等方面進行了研究，本文對類似船閘的引航道靠船墩優化布置提供了借鑒，也為工程設計提供了有力依據。