淺談引航道口門區導航墻型式及應用

劉芷妍 重慶交通大學河海學院

李艷 重慶交通大學西南水運工程科學研究所

船閘是最為常用的通航建筑物，船閘的上下游引航道及其口門區的水流條件，是決定船舶能否安全順利過閘的關鍵因素。船閘引航道口門區處于引航道靜水和河道動水的交匯處，樞紐采用集中式布置時，航道斷面在上游口門區變窄，在下游口門區放寬，河道水流的收縮(對上游）和擴大（對下游），會在口門區形成斜向水流，加之該區域受泄水建筑物的影響，當斜向水流達到一定強度后，會成為阻礙船舶（隊）進出引航道的不良流態。在引航道及口門區布置導航墻是改善通航水流條件，保證船舶安全，快速進出上下游引航道的主要工程措施之一。因此，對導航墻的型式及應用進行闡述并總結經驗，具有重要的工程實際意義。

1.引航道導航墻的型式分類

導航建筑物從結構角度分類，可分為固定式結構和浮式結構。固定式結構適用于大多數情況，有重力式、墩式、空箱式等，早期船閘引航道設計中，多采用固定式實體導航墻，狹窄的彎道急流河段導航墻宜選擇實體式。固定式實體導航墻的缺點在于基礎易被淘刷，需采取防護措施保護導航墻基礎，重力式實體導航墻存在船舶荷載產生的傾覆彎矩較大，結構斷面較大，工程量較大等問題。浮式結構適用于水深或水位變幅較大的情況，相較于固定式實體導航墻，浮式結構具有能適應較大水位差，不受地質和地形條件限制、工程量小造價低等優點，但浮式結構易受波浪影響而產生一定程度的搖擺。導流墩通常可與導航墻聯合使用，布置于口門區，可有效削弱導航墻堤頭的擾流問題，如瓦村樞紐下引航道水流條件研究中，通過在右側導航墻末端增設4根導流墩，起到了良好的阻隔右側動水影響及調順水流的作用。

2.導航墻的優化研究

近年來，有不少專家學者對導航建筑物的優化進行了相關研究，對導航建筑物的優化與船閘所在河道的河勢與水勢有關，難以得到普適性的優化方法，但可通過借鑒及提煉將已有成功經驗用到新船閘引航道導航建筑物的設計和布置中。目前關于導航建筑物的研究方向主要集中在導航墻的透空形式、導航墻的長度、高度及弧度、導航墻的新型結構型式等幾個方面。

2.1 導航墻的透空型式

透空式導航墻的優點在于能使引航道內外水域相通，從而有效減弱堤頭附近水體的波動，加速波動的擴散與衰減，減弱回流的強度與范圍，從而獲得較好的通航條件。適宜布置在河面相對較窄、壩軸位于彎曲河段且洪枯水期水位波動較大的區段。

陳桂馥等通過對綦江新灘船閘，嘉陵江新政船閘等四個樞紐工程的導航墻透空形式研究，提出導航墻透空高程宜控制在設計水位下1.5m至河床床面高程，透空方式采取每10米透空5.0～6.6m，開孔方向與水流成30°至45°角，可起到調整口門及口門區內流速分布，改善不良流態，增大口門區縱向流速，減少懸沙淤積的作用。王瑋等以多個采用透空式導航墻的嘉陵江船閘為例，總結出由于透空式結構在減小引航道口門區橫向流速的同時會加大引航道內縱向流速，因此選擇導航墻結構型式除與樞紐所在河段的河勢與水勢有關，還需考慮船舶的操縱性能，開孔方向與船閘軸線的夾角，宜大于口門區水流流線與船閘軸線的夾角。余雅雪等在五強溪水電站船閘下游引航道改造工程中采用深槽回填+樁基透空式導流屏技術，緊挨原導航墻從上游至下游分別平行錯位布置11個連系墩和10段插板，各連系墩與原導航墻稍朝內側偏轉19.1°，總長218.523m，有效改善了斜流和橫流環流等不良流態。

2.2 導航墻的長度、高度及弧度

導航墻的長度并非越長越好，其往往僅改變了橫流影響區域，對橫流幅值和梯度的改變影響不大，在急彎河段過長的引航道導航墻反而可能惡化口門區水流條件。在實際工程應用中，常需根據閘布置方式，樞紐所在河段河勢與水勢對上下游引航道通航水流條件進行物理模型和數學模型試驗，以得到較為合適的導航墻長度。

葉雅思等結合躍洲水電樞紐工程研究發現，在彎曲河道上，弧形長導航墻較直線導航墻設計能有效減少口門區的縱橫向水流流速并改善回流情況，加大導航墻弧度可進一步改善口門區水流條件，但弧度過大將束窄引航道寬度。增大導航墻張角會使縱向流速增大，橫向流速減小，其最佳值可能與河道參考點的曲率有關。吳越等在已有的弧形導航墻研究基礎上，通過物理模型試驗進一步研究了弧形導航墻對水流結構改變的規律，提出在直導航墻末端加設弧形短導航墻段對船閘引航道口門區水流結構的改善有良好的效果，保護長度明顯增長。五里亭水利樞紐工程采用400m半透水曲線隔流導航墻，導航墻下游段向左岸順勢彎曲，墻頂高程設置為31.8m，高水位時導航墻會被淹沒，可以起到改善引航道水流條件的同時不妨礙電站處理和河道泄洪的作用。

2.3 導航墻的新型結構型式

嘉陵江草街船閘采用浮囤潛水渡洪的方案，將導航墩的高度限制在最高通航水位要求的高度，通過在導航墩頂部設置止浮卡及設置一定數量的浮囤進水管控制其浮力，使浮囤可安全潛水度洪，可節約較大工程量，減少管理難度。水口電站壩下工程為改善下游引航道水流條件及泥沙淤積問題，在靠船墩上加裝隔流掛板，與攔沙底坎形成高4m、長15m的9個透水孔，其透水量較好的弱化了口門區斜流，使停泊段由靠船墩間的孔口進水產生的斜向流速在規范允許值之內。李元禮等在楊林船閘下游主導航墻的研究中，考慮到其位于太湖平原，地質較軟，如果采用重力式結構需進行地基處理，采用樁柱式結構，樁基入土比較深。創新性提出“箱式與浮筒相結合的結構型式”，結合了箱式結構和浮式結構的優點，具有造價低，維修方便，抗撞擊能力強的優點。

3.結語

（1）目前對引航道導航墻的優化方向主要集中在導航墻的透空形式、導航墻的長度、高度及弧度、導航墻的新型結構型式等幾個方面。

（2）透空式導航墻相比實體式導航墻，能一定程度上減小引航道內橫流和回流，減少引航道內泥沙淤積，是目前較為常用的導航墻形式；對導航墻的長度和高度優化與具體工程河段的河勢與水勢關系較大，常需通過物理模型和數學模型來得出較優的布置方案，在直導航墻末端設置一段弧形短導航墻可起到改善水流結構的作用，淹沒式長導航墻對電站取水及河道泄洪的影響較小，可進一步研究；新型式的導航墻研究成果大多可以更節省工程投資，便于施工以及管理。

（3）對導航墻的優化研究目前多以工程實例為依托，立足于具體某個工程，雖有進展但得到的規律性經驗較少，缺乏通用性，在借鑒以往工程中的成功經驗的基礎上，更迫切需要以實際工程為依托進行進一步理論研究，總結出更具有普適性的導航墻優化措施及方法。