大藤峽船閘總體設計布置

李亞文,陳規劃

(1.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021；2.廣西大藤峽水利樞紐開發有限責任公司，廣西 南寧 530200)

大藤峽水利樞紐工程位于珠江流域西江水系黔江河段的下游，壩址距桂平市彩虹橋約6.6 km，是紅水河水電梯級規劃[1]中最末一個梯級。黔江航道是西南水運出海中線通道[2]、北線通道在三江口匯合后通往西江航運干線到粵、港、澳大灣區的必經之地，同時也是廣西柳州市、來賓市物資進出的重要水運門戶。從1959年提出大藤峽水利樞紐的輪廓性規劃起至今，隨著地區經濟的發展，船閘規模由開始的1 000 t級、2 000 t級，最終調整為3 000 t級，閘室尺度由190 m×23 m×4 m、250 m×23 m×5 m最終調整至280.0 m×34.0 m×5.8 m(有效長度×寬×檻上水深)。

船閘上游口門區位于大藤峽峽谷口下游的弩灘上，受峽谷口擴散及彎道水流的直沖影響，口門區及其連接段通航條件較差；下游口門區位于壩軸線下游2.5 km河道束窄的微彎河道凹岸，從泄水閘至口門區，河道主流呈“S”形走向，先向右彎，然后向左彎，并以一定交角進入下游口門區，通航水流條件也很差，上下游口門區均不滿足通航要求[3]。根據通航水流條件及自航船模試驗成果[4-6]，優化了上下游口門區整流措施的布置。

船閘最高設計水頭40.25 m，閘室有效尺度280 m×34 m，一次充泄水量達42萬m3，是三峽船閘單級的1.8倍左右[7]；上、下游通航水位變幅大，最高達20.49 m；輸水時間要求小于15 min，閘室水位平均上升速度達2.68 m/min，無論是規模、水頭、還是水位變幅和水力指標均達到了國內外已建船閘的最高水平。而這些都給輸水系統的工作條件帶來了極大的困難，尤其是輸水閥門段廊道、分流口等輸水系統關鍵部位的水力學問題[8]非常突出。通過多家科研單位開展的8個課題試驗研究成果[9-11]，對輸水系統布置進行了優化，為大尺度、高水頭船閘的輸水系統的設計提供一定的借鑒作用。

1 工程概況

大藤峽水利樞紐工程是一座防洪、航運、發電、補水壓咸、灌溉等綜合利用的流域控制性工程。壩址控制流域面積19.86萬km2，水庫正常蓄水位61.00 m，死水位47.60 m，水庫總庫容34.79×108m3，電站裝機容量1 600 MW，工程規模為Ⅰ等大(1)型。

樞紐工程由黔江主壩、黔江副壩、南木江副壩組成。黔江干流布置黔江主壩，自右往左依次為右岸擋水壩段、右岸廠房、26孔泄水閘、左岸廠房、船閘及其事故門庫壩段，外側預留二線船閘；左岸布置黔江副壩；南木江河口布置南木江副壩，其上布設擋水、過魚、灌溉和生態泄水等建筑物。

船閘布置在黔江左岸Ⅰ級階地上，采用單線單級，設計通航最大船舶噸級為3 000 t，級別為1級[12]。上游最高通航水位61.00 m，下游最低通航水位20.75 m，最大工作水頭40.25 m，設計輸水時間不大于15 min。船閘設計代表船舶(隊)為3 000 t級單船和2×2 000 t頂推船隊，年過閘貨運量為5 189萬t[13]。

2 船閘位置選擇

大藤峽船閘作為樞紐工程的一個重要組成部分，應在充分發揮樞紐工程綜合效益的前提下，盡可能滿足船舶(隊)的通航要求，其位置的選擇原則如下：①臨岸布置于沖淤量不大、順直穩定主河道的一側，且滿足船閘平面總體布置的需要；②上、下游引航道與主航道銜接平順[12]，口門區河床穩定，水力學條件好，有利于船隊進出，安全通暢；③與樞紐其他水工建筑物并列緊靠布置時，之間應有足夠長的隔流堤隔開，并滿足通航水流條件的要求；④充分考慮遠近期與發展的關系，預留二線閘位的布置場地，且考慮有利于今后的建設條件。

大藤峽船閘設計水頭高，規模大，是目前國內外已建單級船閘之最，按照規范既可以采用單級也可采用雙級。根據工程區地形、地質條件，結合樞紐布置、交通、施工、航運等條件，比選了左岸單級船閘集中式布置、左岸雙級船閘分離式布置、左岸雙級船閘集中式布置+南木江船閘、右岸雙級船閘集中式布置+南木江船閘4個方案[13]。左岸單級船閘集中式布置方案，船閘位置地形地質條件較好、樞紐布置緊湊，易于管理、便于布置二線船閘、年過閘貨運量大、引航道內通航水流條件較好、工程投資較少，故作為選定方案。

3 船閘總體布置

船閘右側與左岸廠房安裝間壩段相接，左側通過船閘事故門庫壩段與黔江副壩相接，軸線與壩軸線正交。船閘由上游引航道、上閘首、閘室、下閘首和下游引航道組成，線路總長3 735 m，其中主體段長385 m，閘室有效尺度：280 m×34 m×5.8 m(長度×寬度×門檻水深)，上游引航道長1 453 m，下游引航道長1 897 m。船閘總平面布置，見圖1。

圖1 船閘總平面布置

3.1 主體段布置

3.1.1上、下閘首布置

上閘首作為樞紐擋水建筑物的一部分，左側接船閘事故檢修門庫壩段，右側接左岸廠房安裝間壩段。上閘首采用分離式設計[14]，由左、右邊墩及底板組成。上閘首長58.80 m，擋水前緣寬113.00 m，閘墩頂高程65.00 m，建基面高程-7.00～3.00 m。左邊墩頂寬42.00 m，底寬45.00 m，右邊墩頂寬37.00 m，底寬40.00 m，底板寬28.00 m。上閘首設有人字工作門、事故檢修門及相應啟閉機械、機房、橋機排架、事故檢修門門庫、輸水廊道檢修閥門及門庫、消防泵房、激光接收端觀測房等。邊墩人字門門龕平面尺寸25.5 m×5.2 m，人字門底檻頂高程38.20 m，人字門啟閉機房平面尺寸16 m×12 m。

上閘首左、右邊墩垂直水流向設一道施工縫，將其分為2段，第l段長18 m，第2段長40.8 m。底板沿壩軸線設一道施工縫，第l段長26 m，第2段長33.8 m。

下閘首順水流向長58.00 m，底寬126.00 m，頂寬85.20 m，閘墩頂高程65 m，建基面高程-2.00～1.45 m。下閘首右側與上壩公路結合，采用分離式設計[14]，由左、右邊墩及底板組成。左邊墩頂寬23.00 m，底寬49.00 m，右邊墩頂寬28.20 m，底寬49.00 m，底板寬28.00 m。下閘首上設有人字工作門、啟閉機房、滲漏集水井、輔助泄水系統等，左右邊墩間由公路橋相連。下閘首邊墩人字門門龕平面尺寸25.5 m×5.2 m，人字門底檻高程14.95 m，人字門上游設防撞警戒裝置，人字門機房的平面尺寸16 m×12 m。下閘首右邊墩及底板內設有輔助泄水廊道，將閘室部分水體泄至下游引航道。輔助泄水廊道上設一道工作門和一道檢修門，閥門底檻高程8.35 m。

下閘首垂直水流向設一道永久結構縫，將其分為2段，左右邊墩第l段長12 m，第2段長46 m；底板第l段長14.20 m，第2段長46 m。上、下閘首左邊墩上各設一個樓梯，從閘墩頂通至消防泵房、水泵房、基礎觀測廊道等部位。

3.1.2閘室布置

閘室有效長度為280 m，其中不與閘首重合的閘墻段長度268.2 m。

閘室邊墻結構型式為重力式，墻頂高程65.00 m，建基面高程-7.00～-2.00 m，墻背坡比為1.0∶0.6。墻內設主輸水廊道、工作閥門井、檢修閥門井、基礎觀測廊道、電纜溝、檢修泵房等。閘室采用為不透水底板，頂面高程13.95 m，建基面高程-5.00～1.45 m。航槽寬度34 m，閘室底板結構寬度28 m，利用的閘墻寬度6 m。閘室底板內布置充、泄水支廊道。

閘室左右邊墻臨水面各布置15個浮式系船柱，5個逃生爬梯，浮式系船柱井底高程為15.95 m，頂部高程為65.00 m，設活動蓋板。在靠近輸水廊道突擴體段的邊墻內共設4個檢修排水泵房，船閘及工作閥門檢修時將閘室及廊道中的水排至上下游引航道。

閘室底板沿水流方向對稱布設兩條滲漏排水(檢修)廊道，廊道底高程0.00 m，斷面尺寸1.5 m×2.5 m(寬×高)，與上游基礎灌漿廊道相連，將基礎灌漿廊道的水及閘室滲漏水通過下閘首左邊墩的水泵房排至下游引航道中。在邊墻下部13.00 m高程處設置2條基礎觀測廊道，斷面尺寸2.0 m×3.5 m(寬×高)，用于基礎觀測設備的布設。

考慮交通、排水等因素閘室左邊墻后回填至45.00 m，右邊墻后回填至49.50 m高程。閘室典型剖面見圖2。

注：除高程、水位外，其余尺寸單位為cm。

3.1.3輸水系統布置

船閘輸水系統采用等慣性四區段八分支廊道蓋板消能型式[8]。

進水口采用側向垂直多支孔分散取水的方式，根據取水位置的不同，比較了3種進水口的布置方式，即全部自引航道內取水、全部自庫區取水及部分自引航道內取水、部分自庫區取水[15]。分別對全部自引航道、部分自引航道2種取水方式的上游引航道流態均進行了數模計算分析[16]，計算采用閥門開啟時間6 min的充水流量過程。采用全部自引航道內取水方式，為滿足上游引航道通航水流條件，石方開挖及支護工程量大，工程投資增加較多。采用全部自庫區取水方式，左右兩側主廊道慣性長度相差較大，對進入閘室的水流流態會有較大影響，且廊道較長，土石方開挖及導航墻混凝土量較大。故選擇部分自上游引航道內、部分自庫區取水的布置方式。進水口布置在靠近上閘首的上游主、輔導航墻內，每側布置8個5.0 m×7.0 m(寬×高)的孔口，最小淹沒水深9 m，頂高程35.00 m。

船閘兩側閘墻內各布置一條輸水主廊道，其中心線距閘墻邊線14 m。根據閥門段模型試驗成果[17]，主廊道斷面尺寸5.0 m×7.0 m，輸水閥門處廊道斷面尺寸5.0 m×5.5 m，在工作閥門井前廊道高度以1∶10坡度由7.0 m漸變至5.5 m。閥門后廊道采用“頂擴+底擴”體型，即工作閥門井后廊道頂部向上突擴2.0 m，再以1∶50坡度漸擴，跌坎部位垂直向下突擴4.0 m，升坎部位以五次曲線與主廊道相接，形成33.82 m長的底擴腔體，并預留門楣自然通氣和跌坎強迫通氣(儲備措施)的工程措施。根據分流口模型試驗成果[18-19]，第一分流口采用垂直分流，T型管處設置不對稱分流脊，第二分流口采用加設分流脊的自分流體型。

船閘泄水布置有泄入左岸電站尾水渠內的主泄水箱涵和泄入下游引航道內的輔助泄水系統。泄水箱涵在下閘首末端與兩側泄水主廊道相接，在下游主、輔導航墻底部轉彎后，穿過進廠路進入廠房尾水渠內，根據泄水箱涵模型試驗成果[20]，箱涵過水斷面尺寸6.8 m×7.0 m，在出口末端縮為6.8 m×4.5 m；輔助泄水系統布置在下閘首內，進口與閘室內輸水系統分支廊道末端相接，出口位于人字門后的下閘底板上。船閘輸水系統布置見圖3。

圖3 船閘輸水系統布置(m)

3.2 引航道布置

3.2.1引航道

引航道按船舶“曲進直出”的過閘方式布置。上游引航道中心線由上閘首向上游延伸675 m長的直段，接轉彎半徑1 479.2 m、轉角23.2°的弧線，再接179 m長直段，經455 m長的口門區與上游主航道以半徑910 m、轉角22°的彎段連接。下游引航道中心線從下閘首向下游延伸550 m長的直線段，接1 165 m長直段，再接182 m長漸變段經口門區與下游航道相接。上、下游引航道底寬均為75 m，底高程分別為38.20、15.35 m。

上游引航道在左岸山體中開挖，邊坡開挖坡比∶覆蓋層及全風化巖石1.0∶1.5～2.0，強風化巖石1.0∶0.75～1.2，弱風化巖石1.0∶0.5～0.75，坡高每15 m設一級馬道，馬道寬3.00 m，高程54.00、69.00 m。邊坡表層支護措施為系統錨桿+25 cm厚混凝土板，右側邊坡存在軟弱夾層的部位采用200 t級預應力錨索加強支護，錨索間、排距為4 m。引航道右側局部高程低于61.00 m處，利用引航道開挖的石渣混合料填筑隔流堤。隔流堤長208 m，頂高程63.00 m，頂寬8.0 m，兩側坡比1.0∶2.5，在52.00 m高程設2 m寬的馬道，馬道以上采用25 cm厚混凝土板防護，馬道以上采用30 cm厚雷諾護墊防護。

下游引航道在左岸一級階地中開挖，主要為土質邊坡，局部有巖石出露。土質邊坡開挖坡比1.0∶2.5，巖質邊坡坡比1∶1，每10 m設一級馬道，馬道寬3 m，高程25.20、35.20 m。25.20 m高程以下邊坡采用20 cm厚混凝土板防護，以上邊坡采用無紡布+30 cm厚雷諾護墊+植草防護。

3.2.2導航墻

導航墻布置在上、下游引航道左右兩側，右側主導航墻長254 m，上游輔導航墻長116 m，基底高程23.00～36.20 m，頂高程65.00 m，下游輔導航墻長106 m，頂高程45.24 m，基底高程13.35 m。

結合靠近下閘首左邊墩的輔導航墻布置浮式檢修門庫，以靠近下閘首右邊墩的主導航墻為基礎布置船閘控制樓。

3.2.3靠船墩

上、下游引航道停泊段長均為300 m，右側設置12個靠船墩，靠船墩的內邊線與引航道底邊線齊平，相鄰兩墩中心間距25.00 m。靠船墩為混凝土重力式結構，墩身頂面尺寸為3 m×3 m，沿水流方向坡比1.000∶0.075，背水側坡比1.00∶0.15，均設系靠設施和爬梯。上游靠船墩墩頂高程為65.00 m，建基高程36.25 m；下游靠船墩墩頂高程45.24 m，建基高程12.35 m。

3.3 口門區布置

上游口門區寬115 m，長455 m，底高程38.20 m。根據通航水流條件及自航船模試驗成果，口門區右側灘地開挖至41.50 m高程，并在距口門區右側邊線30 m處順水流向布設42根透水墩。透水墩直徑3.3 m，上游28根間距6.6 m，下游14根間距9.9 m，自上而下第1根、第29根墩頂高程為62.00 m，其余墩頂高程為46.00 m。口門區上游連接段、連接段與南木江副壩之間河床采用石渣回填至38.20 m高程，并對南木江右岸山坡局部削坡，長度約207 m。

下游口門區寬115 m，長455 m，底高程15.35 m。根據根據通航水流條件及自航船模試驗成果，口門區右側布設8排透水樁，每排10根，樁徑2.0 m，間距4.0 m，樁頂高程42 m，排樁軸線與水流方向夾角為27°。為便于排樁干地施工，在口門區右側沿排樁范圍填筑施工平臺，平臺頂高程27.30 m，施工平臺后期拆除至26.00 m。為改善下游口門區內通航水流條件，將口門區對岸(黔江右岸)灘地進行擴挖，擴挖范圍長1 573 m，最大寬度131 m，底高程22 m；同時調整左廠房尾水渠出口左側岸坡開挖線，向左擴挖，擴挖底高程19 m。

3.4 待閘錨地布置

上游待閘錨地位于大藤峽庫區內，其中1號為普通船舶待閘錨地，2號為危險品船舶待閘錨地。1號待閘錨地位于大藤峽峽谷轉彎后的主河道右側，距上游口門區約1.58 km，共布置18個靠船墩，靠船墩間距為35 m，錨地底高程39.60 m，靠船墩墩頂高程65.00 m，建基高程37.60 m。2號待閘錨地距上游口門區約4.41 km，位于1號待閘錨地上游約2.0 km處主河道右側，共布置9個靠船墩，靠船墩間距35 m，錨地底高程39.90 m，靠船墩墩頂高程65.00 m，建基高程37.90 m。下游待閘錨地涉及城市規劃、水源保護、航道整治及投資等尚未落實，尚未建設。

4 結語

大藤峽水利樞紐船閘設計水頭高、規模大，是目前國內外實際運行水頭最高的單級船閘，在設計過程中通過大量的科研試驗研究，并吸取了國內外高水頭大型船閘的成功經驗，解決了口門區水流條件、輸水系統水力學、灰巖基礎處理等多項技術難題。2020年4月試通航后，至今已經運行2年，船閘總體運行情況良好，各項指標滿足規范要求，達到了預期的設計效果。大藤峽船閘采用等慣性四區段八分支廊道蓋板消能的輸水系統，尤其是第二分流口為自分流體型，分流均勻、閘室水位升降平穩，改善了閘室內船舶的停泊條件，提供了通航安全性，對大尺度、高水頭船閘的設計有著較大的參考價值。