融江麻石水電樞紐船閘改建工程閘址選取探討

蔣雯潔

(柳州市港航發(fā)展中心，廣西 柳州 545000)

0 引言

西南水運出海北線通道由都柳江、融江、柳江三條河段組成，是珠江水系西江上游主要的通航河流，也是廣西地區(qū)性重要航道的重要組成部分，由廣西省界至柳州全長約295.9 km。麻石水電站船閘建成于20世紀(jì)70年代，作為西南出海北線通道的關(guān)鍵樞紐，工程設(shè)施及閘室尺度標(biāo)準(zhǔn)已不能適應(yīng)目前過閘船舶尺度及通過能力要求。開展過船設(shè)施擴能改造工作，實施麻石水電樞紐船閘改建工程，對促進西江黃金水道向縱深發(fā)展具有重要意義。

1 布置原則

考慮到麻石水電站為已建樞紐，麻石船閘改擴建工程目標(biāo)是在原建樞紐的基礎(chǔ)上新建通航建筑物[1]，不涉及原有電站廠房及擋水壩的建設(shè)及改造，不改變原樞紐的特征水位、防洪及運行方式，也不影響原有電站廠房及攔河閘壩的布置及運行。根據(jù)《船閘總體設(shè)計規(guī)范》(JTJ305-2001)[2]的規(guī)定，選擇閘址需重點考慮以下因素：(1)船閘與已建、擬建水工建筑物、跨河建筑物、公路鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施相互間的影響；(2)下泄水流對船閘通航條件的影響；(3)泥沙淤積對通航條件的影響；(4)新建第二線或第三線船閘時，其船閘中心線與已有船閘中心線應(yīng)有足夠距離；(5)保證引航道口門區(qū)與主航道平順連接。

2 布置條件分析

已建麻石水電樞紐位于融江中游，其中擋水建筑物總長441.3 m。其從左至右布置為：(1)左岸接頭重力壩為混凝土空腔壩(內(nèi)填土及石碴夯實，后經(jīng)固結(jié)灌漿加固)，長56 m，最大高度為30.6 m；(2)廠房段長55 m、寬57.6 m，內(nèi)裝3臺水輪發(fā)電機組，總裝機容量為108.5 MW，廠房右側(cè)7#邊墩即為溢流壩1#閘墩，廠壩間不設(shè)伸縮縫；(3)溢流壩為混凝土大頭壩，總長218 m，最大壩高33.6 m，共設(shè)13孔溢洪道，單孔堰寬14 m，溢洪總凈寬182 m，堰頂高程為122.8 m，閘門全部為弧形鋼閘門；(4)溢流壩與船閘上閘首之間為10 m長的混凝土實體重力壩；(5)船閘上閘首沿壩軸線長為20 m；(6)右岸接頭土壩段長83.2 m，其中左端為混凝土刺墻土壩，長23.2 m，最大壩高28.6 m；右端為60 m長的均質(zhì)土壩，最大高度為24 m。

壩頂高程(1956黃海基面，下同)：左岸接頭重力壩、廠房壩段、溢流壩段、船閘上閘首、土壩刺墻段原設(shè)計均為141.6 m；右岸均質(zhì)土壩接頭原設(shè)計自左至右由141.6 m爬升至142.6 m。

2.1 河勢特點

麻石樞紐壩址位于融江中游，樞紐壩上1.6 km至壩下2.2 km約3.8 km范圍內(nèi)均為順直河道，擋水壩上游河面寬約400 m，河床底面高程約116.00～120.00 m。水深約14 m；壩下游河面寬約260 m，河床底面高程約為109.00～112.00 m。樞紐下游右側(cè)河岸地形逐漸往河側(cè)凸出，使整個河道在平面上形成一個東北至西南走向、壩上寬壩下窄的地形。

2.2 周邊現(xiàn)狀

左岸鐵路、上壩公路貫穿樞紐上、下游，左岸鐵路距左岸壩肩上壩公路約50 m，距河槽左岸最寬處約150 m，距壩址上游約200 m，為穿越上游左岸山體的鐵路隧道。上壩公路兩側(cè)有沿岸居民居住的民房，電站廠房開關(guān)站位于鐵路和上壩公路之間的左岸臺地上，電廠生產(chǎn)生活區(qū)位于鐵路沿線兩側(cè)，生活區(qū)居民點周邊被山體所包圍，下游山體頂上高壓電線塔和通訊塔橫跨左、右岸。右岸分布S31三柳高速公路，距右岸壩肩上壩公路約70 m，中間布置貫穿樞紐上、下游的鄉(xiāng)間四級路，兩側(cè)有零星居民點分布，距壩下約320 m及490 m各有一條排水涵洞穿過S31三柳高速公路及下游上壩公路排往右側(cè)河槽。見下頁圖1。

圖1 麻石樞紐周邊條件示意圖

3 閘址位置比選

考慮已建樞紐現(xiàn)狀、地形地貌及周邊條件，按照擬建Ⅳ級船閘的規(guī)模尺度，充分考慮已建樞紐建筑物現(xiàn)狀和現(xiàn)場實際地形條件及河勢特點，按照船閘總平布置的規(guī)范要求、估算和定性分析河道的水流條件等船舶通航安全的影響因素，結(jié)合與下游航道的銜接及疏浚工程量，按照壩址位置處可能的船閘布置位置進行方案選擇，提出三種在原樞紐軸線上新建船閘的布置方案，分別是左岸船閘布置方案、右岸原船閘位置布置方案和右岸原船閘右側(cè)布置方案。見圖2。

圖2 左岸船閘布置方案和右岸原船閘右側(cè)布置方案示意圖(m)

3.1 左岸船閘布置方案

(1)從船閘布置來看，電站廠房左側(cè)的左岸接頭重力壩長僅56 m，接頭壩左側(cè)為麻石電廠生活區(qū)，已建鐵路橫穿電廠生活區(qū)中間。鐵路距樞紐左岸接頭重力壩僅66 m，而擬建船閘上閘首擋水一線只能布置在電站廠房及鐵路之間，主體段及上、下游引航道建筑物的布置須避開左岸上、下游鐵路，不能占用左岸鐵路邊坡或影響鐵路的安全運行。下游側(cè)鐵路布置方向又往河側(cè)(右側(cè))偏移，貼近左側(cè)河岸，使下游左岸側(cè)幾乎沒有空間布置船閘下閘首及下游引航道建筑物，為了避開下游鐵路，船閘主體段下游側(cè)以及下游引航道只能往河側(cè)(右側(cè))偏移，而上游引航道則需往左岸山體偏移。鑒于左岸山體巨大，同時山體開挖需避開鐵路及穿山隧道，因此該方案土石方開挖量同樣巨大且施工困難。

(2)從地形地勢來看，左岸山體高程為180.00～210.00 m，地形較高，與船閘建基面高差約100 m，山體縱跨整個擬建船閘位置，沿岸山體陡峭，船閘布置需要開挖山體，土石方開挖及支護工程量巨大。

(3)從征遷難度來看，左側(cè)上下游沿岸均有居民及電廠生產(chǎn)生活區(qū)分布，涉及人口多，拆遷工作量大，安置困難，征遷費用高。

(4)從施工難度來看，左側(cè)上下游附近均為較陡的高山，山間有鐵路通過，居民點眾多，施工臨建場地布設(shè)困難。施工建設(shè)時，縱向圍堰的布置也將影響左岸電站廠房發(fā)電取水，甚至形成電站廠房進水前區(qū)域的淤積等，施工布置非常困難。

(5)從水流條件來看，上游引航道靠近電站進水口，下游引航道靠近樞紐電站尾水段。船閘運行上游口門區(qū)水流受電站廠房發(fā)電取水的影響，下游口門區(qū)內(nèi)的水流受電站廠房尾水影響較大，處置保障措施費用高。

(6)從對原樞紐的影響程度來看，需拆除左岸接頭重力壩、電站生產(chǎn)生活區(qū)及其下游開關(guān)站。并在原樞紐壩址附近合適的位置重建電站生產(chǎn)生活區(qū)及開關(guān)站，但是從目前現(xiàn)場情況看，很難找到合適的重建位置。電站廠房與新建船閘在同岸側(cè)臨近布置，后期運行管理維護十分不便。

3.2 右岸原船閘位置布置方案

(1)從船閘布置來看，新建船閘規(guī)模尺度比舊船閘大，上游擋水一線布置不僅需要占用舊船閘整個上閘首段和其左側(cè)10 m重力壩段，還需占用到中間溢流壩的部分位置。為了不拆除原溢流壩段，需將新建船閘往右岸移動布置才能不侵占中間溢流壩的位置。在原設(shè)計60噸級船閘位置，按照現(xiàn)Ⅳ級船閘的規(guī)模尺度進行布置，船閘主體段位于壩下游，將原已建的擋水上閘首和上下游引航道舊建筑物拆除。為滿足布置要求，需要將整體向右側(cè)岸邊擴挖。另外，右岸原船閘布置與電廠擴機方案布置不符合《渠化工程樞紐總體設(shè)計規(guī)范》(JTS 182-1-2009)的強制性條文5.4.2.1條規(guī)定[3]。

(2)從地形地勢來看，原船閘位置與右岸接頭壩等銜接，離岸較遠，主要位于庫區(qū)內(nèi)的水下，地形較低，上游位于庫區(qū)內(nèi)的河底，地面高程約120.00 m，庫區(qū)內(nèi)布置船閘水下工程量較大。

(3)從施工難度來看，上下游引航道建筑物過于靠近河中溢流壩段，使得施工圍堰上游段整個縱、橫向圍堰均位于庫區(qū)中間，擋水深、斷面大，占用樞紐泄洪過水?dāng)嗝妫瑖卟贾梅浅＠щy，并且新建船閘與中間溢流壩段位置過于靠近，在施工開挖過程中需要更高的施工爆破工藝，近距離爆破還將對已建溢流壩安全運行產(chǎn)生不利影響。

(4)從水流條件來看，上、下游引航道靠近樞紐溢流壩段，汛期通航時，船舶進出閘航行受溢流壩泄洪影響，口門區(qū)及連接段航道水流條件不易滿足安全通航要求。

(5)從對原樞紐的影響看，為了不拆除河中間的溢流壩段，需將新建船閘往右岸移動，拆除重建原樞紐已建舊船閘及其左側(cè)10 m重力壩段、右側(cè)混凝土刺墻壩段及右岸接頭土壩段，對已建樞紐建筑物影響較大。

3.3 右岸原船閘右側(cè)布置方案

(1)從船閘布置來看，約有150 m的寬度范圍可以布置新建船閘上游擋水線。右岸現(xiàn)有接頭土壩位置場地相對較寬，上游為庫區(qū)右側(cè)河槽，下游為舊船閘右側(cè)河道階地，場地較為平整開闊，有利于船閘建筑物的布置。選擇合適的船閘軸線位置及合理布置船閘平面后，右側(cè)船閘布置方案可以有效地避開右岸邊坡開挖對上、下游右岸已建S31三柳高速公路的影響。

(2)從地形地勢來看，樞紐壩址右岸地勢及上、下游右岸山體均相對左岸較低，船閘基底及右側(cè)山體土石方開挖及護坡量相對左岸工程量較少。

(3)從施工難度來看，樞紐壩址右岸上下游均有上壩公路即鄉(xiāng)間四級路經(jīng)過，船閘工程場區(qū)布置在右岸，與原有右岸鄉(xiāng)間道路、壩頂交通橋形成交通環(huán)路，施工交通條件較好。新建船閘布置在已建舊船閘的右側(cè)，適當(dāng)拉開了與中間溢流壩段的距離，同時，施工圍堰布置靠近右岸，圍堰布置工程量減小，并降低了對溢流壩泄洪的影響。

(4)從征遷難度來看，壩址附近右岸上下游沿岸居民點相比左岸少很多，右岸上游有零星居民點分布，下游較遠處才有幾處民房，人口及房屋數(shù)量相比右岸較少，征地拆遷移民工作量相對較少。

(5)從水流條件來看，新建船閘靠右岸布置，與電站廠房不在同一側(cè)，遠離樞紐中間溢流壩段，船閘上、下游引航道基本落在樞紐右岸一側(cè)，上、下游引航道及口門區(qū)采取相對較少的工程措施均可使水流條件滿足船閘的安全運行要求，對原樞紐河中間溢流壩的泄洪及左側(cè)電站廠房取水、尾水出流等工作狀態(tài)下的水流條件無任何影響。

(6)從對原樞紐的影響看，右岸原閘位置右側(cè)新建船閘，可以為電站廠房右岸擴機預(yù)留位置，為了避開右岸三柳高速公路并保證其安全運行，船閘布置不能過于靠近高速公路。根據(jù)新建船閘規(guī)模的布置需要，單級船閘直線段長度、基礎(chǔ)開挖深度等相比舊船閘相差較大。右岸船閘方案的布置受已建右岸S31三柳高速公路布置的制約，只能在樞紐已建溢流壩和右岸S31三柳高速公路之間的位置布置右岸船閘，故新建船閘的布置無法避開已建舊船閘，須拆除原樞紐已建舊船閘。由于原樞紐已建船閘規(guī)模小、通過能力有限，實際貨運量較小，且這一地區(qū)已建成現(xiàn)代化公路網(wǎng)，貨物可通過公路運輸轉(zhuǎn)移，故建設(shè)期間的短暫斷航影響不大。

綜上，結(jié)合麻石樞紐現(xiàn)狀布置、壩址地形和河勢特點，對比三種方案在布置選擇、地形處理、施工難度、土地征遷、水流條件保障以及對原樞紐影響程度等方面存在的問題，建議麻石新建船閘位置選擇在樞紐右岸已建舊船閘(電站擴機位置)的右側(cè)位置較為合適。

4 結(jié)語

(1)船閘改擴建過程中應(yīng)重點考慮新建與已建水工建筑物、跨河建筑物、公路鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施相互間的影響，并需綜合考慮工程位置、施工難度、土地征遷、水流條件保障等方面需要解決的問題。

(2)針對麻石樞紐現(xiàn)狀布置及壩址地形和河勢特點，麻石新建單級船閘位置選擇在樞紐右岸已建舊船閘(電站擴機位置)的右側(cè)位置較為合適。

(3)通過整體水工模型試驗和通航水流條件數(shù)值模擬研究[4-5]，對改擴建船閘布置在右岸已建舊船閘(電站擴機位置)的右側(cè)位置方案進行試驗驗證。根據(jù)試驗成果，該方案通航水流條件基本滿足規(guī)范要求，船閘閘址選擇合理。