深水庫區上游導航建筑物設計方案研究

林勇 ，曾敏，唐旭鐘

（四川省交通勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610031）

1 概述

某水電站位于通航河流的中下游河段，該水電站以發電為主，兼顧航運、防洪、旅游等綜合利用效益。根據水運發展規劃，該河段規劃為Ⅴ級航道，因此，其通航建筑物按Ⅴ級航道、300t 級船型的標準設計，從長遠考慮，并考慮其改造為通過500t 級船型的可能性。

該水電站采用堤壩式開發，樞紐主要由攔河壩、泄洪沖沙建筑物、引水發電系統、通航建筑物、變電站等組成。水庫正常蓄水位602m，設計洪水位603.8m，水庫總庫容為11.39 億m3，其中調節庫容為3.09 億m3。擋水建筑物為碾壓混凝土重力壩，最大壩高110m，壩頂高程612m；泄洪沖沙建筑物包括溢流表孔和左、右沖沙底孔，其中溢流壩段布置在河床右岸灘地位置，共7 孔，孔口尺寸為15m×21m（寬×高）；電站廠房布置在左岸壩后，為壩后式廠房。通航建筑物布置于6#、7#壩段，右鄰1#表孔，左鄰2#表孔，上閘首兼有擋水壩段和上閘首的雙重功能，上接上游引航道[1]。

該工程上游引航道位于壩軸線上游，與庫區航道連接，全長約250m。上游引航道兩側設置導航建筑物，引航道左側的主導航建筑物總長約228m，右側輔導航建筑物長約57m。上游段無需開挖右側岸坡，自然地形形成的庫區引航道寬度已超過50m，滿足規范要求。

引航道導航建筑物起著引導船舶安全順利地進出船閘或升船機的重要作用，是不可缺少的一部分。導航建筑物[1]設計方案的合理確定，關系著通航建筑物的安全運行、船舶安全順暢的進出及工程投資的合理性，本文結合該工程的實際情況，從安全、合理、可行及經濟性等多方面進行綜合比較分析，得出合理可行的設計方案。

2 設計條件

2.1 通航水位及水位變率

上游最高通航水位：602.0 m（正常蓄水位）；上游最低通航水位：591.0 m（死水位）；上游水位變率的最大值為：上漲及下降速度均小于1.0 m/h。

2.2 通航保證率

當下游最高通航水位544.90m，上游庫區水位為602.00m 時，高水通航保證率為95%。

當下游最低通航水位534.80m 時，低水通航保證率為98%。

2.3 上游引航道口門區允許流速

參照《船閘總體設計規范》[1]，結合本工程的具體情況，上、下游引航道口門區的最大允許流速為：縱向流速≤1.5 m/s，橫向流速≤0.25 m/s，回流流速≤0.4 m/s。

2.4 航道水流條件

電站建成運行后，在庫區水位保持正常蓄水位602.0m 與死水位591.0m 間運行時，壩前水位較天然情況大幅壅高，平均水深可達60m～70m，同時水面拓寬至650m 左右，過流面積增加較多，達到24500m2～28600m2，壩前水流平均流速在0.02m/s～0.14m/s（對應流量500m3/s～3330m3/s）；在汛期流量Q=3330m3/s～7100m3/s 時，壩前斷面平均流速僅0.12m/s～0.29m/s 范圍內，水流仍極其平緩。根據模型試驗結果，在兩年一遇洪水7100m3/s 及各級流量情況下，上游引航道及其口門區內水面較為平靜，流速小，無不良流態發生，完全能夠滿足船舶安全進出上游引航道的要求。

2.5 地形地貌

通航建筑物上閘首布置于主河道右岸，地形高程約為540～550.0m，地形較陡，為滿足施工導流洞及壩基地基承載力要求，開挖面高程為534.0m，導航建筑物下游端與上閘首閘墻連接，上游端連接庫區航道，地形高程約為540.0m。

3 方案研究及方案比較

3.1 方案研究

導航建筑物[2]是上閘首閘墩的延續，引導船舶安全順利地進出船閘或升船機，對于通航建筑物安全穩定運行起著重要作用。

其主要結構形式有實體導航墻和浮式導航堤結構[3]。其中浮式導航堤[3]包括拋錨系固式和墩柱式兩種形式，浮式導航堤可采用鋼筋混凝土躉船[4]或鋼躉船，為減少后期維護，可初步擬定采用混凝土躉船更合理。

根據前述，上游為最高通航水位602.0m 時，建基面高程為540.0m，水深約為62m，上游為最低通航水位591.00 m 時，水深約為51m，因此，主要有以下三個方案進行比較分析研究。

方案一：采用實體鋼筋混凝土導航墻結構形式，導航墻高度達62m，導航墻結構可采用重力式結構或墩柱式結構，墩柱間墻在最低通航水位以上可采用透空式鋼筋混凝土板。布置示意圖如圖1所示。

圖1 實體導航墻方案示意圖

方案二：浮式導航堤—拋錨系固式，浮堤與上閘首閘墻間采用滑槽滑輪連接，可隨水位變化而自行升降，各浮堤之間采用柔性連接和拋錨固定，布置方案示意如圖2所示。

圖2 拋錨系固式導航浮堤方案示意圖

方案三：浮式導航堤—墩柱式[3]，各浮堤布置于混凝土墩柱間，通過導槽設施連接，浮堤隨水位變化而相應升降，以滿足船舶不同水位停靠及為船舶進出閘起導航作用。布置方案示意如圖3所示。

圖3 墩柱式導航浮堤方案示意圖

3.2 方案比較

采用鋼筋混凝土導航墻方案時，其高度達62m，對地基承載力要求高，開挖及工程量均較大，投資較大；在低水位時，受風荷載作用、導航墻兩側不同水位的水壓差及波浪壓力等不利因素影響大，結構穩定不可控因素較多，存在安全隱患，該方案在本工程中不適用，一般情況下，該方案適用于水深不超過25m。

根據上述設計基礎條件可知，浮式導航堤在本工程中較為適用。墩柱式導航浮堤具有隨水位變化而自行升降，后期維護管理較為簡便的優點，但該方案工程投資較大，后期航道不能進行拓寬或調整的缺點。拋錨系固式浮堤在深水庫區中較為適用，浮堤錨鏈從船底出口，拋鏈與水面有足夠的高度，不會影響過往船舶，該方案投資遠小于上述兩個方案，但當水位變幅大于3m 時需對錨鏈進行相應的調整，正常情況下，水位變幅小于3m 時也無需調整，因此投入使用后需派專人維護管理。

從安全、合理、經濟及后期維護等多方面進行綜合比較分析，本工程中擬采用拋錨系固式浮式導航堤方案。

3.3 浮堤布置

根據前述，引航道的導航建筑物擬采用拋錨系固式浮式導航堤方案，引航道兩側設置導航浮堤，左主導航浮堤總長約228m，右輔導航浮堤長約57m。浮堤通過錨鏈鏈接，下游端部浮堤通過進水口閘墻 的滑槽滑輪隨著水位變化而升降，以滿足船舶停靠及為進閘船舶起導航作用。布置方案如圖2所示。

浮堤間采用柔性聯接，即在浮堤中間夾舊橡膠輪胎，用鋼索絞緊，聯接處配過人便橋。每個浮堤內設10 道橫艙壁，分7 個水密艙。兩端尖艙各設兩道縱艙壁，浮堤內各艙均為空艙。緊鄰上閘首閘墻浮堤，通過進水口閘墻的滑槽滑輪連接，浮堤隨著水位變化而升降，同時各浮堤采用拋錨固定。

庫區水位變幅大于3m 時，運行期需設專人管理維護，因此，為便于管理，在中間浮堤甲板上游設4 米×4 米上部建筑物，內分設值班室、配電室。其余甲板上設有錨泊用的纜樁、錨鏈筒、停靠船用纜樁、下艙人孔、通風孔、燈桿、欄桿等。浮堤甲板上不考慮堆放貨物。浮堤布置示意見圖4。

圖4 導航浮堤布置示意圖

4 結語

引航道導航建筑物起著引導船舶安全順利地進出船閘或升船機的重要作用，是不可缺少的一部分。導航建筑物設計方案的合理確定，關系著通航建筑物的安全運行、船舶安全順暢的進出及工程投資。

因此，本文針對上述各方案的優缺點進行對比分析，結合該工程所在庫區水深情況、引航道水流條件及通航建筑物等級，對上游導航建筑物從安全、合理、可行及經濟性等多方面進行綜合比較分析后，得出合理可行的設計方案，可為其他類似項目提供借鑒。