航電樞紐布置與建筑物的設計方法

童文輝+田業軍

摘 要：在水利工程建設中，航電樞紐的布置、建筑物的設計和優化對樞紐的經濟效益有較大影響。而這些因素又對施工期間船只的正常通航、施工導流的布置情況有比較大的影響?；诖?，本文以龍溪口航電工程為例，對航電樞紐布置以及建筑物的設計進行探討。

關鍵詞：航電樞紐布置 建筑物 設計方法

1.案例介紹

某航電樞紐閘址以上集水面積為131980km2，正常蓄水位為317.00m，死水位為316.00m，裝機容量450MW，校核水位下總庫容2.54億m3，工程等別為二等，規模為大（2）型。主要建筑物如擋水建筑物、泄水建筑物、進水口建筑物和發電廠房等為2級建筑物；次要建筑物為3級建筑物；相關臨時建筑物如導流建筑物等為4級或5級建筑物。閘址樞紐建筑物由左岸非溢流壩段、左岸河床式廠房壩段、中間泄洪閘壩段、右岸船閘壩段以及右岸非溢流重力壩段組成。閘頂高程為324.50m，最大閘高43.00m，總長926.27m。

2.工程地質水文情況

航電樞紐工程河谷兩岸為起伏的丘陵地區，右側岸坡陡峭，坡度在40～51°，左側岸坡平緩、低矮，坡度在9～30°之間。流域所在地區氣候溫和，降雨量豐富。年平均氣溫在16～19℃。徑流主要是降雨形成的，多在汛期集中出現。汛期水量為全年水量的80.4%。此流域的洪水是由暴雨造成的，洪水產生的時間和暴雨出現一致。

3.樞紐的布置方案

航電工程船閘位于右岸主河槽，為Ⅲ級船閘，可通行1000t級船舶、船隊，船閘有效尺度為200×34×4.5m（有效長度×有效寬度×門檻水深）。發電廠房為位于左岸河漫灘，為河床式廠房，總裝機容量為450MW，共安裝9臺單機容量50MW的燈泡貫流式水輪發電機組，水輪機安裝高程289m。主河槽及左岸河漫灘布置泄洪閘，共28孔，孔口尺寸12.0m×20.0m（寬×高），溢流堰采用平底板寬頂堰，堰頂高程為297.00m，閘段長473.00m，閘頂高程為325.50，最大閘高為45.50m。依據上述樞紐布置設計思路，在推薦閘址及閘線擬定了三個具有代表性的樞紐布置方案進行樞紐布置選擇，力求樞紐布置方案技術經濟綜合指標最優，三個代表樞紐布置方案為：

方案一：左岸廠房+中間泄洪閘+右岸船閘。參考此河道的地形情況，將廠房布置在左岸、泄洪閘布置在中部、船閘布置在右岸，引航道布置在河道的凹岸處。集魚系統布置在廠房尾水，利用魚道從集魚系統然后在上游進行布置，用土石壩對連接兩岸的岸坡。如圖1所示。

方案二：左岸泄洪閘+中間廠房+右岸船閘。此方案和方案一相比，主要將泄洪閘和廠房的位置進行了調換，在左岸依此布置28孔泄洪閘，廠房布置在中間，船閘依然在右岸進行布置。在廠房的尾水和廠房的壩段布置集魚系統，依然使用土石壩段對兩岸的岸坡來進行連接，如圖2所示。

方案三：左岸12孔泄洪閘+中間廠房+右岸12孔泄洪閘+右岸船閘。方案三主要是將泄洪閘分開布置，將廠房布置在中間。分別在左岸和右岸各布置12孔泄洪閘，船閘依然在右岸布置。使用土石壩段來連接兩岸的岸坡，如圖3所示。

4.方案的對比分析

在本工程中，樞紐工程施工主要是疏浚左岸河漫灘。疏竣范圍主要有泄洪閘、廠房等，閘址下游的疏浚程度為1380m，上游的疏浚長度為1050m。在對河床進行疏浚時，左岸圍堰的施工是在預留土埂和左岸灘地的保護下來開展的。并在枯水期分別開展左岸縱向和左岸河漫灘的疏浚建設。汛前高層澆筑至306m。并用清理過的左岸河床和右岸河床來進行過流。在枯水期，水的流量比較小，對左岸河床進行了開挖，過流寬度增加，河道過水的面積也隨之增加。不存在不良流態，水流速度比較均勻。在右岸布置船閘使上游主航道和上游引航銜接起來，下游通航的水流條件佳，有較高的通航安全性。左岸的公路交通比較便利，在施工過程中，可以滿足通航的基本要求，并且可以保持通航能力，泄洪能力良好。

方案二將泄洪閘布置在左岸，將廠房布置在中間，首先交通不方便，在汛期泄洪能力差。布置的泄洪樞紐建筑物使下游河床的位置和形態發生了變化，在連續段巷道和下游的口門區會出現回淤量，在運營過程中，也會有一定的回淤量。由于下游壩體河段的流場分布發生了變化，下游淤泥量增加。當汛期到來后，上游流量會不斷增大，流速指標也會變大，在河道地形的影響下，下引航道口門區在河道地形的影響下，會集中在連接段和引航航道，導致此處水的流動態變化較大，水流過于集中，影響船舶的正常通行。

方案三在左岸和右岸分別布置12孔泄洪閘，然后將廠房布置在中間。廠房布置在中間后，距離公路交通較遠，施工不方便，其次此地區的基巖面比較高，需要開挖大量的基巖，施工難度大。設計在枯水期可以使用右岸的泄洪閘來對流量進行調節，在枯水期當流量在6000m3/s以內時，連接段和上引巷道口門區的水流速度慢，水流流態佳，水面比降也比較平緩。精測量顯示，當水流在3000m3/s、4000m3/s以及6000m3/s時。門區流速分別為1.38m/s，1.85m/s和2.16m/s。由于施工過程中需要對右側安排進行開挖，此段巷道中水的深度只有2m左右，不能達到設計通航的基本要求。并且開挖后坡下的線型也不合理，船只進出閘困難。當水流速度在3000m3/s以下時，從泄洪閘下泄的水流速度慢，不會對連接段和引航道口門區的水流造成比較大的影響。而當水流速度為6000m3/s時，會將所有的泄洪閘都完全打開，航到連接段和下引巷道口門區水流的最高速度為3.7m/s。橫向水流速度大于0.3m/s，流速不能達到通航的要求。此方案主要有以下幾個方面的問題：

（1）施工過程中開挖右岸的線型缺乏合理性，船只轉彎困難，和上引航道連接的部分地區水深度過淺，無法達到通航的基本要求船只進出船閘難度大。

（2）廠區布置在中間，交通不便利，施工難度大。

（3）在縱向混凝土圍堰束的影響下，消力池水的流動速度快，無法順利擴散。導致四周區域的橫向流速快、流速分布均勻性差，不利于船舶的正常通行。

（4）將廠房布置在中間對廠房的出水和進水影響比較大，尾水渠施工量大，淤泥容易淤積，對發電造成影響。

上述三個方案中，方案一由于交通便利且施工方便，施工成本也比方案二和方案三低，大約可以節省702萬元。而方案二和方案三的總施工成本差距不大。因此建議使用左岸廠房+中間泄洪閘+右岸船閘的方法來對樞紐和建筑物來進行優化布置。

5.結語

綜上所述，綜合通航條件、工程布置、運行管理、施工條件及工程投資比較等方面因素，選擇方案一（左岸廠房+中間泄洪閘+右岸船閘）作為閘址閘線（中閘址下閘線）樞紐的最終施工方案。在航電樞紐工程建設中，工程的施工工期和發電工期對施工經濟效益有比較大的影響，同時也是這種工程建設的重點。在布置航電樞紐時，首先要考慮通航的安全性以及水流情況，選擇經濟效益佳、施工方便的設計方案，進而提高企業的經濟效益。

參考文獻：

[1]江西省贛江石虎塘航電樞紐工程初步設計報告[R]，2008：8-9.

[2]孫爾雨，劉力中，楊文俊等.三峽工程施工通航水力學研究[J].長江科學院院報，1997（04）： 32-36.

[3]尹崇清.電站尾水渠水流條件試驗研究[J].中國水運，2008（02）：128-131.endprint