内河航电枢纽扩建二线船闸轴线选择研究

李君涛 ，郑 旺 ，李 桦

（1．天津大学建工学院，天津 300072；2．交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室，天津 300456；3．中交天航滨海环保浚航工程有限公司，天津 300456；4．中交天津港湾工程研究院有限公司，天津 300456）

内河航电枢纽扩建二线船闸轴线选择研究

李君涛1，2，郑 旺3，李 桦4

（1．天津大学建工学院，天津 300072；2．交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室，天津 300456；3．中交天航滨海环保浚航工程有限公司，天津 300456；4．中交天津港湾工程研究院有限公司，天津 300456）

依托湘江株洲航电枢纽扩建二线船闸工程，采用定床物理模型，从船闸通航条件角度对扩建二线船闸与一线船闸相邻布置时两线船闸轴线间距选择进行研究。重点分析了扩建二线船闸不同轴线位置对两线船闸上、下游口门区和连接段航道的通航水流条件影响规律，提出了新老两船闸轴线间距在满足两线航道宽度要求和施工安全的前提下应尽量减小的轴线选取原则。

航电枢纽;船闸;扩建；轴线

Biography：LI Jun-tao（1983-）,male,engineer.

近年来，随着国家经济实力的增强以及对水路交通运输需求的增长，内河航电枢纽的船闸扩建工程相继开展。目前，西江上的桂平二线船闸已建成通航，贵港二线船闸已开工建设［1］，湘江上的株洲航电枢纽二线船闸和大源渡二线船闸也即将开工建设。

在已有单线船闸的条件下扩建更高等级的双线船闸比单一的一线船闸建设，其技术难度要大得多。在内河航电枢纽工程布置中由于一线船闸已占据了通航条件较优的平面位置，因此扩建二线船闸的闸位选择较为困难，大都与一线船闸相邻布置［2］。

扩建二线船闸与一线船闸相邻布置时，两线船闸的轴线间距选择是扩建船闸总体布置中最为关键的因素［3］。本文以湘江株洲航电枢纽扩建二线船闸工程为依托，采用整体水工模型试验手段，详细分析二线船闸不同轴线位置对两线船闸口门区通航水流条件的影响规律，进而在通航条件角度提出较优的扩建船闸轴线位置。

1 依托工程概况

株洲航电枢纽位于株洲县境内湘江干流空洲岛，枢纽主要建筑物布置从左至右依次为电站厂房、左汊11孔泄水闸、空洲岛副坝、右汊13孔泄水闸、右岸连接坝段、船闸。右岸船闸（现状一线船闸）轴线与坝轴线正交，闸室有效尺寸为180 m×23 m×3.5 m（长×宽×门槛水深）。设计船型为一顶四艘千吨级船队，尺寸为167 m×21.6 m×2 m（长×宽×吃水）［4］。扩建二线船闸布置于一线船闸右侧，按通航一顶两艘2 000 t级船队标准设计，船闸有效尺度为280 m×34 m×4.5m（长×宽×门槛水深），通航净高为10 m，最大设计水头10.8 m［5］。

2 扩建船闸方案布置

株洲航电枢纽坝址左岸布置了电站和泄水闸，已经没有位置布置二线船闸，另外原一线船闸也布置在左岸，因此二线船闸只能考虑布置在右岸一线船闸的右边。在一线船闸的右边有京广铁路线经过，两者之间的距离最近约为220 m，因此，株洲二线船闸只能布置在原有一线船闸和京广线之间。为保证一线船闸的正常运行和安全。二线船闸与一线船闸的两轴线最少距离为80 m。此外，为保证京广铁路线的安全及符合铁路部门相关要求，两船闸轴线最大距离为110 m［5］。为此，本文进行了扩建二线船闸与一线船闸轴线间距分别为80 m、90 m、110 m3个轴线位置的选择研究，不同轴线位置方案布置见图1～图3。

由3个不同轴线位置扩建船闸平面布置方案来看，其布置特点为：（1）船闸引航道平面布置均为不对称型；（2）两线船闸的上下闸首均不在同一直线上；（3）两线船闸的上、下游引航道均不共用；（4）船闸上、下游引航道口门区和连接段各自独立。

图1 80 m轴线方案布置图Fig.1 Layout of axis scheme for 80 m spacing distance

图2 90 m轴线方案布置图Fig.2 Layout of axis scheme for 90 m spacing distance

图3 110 m轴线方案布置图Fig.3 Layout of axis scheme for 110 m spacing distance

表1 不同轴线方案一线船闸上游口门区及连接段航道流速Tab.1 Flow velocity of upstream entrance area and connecting section of the first-line ship lock for different axis schemes

图4 船闸上游口门区附近河段流场图Fig.4 Flow field at upstream entrance area of ship lock

3 不同轴线位置对船闸口门区水流条件影响规律

依托工程双线船闸上、下游引航道口门区各自独立，二线船闸不同轴线位置对一、二线船闸上下游口门区4个区域的水流条件影响如下：

（1）轴线位置对一线船闸上游口门区水流条件影响。由两线船闸上游口门区附近河道流场图（图4）可以看出，一线船闸上游口门区存在明显的斜流，且该斜流是由引入二线船闸上游口门区的水流斜越一线船闸口门区所致。理论上分析，两线船闸轴线间距越大，引入二线船闸口门区的水体越多，相应造成一线口门区的斜流越强。但是对于依托工程而言，船闸上游右岸边界为“S”型，对船闸上游口门区水流流态及流速分布起控导作用的主要是A点（“S”型岸线的上弯顶）以上岸线，A点下游岸线的调整几乎不会影响其流速分布。而株洲扩建船闸不同轴线方案均是对A点以下岸线进行的调整。因此轴线间距的增大，并没有导致引入二线船闸口门区水体的增大，各轴线布置方案下，一线船闸上游口门区水流条件基本一致（表1）。

（2）轴线位置对二线船闸上游口门区水流条件影响。依托工程受船闸上游“S”型特殊边界条件影响，不同轴线位置方案两线船闸上游口门区附近河段的整体流场特征基本一致。各轴线方案二线船闸上游口门区均处于回流区内，通航水流条件相差不大。而连接段航道水流与航线均存在较大夹角，由此造成垂直航线的横向流速分量较大［6］。从试验数据来看（表 2），两船闸轴线间距越大，连接段内的横流越大。其原因是两船闸轴线间距越大，二线船闸口门区的位置越向右移，相应的与口门区和主航道相接的连接段航线偏转的角度越大，即水流与航线夹角加大，因此横向流速增加，通航水流条件越差。

（3）轴线位置对一线船闸下游口门区水流条件影响。由船闸下游河道流场（图5）可以看出，一线船闸下游口门区及连接段航道处于枢纽下泄水流扩散产生的斜流区内［7］。扩建二线船闸下游航道的开挖吸流，造成一线船闸下游口门区末端及连接段航道内的水流偏角较工程前有所增大。且随着两线船闸轴线间距的增大，新开挖航道的吸流作用越明显，从而使得一线船闸下游航道内水流偏角增大，横流增加。因此，对一线船闸下游航道而言，两船闸轴线间距越大，其通航条件略差。

（4）轴线位置对二线船闸下游口门区水流条件影响。受一线船闸下游航道的缓冲保护作用，二线船闸下游口门区完全处于回流范围内。连接段末端有强度不大的斜流。理论分析，两线船闸轴线间距越大，二线船闸下游航道内的回流范围越大，回流流速越小，连接段末端的斜偏角越大。就依托工程而言，由于新建工程与原导流建筑物适应性较好，二线船闸下游通航条件较优，各轴线布置方案下的通航水流条件没有明显区别。

表2 不同轴线方案二线船闸上游口门区及连接段航道流速Tab.2 Flow velocity of upstream entrance area and connecting section of the second-line ship lock for different axis schemes

图5 船闸下游口门区附近河段流场图Fig.5 Flow field at downstream entrance area of ship lock

表3 不同轴线方案一线船闸下游口门区及连接段航道流速Tab.3 Flow velocity of downstream entrance area and connecting section of the first-line ship lock for different axis schemes

表4 不同轴线方案二线船闸下游口门区及连接段航道流速Tab.4 Flow velocity of downstream entrance area and connecting section of the second-line ship lock for different axis schemes

4 结语

对类似于株洲航电枢纽扩建船闸工程，当扩建船闸与已建船闸相邻且布置在靠岸侧时，扩建船闸轴线位置对两线船闸通航水流条件有以下影响规律：

（1）扩建船闸不同轴线位置对一线船闸通航条件的影响主要是下游连接段航道，两船闸轴线间距越大，新开二线航道的吸流作用越强，从而造成一线船闸下游连接段航道内水流偏角增大，横流增加。

（2）扩建船闸不同轴线位置对二线船闸通航条件的影响主要是上游连接段航道，两船闸轴线间距越大，二线船闸口门区的位置越向右移，相应的与口门区和主航道相连的连接段航线偏转角度增大，水流与航线夹角加大，横向流速增加。

（3）为减小扩建工程对双线船闸口门区水流条件的影响，两船闸轴线间距在满足扩建两线航道宽度要求和施工安全的前提下，应尽量减小。

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LU D C，ZHANG Y，WANG D W.Exploration on Overall Design Plan for Second-line Shiplock，Guigang Shipping Hinge［J］.Western China Communications Science&Technology，2012（8）：120-123.

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WANG X M.A Summary of Jianbi Second-line Shiplock in Beijing-Hangzhou Canal［J］.Port&Waterway Engineering，2003（9）：51-54.

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LI J T，HAO P Z，LI J H.Optimization research on plan layout of Yuliang Hydro-junction Project of Youjiang River［J］.Journal of Waterway and Harbor，2007，28（5）：348-353.

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HAO P Z，LI J，XU G B.Test Study on Layout of Zhuzhou Hydro-junction Purpose Project of Xiangjiang River［J］.Port&Waterway Engineering，2004（11）：66-69.

Study on axis selection of the second-line ship lock extension project of navigation power junction in inland river

LI Jun-tao1,2,ZHENG Wang3,LI Hua4
（1.School of Civil Engineering,Tianjin University,Tianjin300072,China;2.Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering,Key Laboratory of Engineering Sediment,Ministry of Transport,Tianjin300456,China;3.CCCC-TDC Binhai Environmental Channel Dredging Co.Ltd.,Tianjin300456,China;4.Tianjin Port Engineering Institute Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Company Ltd.,Tianjin300456,China）

Based on the second-line ship lock extension project of Zhuzhou Navigation Power Junction in Xiangjiang River,the fixed bed physical model was established.According to the ship lock navigation condition,the spacing distance selection of axis between the second-line ship lock extension project and the first-line ship lock was studied.The effect laws of different positions of axis in the second-line ship lock extension project on the navigation flow condition of approach entrance area and connecting section were analyzed emphatically.On the premise of meeting the requirements of channel width and ensuring construction safety,the selection principle of axis was proposed,the key of which was to decrease the distance between the old and new ship lock axes as much as possible.

navigation-power junction;ship lock;extension;axis

U 641；TV 131.6

A

1005-8443（2014）01-0062-04

2013-03-12；

2013-05-22

李君涛（1983-），男，河北省阜城人，工程师，主要从事航道工程研究。

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