韩晓荣

(陕西省水利电力勘测设计研究院,西安 710001)

文章编号：1006—2610(2015)04—0043—03

黄金峡水利枢纽通航建筑物设计研究

韩晓荣

(陕西省水利电力勘测设计研究院,西安 710001)

通航建筑物的布置结合枢纽区地形地质条件、枢纽布置特点及河道对通航的实际需要，本着布置简单，运行管理方便，快速过坝的原则，进行了各种方案的分析比较，选择垂直升船机与表孔相结合的型式，节省工程整体工程量及投资。

黄金峡枢纽；通航建筑物；垂直升船机

1 工程概况

引汉济渭工程由黄金峡水利枢纽、三河口水利枢纽、秦岭输水隧洞三大部分组成，工程等别为Ⅰ等，工程规模为大(1)型。

黄金峡水利枢纽为引汉济渭龙头水库。工程任务以供水为主，兼顾发电、航运。枢纽由拦河坝、泄水建筑物、泵站、电站及升船设施组成。水库总库容2.36亿m3，正常蓄水位450 m，调节库容0.69亿m3，电站装机容量135 MW，航运过坝设计最大船舶吨级100 t。工程等别为Ⅱ等大(2)型，主要建筑物大坝为2级建筑物，电站厂房及航运为3级建筑物。

枢纽总体布置沿坝轴线从左至右由泵站电站联合布置坝段、电站导墙坝段、底孔坝段、大导墙坝段、表孔坝段(升船机与右边表孔相结合)、右挡水坝段等主要建筑物组成。最大坝高68.0 m, 坝顶长324.5 m，采用筑坝材料为常态与碾压混凝土结合的型式。枢纽总体布置如图1。

图1 枢纽总体布置图

2 通航建筑物布置原则

(1) 从全局出发，统筹兼顾，以河流航运规划和航道等级为依据。

(2) 结合坝址处地形地质条件并与枢纽总体设计相协调。

(3) 处理好通航与水利、水电的关系，综合利用水资源，做到远近结合，留有发展余地，节约用地，节约能源。

3 通航建筑物设计

3.1 航运现状

汉江干流陕境大多段有通航要求，洋县至渭门长65 km河道穿行于黄金峡，目前通航期为260 d，可通行10～15 t船舶，通航保证率71%。黄金峡水利枢纽的兴建，阻断了此段河道上下游通航，因而本工程在修建拦河大坝满足调水需要的同时，应修建相应的过坝通航建筑物。

3.2 通航建筑物规模确定

根据陕西省交通厅《汉江(陕境)航运规划报告》中“到2020年，100 t级船舶可由洋县，300 t级船舶可由安康直达下游各地和长江干流沿途各省，……”。并参考本工程下游安康水电站通航建筑物过船吨级为100 t，经综合分析本工程过船设施设计最大船舶吨级为100 t铁驳，分级指标为Ⅵ级，最高通航水位洪水重现期为5年一遇，洪峰流量为8 290 m3/s。上、下游最高通航水位分别为450.0 m和417.6 m，上游最低通航水位为死水位440.0 m，下游最低通航水位按船只吃水深度确定为405.2 m。

图2 垂直升船机纵剖面图 单位：m

通过最大船舶型长32.0 m，型宽7.0 m，满载吃水1.0 m。到2020年过船设施设计年货运量为23万t，客运量为5万人；到2030年过船设施设计年货运量为56万t，客运量为12万人。

3.3 过坝方案选择

船只过坝型式，根据航运规模、枢纽总体布置特点及坝址处地形地质条件综合分析比较确定。

3.3.1 船闸与升船机比选

黄金峡水利枢纽水位落差最高达45 m左右，若采用船闸，则最少应布置为2级，布置线路长，工程量大，运行复杂，过坝历时长。升船机作为一种较新型的通航建筑物型式，是采用机械提升船只过坝，优点是可适应较高水头，地形条件约束少，布置线路短，船舶过坝速度快，基本不耗水，没有高水头船闸的阀门振动、空化等问题，在设置平衡重后，运行费用相对较低，尤其是垂直升船机，可与泄洪孔口结合布置，节约枢纽布置空间，减小工程量，运行管理方便，对于黄金峡过坝船舶吨级较小、枢纽布置位置紧张的特点较为适用。

3.3.2 升船机方案研究比选

按照运行方式，主要比较垂直升船机和斜坡道升船机2种型式。

(1) 垂直升船机布置：从平面布置紧凑、节省布置空间、施工方便考虑，将升船机与右岸边表孔沿垂直方向相结合，下部结构可利用表孔闸墩，其结构简单，运行方便快捷。升船机布置为单线，由上游引航道、上游垂直升降段、水平过坝段、下游垂直升降段、下游引航道组成,见图2。

(2) 斜坡道升船机布置：坝址处河道主流靠近右岸，为了使斜坡道升船机布置简单、线路短、工程量省以及运行方便，将斜坡道升船机布置于坝体右岸山坡上，斜坡上安装轨道，斜坡顶设置中枢控制系统，升船机沿上、下游斜坡轨道运行实现船只过坝。见图3。

图3 斜坡道升船机纵剖面图 单位：m

升船机方案比较见表1。

表1 升船机方案比较表

斜坡道升船机占用的面积不仅与船队(舶)的尺寸有关，更主要的是取决于滑道的坡度和高度。本工程升船机临右岸布置，岸坡较为陡峻，布置斜坡道升船机山坡开挖工程量、占用面积、施工难度均较大。此外，斜坡道升船机在爬升变速段，船队(舶)易受水流惯性力作用而偏位，定位时间较长，对启停加减速度控制要求较高。而垂直升船机有平面布置紧凑、操作平稳、准确、快速的优点。垂直升船机占用的面积仅与船队(舶)的长度和宽度有关，和表孔沿垂直方向结合布置，而黄金峡表孔孔口尺寸为15 m×24 m，正好能满足设计过坝船舶所需宽度要求，并且升船机承重柱能有效支撑于坝体及消力池边墙上，可节约升船机土建工程量，更可减小边坡大开挖，较斜坡道升船机建筑工程直接费节省800.37万元，因而选用垂直升船机过坝方案。

3.3.3 垂直升船机具体布置及运行方式

垂直升船机采用与右岸边表孔沿垂直方向相结合的布置型式，主要建筑物由上游引航道、上游垂直升降段、水平过坝段、下游垂直升降段、下游引航道组成。主要承重结构为上下游立柱及坝面，在柱顶和坝面顺水流方向架设厢形钢梁，提升机沿钢梁上水平轨道运行，提着船厢水平运行至坝体上下游实现船厢上升或下降。

升船机在小于5年一遇洪水通航时，右边表孔不参与泄洪，洪水由其余4表孔及底孔宣泄(正常蓄水位泄洪能力为20 772.3 m3/s)。为了使下泄水流对船舶不产生冲击影响，设计将边表孔下游消力池与其它孔之间设置边墙分隔，并在其下游布置混凝土导航墙。由计算知，在导航墙的末端，下泄水流对船舶运行影响较小，此布置型式在理论上是可行的，鉴于理论计算和实际的差距，下游引航道的设计还将通过水工模型试验进一步论证和优化。

(1) 升船机下部结构布置

1) 上游浮式导航堤：黄金峡水利枢纽上游最低和最高通航水位分别为死水位440.0 m和正常蓄水位450.0 m，根据通航水位落差较大的特点，并考虑施工方便，船只能顺利就位于过坝准确位置处，在紧接上游垂直升降段靠山体侧立柱向上游修建浮式导航堤，导航堤采用2段封闭式钢筋混凝土预制箱涵组成，垂直水流方向宽6.8 m，顺水流方向长100 m，高6.0 m，壁厚0.4 m。导航墙近坝端采用滚轮与上游承重柱连接，可随水位上下滑动，远坝端采用锚索锚固于库底弱风化基岩上。

2) 上游垂直升降段：紧挨坝面上游布置，承重结构由距坝体上游33 m的2根钢筋混凝土立柱和坝体伸出的2个牛腿组成。临河及临山侧柱基础高程分别为390.0 m和397.0 m，基础置于弱风化基岩上，柱断面尺寸5.0 m×5.0m，横向净距14.0 m；在柱顶和牛腿顶面顺水流方向架设厢形钢梁，断面尺寸1.2 m×3.0 m，跨度33.3 m。钢梁上设提升机运行轨道，提升机沿轨道水平运行在此段提升船厢上升或下降。

3) 水平过坝段和下游垂直升降段：船只连同承船厢由提升机吊起后，提升机沿坝顶轨道水平移动将船只由坝体上游移向坝体下游，在下游垂直升降段将船只下降到下游河道，实现船只过坝需要。此两段升船机轨道钢梁支撑于坝面下游牛腿和承重柱上，承重柱置于戽式消力池侧墙上, 可节约下部基础土建工程量，柱断面尺寸4.0 m×4.0 m，顺水流方向柱间距32.0 m，垂直水流方向柱净距15 m。

4) 下游引航道：为使船只过坝后顺利进入下游主河道，紧接边表孔戽池末端修建下游引航道，结合实际地形条件及船只运行要求，导航墙采用圆弧形，长度66.6 m，转弯半径100 m，转角38.162°，钢筋混凝土结构，墙顶高程418.5 m，墙底高程392.0 m，基础置于弱风化基岩上。断面尺寸404.0 m高程以上宽4.0 m，404.0 m高程以下宽4.0～6.0 m。航道底高程404.0 m，与主河道底高程相同。

(2) 升船机型式选择

升船机是采用提升机从坝上游直接提升船只翻越坝顶再下降至坝下游的提升式， 还是采用设有上闸首、船厢室、下闸首的闸首式，设计进行了综合比较分析。闸首式垂直升船机水工布置结构复杂，上下闸首均要布置工作闸门及检修闸门，船厢室与上下闸首之间需布置顶紧、密封装置，其结构也较为复杂，金属结构工程量较大。塔楼平台上要布置主机房、主机房内布置4台钢丝绳卷扬升船机，整个升船机系统显得繁杂、庞大，较适宜大中型垂直升船机。本工程升船机过船设计吨位100 t，属小型升船机，根据现在正建和已建小型升船机经验，采用提升机直接提升船只过坝较为经济合理，船只吨位较小，在提升船只和水平运行时可满足克服振动和保持平衡的要求，此种结构型式水工布置及金属结构布置型式均较为简单，运行、管理、维护方便，本阶段推荐垂直提升式升船机。

(3) 运行方式

1) 承船厢运行方式：按船队(舶)在承船厢中的支托方式，有湿运和干运2种。湿运方案是船舶置于承船厢中的水体中，承船厢中水深最小应为船舶设计吃水深度，湿运方案因船舶在水中受到侧向水压力的作用，承船厢在载船运行中，船舶受到的振动影响较小，但湿运总重量加大，驱动功率大，加速慢，运转经济效益低，总造价也相应增加。干运方案因船舶直接置于承船厢的弹性支托体上，原在水中的侧向压力已消失，承船厢在载船运行中，船舶受到的振动影响较大，对结构单薄的木船容易产生损坏漏水。但干运总重量轻，故驱动功率小，加速快，运转经济效益高，总造价也相应减少。鉴于本工程设计船只吨位100 t，属小型过船设施，在载船运行中通过固定、锁紧等装置将船只牢固于承船厢上，另外还可通过控制船厢在运行过程中加速度来减轻船只在运行过程中受到的振动，经综合比较，确定船厢采用干运方案。

2) 船只进出船厢方式：对于直接提升船只翻过坝顶这种过船型式，采用船厢下水，船厢上水深最小为船只设计吃水深度，船只直接由引航道驶入船厢或驶出船厢进入引航道。

4 结 语

通航建筑物的布置，应结合坝址处地形地质条件、枢纽总体布置特点及过船吨位要求等综合分析比较，选择合适的通航型式，以节省工程总体投资。鉴于垂直升船机下部基础可利用坝体结构，节约土建工程量，且有过坝快速、便捷、经济的优点，在黄金峡枢纽中予以采用，很大程度上节约了占地面积及边坡开挖工程量。

[1] JTJ305-2001,船闸总体设计规范[S].北京：人民交通出版社,2001.

[2] 卞全.汉江蜀河水电站垂直升船机系统的设计[J].西北水电,2010,(04)：42-45.

[3] 朱虹,邓润兴.三峡升船机总体布置设计[J].人民长江,2009,(23)：48-51.

[4] 王学汉.丹江口水利枢纽垂直升船机轨道钢梁安装技术[J].西北水电,2014,(05)：72-75.

Study on Design of Navigation Structures of Huangjinxia Project

HAN Xiao-rong

(Shaanxi Province Institute of Water Resources and Electric Power Investigation and Design, Xi'an 710001, China)

In principle of simple arrangement and convenient operation management, the schemes of the navigation structures are analyzed and compared in accordance with local geological conditions, project arrangement features and actual conditions of the waterway to navigation. The mode of the vertical shiplift combining with the surface outlet is applied. The total work quantity and the investment are both reduced. Key words: Huangjinxia Project; navigation structure; vertical shiplift

2014-10-14

韩晓荣(1972- ),女，陕西省蒲城县人，高级工程师，主要从事水利水电工程设计工作.

U642.6

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.04.011