淺談京杭運(yùn)河施橋三線船閘工程設(shè)計(jì)

錢 進(jìn) 戴海華

（江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司 南京 210005）

1 京杭運(yùn)河施橋三線船閘工程概況

京杭運(yùn)河徐揚(yáng)段是我國南北向水上運(yùn)輸尤其是北煤南運(yùn)的黃金水道，對促進(jìn)長江三角洲地區(qū)經(jīng)濟(jì)的增長，保障區(qū)域物資交流，加速全省經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定健康發(fā)展等方面具有十分重要的意義和作用。

施橋三線船閘位于京杭運(yùn)河徐揚(yáng)段入江口門處，是京杭運(yùn)河徐揚(yáng)段通航樞紐中自上而下的最后一個(gè)通航樞紐，為II級通航建筑物，工程規(guī)模為：閘室尺度260 m×23 m×5 m（口門寬×閘室長×門檻水深），設(shè)計(jì)最大船舶噸級為2 000 t；該閘設(shè)計(jì)單向船舶通過能力為3 579萬t，貨物通過能力為2 685萬t。工程由施橋三線船閘工程、下游入江口門段航道整治工程、閘區(qū)工作橋和施橋運(yùn)河大橋工程等組成。

2 設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想和原則

（1）船閘選址充分考慮地質(zhì)水文條件與樞紐中水工建筑物的關(guān)系，確保船閘安全暢通。

（2）總平面布置綜合考慮貫徹水資源綜合利用的原則，協(xié)調(diào)好跨河建筑物、道路橋梁等構(gòu)筑物的布置，確保防洪安全［1］。

（3）船閘水工建筑物結(jié)構(gòu)型式根據(jù)外部條件制約，合理選取整體性好、具有適應(yīng)變形的能力、較好的抗沖擊能力的結(jié)構(gòu)型式［2］。

（4）閘閥門及啟閉機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)必須安全可靠，耐久性好。

（5）在滿足船閘功能要求的前提下，建筑物應(yīng)與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。閘管區(qū)按功能劃分區(qū)域，有利于生產(chǎn)及管理。

3 船閘工程設(shè)計(jì)

3.1 船閘總平面布置

施橋三線船閘閘位根據(jù)現(xiàn)有施橋船閘通航建筑物布置，位于現(xiàn)有一線船閘西側(cè)，2閘中心距為100 m。三線船閘級別為二級通航建筑物，設(shè)計(jì)最大船舶噸級為2 000 t。船閘規(guī)模為23 m×260 m×5 m（口門寬×閘室長×門檻水深），上、下游主導(dǎo)航墻各長70 m，上、下游靠船段各長400 m，上、下游遠(yuǎn)調(diào)碼頭靠泊長度分別為200 m，110 m，下游待泊錨地靠泊長度為980 m。彎曲半徑R＝700 m。

上游引航道為獨(dú)立引航道，下游為與一線船閘共用引航道。船閘引航道布置采用不對稱形式，船閘進(jìn)出閘方式均為直進(jìn)曲出。

3.2 輸水系統(tǒng)型式

本船閘承受雙向水頭，正向最大設(shè)計(jì)水頭6.19 m，反向最大設(shè)計(jì)水頭2.86 m；輸水采用短廊道集中輸水加三角鋼閘門門縫輸水的組合型式。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）上、下閘首均采用鋼筋混凝土整體式結(jié)構(gòu)、三角型閘門，輸水系統(tǒng)采用環(huán)形短廊道集中輸水結(jié)合三角門門縫輸水的形式。上、下閘首寬均為53.8 m，長度為29.8 m。

（2）閘室采用鋼筋混凝土塢式結(jié)構(gòu)。閘室凈寬23.0 m，長260 m，分段長度20 m，兩端部為10 m。沉降－伸縮縫設(shè)紫銅片和JSP水膨脹橡膠2道止水，縫內(nèi)采用聚乙烯板填充。

（3）上、下游主導(dǎo)航墻為直線布置型式，均采用鋼筋混凝土扶壁式結(jié)構(gòu)。駁岸采用C20空腔式素混凝土重力式結(jié)構(gòu)。

（4）上、下游靠船墩采用C20空腔式素混凝土重力式。兼顧考慮船閘基地錨泊區(qū)的布置，除常規(guī)的空腔式素混凝土重力式靠船墩結(jié)構(gòu)外，下游靠船墩增加A型和B型2種墩式結(jié)構(gòu)型式。

（5）上、下游遠(yuǎn)調(diào)站各設(shè)靠泊碼頭1座，均采用鋼筋混凝土扶壁式結(jié)構(gòu)。

（6）下游待泊錨地設(shè)在遠(yuǎn)調(diào)碼頭的下游側(cè)對面（航道左岸），選用C20空腔式素混凝土重力式結(jié)構(gòu)。

3.4 閘閥門及啟閉機(jī)型式

上、下閘首工作閘門為鋼質(zhì)弧形三角門，閥門為鋼質(zhì)平板提升門，閘、閥門啟閉機(jī)均采用液壓直推式啟閉機(jī)。

3.5 橋梁工程

（1）公路橋。原橋位改建的施橋運(yùn)河大橋，橋梁總寬為12 m，荷載標(biāo)準(zhǔn)為公路-II級，通航凈高不小于7 m。

（2）閘區(qū)工作橋。船閘閘區(qū)工作橋在上閘首附近跨越3座船閘，橋梁總寬為5 m，荷載標(biāo)準(zhǔn)為公路-II級，通航凈高不小于7 m。

3.6 電氣工程

（1）供配電系統(tǒng)中，供電外線采用2路10 KV供電外線。配電房選用1臺400 KVA干式變壓器作為主電源，選用2臺200 k W進(jìn)口發(fā)電機(jī)為備用電源。

（2）船閘控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。集中／現(xiàn)地，自動(dòng)／手動(dòng)相結(jié)合。

3.7 房屋建筑與景觀綠化工程

本工程房屋建筑工程包括綜合辦公樓、配電房、宿舍及食堂、機(jī)房、遠(yuǎn)調(diào)碼頭站房等單體工程，閘區(qū)給排水工程，消防工程。景觀綠化工程包括閘區(qū)的景觀綠化、上、下游遠(yuǎn)調(diào)碼頭處的景觀綠化，以及船閘圍墻等附屬設(shè)施的布設(shè)等。

4 設(shè)計(jì)特點(diǎn)及創(chuàng)新

（1）總平面布置根據(jù)外部建設(shè)條件，布置合理，功能齊全。施橋三線船閘受一、二線船閘和北側(cè)水利樞紐的制約，閘位選在一線船閘西側(cè)，此布置與規(guī)劃水利設(shè)施協(xié)調(diào)，同時(shí)減少征地?cái)?shù)量。

船閘閘管區(qū)主要建筑物布置在一線和二線船閘之間，方便船閘運(yùn)行調(diào)度管理，閘區(qū)交通道路呈環(huán)狀布置，交通便捷。閘管區(qū)景觀設(shè)計(jì)按園林化格局進(jìn)行布置，增加景觀效果。

待閘錨地容量考慮江面大霧等惡劣天氣時(shí)船舶在長江口門處待泊量大的特點(diǎn)，盡量增大停泊水域面積（水域面積114 000 m2），以改善口門處惡劣氣候條件下出現(xiàn)船舶堵塞現(xiàn)象，保證正常情況下過閘船舶的暢通［3］。

（2）加強(qiáng)對工程質(zhì)量通病的研究，從設(shè)計(jì)的角度提出質(zhì)量通病防止措施。

①閘首輸水廊道由于閘首長度較長且形狀復(fù)雜，出現(xiàn)廊道裂縫屬施工中的常見病，設(shè)計(jì)在總結(jié)以往船閘施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在邊墩大體積混凝土部位設(shè)空箱，在邊墩上、下游端切角以減少圬工數(shù)量和大體積混凝土在施工期產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。采取在邊墩側(cè)墻中部及廊道轉(zhuǎn)彎段設(shè)置施工寬縫措施，以減少裂縫產(chǎn)生和控制裂縫開展寬度。

②為避免底板跨中裂縫產(chǎn)生，閘首、閘室底板沿縱向分為3塊澆筑，設(shè)施工寬縫，減少跨中彎矩。為避免閘室墻倒角部位混凝土在施工過程中產(chǎn)生裂縫，在閘室墻根部墻高2／5范圍內(nèi)采用加密構(gòu)造鋼筋措施。

（3）采用三角門縫輸水和短廊道組合輸水型式，達(dá)到理想的輸水條件，提高船閘通過能力。

施橋三線船閘最大設(shè)計(jì)水頭6.19 m，為縮短灌水時(shí)間，改善船舶在閘室內(nèi)的停泊條件，上閘首輸水系統(tǒng)充分利用帷墻空間作為消能室，改變?nèi)情T常規(guī)敞開式簡單消能型式，從而改善船閘灌水時(shí)間的水力條件［4］。

（4）提高船閘水工結(jié)構(gòu)的耐久性。針對檢修門槽、閘室結(jié)構(gòu)沉降縫、主輔導(dǎo)航墻等易受船舶撞擊、難以修復(fù)的情況，增設(shè)鋼板護(hù)面、角鋼護(hù)角、鋼護(hù)木，提高了船閘結(jié)構(gòu)的耐久性。

（5）閘門機(jī)電控制系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。啟閉機(jī)采用電比例泵實(shí)現(xiàn)無級變速，并運(yùn)用先進(jìn)和技術(shù)成熟的位置傳感系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閘門高精度同步運(yùn)行。使用壓力、流量、位置等多種傳感器參與系統(tǒng)控制，真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測與控制。并且首次在啟閉機(jī)油缸的2腔分別設(shè)有監(jiān)控的傳感器，以隨時(shí)監(jiān)控啟閉機(jī)運(yùn)行各階段的情況。

電氣采用先進(jìn)的PLC設(shè)備，組成集散型控制系統(tǒng)，程序控制自動(dòng)化程度高，模塊化電路設(shè)計(jì)，主要電器元件為國際先進(jìn)產(chǎn)品，運(yùn)行安全可靠。

5 設(shè)計(jì)體會

（1）閘址處土質(zhì)多為粉砂土，透水性強(qiáng)，施橋三線船閘緊挨一線船閘，考慮滲透穩(wěn)定要求，增加防滲帷幕墻作為垂直防滲設(shè)施。

（2）考慮水頭較大，上閘首輸水系統(tǒng)利用帷墻空間設(shè)置消能室，改變?nèi)情T常規(guī)敞開式簡單消能型式，閥門采用變速開啟方式，以改善水力條件。

（3）考慮閘址距長江口較近，因地制宜在下游設(shè)置較大規(guī)模的待閘錨地，保障船舶在惡劣氣候條件下在引航道內(nèi)有序停泊。

（4）三角閘門采用型鋼結(jié)構(gòu)，具有剛度大、后期易維護(hù)的特點(diǎn)，但與球鉸無縫鋼管結(jié)構(gòu)相比，其用鋼量及加工量大。今后需根據(jù)使用情況進(jìn)一步加以總結(jié)。

（5）在啟閉機(jī)的設(shè)計(jì)中，為體現(xiàn)全面自動(dòng)化監(jiān)控，除在系統(tǒng)中設(shè)有監(jiān)控的傳感器外，首次在啟閉機(jī)油缸的兩腔分別設(shè)有監(jiān)控的傳感器，以隨時(shí)監(jiān)控啟閉機(jī)運(yùn)行各階段的情況。

（6）供配電系統(tǒng)中，上游遠(yuǎn)調(diào)站采用在閘區(qū)升壓后高壓供電的形式，下游遠(yuǎn)調(diào)站考慮沿線地形復(fù)雜，電纜敷設(shè)困難，采用就近低壓進(jìn)線的供電方式，經(jīng)濟(jì)合理。

［1］ JTJ305－2001船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2002.

［2］ JTJ307－2001船閘水工建筑物設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2002.

［3］ 胡慶華.京杭運(yùn)河施橋三線船閘工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)［J］.水運(yùn)工程，2009（8）：93-95.

［4］ JTJ306－2001船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2001.