改擴建船閘對原樞紐大壩安全影響分析

孫文紅 程松 張文侃

摘 要：原樞紐改擴建船閘實施前，應重點分析改擴建船閘對原樞紐大壩安全影響，確保工程施工期和運營期的大壩安全。本文依托湘祁樞紐二線船閘工程，研究新建二線船閘對大壩安全的影響和防范措施，為其他航道工程管理單位在工程設計、施工、運行期間維護大壩安全方面提供經驗。

關鍵詞：二線船閘;土石壩;防滲;擋水建筑物;大壩安全

中圖分類號：U641? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）06-0040-03

1 引言

湘江永州至衡陽三級航道湘祁樞紐為已建樞紐，本次建設內容為在原一線船閘左側（岸側）新建1000噸級船閘。針對新建二線船閘對湘祁樞紐的大壩安全性影響進行論證分析，主要分析內容包括防洪安全性分析、二線船閘工程布置及建筑物設計對大壩安全影響分析、工程施工影響評價分析、工程運行安全影響分析等，論證工程的建設對湘祁樞紐的安全與正常運行無影響。

湘祁水電站位于湘江干流中游湖南省祁陽縣和祁東縣交界處，樞紐主要建筑物由左岸接頭土壩、左岸重力壩、一線船閘、溢流閘壩、廠房、右岸重力壩及右岸接頭土壩等組成。本工程屬二等大（2）型工程，經湖南省水利廳審查同意主要建筑物按3級建筑物設計，混凝土擋水建筑物設計洪水標準為重現期50年，校核洪水標準為重現期500年;土壩設計洪水標準為重現期50年，校核洪水標準為重現期1000年。

擬新建二線船閘位于現有一線船閘左側，新建船閘軸線與原有一線船閘軸線平行布置，一、二線船閘軸線之間距離約 80m。新建二線船閘船舶進出閘方式為直線進閘、曲線出閘，船閘主體段包括上閘首、閘室墻和下閘首，共長244m，其中，上閘首長32m，閘室段長180m，下閘首長32m。門檻水深4.0m，閘室凈寬23m，閘室兩側布置鋼護舷厚0.1m，閘室寬度合計23.20m。

2 擬建工程建設對湘祁樞紐建筑物的影響分析

2.1擬建工程總體布置方案的合理性分析

二線船閘布置在左岸臺地，不占用現有樞紐的泄洪空間，也不會改變現有樞紐的水庫調度方式、泄流能力。二線船閘與一線船閘分開布置，兩線船閘上游引航道和下游引航道均相互獨立;二線船閘布置不影響一線船閘上下游引航道的水流條件。因此，選定二線船閘布置不影響原樞紐布置格局，不影響泄洪建筑物，施工期對防洪搶險交通運輸影響較小。

2.2擬建工程對大壩正常運行和防洪安全的影響分析

新建二線船閘布置在湘祁樞紐工程左岸，己建一線船閘左側，兩線船閘平行布置，軸線之間距離約80m，與其相關的樞紐建筑物主要為一線船閘及原樞紐泄水閘。新建二線船閘上閘首作為擋水建筑物一部分，工程等級和洪水標準采用與原樞紐建筑物相同，符合現行規范規定。根據二線船閘總體布置，二線船閘利用左岸側臺地開挖出引航道，不占用現有樞紐的泄洪斷面，不影響現有泄洪建筑物的運行，不改變原設計水庫各特征洪水位。壩址下游河段灘地開挖后，采用護坡工程措施，不會對下游河道泄洪產生不利影響。二線船閘上閘首為擋水建筑物，設計閘頂高程為83.50m，工作閘門頂高程80.71m，均高于校核洪水位（p=0.2 %）80.12m，滿足工程防洪要求;上閘首檢修閘門頂高程為76.00m，滿足正常蓄水位75.50m檢修擋水要求。二線船閘工程建設主要為左岸臺地開挖，依靠一線船閘結構和天然土體形式的組合式圍堰擋水，不改變湘祁樞紐的布置和結構形式，施工期間不改變上下游行洪河道。因此，二線船閘施工期和正常運行期均不影響原樞紐建筑的防洪安全。

3 擬建工程開挖對地基防滲、壩坡及岸坡的影響分析

3.1工程開挖對樞紐建筑物地基防滲的影響分析

二線船閘布置在樞紐左岸岸側臺地，上閘首位于原左岸接頭土壩地段。二線船閘工程挖除原左岸接頭土壩，開挖爆破對原地基防滲帷幕有影響，需要恢復防滲帷幕;已在重力壩上游重新設置了防滲帷幕與接頭土壩壩基帷幕連接形成封閉防滲體系。二線船閘上閘首為樞紐擋水建筑物的一部分，上下閘首和閘室地段中風化基巖面高程一般為67～70m左右，設計基礎開挖高程為53～56m，建基在中～微風化泥質粉砂巖上，巖體較完整，透水性弱，無斷層破碎帶分布，承載力滿足要求。上下閘首及閘室地基設防滲帷幕，形成四周封閉的防滲圈，帷幕灌漿底高程進入基巖相對不透水層（q≤ 5Lu）內約 5m，灌漿孔距均為 2m，平均深度15m左右，達到規范要求。復建土壩壩基設防滲帷幕，與原樞紐防滲帷幕共同形成擋水線防滲系統。基巖帷幕灌漿進入不透水層（q≤ 5Lu）內約 5m，灌漿孔距均為 2m。因此，防滲設計方案合理，采取上述防滲處理后，二線船閘工程開挖對鄰近樞紐建筑物地基地防滲影響小。

3.2基坑開挖對壩肩和鄰近壩基穩定的影響分析

二線閘首閘室基坑開挖達 23m 左右，為深基坑開挖。基坑邊坡上部為填筑土厚約3～7m，邊坡中部強風化巖厚度2.5～5m左右，中風化巖厚度6～10m，巖質較軟，下部為微風化巖。覆蓋層及全、強風化巖坡比 1：1.5，中風化基巖坡比1：0.5，微風化基巖1：0.3;在高程 66.0m、75.0m、80m處各設置一道 2m 寬的馬道，開挖坡比合適;設計對基坑局部地質較差的開挖邊坡采取隨機支護，基坑邊坡防護措施合理。

4 擬建工程主要結構安全性分析

4.1船閘級別與安全標準

根據設計最大船舶噸級，確定新建二線船閘級別為Ⅲ級，閘首及閘室為3級建筑物，其他次要建筑物為4級建筑物;上閘首洪水標準與擋水建筑物一致，采用50年一遇設計，500年一遇校核;下閘首和閘室采用10年一遇洪水標準，符合《防洪標準》（GB 50201-2014）和《船閘總體設計規范》（JTJ 305-2001）等相關規范要求。場地基本烈度為Ⅵ度，不進行抗震計算，符合規范規定。抗震設防標準及結構安全穩定標準符合相關規范要求。

4.2閘首（室）頂部高程

上閘首為樞紐前緣擋水建筑物，頂部高程為83.50m，略高于其他擋水建筑物頂部高程;閘室和下閘首在正常通航時也需滿足擋水要求，閘室頂高程根據上游最高通航水位和安全超高取80.00m，下閘首頂部高程同時結合設備布置要求取80.00m，閘首（室）頂部高程滿足《船閘總體設計規范》（JTJ 305-2001）關于閘頂高程的要求。

4.3結構穩定性及地基應力

上、下閘首采用整體塢式結構，閘室采用分離式結構，閘首（室）結構設計滿足規范要求。上、下閘首及閘室基礎均為中～微風化泥質粉砂巖，根據計算結果，閘首和閘室的抗滑、抗傾、抗浮穩定及地基應力滿足規范要求。

5 擬建工程施工對樞紐建筑物的影響

5.1施工總體規劃

二線船閘工程位于一線船閘的左側，二線船閘主要施工場地布置在左岸臺地上，場地高程在84m以上，滿足規范要求的防洪標準，布置總體合理;工程兩岸溝通主要通過樞紐壩頂公路再經二線船閘的上游施工圍堰與原左岸公路銜接，施工期采用臨時道路后不影響兩岸交通的運行。二線船閘施工采取預留巖坎圍堰的方式擋水，利用湘祁水電樞紐泄水建筑物過流的導流方式合理可行，施工圍堰布置基本合理，新建二線船閘施工對已建樞紐工程安全運行的影響總體可控。

5.2土壩拆除及復建對工程防洪的影響分析

原有土壩位于一線船閘左岸臺地上，在二線船閘施工時，需要對左岸壩肩相接的土壩進行拆除和復建，為保證大壩防洪安全和二線船閘正常施工，設置了上游橫向圍堰及縱向圍堰，與左岸一線船閘銜接形成上游整體擋水線。目前二線船閘混凝土澆筑已基本完成，上下閘首人字門正在安裝，二線船閘兩側復建土壩正在施工，因此，在確保2021年汛前上下閘首人字門及二線船閘兩側復建土壩具備擋水的條件下，對工程防洪的影響可控。

5.3施工爆破對已建樞紐建筑物的影響

新建二線船閘的基礎及引航道開挖采用分層梯段爆破的開挖方案，為控制爆破對已有建筑物的影響，按照《爆破安全規程》（GB6722-2014）相關規范要求，一線船閘上下閘首及跨閘橋最大質點振速6cm/s（該數據與近尾洲有差別，報告申請復核）、一線船閘上下閘首中心控制室最大質點振速0.6cm/s、居民區1.3cm/s、高壓輸電線塔6cm/s，以此作為爆破振動安全控制標準，通過計算提出了單響藥量控制標準等爆破參數，上述爆破參數基本合適。

6 結論

（1）二線船閘布置在左岸臺地，不占用現有樞紐的泄洪空間，未改變樞紐下游河段現狀，對原樞紐水利條件無不利影響。二線船閘工程建成后，樞紐的水庫水位特征值及水庫運行方式不變，不改變現有樞紐的洪水調度方式、泄流能力。

（2）二線船閘與一線船閘分開布置，二線船閘的建設，不影響一線船閘上下游引航道的水流條件，對一線船閘的安全運行無不利影響。施工期基坑開挖邊坡坡比、隨機支護措施合適。船閘上閘首兩側均與左岸復建土壩連接，防滲心墻頂高程高于正常蓄水位，防滲心墻頂部土料的防滲系數滿足設計規范對均質壩的要求，復建土壩結構和防滲措施合適。

（3）左岸圍堰實施頂高程滿足防洪要求，堰體防滲形式及防滲標準合適;堰體結構穩定計算成果滿足要求。二線船閘正常運行水位在湘祁樞紐水庫正常運行水位范圍內，二線船閘運營不影響大壩安全。

綜上所述，二線船閘基本未改變湘祁樞紐布置格局，不影響工程泄流能力和水庫特征水位;復建土壩和二線船閘擋水建筑物設計滿足穩定、應力和防滲等要求;左岸圍堰實施頂高程滿足防洪要求。只要施工期對新發現的問題及時處置，新建二線船閘不會影響原樞紐建筑物的安全運行。

參考文獻：

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