雙線船閘常用的閘軸線確定方法分析

李社平，劉江林

（中交第二航務工程勘察設計院有限公司，湖北武漢 430071）

引言

近年來我國內河水運發展迅猛，2015 年～2020年等級航道里程和貨運量增幅明顯，其中Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級航道里程分別增加37.21 %、17.05 %、25.95 %；2015 年～2019 年內河貨運量和貨物周轉量分別增長13.13 %、22.46 %。[1]

貨運量的高速增長與通航建筑物通過能力受限之間的矛盾日益突出，水運貨運量超過原有預測值，如2021 年末長洲樞紐船閘全年累計過貨量突破1.52 億t，同比增長3.96 %；2021 年三峽樞紐航運通過量達15 058 萬t，同比增長9.29 %。對現有通航建筑物進行擴能升級是提高貨運通過能力的重要方式[2]。樞紐在改建或擴建二（三）線船閘中，因未預留、示意性預留或預留改擴建空間不足，導致改擴建船閘難以布置。

船閘閘軸線的合理選取，對工程投資、設計方案、施工方案至關重要。一方面，改擴建船閘工程具有與已有建構筑物之間關系復雜、水流條件差、場地受限等諸多難點；另一方面，我國目前建成的具有通航功能的船閘約1 000 余座，在其改擴建過程中，對兩閘閘軸線距離的研究積累了豐富的經驗。總結兩閘閘軸線距離確定的技術線路，可指導復線船閘的設計，也可為新建船閘中預留二（三）線船閘工程提供借鑒。

1 設計規范

《船閘總體設計規范》(JTJ 305-2001)》（以下簡稱《規范》）中對閘址的相關規定如下：“選擇閘址應考慮下列因素：

1）船閘與已建和擬建的永久水工建筑物、跨河建筑物、鐵路、公路、碼頭等的相互影響；

2）樞紐下泄水流對船閘通航條件的影響；

3）泥沙淤積對船閘通航條件的影響。”[3]

《規范》對擴建船閘的閘軸線相關規定如下：“新建第二線或第三線船閘時，其船閘閘軸線與已有船閘閘軸線應有足夠距離；保證引航道口門區與主航道平順連接；新建船閘的施工不應影響已有船閘建筑物安全和運行。”

規范對閘址選擇、兩閘閘軸線距離的確定僅做了原則性的規定，即綜合考慮“與已建、擬建建筑物的關系”、“水流條件”、“泥沙淤積”、“引航道銜接”和“施工不影響已有船閘安全運行”5 個因素，而未給出確定兩閘閘軸線距離的具體技術路線或方法。

2 方法分析

我國船閘數量眾多，在改擴建船閘工程中對總平面布置的研究積累了豐富的經驗，主要包括閘位的選擇和兩閘閘軸線距離的確定2 個方面。兩閘閘軸線距離的確定方法，大概可以分為以下四種。

2.1 原則論述

“原則論述”主要結合規范對閘位布置或閘軸線距離確定的原則，對工程主要邊界條件或現場控制性因素進行概述，進而提出不同的兩閘閘軸線距離方案，再進行多因素或控制性因素的綜合比選，最終確定閘軸線距離。該方法主要技術路線為：原則論述——提出閘軸線距離——綜合比選。

張輝等[4]在飛來峽水利樞紐新建船閘平面布置方案的研究中，概述了船閘的平面布置原則，論述了飛來峽水利樞紐新建船閘平面布置的5 個制約因素：“空間限制”、“通航水流條件限制”、“已有建筑物及田地限制”、“施工期一線船閘安全及運營限制”、“飛來峽水利樞紐防洪安全限制”，提出了3個（不同的兩閘閘軸線距離）平面布置方案。再通過“通航水流條件”、“防洪影響”、“施工條件”、“征地拆遷”、“工程投資”五個方面進行綜合比選。

鄒開明[5]在湘江大源渡樞紐、西江桂平和貴港樞紐二線船閘的平面布置研究中，介紹了船閘平面布置的原則，針對設計提供的不同兩閘閘軸線距離方案，從水流條件角度開展了物理模型試驗研究，對比了兩閘閘軸線距離分別為80 m、90 m、110 m方案的上下游口門區通航水流條件；介紹了湘江大源渡樞紐、西江航運干線桂平和貴港航運樞紐二線船閘工程的平面布置；得到了“二線船閘閘軸線與一線船閘閘軸線應盡量平行布置”、“兩閘閘軸線在滿足航道寬度要求和施工安全的前提下應盡量減小；引航道應盡量向一線船閘側拓寬”的結論。

“原則論述”應用案例較多，如清遠新建二線船閘[6]、紅花樞紐平面布置方案[7]、長洲樞紐三四線船閘[8]、臨淮崗復線船閘等[9]，提出的兩閘閘軸線距離存在較大的主觀因素，適合在前期論證工作中采用。

2.2 斷面分析

“斷面分析”主要對基坑開挖的斷面進行分析，根據不同斷面開挖或半開挖半支護方案的需要，擬定兩閘閘軸線距離的數值或范圍，在此基礎上提出不同的閘軸線距離方案，再進行綜合比選論證、確定最優的閘軸線距離。該方法主要技術路線為：選取斷面——斷面尺度分析——選定多個閘軸線距離——綜合比選。

田利勇[10]在對大治河西樞紐二線船閘工程總體布置研究中，分閘首段、閘室段、外引航道、內引航道4 個部位，分別計算了基坑開挖安全影響范圍、船閘駁岸邊緣與基坑開挖面距離、節制閘堤防寬度、船閘駁岸與節制閘距離，得到兩閘閘軸線（二線船閘與節制閘）的合理距離，分別為121 m、100 m、127 m、131 m；將上述距離與橋梁交通線最大坡度所要求的最小距離131 m 進行比較，從而確定了兩閘閘軸線的距離為131 m。

黃圣平等[11]在近尾洲二線船閘總平面布置方案中，根據發電主廠房和二線船閘下閘首2 個斷面的地質、開挖情況分析，確定了一二線船閘最小閘軸線距離為133 m；根據二線船閘上游用地情況、下游山體位置等現場條件的分析，確定了一二線船閘最大閘軸線距離160 m；最后在上述范圍內提出兩個閘軸線距離方案，從“通航水流條件”、“過閘時間”、“施工條件”、“管理區布置”、“工程占地”、“工程投資”等方面綜合比選，確定兩閘閘軸線距離為155 m。

袁和平[12]在京杭運河萬年閘復線船閘平面布置方案中、韓巍巍[13]在藺家壩復線船閘閘位分析中、王勤振[14]在某擴容船閘的方案研究中均采用了“斷面分析”。“斷面分析”應用較為復雜，需結合地形、地質條件，開展必要的安全穩定分析后提出閘軸線距離，提出的兩閘閘軸線距離具有較強的說服性，適合在初步設計階段采用。

采用斷面分析確定閘軸線距離一般是確定了主體結構尺寸和收集到一線船閘結構圖后，根據地質條件、施工基本要求選取1 至2 個控制斷面來確定二線船閘的閘軸線與一線的最小距離。如圖1 所示，在保證一線船閘安全和通航條件下，可以采用垂直基坑支護方案施工，兩閘最小距離為55 m。圖2 所示兩閘最小距離100 m。

圖1 斷面分析法示意一

圖2 斷面分析法示意二

2.3 工程經驗

“工程經驗”主要結合同一地區、類似規模船閘的建設經驗，初步擬定兩閘閘軸線距離的數值或范圍，結合“斷面分析”提出的閘軸線距離方案，進行綜合比選論證、確定最優的閘軸線距離。該方法主要技術路線為：經驗提出閘軸線距離——其他方法提出閘軸線距離——綜合比選。

李華勇等[15]在萬安樞紐二線船閘平面布置方案的研究中，分析了樞紐地形、水流條件，根據經驗提出了閘軸線距離130 m 和230 m 的方案，并從“對一線閘影響”、“上下游通航條件”、“施工條件”、“施工期通航”、“征地拆遷”、“土石方工程量”等方面開展了方案比選，推薦230 m 的閘軸線方案。

韓巍巍[13]在藺家壩復線船閘閘位分析中指出，京杭運河蘇北段其它各級復線船閘的布置，大部分兩閘其中一個閘首齊平，在考慮了節約用地、減少土方量、與附近水利設施相協調、一線船閘施工期安全和正常運行等因素后，軸線的平均閘距確定在98～215 m 之間。據此，提出了100 m 的閘軸線距離方案，與斷面分析確定的閘軸線方案進行對比。

2.4 關鍵因素

“關鍵因素”主要結合工程現場條件，找出一個或多個關鍵性因素，通過滿足某一關鍵性因素，得到合理的兩閘閘軸線距離，再與其他閘軸線距離方案進行對比。該方法主要技術路線為：分析關鍵因素——提出閘軸線距離——綜合比選。

彭哲[16]在湘祁二線船閘閘軸線布置方案研究中，從山體位置角度確定，兩閘閘軸線距離不應大于80 m；從隔流堤不應侵占一線閘引航道角度，確定兩閘閘軸線距離不應小于70m；最后從“基坑開挖支護”、“水工結構布置”、“征地拆遷”、“施工期通航”、“施工期交通”、“施工期對一線閘運行管理影響”“工程投資”等方面對上述閘軸線距離方案進行了比選，推薦80 m 閘軸線距離的方案。

“關鍵因素”適合于有明顯的“控制性”因素的改擴建項目，如株洲二線船閘[17]有“通航水流條件”、“閘首處基坑斷面”2 個因素。根據“關鍵因素”提出的兩閘閘軸線距離通常較為明確、“不可突破”，適合在初設階段或結合其他方法一起采用。

有許多二線船閘選址時受到不可突破的關鍵因素制約，在確定兩閘軸線距離時這種關鍵因素可能會成為閘軸線的唯一限制條件。如圖3 所示，樞紐下游高速公路通航孔位置成為了關鍵因素。

圖3 關鍵因素法示意

3 方法適用性及展望

船閘閘軸線對工程方案至關重要，規范對改、擴建船閘工程中閘址選擇和兩閘閘軸線距離的確定僅做了原則性規定。在總結改擴建船閘工程總平面布置研究的基礎上，分析歸納了確定兩閘閘軸線距離的4 種方法，即“原則論述”、“斷面分析”、“工程經驗”和“關鍵因素”。

1）“原則論述”技術路線為：原則論述——提出閘軸線距離——綜合比選。該方法提出的兩閘閘軸線距離存在較大的主觀因素，適用于前期論證。

2）“斷面分析”技術路線為：選取斷面——斷面尺度分析——確定閘軸線距離——綜合比選。該方法應用較為復雜，需結合地形、地質條件，開展必要的安全穩定分析后提出閘軸線距離，提出的兩閘閘軸線距離具有較強的說服性，適合在初步設計階段采用。

3）“工程經驗”技術路線為：總結經驗提出閘軸線距離——其他方法提出閘軸線距離——綜合比選。該方法應用較少，往往在某一地區有大量類似工程時較為適用，提出的兩閘閘軸線距離范圍較大，適合在前期或結合其他方法一起采用。

4）“關鍵因素”技術路線為：分析關鍵因素——提出閘軸線距離——綜合比選。該方法適合于有明顯的“控制性”因素的改擴建項目，提出的兩閘閘軸線距離通常較為明確、“不可突破”，適合在初設階段或結合其他方法一起采用。

根據上述分析可知，各方法有不同的適用范圍或階段，由于地質條件和擴建船閘可利用空間等邊界條件完全相同的工程幾乎不存在，因此工程實際應用中，尚應結合不同階段的需求采用不同的1 種或多種方法進行分析。

目前的4 種方法均不具備普適性，且除“斷面分析”外，其余方法偏向于定性分析。因此，下一步應深入分析兩閘閘軸線距離的各項影響因素，以期提出具有普適性、可定量分析兩閘閘軸線距離的計算公式。

4 結語

隨著國家經濟實力的提高和雙碳經濟發展的需求，水運主通道上建設二線船閘的通航樞紐越來越多，而二線船閘與一線船閘中心距離是閘位選擇的關鍵參數之一，其影響因素眾多。本文在總結大量工程研究文獻的基礎上首次提煉出了4 種確定閘軸線距離的方法，對二線船閘閘位的選擇及今后研究的方向具有較強的指導意義。