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航運(yùn)路線施工期臨時(shí)通航設(shè)計(jì)論文
1工程概況
老口航運(yùn)樞紐位于郁江河段上游左江與右江匯合口下游約4.7km處,壩址距離南寧市約28km。老口航運(yùn)樞紐是郁江綜合利用規(guī)劃十個(gè)梯級中自上而下的第7個(gè)梯級,是一座以航運(yùn)、防洪為主,結(jié)合發(fā)電,兼顧改善南寧市水環(huán)境等效益的水資源綜合利用工程。水庫正常蓄水位75.5m,總庫容25.87億m3,樞紐沿壩軸線從左到右的布置依次為:左岸接頭土壩、門庫壩段、船閘、連接重力壩段、泄水閘壩、河床式電站廠房、右岸混凝土重力壩及右岸接頭土壩,魚道布置在廠房右側(cè),從右岸混凝土重力壩中間穿過。近庫右岸布置土石副壩6座。本工程施工導(dǎo)流采用分期導(dǎo)流方式。施工程序?yàn)?在一枯時(shí)填筑左岸一期過水草土圍堰和右岸臨時(shí)圍堰,利用縮窄后的主河道導(dǎo)流和通航。一汛前拆除右岸臨時(shí)圍堰,利用右岸一期全年圍堰擋水繼續(xù)進(jìn)行右岸基坑施工,左岸過水圍堰與左岸主河道聯(lián)合度汛,主河道通航。二枯填筑左岸草土圍堰子堰擋水施工船閘,利用縮窄后的主河道導(dǎo)流和通航。二期修建左岸9孔溢流壩,利用已建好的右岸4孔溢流壩導(dǎo)流,同時(shí)利用二期圍堰蓄水發(fā)電和船閘通航。導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)和時(shí)段分別為:右岸臨時(shí)圍堰選擇枯水期11月1日-次年4月30日,相應(yīng)5年一遇的洪峰流量為3030m3/s;左岸一期過水圍堰選擇導(dǎo)流時(shí)段為枯水期10月15日-次年5月31日,相應(yīng)10年一遇的洪峰流量為6430m3/s;右岸一期全年圍堰采用全年10年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn),相應(yīng)洪水流量為13800m3/s;二期圍堰選擇枯水期10月15日-次年5月31日10年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn),相應(yīng)洪水流量為6430m3/s。
2壩址河段通航條件與現(xiàn)狀
壩址段河道為不對稱的寬闊“U”型谷,在河流中部為一江心砂洲,砂洲將河道一分為二,左側(cè)河道水面寬140-170m,河水較淺,為0-2m,局部見礁石呈長帶狀分布;右側(cè)河道水面寬80-120m,河水較深,水深0-6.5m不等,為目前通行主航道。據(jù)調(diào)查,在2008年前壩址段通航航道為左側(cè)河道,經(jīng)過多年河床演變后,左側(cè)河道水深較淺,同時(shí)為了提高航道的通過能力以及通航的安全性,航道主管部門對右側(cè)河道進(jìn)行了深挖疏浚,將該段航道由江心砂洲左側(cè)改至江心砂洲右側(cè)河道。郁江為常年通航河流,必須考慮施工期的通航問題。由于受航道條件制約,目前在郁江從事運(yùn)輸?shù)拇岸嘁?00t級左右的機(jī)動(dòng)駁運(yùn)船為主,中洪水期可通航300t級貨船。
3施工期通航標(biāo)準(zhǔn)
壩址段河道為Ⅵ級航道,根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》(GB50139-2004)的規(guī)定,Ⅵ級航道設(shè)計(jì)最低通航水位的多年歷時(shí)保證率為95%-90%,設(shè)計(jì)最高通航水位的洪水重現(xiàn)期為5年。根據(jù)本河段天然航道通航條件以及郁江通航的船型情況,確定施工期設(shè)計(jì)最低通航水位的多年歷時(shí)保證率為95%,設(shè)計(jì)最高通航水位的洪水重現(xiàn)期為5年。對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的洪峰流量分別為:設(shè)計(jì)最高通航水位洪水重現(xiàn)期5年一遇對應(yīng)流量為11700m3/s,設(shè)計(jì)最低通航水位的多年歷時(shí)保證率為95%時(shí)對應(yīng)的流量為281m3/s。根據(jù)壩址河道現(xiàn)狀標(biāo)準(zhǔn),最小航道尺度為:航寬×水深×彎曲半徑=30m×1.5m×300m,根據(jù)郁江通航的船型情況,通航流速的條件為V≤3m/s。
4施工期臨時(shí)通航水力計(jì)算本工程施工期通航分兩個(gè)階段考慮,第一階段為一期導(dǎo)流期間利用縮窄后的河道通航,第二階段為二期導(dǎo)流期間利用新建船閘臨時(shí)通航。
4.1一期導(dǎo)流期間的施工期通航根據(jù)施工導(dǎo)流布置,一期圍堰切斷了現(xiàn)狀右側(cè)主航道,導(dǎo)致臨時(shí)航道又重新回到了左側(cè)河道。圍堰填筑后,左側(cè)過流河道底寬約140m,為滿足施工期通航,在填筑圍堰前先對左側(cè)臨時(shí)航道進(jìn)行整治,對險(xiǎn)灘暗礁地段進(jìn)行炸除,對泥沙淤積處進(jìn)行疏浚處理。經(jīng)過整治后的左側(cè)臨時(shí)航道滿足一期工程施工期間船只的通航要求。
4.1.1水力計(jì)算為驗(yàn)證一期導(dǎo)流期間左側(cè)河道是否滿足通航要求,對縮窄的河道內(nèi)不同斷面進(jìn)行了通航水力計(jì)算(斷面位置見圖1)。計(jì)算結(jié)果表明:①在一枯(11月1日-次年4月30日)期間來流量小于2000m3/s時(shí),水深、流速均滿足通航要求;②二枯(10月15日-次年5月31日)期間來流量小于5000m3/s時(shí),水深、流速均滿足通航要求;③汛期在最高通航標(biāo)準(zhǔn)5年重現(xiàn)期內(nèi)所有各級流量對應(yīng)的流速均不大于3m/s,水深均滿足通航要求。據(jù)1947-2008年洪水資料統(tǒng)計(jì),在11月1日-次年4月30日期間,超過2000m3/s的流量共有56d,平均每年0.9d;在二枯導(dǎo)流期間(10月15日-次年5月31日)超過5000m3/s的流量共有34d,平均每年0.55d。以上62年統(tǒng)計(jì)資料表明,一期工程施工期間,發(fā)生大洪峰而導(dǎo)致不滿足通航的天數(shù)和次數(shù)不多,且歷時(shí)短,對通航影響不大。4.1.2水工模型試驗(yàn)[2]為了驗(yàn)證一期導(dǎo)流期間的施工期通航情況,進(jìn)行了水工模型試驗(yàn),水工模型試驗(yàn)顯示:①在一枯(11月1日-次年4月30日)期間來流量小于1500m3/s時(shí),流速滿足通航要求;②二枯(10月15日~次年5月31日)期間來流量小于3000m3/s時(shí),流速均滿足通航要求;③汛期流量大于3000m3/s時(shí)明渠內(nèi)流速均大于3m/s,通航困難。據(jù)1947-2008年洪水資料統(tǒng)計(jì),在11月1日-次年4月30日期間,超過1500m3/s的流量共有180d,平均每年2.9d;在二枯導(dǎo)流期間(10月15日-次年5月31日)超過3000m3/s的流量共有119d,平均每年1.92d。以上62年統(tǒng)計(jì)的資料表明,一期工程施工期間,在兩個(gè)枯水期內(nèi)發(fā)生大洪峰而導(dǎo)致不滿足通航的天數(shù)和次數(shù)不多,且歷時(shí)短,對通航影響不大。汛期時(shí)通航較困難,需采取助航措施。
4.2二期施工期通航二期工程施工期間,利用右4孔閘壩控泄流量,利用二期圍堰擋水,上游水位蓄至船閘上游最低通航水位70m,船只通過一期已建好的船閘通航。
4.3施工期礙航、斷航的時(shí)間及其影響
4.3.1一期導(dǎo)流期間對通航的影響在一期工程施工期間,由于河道被束窄,汛期水流流速較天然情況時(shí)大,根據(jù)一期施工導(dǎo)流模型試驗(yàn)成果,在一枯(11月1日-次年4月30日)期間來流量大于1500m3/s、二枯(10月15日-次年5月31日)與汛期期間來流量大于3000m3/s時(shí)明渠內(nèi)流速均大于3m/s,船舶上航困難,下行滿足通航要求。
4.3.2截流施工對通航的影響根據(jù)施工進(jìn)度安排和蓄水計(jì)劃要求,圍堰開始填筑至庫水位蓄水達(dá)到最低通航水位70m時(shí)共需要約40d;降低水位拆除圍堰和再次蓄水到最低通航水位70m時(shí)需要約20d,兩個(gè)階段需斷航約2個(gè)月,擬在斷航時(shí)段采取貨物轉(zhuǎn)運(yùn)和資金補(bǔ)償?shù)霓k法解決。斷航期貨物可通過壩址上、下游轉(zhuǎn)運(yùn)碼頭轉(zhuǎn)運(yùn),轉(zhuǎn)運(yùn)方式為人工或汽車吊裝卸、汽車運(yùn)輸,短途貨物可從始發(fā)地直接改用汽車或火車運(yùn)輸。
5施工期臨時(shí)航道設(shè)計(jì)
5.1航線設(shè)計(jì)壩址段現(xiàn)有航道位于江心砂洲右側(cè)河道,通航寬度約35m,長度約550m,河床平均高程58m。出江心砂洲后分別與上下游深潭相接,形成現(xiàn)有通航航道。工程施工后,一期左右岸同時(shí)施工,利用左側(cè)縮窄河床導(dǎo)流和通航,為驗(yàn)證施工期安全通航,進(jìn)行了水工模型試驗(yàn)。水工模型試驗(yàn)表明,一期枯水期施工時(shí),受整體河勢及河床束窄的雙重影響,上游來流主流偏向河道左岸一側(cè),在明渠進(jìn)口處,左岸臨時(shí)圍堰裹頭附近存在角度在20°-23°左右的斜流,通過船舶均應(yīng)避開距左岸圍堰40m的范圍,以避免斜向水流的影響。在右岸圍堰裹頭附近,存在16°-20°左右的斜向水流,通過船舶均應(yīng)避開距左岸圍堰30m的范圍,以避免斜向水流的影響。一期度汛時(shí),受整體河勢及河床束窄的雙重影響,上游來流主流偏向河道左岸一側(cè),在明渠進(jìn)口處,右側(cè)縱向圍堰堤頭附近存在17°左右的斜流,通過船舶均應(yīng)避開距縱向圍堰30m的范圍,以避免斜向水流及在堤頭挑流作用下游的漩流影響,而左側(cè)需注意左岸過水圍堰的影響,應(yīng)在左岸過水圍堰附近設(shè)置導(dǎo)航標(biāo)志。根據(jù)水流流態(tài)與流速分布,測試出施工期內(nèi)最佳安全通航線路。航線進(jìn)口位于壩址上游450m處,與原有河道相接。進(jìn)入明渠進(jìn)口后,順直通往河床縮窄段,在壩下900m與河道下游彎段銜接。根據(jù)現(xiàn)有Ⅵ級航道標(biāo)準(zhǔn),最小寬度為30m,根據(jù)水工模型試驗(yàn)成果,縮窄段河道可形成80m寬的航道,航線中心線長2.47km,中心線距左岸岸邊約95m。根據(jù)現(xiàn)階段實(shí)測水下地形,在上游左岸圍堰裹頭處局部有礁石出露,由于常年采沙破壞,河道留有采砂后的沙礫石,對臨時(shí)航道內(nèi)存在的局部石脈帶等礁石以及河道采砂后留下的沙礫石等礙航物進(jìn)行清理,避免給施工期安全通航造成隱患。為了施工期船只安全通航,要求在填筑圍堰前先對左側(cè)臨時(shí)航道進(jìn)行整治,考慮臨時(shí)航道內(nèi)流速較大,需對航道內(nèi)的暗礁地段進(jìn)行水下炸礁,對泥沙淤積處進(jìn)行疏浚處理。在上游左右岸圍堰縮窄口以上按60.8m高程進(jìn)行炸礁清淤,下游左右岸圍堰出口按60.4m高程進(jìn)行清淤,中間縮窄段航道清淤高程從60.8m放坡至下游明渠出口60.4m高程。
5.2助導(dǎo)航設(shè)計(jì)試驗(yàn)表明,在一枯(11月1日-次年4月30日)期間,當(dāng)流量達(dá)到或超過1500m3/s以上時(shí),明渠內(nèi)面流速基本上在整個(gè)斷面都達(dá)到3.0m/s以上,在二枯(10月15日-次年5月31日)和汛期,流量達(dá)到或超過3000m3/s以上時(shí),明渠內(nèi)面流速基本上在整個(gè)斷面都達(dá)到3.0m/s以上,船舶通過較困難,施工期需在壩址附近設(shè)置一艘大馬力的拖輪助航。根據(jù)試驗(yàn)所得的航跡線在導(dǎo)流明渠上下游端部一定范圍內(nèi)布設(shè)側(cè)位導(dǎo)助航標(biāo)志,其中上游明渠口門水域左右兩側(cè)各布置兩個(gè)導(dǎo)助標(biāo)志,下游明渠口門水域左右兩側(cè)各布置1個(gè)導(dǎo)助航標(biāo)志,以指引過往船舶安全通過導(dǎo)流明渠。利用壩址上下游永久船閘設(shè)置的錨地區(qū)作為一期施工期間船只的錨地,其中,上游錨地設(shè)在上游河彎道前壩上約2.0km的右岸邊,占用水域面積200m×100m,下游錨地設(shè)在下游河彎的左岸邊,占用水域面積為350m×75m,以供上下游船舶臨時(shí)停泊等待過航。每塊錨地上各設(shè)2座錨地專用標(biāo)和1座錨地標(biāo)志。
6施工期安全通航的措施
為保障一期施工期間臨時(shí)通航的安全,需分別采取工程措施、助航和管理等一系列措施。6.1工程措施(1)對臨時(shí)航道內(nèi)存在的局部石脈帶等礁石、以及河道采砂后留下的沙礫石等礙航物進(jìn)行清理,以滿足施工期通航要求;(2)在導(dǎo)流明渠上下游端部一定范圍內(nèi)布設(shè)側(cè)位導(dǎo)助航標(biāo)志,其中上游明渠口門水域左右文秘站:兩側(cè)各布置兩個(gè)導(dǎo)助標(biāo)志,下游明渠口門水域左右兩側(cè)各布置1個(gè)導(dǎo)助航標(biāo)志,以指引過往船舶安全通過導(dǎo)流明渠;(3)在整治壩址段一期臨時(shí)航道的同時(shí),先清理永久船閘設(shè)置的上下游最近的一塊錨地區(qū),兼顧作為一期施工期間通航的錨地。6.2助航措施為了確保汛期船只通航安全,在壩址設(shè)置一艘大馬力拖輪,當(dāng)過往船只通過有困難時(shí),采取助航措施。6.3管理措施(1)為了保障施工區(qū)域通航安全,在工程開工以前,工程建設(shè)單位應(yīng)將老口航運(yùn)樞紐工程的施工布置、施工內(nèi)容、施工進(jìn)度以及計(jì)劃安排等及時(shí)上報(bào)航道及海事管理部門;(2)工程建設(shè)單位或業(yè)主應(yīng)委托航道管理部門,在工程開工前劃定施工區(qū)域和通航區(qū)域,擬定“施工期水上交通安全管理暫行規(guī)定”,告示船舶通過工程區(qū)航道的安全注意事項(xiàng),對工程區(qū)船舶通行進(jìn)行調(diào)度指揮,以便在施工期引導(dǎo)上下水船舶安全通過工程區(qū)河段。同時(shí)在通航區(qū)域和圍堰位置按需要布設(shè)臨時(shí)和助航標(biāo)志,避免船只擱淺或碰撞,并進(jìn)行維護(hù)。(3)海事管理單位應(yīng)駐守現(xiàn)場,若發(fā)現(xiàn)安全通航存在問題,應(yīng)及時(shí)向施工單位提出要求,確保船舶安全通航。老口航運(yùn)樞紐工程上游有多個(gè)電站和水庫,流量及水位變化較大,施工期間應(yīng)加強(qiáng)與上游水文站的聯(lián)系工作,隨時(shí)關(guān)注上游河道來水情況及水位變化情況,根據(jù)水情預(yù)報(bào)情況及時(shí)采取安全措施,避免造成不必要的人員和財(cái)產(chǎn)損失;(4)因老口航運(yùn)樞紐工程施工期長,建議建設(shè)單位或施工單位主動(dòng)與航道管理部門聯(lián)系,做好施工中的安全防范工作,并配合航道管理部門進(jìn)行施工期的安全維護(hù)工作。
7結(jié)語
老口航運(yùn)樞紐工程位于通航河道上,常年通航,由于工程的建設(shè),使得原主航道改變,工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量考慮縮短斷航或礙航的時(shí)間,通過河道疏浚、炸礁等工程措施滿足施工期臨時(shí)通航要求,統(tǒng)計(jì)歷年水文資料分析通航受影響的頻率,從理論上論述工程的可行性,并通過水工模型試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。工程已于2010年底填筑左岸船閘圍堰、右岸臨時(shí)圍堰,疏浚右側(cè)航道,改變航道后至今在一期導(dǎo)流期間未出現(xiàn)船只通行困難、船只擱淺觸礁的情況,驗(yàn)證了一期導(dǎo)流期間施工期臨時(shí)航道設(shè)計(jì)是有效可行的
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