（水力学及河流动力学专业论文）向家坝水电站施工期通航问题研究.pdf

摘要 3 金沙江腹地矿产资源丰富，铁矿石和稀土储量位居全国前列，磷矿资源亦较 丰富，沿线的攀枝花市是全国著名的钢铁工业基地，内河航道在腹地资源开发和 经济发展过程中发挥重要作用。向家坝水电站是金沙江下游河段规划的最末一个 梯级，电站河段河床地势复杂，滩险众多，水面比降大，河道宽窄相间，电站施 工导流期未设置临时船闸，电站下段又受横江河口的顶托，该航段的滩险情况、 水流条件及泥沙冲於变化情况极其复杂。为保证客货运输畅通，保证电站建设顺 利进行，在整个向家坝水电站可行性研究阶段，必须开展电站施工期通航研究工 作。 本文主要从向家坝水电站施工期导流及通航方式、一期施工导流期对航道的 影响及通航条件、二期施工断航期翻坝转运条件、库区转运码头的通航条件等方 面，采用二维水流数学模型的计算方式，模拟并研究了各个阶段的通航条件，为 确保电站建设期间的航运畅通及航运安全提供技术支持。 从已经完成并投入使用的工程来看，该项目的研究已经取得了良好的效果， 成功地解决了施工一期碍航问题，翻坝转运运行良好，航道畅通，没有发生一起 海损事故，产生了明显的社会效益和经济效益。本文的研究成果可供类似的电站 施工期通航问题研究参照。 关键词：通航条件；施工导流；翻坝转运；转运码头 a bs t r a c t 4 一 j i n s h a j i a n gr i v e r sh i n t e r l a n dr i c h e si nm i n e r a lr e s o u r c e s ，r e s e r v e so fi r o no r ea n d r ea m o n gt h en a t i o n s ，p h o s p h a t er o c kr e s o g r c e sa l s or i c h p a n z h i h u ac i t ya l o n gt h e r i v e ri saf a m o u si r o na n ds t e e li n d u s t r i a lb a s e ，i n l a n dw a t e r w a yp l a y sa ni m p o r t a n tr o l e i nt h ep r o c e s so fh e a r to fr e s o u r c ea n de c o n o m i cd e v e l o p m e n t x i a n g j i a b ah y d r o p o w e r s t a t i o ni st h el a s tc a s c a d ep l a n n i n go fj i n s h a j i a n gr i v e r sd o w n s t r e a m ，f i v e rb e d s t o p o g r a p h yo fp o w e rs t a t i o ni sc o m p l e x ，a n dh a v en u m e r o u sr a p i d sb e a c h e s ，al a r g e r w a t e rs u r f a c es l o p e i ti sn o ts e tt e m p o r a r ys h i pl o c kd u r i n gt h ec o n s t r u c t i o nd i v e r s i o n p e r i o do fp o w e rs t a t i o n , p o w e rs t a t i o n sl o w e rh u bi sw e l lr e c e i v e db yt h ee s t u a r y b a c k w a t e ro ft h eh e n g j i a n g , l e g sr a p i d s ，f l o wc o n d i t i o n s , a n dc h a n g e so fs e d i m e n t w a s h e da r ee x t r e m e l yc o m p l e x i no r d e rt oe n s u r es m o o t hp a s s e n g e ra n d c a r g o t r a n s p o r t a t i o nt oe n s u r et h es m o o t hc o n s t r u c t i o no fp o w e rp l a n t s ，i t sn e e dt ol u n c ha r e s e a r c hi nt h en a v i g a t i o np r o b l e m s i nt h i s p a p e r , av i e wf r o mt h ec o n s t r u c t i o nd i v e r s i o np e r i o di m p a c to nt h e c o n s t r u c t i o nm e t h o do fd i v e r s i o n ，w a t e r w a ya n dn a v i g a t i o nc o n d i t i o n s ，r e s e r v o i ra r e a s n a v i g a t i o n c o n d i t i o n so f t r a n s s h i p m e n tt e r m i n a l ，a n d o t h e r a s p e c t s ，u s i n g t w o - d i m e n s i o n a lm a t h e m a t i c a l m o d e l ，s i m u l a t e da n ds t u d i e dt h ev a r i o u ss t a g e s n a v i g a t i o nc o n d i t i o n s a f t e rac o m p r e h e n s i v ec o m p a r a t i v ea n a l y s i s ，o p t i m i z e dt h e p r o g r a mb a s e do nt h ec o r r e s p o n d i n gd e s i g n t h r o u g ht h ew o r k so fc o m p r e h e n s i v e v e r i f i c a t i o n t h ea b o u t n a v i g a t i o nc o n d i t i o n s ，t h r o u g h c a p a c i t y , b e r t h i n go p e r a t i o n s ， c o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o n ，t h ep r o s p e c t sf o rd e v e l o p m e n t ，a n de c o n o m i ci n t e r e s t s i n o r d e rt oe n s u r ep o w e rs t a t i o n ss m o o t hf l o wa n ds a f e t yd u r i n gt h ec o n s t r u c t i o np e r i o d ， t op r o v i d eat e c h n i c a ls u p p o r t f r o mt h ep e r s p e c t i v eo fb e i n gc o m p l e t e da n dp u t t i n gi n t ou s ee n g i n e e r i n g s ，t h e p r o j e c t sr e s e a r c hh a sa c h i e v e dg o o dr e s u l t s ，s u c c e s s f u l l ys o l v e dt h ep r o b l e mo fp h a s e c o n s t r u c t i o n so b s t a c l en a v i g a t i o np r o b l e m c r o s sd a mt r a n s p o r t a t i o nr u n n i n gw e l l ， c h a n n e lf l o w i n g ，a n dd i dn o to c c u ra c c i d e n t ，p r o d u c e das i g n i f i c a n ts o c i a la n de c o n o m i c b e n e f i t s t h es t u d yr e s u l t sc a l lb ea v a i l a b l ef o rr e f e r e n c et ot h es i m i l a rp o w e r s t a t i o n s n a v i g a t i o ns t u d i e sd u r i n gt h ec o n s t r u c t i o np e r i o d k e yw o r d s ：n a v i g a t i o n c o n d i t i o m ；c o n s t r u c t i o nd i v e r s i o n ；c r o s sd a m t r a n s p o r t a t i o n ；t r a n s s h i p m e n tt e r m i n a l 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： l 选 曲躅咿 f 日期：0 年厶月沙日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信 息服务( 包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留在其 他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名：鲥旁 日期：刀，犀年月矽由 指导教：谚锄止 日期：韧汐年4 月矽日 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n k i 系列 数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定 享受相关权益。 学位论文作者签名：警弗 日期：0 年舻月1 秒臼 ：膨触 日期： v o d 年p 月伽日 第章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 金沙江是长江的上游河段，属典型的山区性河流，其河道比降大、水量丰沛， 水电资源蕴藏十分丰富，天然落差达5 1 0 0 米，占长江干流总落差的9 5 。金沙江 可开发的水能资源达8 8 9 1 万千瓦，其中、下游河段可开发的水电容量高达5 8 0 0 万千瓦。开发方案分为乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝等4 个梯级，均为特大 型水电站。综合开发金沙江，是我国实施西部大开发和“西电东送”战略的重大 举措，对于我国优化能源结构，促进国民经济可持续发展，改变西南山区经济落 后面貌具有重大意义。 向家坝水电站位于四川省宜宾县和云南省水富县交界处的金沙江干流下游， 上距溪洛渡水电站坝址约1 5 7 公里，下游距水富县城1 5 k m ，距宜宾市3 3 k m ，介 于金沙江新市镇至水富之间的常年通航河段上，是金沙江梯级开发规划中的最末 一级电站，控制流域面积4 5 8 8 万k i t l 2 ，占金沙江全流域面积的9 7 。该工程是以 发电为主，同时具有防洪、拦沙及改善航运、兼顾灌溉等综合作用的特大型水利 枢纽工程。工程主体建筑物包括混凝土重力坝、泄洪建筑物、左岸坝后厂房、右 岸地下厂房及通航建筑物等。两岸厂房各安装4 台7 5 0 m w 机组，电站设计装机 6 0 0 0 m w ，年发电量3 0 1 3 亿k w h ；拦河大坝坝项高程3 8 3 m ，最大坝高1 6 1 m ， 坝顶长度8 9 6 2 6 m ，向家坝枢纽水库正常蓄水位3 8 0 0 0 m ，死水位3 7 0 0 0 m ，水库 总库容5 1 6 3 亿m 3 ，调节库容9 0 3 亿m 3 ；采用一级垂直升船机作为过坝通航建 筑物，升船机最大提升高度11 4 2 0 m ，设计年货运量11 2 万t n 圳。 针对向家坝水电站特殊的自然条件和工程布置特点，其施工导流经过对 多个方案进行比较，从施工布置、后期度汛、施工期通航、发电工期等方面 考虑，工程采用分期导流方式。 工程总体目标是2 0 0 5 年正式开工，2 0 0 8 年截流，2 0 1 2 年首批机组发电， 2 0 1 5 年建设完工。 本工程筹建期从2 0 0 4 年7 月始至2 0 0 5 年1 2 月； 一期工程施工时间从2 0 0 6 年1 月至2 0 0 8 年1 2 月； 二期工程施工时间从2 0 0 9 年1 月至2 0 1 2 年1 2 月； 工程完建期为2 0 1 3 年1 月至2 0 15 年6 月。 即本工程正式开工至首批机组发电工期为7 年，工程总工期9 年6 个月， 施工期历时较长。根据社会各方面要求，考虑到金沙江水运长远发展需要， 2 0 0 9 年向家坝水电站升船机按兼顾1 0 0 0 t 级单船过闸调整设计方案，升船机 建成时间相应推迟，预计2 0 1 7 年7 月投入试运行。 第章绪论 据调查，由于经济、交通欠发达，在2 0 0 2 年水绥( 水富至绥江) 公路修建以 前，新市镇至水富县的航运几乎是金沙江腹地客、货运输的唯一途径，年客运量 达1 5 万人次，这一江段也因此成为当地老百姓心目中的“黄金水道”。2 0 0 3 年，随 着水绥公路建成投入使用，由于水运比较耗时间，绝太多数的客运改走公路，航 运的客运量迅速下降，每年仅有3 万人次。但货物仍然以水运为主，在2 0 0 4 年向 家坝水电站可行性研究报告通过国家审查时，据预测到2 0 1 2 年新市镇至水富港的 年货运量约为6 0 万吨，但是在随后几年，随着市场对金沙江腹地磷、煤等矿产需 求的剧增，到了2 0 0 7 年，货运量猛增到1 3 0 多万砘。据预测2 0 1 5 、2 0 2 0 和2 0 3 0 年金沙江向家坝水电站过坝运输量分别为4 9 0 、7 5 0 和1 2 l o 万吨。 向家坝水电站工程所在河段具有通航要求，素有“黄金水道”之称，新市镇 至宜宾河段长1 0 5 1 a n ，可常年通航，航道等级为v 级，通行2 3 0 0 t + 3 8 0 h p 船队。 为了保证施工期间航运畅通，施工期坝区河段的航运交通成为工程设计的主要任 务之一。因此，本文展开了金沙江向家坝水电站施工期通航问题专题研究。 图1i 金沙江四太枢纽阵容图 f i gi 1 t h e l i n 即p o f t h e f o u r h u ba l i n ej i a n s h a j i a n g 第一章绪论 围12 向家坝水电站总体布置图 f i g12 t h e o v e r a l l l a y o u to f x i a n g j i a b a h y d r o p o w e r s t a t i o n 1 2 问题的提出 向家坝水电站工程规模巨大。施工期历时较长，坝址河道地形条件复杂。根 据向家坝水电站工程施工期的总体安排，工程施工分期进行：第一期先围左岸滩 地，利用缩窄后的右侧主河道过流和通航，进行左岸非益流坝段、冲沙孔坝段的 施工，在两坝段预留导流底孔和缺口，同时施工二期纵向围堰、二期导流建筑物 等项目，一期围堰施工期3 年：第二期施工围右岸主河道，利用左岸预留的6 个 1 0 x 1 4 m 底孔和高程2 8 0 m 、宽1 1 5 m 的缺口及上、下游明渠导流进行泄洪坝段、 右岸非益流坝段、左岸电站厂房等的施工，预计施工期4 年。二期施工由于未设 置过坝通航建筑物，需要采用断航施工、货物翻坝转运加部分经济补赏方案。货 物翻坝转运从2 0 0 8 年1 2 月大江截流开始，到2 0 1 4 年3 月底向家坝电站永久升船 机投入运行为止，历时6 年零4 个月。 一期导流期间属于碍航期。利用束窄的右河床通航，一期施工宙堰占据了一 定的主河床，在枯水流量下，基本不影响通航，但是，在中枯水或中水情况下工 程河段流态发生了一定的改变，对航运产生了定的影响。为了船舶航行安全， 需要对各级流量下围堰河段流态变化做出研究： 二期导流期间( 到通航建筑物投入运行前) 不设临时通航设施，属于施 工临时断航期，严重影响到该航段航运的发展以及当地居民的日常生活。为了解 决向家坝工程主河床截流后上游大宗赞物( 煤炭和磷矿石) 的过坝运输，翻坝转 4 第一章绪论 运问题亟待研究。 由于向家坝工程所在河段腹地矿产资源丰富，具有通航要求，从向家坝 水电站2 0 0 6 年1 月一期施工，到2 0 1 4 年3 月底向家坝电站永久升船机投入运行 为止，历时9 年零4 个月，如何解决好金沙江航运交通问题成为工程设计的主要 任务之一。因此，开展向家坝水电站施工期通航问题的专题研究具有很重要 的现实意义。 1 3 研究内容 本文结合向家坝工程的航道条件及地形、水文特征，对施工期导流方式进行 比选，得到施工一期采用束窄的右岸主河床通航，二期采用翻坝转运的方式通航， 并运用二维浅水方程对束窄后的右岸主河床水流条件以及翻坝转运码头通航条件 进行计算，主要研究内容有： 1 ) 研究了向家坝水电站施工期导流及通航方案。综合考虑社会、政策、技术、 经济等方面协调的基础上，最终得到旌工一期采用缩窄的右岸主河床导流通航， 二期施工断航期采用客货翻坝转运加经济补偿的方案。 2 ) 一期施工通航期，对围堰河段建立平面二维数学模型，计算出工程河 段水流条件，对比工程前后流场流态变化，为船舶航行提供支持； 3 ) 二期施工断航期，展开客货翻坝转运方案研究； 4 ) 对翻坝转运上游码头通航条件进行研究，论证码头工程可行性，得 到码头河段最佳航行线路； 第二章向家坝电站施工期导流通航方案研究 第二章向家坝电站施工期导流方案研究 2 1 施工导流期通航规划探讨 2 1 1 导流方案 施工导流h 1 是水利水电工程建设中必须妥善解决的重要问题。合理的导流方 式，可以加快施工进度，缩短工期，降低造价，考虑不周，不仅达不到目的，有 可能造成很大危害。具体选用哪种导流方式，应遵循： 1 ) 适应河流水文特性和地形、地质条件； 2 ) 工程施工期短，发挥工程效益快； 3 ) 工程施工安全、灵活、方便； 4 ) 结合、利用永久建筑物，减少导流工程量和投资； 5 ) 适应通航、排冰、供水等要求： 6 ) 河道截流、围堰挡水、坝体度汛、封堵导流孔洞、蓄水和供水等初、后期 导流在施工期各个环节能合理衔接。 常见的方式有： 分段围堰法导流。分段围堰导流采用围堰将水工建筑物分段、分期维护 起来进行施工的方法( 见图2 ，i ) 。一般适用于河宽、流量大，施工期较长的工程， 尤其在通航河流和冰凌严重的河流上。分段围堰法导流，前期都利用束窄的原河 道导流，后期要通过事先修建的泄水道导流，常见的导流方式有： 底孔导流；坝体缺口导流；束窄河床导流。 圈圆圆圆 l 曩强ll t 彤 一) 两段两囊( b ) 互段两期( c ) 互段三囊( d ) 互段三囊 图2 1 导流分期与围堰分段示意图 f i g2 1s c h e m a t i cd i a g r a mo fs t a g e sa n ds u b - d i v e r s i o nc o f f e r d a m 全段围堰法导流。全段围堰法导流是在河床主体工程的上、下游一定距 离的地方分别各建一道烂河围堰，使河水经河床以外的泄水道下泄，主体工程就 可以在排干的基坑中施工，待主体工程建成时，再将临时泄水道封堵。该法一般 应用在河床狭窄、流量较小的中小河道上。在大流量的河道上，只有地形、地质 条件受限明显且采用分段围堰法不利时才采用此法导流。 6 第二章向家坝电站施工期导流通航方案研究 全段围堰法主要优点是，施工现场的工作面比较大，主体工程在一次性围堰 的围护下就可以建成。如果能够结合永久泄水建筑物施工导流时，采用此法往往 比较经济。全围堰法导流类型通常有： 隧洞导流；明渠导流；涵管导流 淹没基坑法导流。这是一种辅助导流方法，在全段围堰法和分段围堰法 中均可使用。山区河流特点是洪水期流量大、历时短，而枯水期流量很小，水位 暴涨暴落、变幅很大。在这种情况下，可以考虑采用允许基坑淹没的导流方法， 即洪水来临时围堰过水，若基坑被淹没，河床部分停工，待洪水退落，围堰挡水 时再继续施工。这种方法，基坑淹没所引起的停工天数不长，施工进度能保证， 在河道泥沙含量不大的情况下，导流总费用较节省，一般是合理的。 2 1 2 通航规划 施工期的通航规划，一般根据工程规模、航道等级、货运量大小、船舶吨位 及通航水位( 流量) 保证率要求等，研究各种现实可行的临时通航或其他过坝方 案，作技术经济比较确定。通航规划一般有以下3 种方式h 驯： 施工期间不断航。对于低水头电站，有条件安排永久通航建筑物先施工， 可以做到基本不断航。 短期断航。工程在各施工阶段，采用不同的临时通航措施。有时允许短 期断航，这是较为常用的方式。 施工期间断航。对于货运量不大的山区河流，或通过技术经济比较后， 维持旌工期间通航在经济上不甚合理、技术上较为困难时，可以考虑断航。 施工期通航规划原则如下： 1 ) 施工期航道的通航条件应满足当地船舶、工程船舶运行及国家颁布的内 河通航标准的航道等级要求。 2 ) 施工期通航具有临时和过渡性质，所采用的措施应简便可行，便于施工， 亦便于拆除。即应技术经济合理，安全可靠。 3 ) 采用的通航措施应不危及岸坡稳定及永久建筑物建成后的运行条件。 4 ) 尽可能结合利用施工导流工程及永久通航建筑物和通航设备作为施工期通 航设施和助航、通讯设备。 5 ) 如确需短期断航，应考虑分流、转运过坝措施。 2 1 3 过坝方式 施工期客货过坝方式选择可根据河道航运特征及工程布置条件，综合分析比 较各种客货过坝方式，选择合适的过坝方式。对于特大型水利水电工程，也可根 据不同施工时段，选择几种方式的组合方案。常见过坝方式有： 第二章向家坝电站施工期导流通航方案研究 7 客货分流 施工期必须断航时，可采取分流、驳运等措施，短期断航期间货运量亦可从 运输管理上采取提前或滞后安排运输加以解决。 陆路转运 主要指公路转运。其优点是运输线可绕坝通过，对工程施工干扰小。断航期 间也可采用陆路翻坝，可在坝址上、下游设置临时码头，将旅客及少量必须过坝 的货物经临时码头接公路翻坝运输。 如三峡工程导流明渠截流至永久船闸通航前就是采用修建临时码头翻坝运 输。 航运过坝 其方式一般有： 利用束窄河床通航； 利用导流明渠通航； 利用永久通航建筑物通航； 设置临时船闸； 利用闸孔、缺口及孔底通航。 由于施工期间通航水位随着工程施工的进展而变化，单一的通航方式难以适 应自开工至蓄水发电的全过程，各施工期需要采取不同的通航措施，并能互相衔接。 2 2 施工导流期通航方案探讨 在河道上修建水利水电工程必须首先进行施工导流，随着国内外一大批水利 水电工程的兴建，施工导流流量和导流建筑物规模逐渐增大，施工难度也随之增 大。在施工导流期，为保证通航，必须采取妥善的措施，常用的方法有以下几种： 2 2 1 缩窄主河床通航 布置：围堰可布置在左、右岸，或两岸同时推进。工程施工第一期一般采取 缩窄主河床的导流方案，在一期基坑内修建导流明渠或导流底孔、混凝土纵向围 堰，江水由主河床宣泄，主河道仍可照常通航。通航对分期导流方式及布置要求 如下： 1 ) 分期导流方式常利用束窄河床通航； 2 ) 分期施工程序般应先围岸浅滩后围深水河槽，尽量推迟改变原河床主 航道； 3 ) 纵向围堰的布置应尽量保持水流顺直，减少进口、出口集中落差，避免发 生跌水、回流、旋涡等不利于通航的水流状态； 第二章向家坝电站施工期导流通航方案研究 4 ) 河床束窄率需满足通航流量与通航水位保证率的要求。 一期施工围堰实施后，在枯水期因流量小、水位低，围堰占据河道过流宽度 及过流面积相对较小，该河段水流条件与天然情况较为接近，对船舶航行影响较 小。当进入中、洪水期后，随着流量的增加和水位的升高，受河道束窄、上游横 向围堰挑流等综合因素影响，工程河段流速迅速增大，横向分布均匀化，局部水 面比降变陡，流态变坏，通航水流条件较天然河道差，给航行造成困难。当遇到 大洪水时，流速、比降迅速增大，流态紊乱，这时，就要考虑其他方式通航，保 证货物运输畅通。 2 2 2 明渠导流通航 河水通过专门修建的渠道导向下游的施工导流方式。明渠导流多用于河床外 导流，适用于河谷岸坡较缓，有较宽阔滩地或有溪沟、老河道等可利用的地形， 且导流流量较大的情况。与隧洞导流比较，因明渠的过流能力较大，施工较方便， 造价相对较低，在地形条件和枢纽布置允许时，用明渠导流的较多。 采用导流明渠通航，保证率高，比其他通航措施便捷、灵活、可靠，能较大 幅度的减少主河床截流前工程量，简化施工准备工作，缩短截流和第一批机组发 电的工期。但是明渠一般只能用于初期导流，后期导流还需要有其他方式配合。 导流明渠过水面积大，泄水条件好，可有效的控制上游水位的雍高，相应使主河 床上游围堰高度得到控制；还可以通过明渠布置和断面优化，调整明渠流速、流 态，满足通航条件。 但明渠线路的布置需综合考虑枢纽布置、地形地质条件、施工条件、挖填平 衡及水力条件等因素。汛期施工通航的航行条件需解决流速加大、流态变化的不 利影响。当保持最大通航流量时，航道仍处于缓流状态，因此，枯水期需注意泥 沙淤积形成的碍航边滩、散滩及江心洲造成的碍航现象。 采用明渠导流的工程有如下主要特点： 1 ) 对于工程河段相对比较狭窄的河床，利用岸边滩地开挖明渠供初期导流， 明渠内主体工程混凝土量较小，且施工简便，一般可与其他施工准备工程同时进 行，这样有利于缩短工期，例如新丰江、柘溪、龚嘴、宝珠寺等工程。如果在明 渠内设置导流底孔，则可做到河床一次断流，取得与隧洞导流同等的效果，且施 工难度和导流费用可大幅度降低，例如白山、安康工程等。如果导流流量很大， 例如岩滩工程，则明渠导流较隧洞导流更有利。 2 ) 对于工程河床虽较宽，但覆盖层厚或水深较大的河床，如不开挖明渠分期 导流，纵向围堰将修建在覆盖层深厚或水深较大之处，难于修建，例如龚嘴、铜 街子、水口、长江三峡工程等。 第二章向家坝电站施工期导流通航方案研究 9 3 ) 对于工程导流流量大，明渠开挖量也大的河床，要尽量与永久工程相结合， 例如岩滩与水口水电站都是利用岸边永久船闸或升船机布置导流明渠。长江三峡 工程为明渠导流的一个特例，该工程本可在明渠内先浇筑大坝并设置导流底孔或 缺口，但为了满足十分重要的航运要求，利用右岸后河扩挖成宽达3 5 0 m ，可全年 通航的特大导流明渠。明渠封堵后，在修建右岸引水坝段及坝后厂房期间，用高 碾压混凝土围堰挡水，为左岸永久船闸通航和左岸厂房提前发电创造条件。 我国部分采用明渠导流水电工程参数见表2 1 嫡1 。 表2 1 我国部分导流明渠工程参数 t 出2 1t h ed i v e r s i o nc h a n n e le n g i n e e r i n gp a r a m e t e r so fo u rc o u n t r y 工程导流 设计流明渠尺寸( m )底坡综合 坝型 断面形式 名称方式量m 3 s长 宽 ( m )利用 龚嘴重力坝明渠 9 6 5 0 梯形 6 0 03 5 - 4 55 4 漂木 映秀湾泄水闸明渠6 2 0矩形3 0 8 1 47 8 4 漂木 鲁 击水 装配式重力坝 明渠 3 0 0 0 复式断面 8 5 01 2 2 33 0 ，o 4 2 柘溪 大头坝明渠、隧洞1 3 0 0梯形5 6 01 62 5放木 白山重力拱坝明渠 3 4 9 0 梯形 5 6 72 07 o ，o 排冰 黄龙滩重力坝明渠 8 0 0 梯形 3 2 882 5 ，1 1 5 新丰江大头坝明渠 1 0 0 0 梯形 4 0 081 o 池潭拱坝明渠1 0 2 0梯形3 7 0 81 o 放木 铜街子 重力坝 明渠 1 0 3 0 0矩形5 9 05 41 0漂木 岩滩重力坝明渠 1 5 1 0 0 矩形 1 1 1 06 5 宝珠寺重力坝明渠 9 5 7 0 矩形 5 2 73 5 水口重力坝明渠3 2 2 0 0矩形1 1 7 07 53 o通航。放木 三峡重力坝明渠8 3 7 0 0 复式断面 3 4 1 03 5 0通航 大峡重力坝明渠 5 0 0 0 矩形 6 2 84 0 安康重力坝明渠4 7 0 0梯形4 1 2 4 0 通航 2 2 3 临时船闸通航 当施工期采用永久船闸或明渠通航不能达到，或不经济、不能保证全年通航、 不能满足客货运量通过要求时，可采用修建临时船闸通航的方式。 临时船闸一般用于工程分期围堰施工。当临时通航不能与永久通航建筑物结 合时，可在第一期工程内修建临时船闸，以解决第二期工程施工至水库开始蓄水 1 0 第二章向家坝电站施工期导流通航方案研究 期间的施工通航。由于临时船闸使用期短、投资大、技术要求高、布置困难，国 内工程中应用的目前仅有五强溪水电站和三峡水利枢纽。 2 2 4 临时船闸结合导流明渠通航 位于客货运量大、重要航道上的水利枢纽工程，施工期较长，采用单项l l 缶时 通航设施，不能满足客货运量通过需求，不能保证航运畅通的要求时，可采用多 种临时设施相结合的方式。临时船闸与导流明渠相结合，两者相辅相成，交替使 用，能更好的保证航运畅通。 三峡工程是明渠导流和临时船闸相结合通航运行成功的范例口1 。当流量在 2 0 0 0 0 m 3 s 以下时，由明渠通航，超过此流量时，为保证航运安全，由左岸临时船 闸通航。在三峡工程中，导流明渠结合临时船闸承担施工期通航任务，其通航保 证率较高，明渠通过能力大，通航时间长，调度简便灵活，临时船闸每年运行天 数较少，可利用闲置时间检修和航道疏浚，运行较为安全；一期工程较简单，前 期投入少，利于工程提前开工；由于明渠泄流能力大，大大降低了二期围堰的挡 水高度和混凝土上游纵向围堰的高度，简化了二期导流工程的技术难度，缩短了 工期剐。 2 2 5 利用永久通航建筑物通航 通航建筑物西1 是用于克服集中水位落差或地形障碍而升降或通过船舶的水工 设施。又称过船建筑物。通航建筑物按功能可分为升降船舶的建筑物和通过船舶 的建筑物两类。升降船舶的建筑物又可分为船闸与升船机两种基本型式。此两种 型式的通航建筑物在水利枢纽中用以克服集中于拦河坝的水位差，使船舶从一个 水位提升或下降至另一水位，实现船舶航行过坝的目的。通过船舶的建筑物包括 航运隧洞与航运渡槽，是在人工运河上常需采用的通航建筑物。当人工运河穿越 高山时，为减少大量开挖而开凿隧洞过船。当人工运河跨越山谷或需架空时，则 需建设航运渡槽，以使船舶在架空的渡槽中通过。 船闸与升船机相比具有容纳船队的较大闸室，在中低水头下有较大的通过能 力，可适应各种尺度的船队过闸，采用广泛。升船机在高水头情况下适应性较强， 但机电设备量大，制造与安装精度要求较高。 2 。2 5 1 利用永久船闸通航 采用分期导流的低水头单级船闸枢纽，利用永久船闸作为施工期通航，是一 种可行的措施。典型代表工程有湖南省的大源渡航电枢纽、株洲航电枢纽以及凌 津滩枢纽等。但随着枢纽水头的增加，施工期通航的复杂性也愈大。按水头可分 成以下三种类型： 第二章向家坝电站施工期导流通航方案研究 1 1 1 ) 低水头枢纽。永久通航常为单级船闸，船闸先施工，河道截流后即可利用 船闸通航。如长江葛洲坝、江西万安、湖南白渔潭及青山等工程。 2 ) 中水头枢纽。常为两级船闸，如果两级船闸中间有条错船渠道时，可自 上游挖一条临时通航渠道与错船渠道相连，将下一级船闸作为施工期通航。施工 第三期通航先利用左岸船闸的下闸室作为单级船闸使用，把上闸室作为渠道。当 右岸船闸可以过船时，航运从左岸移到右岸，两岸交替进行，过渡到两岸均为永 久船闸的通道，保持了施工期不断航。 3 ) 高水头的大型枢纽。常为多级船闸，利用永久船闸作为施工期通航时较为 复杂，或代价较高，一般较难实现。三峡水利枢纽三期施工期，利用双线五级船 闸通航，通过降低第一级闸首底板高程的方法，用四级闸室通航。 2 2 5 2 利用永久升船机通航 升船机利用机械装置升降船舶以克服航道上集中水位落差的通航建筑物。由 承船厢、支承导向结构、驱动装置、事故装置等组成。船只上行时，从下游引航 道驶入承船厢，关闭闸门和下游端厢门后，泄去这两门之间缝隙内的水体，松开。 承船厢与下闸首的拉紧和密封装置，在驱动装置作用下，承船厢上升并停靠与上 闸首对接的位置；松开承船厢与上闸首间的拉紧和密封装置，给闸门之间空隙内 灌水；开启上闸首的工作闸门及承船厢上游端的船厢门，船只即驶进上游引航道。 下行时则相反。 永久升船机有斜面和垂直升船机两种类型。在实际运行中，由于升船机设计、 制造、安装、试运行等一系列问题，很难达到施工通航的工期要求。在工期安排 上，升船机必须提前兴建，即土建施工、设备制造、运输、安装及用电负荷等都 必须相应提前。需要合理安排施工程序和施工力量，还要妥善解决升船机施工、 安装、运行与其他建筑物施工的干扰。 2 2 6 利用闸孔、缺口及底孔通航 闸孔导流：利用闸孔通航，在流速、流态满足通航要求时，是可以实现的。 广东省的飞来峡、浙江省的富春江、福建省的水口、湖南省的马迹塘等水电站都 曾利用闸孔( 或底孔) 过船，对施工期通航和放木起了一定作用，但是马迹塘电 站闸孔通航发生事故较多。事故发生的原因一般是：通航流量控制不当，流速、 落差过大；闸孔上、下游引航区不符合行船要求，围堰未拆除干净；组织管理不 善，无安全行船标记，随意通行。 底孔导流：即事先在混凝土坝体内修好临时底孔或永久底孔，导流时让全部 或部分导流流量通过底孔渲泄到下游，保证工程继续施工。 缺口导流：混凝土坝施工过程中，当汛期洪水暴涨暴落，其它建筑物( 如导 1 2 第二章向家坝电站施工期导流通航方案研究 流底孔、明渠、隧洞等) 不足以渲泄全部流量时，为了不影响施工进度，使大坝 在涨水时仍能继续施工，不致使围堰过高，可以在未完建的混凝土坝体上预留缺 口以便配合其它导流建筑物渲泄洪水。等洪水过后，上游水位回落，再继续修筑 缺口。 缺口、底孔和闸孔导流，只要流速、流态满足通航要求，也可以通航。但如 果底孔或缺口设在明渠内，通航条件不仅决定于底孔或缺口，还取决于上、下游 明渠的水流衔接，一般较难达到安全通航要求n 们。 导流底孔是在坝体内设置的泄水孔，主要用于河床内导流的工程。采用隧洞 导流的工程在施工后期，往往可利用坝身泄洪孔口导流，因此只有在特定条件下 才设置导流底孔，例如二滩、乌江渡、东风等工程。二些闸坝式工程虽采用河床 内导流的方式，但由于泄洪闸堰项高程很低，可用闸孔导流，不必另设导流底孔， 例如葛洲坝、大峡、凌津滩以及映秀湾等工程。有些工程的导流底孔还用于施工 期通航和放木，例如水口、安康等工程。 2 2 7 翻坝转运通航 在航运河段上修建大坝，施工期因通航建筑物未建成、汛期洪水或其他原因 致使该河段中断通航，乘船旅客和货物在大坝上游的码头弃船登岸，改由汽车转 运至大坝下游的码头继续上船运输，这一过程被形象地称为客货“翻坝转运”h 。 翻坝转运方案实施之前，应保证便利的交通道路资源就绪。一般情况下，翻坝转 运路线选择水一陆一水的转运方式，或者采取水陆的方式直接运送物资到目的 地。 实践证明，翻坝转运被认为是断航对客货运输影响的有效弥补和解决办法。 三峡工程建设期间，就曾经有过多次翻坝转运的成功经验。向家坝水电站施工期 翻坝转运方案的提出是建立在金沙江航运特点的基础上，借鉴并发展了三峡工程 翻坝转运的成功经验。 2 3 施工导流期通航问题研究现状与分析 2 3 1 五强溪水电站施工期通航问题 ( 利用临时船闸通航范例) 五强溪水电站嘲位于沅水下游，枢纽工程主要由左岸三级船闸、河床溢流坝段、 右岸引水坝段及坝后厂房组成。坝址河床右侧为礁滩，左侧为深水河槽，具有分 期围堰的天然条件。 五强溪水电站采用分期围堰、汛期限制基坑过水次数的导流方案。为满足发 电、通航和导流的要求，采取先施工右溢流坝段、临时船闸及坝后厂房的方式。 第二章向家坝电站施工期导流通航方案研究 1 3 施工导流采用分期导流方式： 1 ) 第一期围右岸礁滩浅水区，用水下混凝土施工方法浇筑上下游纵向围堰， 形成一期基坑，进行右溢流坝段、引水坝段及坝后厂房的施工，并利用泄洪中孔 坝段修建临时船闸，由左岸深水河槽导流与通航。 2 ) 第二期围左岸主河床，修筑二期上、下游围堰，以临时船闸及左导墙为纵 向围堰，形成二期基坑，由右溢流坝段3 个7 5 m xl o m 和2 个8 5 l o m 导 流底孔及缺口泄流，用临时船闸通航，并在汛期泄洪。 五强溪工程二期临时船闸共运行l0 3 5d ，通航8 5 2d ，断航1 8 2d ，通航保证 率8 2 4 ，年平均通过货物3 5 4 万t ，木排1 2 2 万m 3 ，旅客1 0 4 万人次。共通过 船舶3 3 4 2 8 艘，通过货物1 0 9 5 万t ，木材3 4 6 5 万m 3 ，载客2 8 1 5 万人次，运行 正常，未发生滞航现象和重大事故。 该工程左岸主河槽于1 9 9 1 年1 1 月截流，1 9 9 4 年l o 月上旬开始蓄水， 同年年底发电，1 9 9 5 年1 月上旬左岸永久船闸通航，是我国首例用临时船闸实 现了施工期正常通航以及发电与通航同步的工程。 根据沅水航运现状、河道水文特性、电站枢纽布置、施工导流方式、工程施 工设计等，进行综合比较，临时船闸方案胜过其他方案的优势如下： 1 ) 工程费较省。临时船闸设置在中孔坝段，它的部分建筑物可与永久建筑物 和导流建筑物相结合，总造价约可省4 0 0 0 万元； 2 ) 运价省。临时船闸方案物资过坝平均每吨少8 9 元( 只是驳运方案费用 的2 7 ) ，经济性非常明显。 3 ) 过坝运输的时间少。但临时船闸方案在运行中不可避免的有断航时间。即 一期围堰拆除转入二期围堰施工及开始下闸蓄水至永久船闸投入运行的交替期间 需采用临时驳运或给予经济补偿解决。 五强溪临时船闸的设计，采取了两结合- n 用的综合方案引：即与永久建筑 物的泄洪中孔相结合，与导流建筑物的纵向围堰相结合，利用船闸泄洪。这种综 合方案，既降低了工程造价又充分发挥了建筑物的综合效用 1 4 第二章向家坝电站施工期导流通航方案研究 图2 2 五强溪水电站平面布置图 f i g2 2t h ef l a tp l a no f w u q i a n g x ip o w e rs t a t i o n 2 3 2 葛洲坝工程施工期通航问题 ( 利用闸孔、缺口及底孔通航范例) 葛洲坝水利枢纽n 2 1 位于长江干流宜昌市上游，葛洲坝和西坝两个江中岛屿从右 岸到左岸将长江分为大江、二江及三江，右岸大江为深水主河道，可常年通航， 二江、三江为浅水河槽，对外交通及主要施工场地均位于左岸。枢纽工程主要建 筑物横贯葛洲坝和西坝作为一列式直线布置，自右岸到左岸依次为大江冲沙闸、 大江1 号船闸、大江电厂、二江泄水闸、二江电厂和三江2 号、3 号船闸及三江冲 沙闸等。 葛洲坝工程一期施工期间，大江照常通航。大江截流龙口拦石坎施工期，大 江右岸主航道保持宽度1 2 0m 通航。1 9 8 0 年1 0 月，当大江截流戗堤从左岸开始进 占，江面逐渐缩窄，相同流量下的流速、比降不断增大，截流河段的航运条件开 始改变，进入截流施工通航阶段。当江面缩窄至一定程度，特别是1 1 月上旬，上 游戗堤右岸开始进占，船舶无法通行，航运中断。从此开始，直到三江船闸启用 为止，为施工断航期，如何缩短断航时间以及安排好断航期间的客货转运问题， 对长江航运有很大的意义。 为满足导流、通航及提前发电的要求，分期导流及通航方式为： 第= 向家坝电# 施工期导流通航方寰研究 1 ) 一期导流截断二江及三江，修筑上下游土石围堰，并利用葛洲坝滩地填筑 纵向围堰，形成一期基坑，修建二江泄水闸、二江电厂及三江船闸和冲沙闸，由 右岸大江主河槽导流与通航。 2 ) 二期导流拦断大江主河槽，修筑二期上下游围堰，以船闸导水墙及格型钢 板桩组成二期纵向围堰，由二江泄水闸泄洪与调控上游水位，并利用大江上游土 石围堰挡水，高程降低的泄洪闸缺口导流及通航。 葛洲坝工程充分利用地形优化枢纽布置及分期导流程序，泄洪、导流、通航、 发电紧密结合，从而发挥了闸坝式工程可在低水头下运用的特性，以围堰挡水、 泄水闸导流与泄洪，取得施工期长江基本正常通航和提前发电的巨大经济效益和 社会效益。 类似运用闸孔、缺口及底孔通航的还有五强溪下前的凌津滩水电站阻及汉江 上游的安康电站等。凌津滩工程一期导流期间先围右岸礁滩，修建右岸泄水闸及 永久船闸，由左侧主河床通航，在二期导流期间，由；】| 水阃导流，并采用降低闸 首底坎高程的永久船闸提前通航。 图23 葛洲坝水电站平面布置匣 f i 9 2 3 t h e f l a t p i 壮o f g e n h o u b a p o w e rs t a t l o n 2 3 3 株洲航电枢纽施工期通航问题 ( 利用永久船闸通航范例) 株洲航电枢纽“”位于株洲县雷打石镇与三门镇之间的空洲河段，