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航運路線施工期臨時通航設(shè)計論文
1工程概況
老口航運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。老口航運樞紐是郁江綜合利用規(guī)劃十個梯級中自上而下的第7個梯級,是一座以航運、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。本工程施工導流采用分期導流方式。施工程序為:在一枯時填筑左岸一期過水草土圍堰和右岸臨時圍堰,利用縮窄后的主河道導流和通航。一汛前拆除右岸臨時圍堰,利用右岸一期全年圍堰擋水繼續(xù)進行右岸基坑施工,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孔溢流壩導流,同時利用二期圍堰蓄水發(fā)電和船閘通航。導流標準和時段分別為:右岸臨時圍堰選擇枯水期11月1日-次年4月30日,相應5年一遇的洪峰流量為3030m3/s;左岸一期過水圍堰選擇導流時段為枯水期10月15日-次年5月31日,相應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年一遇的洪水標準,相應洪水流量為13800m3/s;二期圍堰選擇枯水期10月15日-次年5月31日10年一遇的洪水標準,相應洪水流量為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,目前在郁江從事運輸?shù)拇岸嘁?00t級左右的機動駁運船為主,中洪水期可通航300t級貨船。
3施工期通航標準
壩址段河道為Ⅵ級航道,根據(jù)《內(nèi)河通航標準》(GB50139-2004)的規(guī)定,Ⅵ級航道設(shè)計最低通航水位的多年歷時保證率為95%-90%,設(shè)計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)計最低通航水位的多年歷時保證率為95%,設(shè)計最高通航水位的洪水重現(xiàn)期為5年。對應標準的洪峰流量分別為:設(shè)計最高通航水位洪水重現(xiàn)期5年一遇對應流量為11700m3/s,設(shè)計最低通航水位的多年歷時保證率為95%時對應的流量為281m3/s。根據(jù)壩址河道現(xiàn)狀標準,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施工期臨時通航水力計算本工程施工期通航分兩個階段考慮,第一階段為一期導流期間利用縮窄后的河道通航,第二階段為二期導流期間利用新建船閘臨時通航。
4.1一期導流期間的施工期通航根據(jù)施工導流布置,一期圍堰切斷了現(xiàn)狀右側(cè)主航道,導致臨時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)臨時航道進行整治,對險灘暗礁地段進行炸除,對泥沙淤積處進行疏浚處理。經(jīng)過整治后的左側(cè)臨時航道滿足一期工程施工期間船只的通航要求。
4.1.1水力計算為驗證一期導流期間左側(cè)河道是否滿足通航要求,對縮窄的河道內(nèi)不同斷面進行了通航水力計算(斷面位置見圖1)。計算結(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,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,水深、流速均滿足通航要求;③汛期在最高通航標準5年重現(xiàn)期內(nèi)所有各級流量對應的流速均不大于3m/s,水深均滿足通航要求。據(jù)1947-2008年洪水資料統(tǒng)計,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)計資料表明,一期工程施工期間,發(fā)生大洪峰而導致不滿足通航的天數(shù)和次數(shù)不多,且歷時短,對通航影響不大。4.1.2水工模型試驗[2]為了驗證一期導流期間的施工期通航情況,進行了水工模型試驗,水工模型試驗顯示:①在一枯(11月1日-次年4月30日)期間來流量小于1500m3/s時,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,流速均滿足通航要求;③汛期流量大于3000m3/s時明渠內(nèi)流速均大于3m/s,通航困難。據(jù)1947-2008年洪水資料統(tǒng)計,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)計的資料表明,一期工程施工期間,在兩個枯水期內(nèi)發(fā)生大洪峰而導致不滿足通航的天數(shù)和次數(shù)不多,且歷時短,對通航影響不大。汛期時通航較困難,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、斷航的時間及其影響
4.3.1一期導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大,根據(jù)一期施工導流模型試驗成果,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)施工進度安排和蓄水計劃要求,圍堰開始填筑至庫水位蓄水達到最低通航水位70m時共需要約40d;降低水位拆除圍堰和再次蓄水到最低通航水位70m時需要約20d,兩個階段需斷航約2個月,擬在斷航時段采取貨物轉(zhuǎn)運和資金補償?shù)霓k法解決。斷航期貨物可通過壩址上、下游轉(zhuǎn)運碼頭轉(zhuǎn)運,轉(zhuǎn)運方式為人工或汽車吊裝卸、汽車運輸,短途貨物可從始發(fā)地直接改用汽車或火車運輸。
5施工期臨時航道設(shè)計
5.1航線設(shè)計壩址段現(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,一期左右岸同時施工,利用左側(cè)縮窄河床導流和通航,為驗證施工期安全通航,進行了水工模型試驗。水工模型試驗表明,一期枯水期施工時,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),在明渠進口處,左岸臨時圍堰裹頭附近存在角度在20°-23°左右的斜流,通過船舶均應避開距左岸圍堰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,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,應在左岸過水圍堰附近設(shè)置導航標志。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。航線進口位于壩址上游450m處,與原有河道相接。進入明渠進口后,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級航道標準,最小寬度為30m,根據(jù)水工模型試驗成果,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)臨時航道進行整治,考慮臨時航道內(nèi)流速較大,需對航道內(nèi)的暗礁地段進行水下炸礁,對泥沙淤積處進行疏浚處理。在上游左右岸圍堰縮窄口以上按60.8m高程進行炸礁清淤,下游左右岸圍堰出口按60.4m高程進行清淤,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助導航設(shè)計試驗表明,在一枯(11月1日-次年4月30日)期間,當流量達到或超過1500m3/s以上時,明渠內(nèi)面流速基本上在整個斷面都達到3.0m/s以上,在二枯(10月15日-次年5月31日)和汛期,流量達到或超過3000m3/s以上時,明渠內(nèi)面流速基本上在整個斷面都達到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)試驗所得的航跡線在導流明渠上下游端部一定范圍內(nèi)布設(shè)側(cè)位導助航標志,其中上游明渠口門水域左右兩側(cè)各布置兩個導助標志,下游明渠口門水域左右兩側(cè)各布置1個導助航標志,以指引過往船舶安全通過導流明渠。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停泊等待過航。每塊錨地上各設(shè)2座錨地專用標和1座錨地標志。
6施工期安全通航的措施
為保障一期施工期間臨時通航的安全,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行清理,以滿足施工期通航要求;(2)在導流明渠上下游端部一定范圍內(nèi)布設(shè)側(cè)位導助航標志,其中上游明渠口門水域左右文秘站:兩側(cè)各布置兩個導助標志,下游明渠口門水域左右兩側(cè)各布置1個導助航標志,以指引過往船舶安全通過導流明渠;(3)在整治壩址段一期臨時航道的同時,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,當過往船只通過有困難時,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)單位應將老口航運樞紐工程的施工布置、施工內(nèi)容、施工進度以及計劃安排等及時上報航道及海事管理部門;(2)工程建設(shè)單位或業(yè)主應委托航道管理部門,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,對工程區(qū)船舶通行進行調(diào)度指揮,以便在施工期引導上下水船舶安全通過工程區(qū)河段。同時在通航區(qū)域和圍堰位置按需要布設(shè)臨時和助航標志,避免船只擱淺或碰撞,并進行維護。(3)海事管理單位應駐守現(xiàn)場,若發(fā)現(xiàn)安全通航存在問題,應及時向施工單位提出要求,確保船舶安全通航。老口航運樞紐工程上游有多個電站和水庫,流量及水位變化較大,施工期間應加強與上游水文站的聯(lián)系工作,隨時關(guān)注上游河道來水情況及水位變化情況,根據(jù)水情預報情況及時采取安全措施,避免造成不必要的人員和財產(chǎn)損失;(4)因老口航運樞紐工程施工期長,建議建設(shè)單位或施工單位主動與航道管理部門聯(lián)系,做好施工中的安全防范工作,并配合航道管理部門進行施工期的安全維護工作。
7結(jié)語
老口航運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)計時應盡量考慮縮短斷航或礙航的時間,通過河道疏浚、炸礁等工程措施滿足施工期臨時通航要求,統(tǒng)計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進行驗證。工程已于2010年底填筑左岸船閘圍堰、右岸臨時圍堰,疏浚右側(cè)航道,改變航道后至今在一期導流期間未出現(xiàn)船只通行困難、船只擱淺觸礁的情況,驗證了一期導流期間施工期臨時航道設(shè)計是有效可行的
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