航运路线施工期临时通航设计论文
1工程概况
老口航运枢纽位于郁江河段上游左江与右江汇合口下游约4.7km处,坝址距离南宁市约28km。老口航运枢纽是郁江综合利用规划十个梯级中自上而下的第7个梯级,是一座以航运、防洪为主,结合发电,兼顾改善南宁市水环境等效益的水资源综合利用工程。水库正常蓄水位75.5m,总库容25.87亿m3,枢纽沿坝轴线从左到右的布置依次为:左岸接头土坝、门库坝段、船闸、连接重力坝段、泄水闸坝、河床式电站厂房、右岸混凝土重力坝及右岸接头土坝,鱼道布置在厂房右侧,从右岸混凝土重力坝中间穿过。近库右岸布置土石副坝6座。本工程施工导流采用分期导流方式。施工程序为:在一枯时填筑左岸一期过水草土围堰和右岸临时围堰,利用缩窄后的主河道导流和通航。一汛前拆除右岸临时围堰,利用右岸一期全年围堰挡水继续进行右岸基坑施工,左岸过水围堰与左岸主河道联合度汛,主河道通航。二枯填筑左岸草土围堰子堰挡水施工船闸,利用缩窄后的主河道导流和通航。二期修建左岸9孔溢流坝,利用已建好的右岸4孔溢流坝导流,同时利用二期围堰蓄水发电和船闸通航。导流标准和时段分别为:右岸临时围堰选择枯水期11月1日-次年4月30日,相应5年一遇的洪峰流量为3030m3/s;左岸一期过水围堰选择导流时段为枯水期10月15日-次年5月31日,相应10年一遇的洪峰流量为6430m3/s;右岸一期全年围堰采用全年10年一遇的洪水标准,相应洪水流量为13800m3/s;二期围堰选择枯水期10月15日-次年5月31日10年一遇的洪水标准,相应洪水流量为6430m3/s。
2坝址河段通航条件与现状
坝址段河道为不对称的宽阔“U”型谷,在河流中部为一江心砂洲,砂洲将河道一分为二,左侧河道水面宽140-170m,河水较浅,为0-2m,局部见礁石呈长带状分布;右侧河道水面宽80-120m,河水较深,水深0-6.5m不等,为目前通行主航道。据调查,在2008年前坝址段通航航道为左侧河道,经过多年河床演变后,左侧河道水深较浅,同时为了提高航道的通过能力以及通航的安全性,航道主管部门对右侧河道进行了深挖疏浚,将该段航道由江心砂洲左侧改至江心砂洲右侧河道。郁江为常年通航河流,必须考虑施工期的通航问题。由于受航道条件制约,目前在郁江从事运输的船舶多以100t级左右的机动驳运船为主,中洪水期可通航300t级货船。
3施工期通航标准
坝址段河道为Ⅵ级航道,根据《内河通航标准》(GB50139-2004)的规定,Ⅵ级航道设计最低通航水位的多年历时保证率为95%-90%,设计最高通航水位的洪水重现期为5年。根据本河段天然航道通航条件以及郁江通航的船型情况,确定施工期设计最低通航水位的.多年历时保证率为95%,设计最高通航水位的洪水重现期为5年。对应标准的洪峰流量分别为:设计最高通航水位洪水重现期5年一遇对应流量为11700m3/s,设计最低通航水位的多年历时保证率为95%时对应的流量为281m3/s。根据坝址河道现状标准,最小航道尺度为:航宽×水深×弯曲半径=30m×1.5m×300m,根据郁江通航的船型情况,通航流速的条件为V≤3m/s。
4施工期临时通航水力计算本工程施工期通航分两个阶段考虑,第一阶段为一期导流期间利用缩窄后的河道通航,第二阶段为二期导流期间利用新建船闸临时通航。
4.1一期导流期间的施工期通航根据施工导流布置,一期围堰切断了现状右侧主航道,导致临时航道又重新回到了左侧河道。围堰填筑后,左侧过流河道底宽约140m,为满足施工期通航,在填筑围堰前先对左侧临时航道进行整治,对险滩暗礁地段进行炸除,对泥沙淤积处进行疏浚处理。经过整治后的左侧临时航道满足一期工程施工期间船只的通航要求。
4.1.1水力计算为验证一期导流期间左侧河道是否满足通航要求,对缩窄的河道内不同断面进行了通航水力计算(断面位置见图1)。计算结果表明:①在一枯(11月1日-次年4月30日)期间来流量小于2000m3/s时,水深、流速均满足通航要求;②二枯(10月15日-次年5月31日)期间来流量小于5000m3/s时,水深、流速均满足通航要求;③汛期在最高通航标准5年重现期内所有各级流量对应的流速均不大于3m/s,水深均满足通航要求。据1947-2008年洪水资料统计,在11月1日-次年4月30日期间,超过2000m3/s的流量共有56d,平均每年0.9d;在二枯导流期间(10月15日-次年5月31日)超过5000m3/s的流量共有34d,平均每年0.55d。以上62年统计资料表明,一期工程施工期间,发生大洪峰而导致不满足通航的天数和次数不多,且历时短,对通航影响不大。4.1.2水工模型试验[2]为了验证一期导流期间的施工期通航情况,进行了水工模型试验,水工模型试验显示:①在一枯(11月1日-次年4月30日)期间来流量小于1500m3/s时,流速满足通航要求;②二枯(10月15日~次年5月31日)期间来流量小于3000m3/s时,流速均满足通航要求;③汛期流量大于3000m3/s时明渠内流速均大于3m/s,通航困难。据1947-2008年洪水资料统计,在11月1日-次年4月30日期间,超过1500m3/s的流量共有180d,平均每年2.9d;在二枯导流期间(10月15日-次年5月31日)超过3000m3/s的流量共有119d,平均每年1.92d。以上62年统计的资料表明,一期工程施工期间,在两个枯水期内发生大洪峰而导致不满足通航的天数和次数不多,且历时短,对通航影响不大。汛期时通航较困难,需采取助航措施。
4.2二期施工期通航二期工程施工期间,利用右4孔闸坝控泄流量,利用二期围堰挡水,上游水位蓄至船闸上游最低通航水位70m,船只通过一期已建好的船闸通航。
4.3施工期碍航、断航的时间及其影响
4.3.1一期导流期间对通航的影响在一期工程施工期间,由于河道被束窄,汛期水流流速较天然情况时大,根据一期施工导流模型试验成果,在一枯(11月1日-次年4月30日)期间来流量大于1500m3/s、二枯(10月15日-次年5月31日)与汛期期间来流量大于3000m3/s时明渠内流速均大于3m/s,船舶上航困难,下行满足通航要求。
4.3.2截流施工对通航的影响根据施工进度安排和蓄水计划要求,围堰开始填筑至库水位蓄水达到最低通航水位70m时共需要约40d;降低水位拆除围堰和再次蓄水到最低通航水位70m时需要约20d,两个阶段需断航约2个月,拟在断航时段采取货物转运和资金补偿的办法解决。断航期货物可通过坝址上、下游转运码头转运,转运方式为人工或汽车吊装卸、汽车运输,短途货物可从始发地直接改用汽车或火车运输。
5施工期临时航道设计
5.1航线设计坝址段现有航道位于江心砂洲右侧河道,通航宽度约35m,长度约550m,河床平均高程58m。出江心砂洲后分别与上下游深潭相接,形成现有通航航道。工程施工后,一期左右岸同时施工,利用左侧缩窄河床导流和通航,为验证施工期安全通航,进行了水工模型试验。水工模型试验表明,一期枯水期施工时,受整体河势及河床束窄的双重影响,上游来流主流偏向河道左岸一侧,在明渠进口处,左岸临时围堰裹头附近存在角度在20°-23°左右的斜流,通过船舶均应避开距左岸围堰40m的范围,以避免斜向水流的影响。在右岸围堰裹头附近,存在16°-20°左右的斜向水流,通过船舶均应避开距左岸围堰30m的范围,以避免斜向水流的影响。一期度汛时,受整体河势及河床束窄的双重影响,上游来流主流偏向河道左岸一侧,在明渠进口处,右侧纵向围堰堤头附近存在17°左右的斜流,通过船舶均应避开距纵向围堰30m的范围,以避免斜向水流及在堤头挑流作用下游的漩流影响,而左侧需注意左岸过水围堰的影响,应在左岸过水围堰附近设置导航标志。根据水流流态与流速分布,测试出施工期内最佳安全通航线路。航线进口位于坝址上游450m处,与原有河道相接。进入明渠进口后,顺直通往河床缩窄段,在坝下900m与河道下游弯段衔接。根据现有Ⅵ级航道标准,最小宽度为30m,根据水工模型试验成果,缩窄段河道可形成80m宽的航道,航线中心线长2.47km,中心线距左岸岸边约95m。根据现阶段实测水下地形,在上游左岸围堰裹头处局部有礁石出露,由于常年采沙破坏,河道留有采砂后的沙砾石,对临时航道内存在的局部石脉带等礁石以及河道采砂后留下的沙砾石等碍航物进行清理,避免给施工期安全通航造成隐患。为了施工期船只安全通航,要求在填筑围堰前先对左侧临时航道进行整治,考虑临时航道内流速较大,需对航道内的暗礁地段进行水下炸礁,对泥沙淤积处进行疏浚处理。在上游左右岸围堰缩窄口以上按60.8m高程进行炸礁清淤,下游左右岸围堰出口按60.4m高程进行清淤,中间缩窄段航道清淤高程从60.8m放坡至下游明渠出口60.4m高程。
5.2助导航设计试验表明,在一枯(11月1日-次年4月30日)期间,当流量达到或超过1500m3/s以上时,明渠内面流速基本上在整个断面都达到3.0m/s以上,在二枯(10月15日-次年5月31日)和汛期,流量达到或超过3000m3/s以上时,明渠内面流速基本上在整个断面都达到3.0m/s以上,船舶通过较困难,施工期需在坝址附近设置一艘大马力的拖轮助航。根据试验所得的航迹线在导流明渠上下游端部一定范围内布设侧位导助航标志,其中上游明渠口门水域左右两侧各布置两个导助标志,下游明渠口门水域左右两侧各布置1个导助航标志,以指引过往船舶安全通过导流明渠。利用坝址上下游永久船闸设置的锚地区作为一期施工期间船只的锚地,其中,上游锚地设在上游河弯道前坝上约2.0km的右岸边,占用水域面积200m×100m,下游锚地设在下游河弯的左岸边,占用水域面积为350m×75m,以供上下游船舶临时停泊等待过航。每块锚地上各设2座锚地专用标和1座锚地标志。
6施工期安全通航的措施
为保障一期施工期间临时通航的安全,需分别采取工程措施、助航和管理等一系列措施。6.1工程措施(1)对临时航道内存在的局部石脉带等礁石、以及河道采砂后留下的沙砾石等碍航物进行清理,以满足施工期通航要求;(2)在导流明渠上下游端部一定范围内布设侧位导助航标志,其中上游明渠口门水域左右文秘站:两侧各布置两个导助标志,下游明渠口门水域左右两侧各布置1个导助航标志,以指引过往船舶安全通过导流明渠;(3)在整治坝址段一期临时航道的同时,先清理永久船闸设置的上下游最近的一块锚地区,兼顾作为一期施工期间通航的锚地。6.2助航措施为了确保汛期船只通航安全,在坝址设置一艘大马力拖轮,当过往船只通过有困难时,采取助航措施。6.3管理措施(1)为了保障施工区域通航安全,在工程开工以前,工程建设单位应将老口航运枢纽工程的施工布置、施工内容、施工进度以及计划安排等及时上报航道及海事管理部门;(2)工程建设单位或业主应委托航道管理部门,在工程开工前划定施工区域和通航区域,拟定“施工期水上交通安全管理暂行规定”,告示船舶通过工程区航道的安全注意事项,对工程区船舶通行进行调度指挥,以便在施工期引导上下水船舶安全通过工程区河段。同时在通航区域和围堰位置按需要布设临时和助航标志,避免船只搁浅或碰撞,并进行维护。(3)海事管理单位应驻守现场,若发现安全通航存在问题,应及时向施工单位提出要求,确保船舶安全通航。老口航运枢纽工程上游有多个电站和水库,流量及水位变化较大,施工期间应加强与上游水文站的联系工作,随时关注上游河道来水情况及水位变化情况,根据水情预报情况及时采取安全措施,避免造成不必要的人员和财产损失;(4)因老口航运枢纽工程施工期长,建议建设单位或施工单位主动与航道管理部门联系,做好施工中的安全防范工作,并配合航道管理部门进行施工期的安全维护工作。
7结语
老口航运枢纽工程位于通航河道上,常年通航,由于工程的建设,使得原主航道改变,工程设计时应尽量考虑缩短断航或碍航的时间,通过河道疏浚、炸礁等工程措施满足施工期临时通航要求,统计历年水文资料分析通航受影响的频率,从理论上论述工程的可行性,并通过水工模型试验进行验证。工程已于2010年底填筑左岸船闸围堰、右岸临时围堰,疏浚右侧航道,改变航道后至今在一期导流期间未出现船只通行困难、船只搁浅触礁的情况,验证了一期导流期间施工期临时航道设计是有效可行的
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