独家原创:汉江蜀河水电站通航建筑物设计

【摘要】汉江上游陕西境内辖区地处秦巴山区，由于地形条件的限制，陆上交通条件较落后，而汉江干流河道坡降较小，有利于中小吨位船舶的通航；由于水运成本低，利用汉江天然河道发展航运已成为本地区对外经贸活动的重要途径。

【关键词】水电站通航建筑物设计

目录

摘要…………………………………………………………………………1

1、工程概况……………………………………………………3

2、基本资料和设计参数………………………………………………3

2.1、航道规模、等级及船舶尺寸……………………………………3

2.2、工程等级及洪水标准………………………………………………3

3、通航建筑物总体布置………………………………………………4

3.1、通航建筑物布置……………………………………………………4

3.2、通航建筑物近期和远期规模规划……………………………………5

3.3、通航建筑物方案比较………………………………………………5

4、升船机水工建筑物设计……………………………………………5

参考文献……………………………………………………………………6

1、工程概况

蜀河水电站工程位于陕西省旬阳县境内的汉江上游干流上，坝址在旬阳县蜀河镇上游约1km处，距上游已建的安康水电站约120km，距下游已建的丹江口水电站约200km，是汉江上游梯级开发规划中的第六个梯级电站。工程的主要任务是发电，并兼顾航运等。电站厂房内布置有6台贯流机组，单机容量45MW。根据汉江流域梯级开发的规划内容，通航建筑物设计是蜀河水电站工程布置的不可缺少的内容之一。

2、基本资料和设计参数

2.1、航道规模、等级及船舶尺寸

2004年统计资料，汉江拥有机动船舶1370艘，总载重吨7399t、载客量15731客位。客船平均22.7客位，客运平均运距16.4km，货船平均19.0载重吨，货船平均运距26.85km，全省运输船舶的平均客位、平均载重吨和平均运距普遍偏低。水路运输量完成客运量320万人、客运周转量5265万人公里、货运量104万t、货运周转量2798万t•km。客运平均运距16.4km，货运平均运距25.66km。汉江运输主要集中在安康库区，运输货类主要有煤炭、建筑材料、农副产品、矿石等，

汉江干流陕西段全长709km，洋县以下455公里为通航河段。其中洋县至渭门61公里河段位峡谷段，河道穿行于著名的黄金峡，是汉江最险峻的航段，可通行10-15T机动船；渭门至石泉大坝长54公里，系石泉库区航道，形成于1973年，当时设计有30T的斜坡式升船机，斜坡道已经施工，但上部结构因故停建，安康——汉中航运中断；石泉至汉阴汉阳坪长45.43公里，为石泉电站下游自然航道，受石泉电站调峰影响；汉阳坪至安康电站大坝130公里，为库区航道，航道水深、面宽，支流密布，形成高等级航道，是汉江陕西段主要通航水域；安康枢纽大坝至白河164公里，是山区峡谷型河道，经过多年整治，现已经达到VI级航道标准。

汉江干流共有港口40个，岸线总长30.6公里，作业码头80个，其中港口年吞吐量在10万吨（或10万人次）以上的16个。

在码头中斜坡占22.92%，直立式10.42%，混合型14.58%，其余为自然岸坡，占52.08%。紫阳港（城区）和安康新港有装卸机械外，其他港口均为人力作业。

2004年纳入统计口径的港口货物吞吐量为142.39万吨，旅客吞吐量424.29万人。吞吐量较大的港口有旬阳、安康、紫阳、岚皋。

2.2、工程等级及洪水标准

根据《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》DL5180-2003的有关规定，枢纽主要建筑物（左右副坝兼溢流表孔、泄洪闸、航运坝段兼泄洪闸及电站厂房上部设兼溢流表孔等）为2级；次要建筑物（纵向导墙、尾水渠、消力池等）为3级；临时建筑物（导流工程、施工临建工程等）按4级建筑物设计。

蜀河水电站工程为河床式电站，大坝为混凝土闸坝结构，正常蓄水位水库总库容为1.76亿m3，装机容量为270MW。根据《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL5180-2003）的规定，本枢纽工程属二等大（2）型工程，枢纽主要建筑物为2级。2级建筑物设计洪水重现期为200年～100年，校核洪水重现期为2000年～1000年。

3、通航建筑物总体布置

通航建筑物总体布置必须贯彻综合利用水资源的基本原则，妥善解决好电站、大坝等水工建筑物布置的关系。满足船舶安全进、出闸和通过能力的要求，并使建成后通航建筑物的使用、管理和维修较为方便。

3.1、通航建筑物布置

根据蜀河坝址处地形、地质条件，结合枢纽总布置，通航建筑物最终采用布置于右岸泄洪闸与右副坝表孔之间，远离了厂房尾水和左岸下游荆竹沟常水流的影响。通航建筑物采用垂直升船机型式，主要建筑物由上、下游引航道、上游浮式导航堤、上下游排架结构、航运坝段以及附属设施（靠船墩、服务场所等）建筑物组成。为了减少整个枢纽的工程造价，采用航运坝段与泄洪闸相结合布置。

3.2、通航建筑物近期和远期规模规划

设计结合以下条文：

（1）2004年陕西省交通厅关于汉江蜀河水电站通航建筑物等级意见（陕交函［2004］499）：蜀河水电站工程通航建筑物等级近期按300吨级建设，并预留建设500吨级通航建筑物的条件。

（2）陕西省发展和改革委员会下发的陕发改能源函[2005]69号《关于蜀河水电站通航建筑物等级的函》的批文，对蜀河水电站枢纽通航建筑物规模近期按300t级通航建筑物考虑，远期预留建设500t级通航建筑物的位置。

（3）《汉江蜀河水电站工程可行性研究报告审查意见》中，有关航运方面的意见：根据1998年交通部、水利部、经贸委批复的航道等级标准，蜀河水电站所在河段规划为Ⅳ级航道；根据发改农经20042530号文《印发国家发展和改革委关于审批丹江口水利枢纽大坝加高工程可行性研究报告的请示的通知》，“丹江口通航驳船吨级暂定由150吨级增加到300吨级”。综合以上情况，基本同意本电站通航建筑物按300吨级航道标准要求建设，并为500吨级通航建筑物布置留有余地。

3.3、通航建筑物方案比较

蜀河通航建筑物的设计，在上一阶段(可行性研究设计)就目前通用的主要通航建筑物的三种形式（垂直升船机、船闸和斜面升船机）进行了方案和经济比较，就三种通航建筑物的结构要求、布置特点以及通航能力而言，

4、升船机水工建筑物设计

坝趾最大垂直应力不得大于基础允许承载力。坝踵垂直应力不出现拉应力，在短期组合下坝踵垂直拉应力不大于0.1MPa。排架结构作为垂直升船机的承重结构的一部分，上游排架结构总长69.5m，由10个排架柱组成。排架左、右两侧对称布置，行走轨道中心距23.5m。每侧皆有一双跨结构和一单跨结构，排架柱中心距为15.625m。排架柱截面面积分为三种，由上至下依次增大，拟定柱断面高程190.0m~205.0m为4.5m×5m，高程205.0m~221.3m为4m×4.5m，高程221.3m~225.5m为4m×4m，两柱之间分别在高程205.0m和221.5m设断面尺寸为3m×4m水平横梁，使排架柱沿水流方向形成整体结构。排架柱顶高程根据提升机的轨道及钢梁的结构高度确定为225.5m。根据通航净空8m，承船厢吃水深度7.0m，上游最高通航水位217.3m，上游最低通航水位212.0m，确定上游端横梁底高程应高于225.3m，底板高程低于205.0m。

升船机水工建筑物设计参照以下的设计规范：

（1）《防洪标准》GB50201-94

（2）《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》DL5180-2003

（3）《内河通航标准》GB50139-2004

（4）《船闸总体设计规范》JTJ305-2001

（5）《船闸水工建筑物设计规范》JTJ307-2001

（6）《水工建筑物荷载设计规范》DL5077-1997

（7）《水工混凝土结构设计规范》DL/T5057-1996

（8）《混凝土重力坝设计规范》DL5108-1999

根据运行要求在轨道的上下游末端设有液压式缓冲器，一旦移动式升船机水平运行机构失控时，藉以阻止提升机冲出轨道，为此在1#、3#和5#排架上下游支墩顶端分别设置长6m的牛腿，以满足升船机的运行条件。设计原则：排架柱的结构设计主要参照桥梁墩台设计设计规程，排架柱结构在各种荷载组合下必须满足相应的强度、稳定和刚度的要求。

升船机水工建筑物设计要满足以下3个条件：（1）强度条件.各验算截面的应力不超过允许应力，基底应力不超过基岩的许可抗压强度；（2）稳定条件。基本荷载组合条件下，结构截面上的偏心距e(e=∑M／∑N)不得大于0.25h(h为荷载作用方向的截面高度），特殊荷载组合下合力偏心e≤0.35h，基底面的合力偏心e≤1.2~1.5ρ（ρ为基底截面的合心半径）；（3）刚度条件。排架柱的柱顶变形不超过提升机运行的容许值。

参考文献

[1]《水力发电》-2003年2期-邢林生,

[2]《西华大学学报（自然科学版）》-2007年4期-张新伟

[3]《江西水利科技》-2008年4期-柯劲松,胡勇