船閘總體設(shè)計

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1、- 第四章 船閘總體設(shè)計 第一節(jié) 船閘規(guī)模 一、船閘根本尺度 船閘根本尺度是指船閘正常通航過程中，閘室可供船舶平安停泊和通過的尺度，包括閘室有效長度、有效寬度和門檻水深。 閘室有效長度、有效寬度和門檻水深必須滿足船舶平安進(jìn)出閘和停泊的條件，并應(yīng)滿足以下要求： （1） 船閘設(shè)計水平年各階段的通過能力滿足過閘船舶總噸位數(shù)量和客貨運量要求； （2） 滿足設(shè)計船隊，能一次過閘； （3） 滿足現(xiàn)有運輸船舶和其他船舶過閘的要求。 1.閘室有效長度 閘室有效長度，是指船舶過閘時，閘室可供船舶平安停泊的長度。閘室有效長度起止邊界按以下規(guī)則確定： 它的上游邊界應(yīng)取以下最下游界面(圖4-1〕

2、：帷墻的下游面；上閘首門龕的下游邊緣；采用頭部輸水時鎮(zhèn)靜段的末端；其他伸向下游構(gòu)件占用閘室長度的下游邊緣。 它的下游邊界應(yīng)取以下最上游界面〔圖4-1〕：下閘首門龕的上游邊緣；防撞設(shè)備的上游邊緣；雙向水頭采用頭部輸水時鎮(zhèn)靜段長的一端；其他伸向上游構(gòu)件占用閘室長度的上游邊緣。 圖4-1 船閘有效長度示意圖 閘室有效長度等于設(shè)計最大船隊長度加富裕長度，即 (4-１) 式中——閘室有效長度〔m〕， —— 設(shè)計船隊、船舶計算長度〔m〕；當(dāng)一閘次只有一個船隊或一艘船單列過閘時，為設(shè)計最大船隊、船舶長度；當(dāng)一閘次有兩個或多個船隊船舶縱向排列過閘時， 則等于各設(shè)計最大船隊、船舶長度之和加上各船

3、隊、船舶間的停泊間隔長度； —— 閘室的富裕長度〔m〕，與船隊的尺度、隊型和噸位有關(guān)，是確定閘室有效長度的一項重要參數(shù)，根據(jù)船閘實踐和船舶操縱性能，可取: 對于頂推船隊：； 對于拖帶船隊：； 對于機(jī)動駁和其他船舶：。 2．閘室有效寬度 閘室有效寬度，是指閘室兩側(cè)墻面最突出局部之間的最小距離，為閘室兩側(cè)閘墻面間的最小凈寬度。對于斜坡式閘室，其有效寬度為兩側(cè)垂直靠船設(shè)施之間的最小距離。 閘室有效寬度可按下式計算： (4-２) (4-３) 式中：——船閘閘首口門和閘室有效寬度〔m〕； ——同一閘次過閘船舶并列停泊于閘室的最大總寬度〔m〕。當(dāng)只有一個船隊或一艘船舶單列過閘時，則為

4、設(shè)計最大船隊或船舶的寬度； ——富裕寬度〔m〕； ——富裕寬度附加值〔m〕，當(dāng)≤7m時，≥1m；當(dāng)＞7m時，≥1.2m； ——過閘停泊在閘室的船舶的列數(shù)。 值得注意的是：閘室的有效寬度應(yīng)不得小于按公式計算的值，并宜根據(jù)計算結(jié)果套用現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)"河通航標(biāo)準(zhǔn)"中規(guī)定的8m、12m、16m、23m、34m寬度。 3.門檻最小水深 門檻最小水深指在設(shè)計最低通航水位時門檻上的最小深度，與船舶〔隊〕最大吃水和進(jìn)閘速度有關(guān)，對船舶〔隊〕操縱性和工程造價有較大影響，船閘運用和模型試驗說明，增加富裕深度比增加富裕寬度有利。船舶〔隊〕進(jìn)、出閘時水被擠出或補(bǔ)充主要從船底下流入，如富裕深度小了，則影響水量

5、的補(bǔ)充，增加船舶下沉量。我國船閘設(shè)計規(guī)采用門檻水深大于等于設(shè)計最大船舶〔隊〕滿載吃水的1.6倍，即： ≥1.6(4-４) 式中 H——門檻最小水深〔m〕 T——設(shè)計船舶、船隊滿載時的最大吃水〔m〕。 閘室最小水深應(yīng)為設(shè)計最低通航水位至閘室底板頂部的最小水深，其值應(yīng)不小于門檻水深。設(shè)計采用的門檻最小水深和閘室最小水深，應(yīng)充分考慮船舶、船隊采用變吃水多載時吃水增大以及相鄰互通航道上較大吃水船舶、船隊需通過船閘的因素，綜合分析確定。 船閘富裕尺度是計算船閘尺度的重要參數(shù)，與船舶的進(jìn)閘速度、航行阻力、船閘通過能力和船閘平安運行有密切關(guān)系。富裕尺度小了，將降低船舶進(jìn)閘速度，加大航行阻

6、力，增加進(jìn)閘難度和事故，延長進(jìn)閘時間，降低船閘通過能力；富裕尺度大了，會增加工程投資，造成浪費。因此，必須選取合理的富裕尺度。式(4-1)、(4-２)和(4-３)中的富裕尺度是參考國外船閘設(shè)計、運行實踐和實船試驗成果擬定的。此外，船閘富裕尺度還與船舶性能、單位功率拖〔推〕載量及駕駛技術(shù)等因素有關(guān)。這里提到的富裕尺度是按正常設(shè)計條件下擬定的。 在確定船閘根本尺度時，還應(yīng)考慮船閘最小過水?dāng)嗝娴臄嗝嫦禂?shù)η的要求。根據(jù)實驗和觀察，假設(shè)η值過小，則船隊、船舶過閘時，可能產(chǎn)生碰底現(xiàn)象。為保證船隊、船舶平安順利地過閘，一般要求： ≥1.5～2.0 〔4-5〕 式中：

7、——設(shè)計最低通航水位時，閘室過水?dāng)嗝婷娣e〔ｍ２〕； ——最大設(shè)計過閘船隊、船舶滿載吃水時船舯斷面水下局部的斷面面積〔ｍ２〕。 如果值不滿足上述要求，則應(yīng)加大門檻水深，以增大閘室過水?dāng)嗝婷娣e。 為了適應(yīng)航運事業(yè)的開展，構(gòu)成四通八達(dá)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的航道網(wǎng)，各國均對天然〔渠化〕河流及人工運河劃分了等級，制定了統(tǒng)一的通航建筑物標(biāo)準(zhǔn)。我國公布的"河通航標(biāo)準(zhǔn)"中，對每級航道都規(guī)定了相應(yīng)的航道尺度、船閘閘室有效尺度及水上跨河建筑物的凈空尺度。因此，在工程實踐中，當(dāng)缺乏設(shè)計船型、船隊資料時，只要確定了航道的等級，可根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)"河通航標(biāo)準(zhǔn)"，并經(jīng)過調(diào)查研究和方案比選確定船閘的根本尺度。 二、 船閘線數(shù)

8、 船閘線數(shù)是船閘規(guī)模的重要局部，應(yīng)根據(jù)船閘設(shè)計水平年的客、貨運量，過閘的船型船隊組成，地形地質(zhì)條件，船閘所在河流的重要性等因素，結(jié)合船閘尺度及通過能力、船閘級數(shù)，綜合論證選擇。假設(shè)有以下情況之一時，應(yīng)論證研究修建雙線或多線船閘： 　　〔１〕采用單線船閘不能滿足設(shè)計水平年過閘船舶數(shù)量、總噸位數(shù)、客貨運輸量過閘的通過能力要求的； 　　〔２〕客貨運量大，船舶過閘繁忙的連續(xù)多級船閘，由于單線船閘迎向運轉(zhuǎn)要等待和延長過閘時間、降低通過能力和船舶運輸效率而不經(jīng)濟(jì)的； 　　〔３〕運輸繁忙和重要航道在年通航期，不允許由于船閘檢修、疏浚、沖沙和事故等原因造成斷航的； 　　〔４〕客運、旅游等船舶多，過閘頻

9、繁，需解決快速過閘的； 　　〔５〕區(qū)間小船、漁船和農(nóng)副業(yè)船舶數(shù)量多，過閘頻繁影響通過能力的。 長江洲壩水利樞紐興建了三線船閘，見第三章圖3-1。除了滿足設(shè)計水平年客、貨過壩外，還考慮了船閘檢修、引航道沖沙、挖泥時能互相錯開，以保證長江航運不斷的需要。 京杭運河是我國南北水上運輸?shù)闹魍ǖ溃\輸繁忙，各梯級也都興建擴(kuò)建了多線船閘。船閘是北運河上最繁忙的船閘之一，1995年船舶通過量為6105萬噸，過閘貨運量3193萬噸，已出現(xiàn)較為嚴(yán)重的待閘現(xiàn)象。根據(jù)預(yù)測，到2020年船閘船舶、貨物通過量將分別達(dá)13120萬噸和6960萬噸，因此，段修建了三線船閘。 三、 船閘級數(shù) 船閘級數(shù)直接影響船閘通

10、過能力。船閘級數(shù)的選擇，應(yīng)根據(jù)船閘總水頭、地形、地質(zhì)、水源、水力學(xué)等自然條件和可靠性、技術(shù)條件、管理運用條件等，通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比擬確定。由于單級船閘較多級船閘具有過閘時間短，通過能力大，故障較少，檢修停航時間較短，占線路較短，樞紐布置較易〔如需設(shè)沖沙建筑物等〕和管理方便等優(yōu)點，因而是最廣泛采用的形式。在條件允許的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用單級船閘。 但當(dāng)樞紐水位落差較大時，水頭仍然是限制建造單級船閘的決定因素，特別是船閘水力學(xué)條件，閘門受力狀況和建筑技術(shù)，更是其中的關(guān)鍵。此時采用多級船閘則可降低每級船閘的水頭，使復(fù)雜的技術(shù)問題相對簡化。在一定條件下，多極船閘對較高的臺地地形條件能較好的適應(yīng)，可減少開挖

11、工程量。因此，當(dāng)水頭較大，具有以下情況之一時，應(yīng)考慮多級船閘方案： 〔１〕采用單級船閘受技術(shù)條件的限制，特別是受船閘水力學(xué)條件和閘門技術(shù)條件的限制； 　　〔２〕受船閘所處位置的地形、地質(zhì)條件的限制，如地形較高，建單級船閘開挖深度大，與樞紐中相鄰建筑物連接難以處理等； 　　〔3〕河流缺水，需要節(jié)省船閘耗水量，建省水船閘又不經(jīng)濟(jì)時。 影響船閘級數(shù)的因素很多，也很復(fù)雜，單級船閘與多級船閘的水頭也無明確界限，一般可按下述圍考慮： 當(dāng)Ｈ＜30ｍ，采用單級船閘〔Ｈ為水頭〕； 當(dāng)30m≤Ｈ≤40m，經(jīng)過技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比擬，采用單級或兩級船閘； 當(dāng)Ｈ＞40ｍ，采用兩級或多級船閘。 　　上述僅是一般

12、的使用條件，對于具體的水頭限制，還要根據(jù)工程的具體條件而定。由于單級船閘具有的優(yōu)越性，隨著技術(shù)水平的提高，單級船閘能適應(yīng)的水頭亦在逐步提高。 多級船閘型式主要有連續(xù)多級船閘和設(shè)中間渠道的多級船閘兩種。 兩個以上閘室縱向連續(xù)階梯排列的船閘稱連續(xù)多級船閘，是超高水頭船閘形式之一，按水頭的上下來劃分級數(shù)。在一定條件下，設(shè)中間渠道的多級船閘對較高的臺地地形條件能較好地適應(yīng)，可減少開挖工程量。 設(shè)中間渠道的多級船閘的缺點，最主要的是可靠性差，船舶過閘慢，時間長，通過能力小，停航檢修機(jī)率多等，而且補(bǔ)溢水的處理，消減相鄰閘室超灌超泄產(chǎn)生的反向水頭都是復(fù)雜的技術(shù)問題。因此，國外的連續(xù)梯級船閘均不多，在較

13、重要航道上建連續(xù)多級船閘，應(yīng)考慮同時興建雙線。如加拿大韋蘭運河八級船閘中，4、5、6號連續(xù)三級船閘就采用雙線，其余單級船閘均是單線。我國三峽船閘采用了連續(xù)5級雙線船閘，是目前世界上總水頭最高，連續(xù)級數(shù)最多的大型船閘，見圖4-2。 圖4-2 長江三峽連續(xù)5級雙線船閘布置示意圖 第二節(jié) 船閘設(shè)計水位和高程 一、船閘設(shè)計水位 在確定船閘各局部高程之前，應(yīng)先確定船閘各種設(shè)計水位。船閘設(shè)計水位通常包括船閘設(shè)計通航水位、船閘校核水位和船閘檢修水位。 船閘設(shè)計通航水位〔包括運河、渠化工程、水利樞紐、灌溉渠道、防洪排澇渠道等上的船閘〕，包括上、下游設(shè)計最高(最低)通航水位，是船閘設(shè)計的主要依據(jù)之一。

14、船閘設(shè)計通航水位應(yīng)根據(jù)水文特征、航運要求、船閘級別、航道條件、兩岸自然條件、綜合利用要求等因素綜合分析確定。 1．上游設(shè)計最高通航水位 船閘上游設(shè)計最高通航水位應(yīng)按表4-1規(guī)定的設(shè)計洪水頻率，并考慮以下因素分析計算確定。 〔1〕滿足航運的需要和船舶平安暢通的要求； 〔2〕改善上游航道灘險的需要； 〔3〕綜合利用水資源時上游水位的要求； 〔4〕回水淹沒的損失以及對重要城鎮(zhèn)、鐵路、公路、廠礦、農(nóng)業(yè)基地、文物古跡、環(huán)境保護(hù)等的影響； 〔5〕工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城鎮(zhèn)生活用水對上游來水的影響； 〔6〕水電站運行、船閘灌水和風(fēng)浪等引起的水化變化；

15、 〔7〕船閘或船閘所在樞紐的特殊運行的水位情況； 〔8〕由于河床淤高引起的水位變化。 船閘設(shè)計最高通航水位設(shè)計洪水頻率 表4-1 船閘級別 Ⅰ～Ⅱ Ⅲ～Ⅳ Ⅴ～Ⅶ 洪水重現(xiàn)期〔a〕 100～20 20～10 10～5 頻率〔%〕 1～5 5～10 10～20 對水利水電樞紐不得低于正常蓄水位，對航運樞紐不得低于正常擋水位和設(shè)計擋水位。對出現(xiàn)高于設(shè)計最高通航水位歷時很短的山區(qū)性河流，Ⅲ級船閘的洪水重現(xiàn)期可采用10年，Ⅳ～Ⅴ級船閘可采用5～3年，Ⅵ～Ⅶ級船閘可采用3～2年；在平原地區(qū)運輸繁忙的Ⅴ～Ⅶ級船閘設(shè)計最高通航水位

16、，通過論證洪水重現(xiàn)期可采用20～10年；山區(qū)中小型船閘經(jīng)論證允許溢洪的，其上游設(shè)計最高通航水位，可根據(jù)具體情況通過論證后確定，但不應(yīng)低于船閘建立前航道的通航標(biāo)準(zhǔn)。 2．上游設(shè)計最低通航水位 船閘上游設(shè)計最低通航水位應(yīng)按表4-2規(guī)定的保證率并考慮以下因素分析計算，并應(yīng)與樞紐的死水位和最低運行水位相比擬取低值。 〔1〕滿足航運的需要和船舶平安暢通的要求； 〔2〕樞紐建成后對下游河床下切或下游河床沖淤變化引起的同級流量相應(yīng)的水位降低或升高； 〔3〕引排水引起的水位變化和有關(guān)方面對水位的特殊要求； 〔4〕下游航道整治、疏浚引起的水位變化； 〔5〕重要建筑物

17、或河道條件對水位的限制和影響； 〔6〕樞紐運行調(diào)節(jié)、船閘泄水及風(fēng)浪波動引起的水位變化； 〔7〕位于潮汐河段的船閘，建閘后引起的潮位變化； 〔8〕交匯河口高水位或洪水頂托的影響。 船閘設(shè)計最低通航水位標(biāo)準(zhǔn) 表4-2 船閘級別 Ⅰ～Ⅱ Ⅲ～Ⅳ Ⅴ～Ⅶ 保證率〔%〕 99～98 98～95 95～90 3．下游設(shè)計最高通航水位 船閘下游設(shè)計最高通航水位，應(yīng)采用表4-1規(guī)定的設(shè)計洪水頻率相應(yīng)的最大下泄流量對應(yīng)的下游最高水位，并應(yīng)考慮與確定上游設(shè)計最高通航水位時一樣的因素。在下游有梯級銜接時尚應(yīng)考慮受下一梯級回水的影響。 4．下游設(shè)計最低通航水

18、位 船閘下游設(shè)計最低通航水位，在下游為天然河道時，應(yīng)采用表4-2規(guī)定的保證率，并應(yīng)考慮與確定上游設(shè)計最低通航水位時一樣的因素。樞紐下泄的最小瞬時流量必須滿足下游河段設(shè)計最低通航水位相應(yīng)流量。 在下游有銜接梯級時應(yīng)采用下一梯級上游設(shè)計最低通航水位回水到船閘的相應(yīng)水位。 5．船閘上、下游校核高水位 船閘上游校核高水位可采用樞紐的校核洪水水位或非常運用水位。船閘下游校核高水位可采用樞紐的校核洪水位或非常運用時最大下泄流量相應(yīng)的下游最高水位。不受樞紐影響的船閘，可按船閘級別，參照有樞紐的同級別情況，研究分析校核洪水位或非常運用時的水位確定上、下游校核高水位。 6．船閘下游校核低水位 船閘下

19、游校核低水位可采用樞紐最小瞬時下泄流量相應(yīng)的下游最低水位。 7．船閘上、下游檢修水位 船閘檢修水位，是船閘檢修期間的上限水位，也是船閘建筑物設(shè)計水位之一。當(dāng)水位超過檢修水位時，船閘不能抽干閘室的水進(jìn)展檢修。檢修水位是控制船閘連續(xù)檢修時間的標(biāo)準(zhǔn)水位，也是船閘設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)之一。檢修水位定低了，難以滿足檢修的需要，特別是在枯水期，多為運輸旺季，往往不允許停航檢修；京杭運**段船閘曾檢修水位定低了，且所定水位多出現(xiàn)在運輸旺季不宜停航檢修。檢修水位定高了，則增加工程量和投資。 船閘上、下游檢修水位，應(yīng)根據(jù)船閘的規(guī)模、重要性、航運要求、水文情況、樞紐運行條件與檢修情況、檢修能力和檢修延續(xù)時間等綜合分析確

20、定。 8．船閘施工水位 船閘施工水位應(yīng)根據(jù)施工能力與強(qiáng)度、施工進(jìn)度安排，河道洪、中、枯水期的水文情況、地形條件、施工導(dǎo)流與施工圍堰設(shè)施等情況，以保證平安施工和滿足施工要求為原則，對不同的施工期限和工程部位，經(jīng)論證比擬后綜合分析確定。施工圍堰的洪水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)可參照水利、水電有關(guān)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)確定。 二、船閘各局部高程 船閘高程包括船閘頂部高程和底部高程。由于各局部建筑物的位置和作用不同，故確定高程的依據(jù)也不同。 1．船閘閘門門頂高程 〔1〕位于樞紐擋水前緣閘首工作閘門門頂高程應(yīng)滿足樞紐擋水要求，其高程采用樞紐上游校核水位加平安超高；如果另設(shè)有擋水閘門，則工作閘門門頂高程可采用上游設(shè)計最高通航

21、水位加超高。事故閘門門頂高程為上游最高洪水位加平安超高。 〔2〕船閘非擋水前緣閘首的工作閘門門頂高程按通航要求，采用上游設(shè)計最高通航水位加平安超高。 多級船閘第二道閘首以下各級閘首門頂高程采用各級閘室的設(shè)計最高通航水位加平安超高。 〔3〕由于溢洪船閘在上游水位高于設(shè)計最高通航水位時，船閘溢洪過流，故溢洪船閘上閘首門頂和第二道閘首門頂高程均采用上游設(shè)計最高通航水位加超高。 〔4〕檢修閘門門頂高程采用檢修水位加平安超高。 根據(jù)國船閘設(shè)計和運用實踐，閘首門頂超高可采用表4-3的數(shù)值。 船閘閘門頂最小平安超高值〔m〕表4-3 船閘等級 Ⅰ～Ⅳ Ⅴ～Ⅶ 超高值 ≥0.5 ≥0.3

22、 表中未計及閘門外的波浪和水面涌高值。當(dāng)閘門外有波浪和水面涌高時，門頂超高應(yīng)為上表中的超高值加浪高和水面涌高。波浪高度參照有關(guān)規(guī)和專著計算，或是采用試驗資料；水面涌高參照試驗資料或類似工程的實例資料采用。 2．閘首墻頂高程 船閘閘首墻頂高程根據(jù)閘門門頂高程、構(gòu)造布置和構(gòu)造、交通要求、鄰近擋水建筑物高程等確定，并不得低于閘門和閘室墻頂部高程。門型不同，對門頂以上墻的高度要求也不同，如人字門閘首墻頂高程要考慮人字門頂樞的構(gòu)造和布置要求；橫拉門閘首墻高程主要根據(jù)門頂設(shè)橋與否，橫拉門入門庫檢修的要求確定。當(dāng)按以上原則確定的閘首墻頂?shù)陀陂l室墻頂高程時，則應(yīng)取與閘室墻頂平齊。 位于樞紐工程中的船閘

23、，其擋水前緣的閘首墻頂高程應(yīng)不低于樞紐工程建筑物擋水前緣的頂部高程。 3．閘室墻頂高程 船閘閘室墻頂高程根據(jù)過閘船舶平安停泊、閘面布置和交通要求而定。由于船閘灌泄水時，水面漲落很快，為防止過閘船舶在船閘泄水、水位降落時，船舷掛住墻頂，造成事故，故閘室墻頂高程應(yīng)為上游設(shè)計最高通航水位加超高。其超高值取不小于設(shè)計過閘船舶〔隊〕空載時最大干舷高度。表4-4所列駁船空載干舷高度可在確定閘室墻頂高程時參考。 駁船空載干舷高度 表4-4 駁船噸級〔t〕 100 300 500 1000 3000 空載干舷高度〔m〕 1.0

24、1.4 1.6～1.7 1.6～1.7 3.0～3.3 我國各地船型復(fù)雜，同噸位的各類船舶的空載干舷高度也不同。有些已建的船閘閘室墻頂高程偏低，使致閘墻頂部欄桿被撞壞，值得船閘設(shè)計者注意。 4．閘室底板頂部高程 船閘閘室底板頂部高程不應(yīng)高于船閘上、下閘首門檻頂部高程。 5．閘首門檻頂和引航道底高程 上、下閘首門檻頂高程分別為上、下游設(shè)計最低通航水位減門檻最小水深。 上、下游引航道底高程分別為上、下游設(shè)計最低通航水位減引航道設(shè)計最小水深。 閘首門檻頂和引航道底高程是保證船閘平安通暢運行的重要標(biāo)準(zhǔn)，特別是閘首門檻頂修建后要再加深很困難，而且影響設(shè)計最低通航水位的因素極為復(fù)雜，較

25、難準(zhǔn)確的估計。因此，除了選好設(shè)計最低通航水位外，在確定門檻頂高程和引航道底高程時，還應(yīng)留有充分的富裕量。我國有的船閘因閘門檻頂高程定得過高，因而水深不夠。 5、導(dǎo)航建筑物和靠船建筑物頂及引航道堤頂高程 上、下游導(dǎo)航建筑物和靠船建筑物頂高程分別為上、下游設(shè)計最高通航水位加超高，其超高值不宜小于設(shè)計船舶〔隊〕的最大空載干舷高度。 有防洪要求的引航道堤〔岸〕頂高程應(yīng)與擋水閘首墻頂高程一致。 第三節(jié) 船閘通過能力和耗水量 一、船閘通過能力 船閘通過能力系指單位時間船閘能通過的貨物總噸數(shù)〔過貨能力〕或船舶總數(shù)〔過船能力〕，是船閘的一項重要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。一般情況下，船閘通過能力應(yīng)計算設(shè)計水平年

26、近期、中期、遠(yuǎn)期通過客〔貨〕運量能力和船舶總噸位能力，并以年單向通過能力表示。 1．單向年過閘船舶總載重噸位： (4-6) 式中：――單向年過閘船舶總載重噸位〔t〕； ――日平均過閘次數(shù)，； τ——船閘日工作時間〔h〕，應(yīng)根據(jù)船閘實際工作情況確定，對晝夜通航的情況下，可取20～22h； T——船閘一次過閘時間〔min〕，這是影響船閘通過能力的重要參數(shù)之一，后面將專題討論； ――年通航天數(shù)(d)，根據(jù)船閘的具體情況確定； ――一次過閘平均載重噸位〔t〕。通常按設(shè)計水平年各期設(shè)計船型及其組合的船舶排列法計算。即

27、根據(jù)各設(shè)計水平年運量大小、貨物種類，結(jié)合船閘有效尺度進(jìn)展組合，計算各種不同組合的一次過閘載貨噸位，再求出其平均值。因此，船閘各個時期的通過能力，應(yīng)選用相應(yīng)各時期的一次過閘平均噸位進(jìn)展計算。 就我國目前船舶開展情況而言，用該方法計算所得的一次過閘平均載重噸位與實際情況存在差異，主要原因是：①過閘船舶類型雜亂，選擇的設(shè)計船型與實際船型差異較大，②船舶到閘具有隨機(jī)性，實際船舶過閘組合與設(shè)計船型的過閘組合差異也大。 2．單向年過閘客貨運量 〔4-7〕 式中：——日非運客、貨船過閘次數(shù)； ——船舶裝載系數(shù)，與貨物種類、流向和批量有關(guān)，可根據(jù)各河流統(tǒng)計或規(guī)劃資料選用。無資料情況下可采用0.5～

28、0.8； ——運量不均勻系數(shù)，各地區(qū)差異很大。無資料時，可取1.3～1.5；有統(tǒng)計資料時可按公式〔4-10〕計算。 〔4-8〕 對受潮汐影響的船閘及承受雙向水頭的船閘，當(dāng)具備開通閘條件時，可設(shè)開通閘，開通閘的運行時間可根據(jù)實際情況確定，開通閘通過能力的計算應(yīng)考慮開通閘運行通過能力的提高。 設(shè)中間渠道的多級船閘的通過能力可按單級船閘計算。單線連續(xù)多級船閘或雙線連續(xù)多級船閘應(yīng)按其運行方式計算通過能力。 3．影響船閘通過能力的因素 〔1〕船閘的技術(shù)水平：也就是設(shè)計確定的技術(shù)條件，或稱技術(shù)指標(biāo)，包括：船閘設(shè)計總水頭和船閘級數(shù)〔單級、連續(xù)多級、設(shè)中間渠道的多級〕；船閘線數(shù)和布置；船閘輸水系統(tǒng)

29、和灌泄水時間；閘門型式；啟閉設(shè)備的先進(jìn)性、可靠性及啟閉時間；閘室有效尺度；引航道尺度和布置；導(dǎo)航和靠船建筑物布置；通航水流條件和泥沙防治的效果；信號、航標(biāo)配置、通訊和交通管理控制系統(tǒng)條件等。這些因素集中反映在船舶一次過閘時間T。 通航水流條件和泥沙防治效果影響通航期〔年通航天數(shù)〕，因此它是衡量船閘設(shè)計先進(jìn)與否的一個重要指標(biāo)。 〔2〕外部條件：過閘船型船隊的類型和組成；各類船舶的尺度、載量和技術(shù)條件；過閘貨物的品種、批量、流向及不均勻性；上下游航道尺度、灘險情況、水流條件、跨河建筑物凈空、兩岸堤防情況；洪、枯水期停航天數(shù)及年通航期；上、下游港口的能力及對到閘船舶均衡性的影響。 〔3〕船閘管

30、理水平：管理人員的技術(shù)水平、熟練程度、工作效率、通訊聯(lián)絡(luò)、控制系統(tǒng)的靈敏性、事故處理及檢修能力和技術(shù)水平等。 4．提高船閘通過能力的途徑 在設(shè)計階段，盡可能減小一次過閘時間。首先，提高船閘的技術(shù)水平，合理確定船舶〔隊〕與船閘尺度的關(guān)系，選擇適宜的輸水系統(tǒng)型式和閘閥門型式，縮短開〔關(guān)〕閘門的時間以及閘室灌〔泄〕水時間。其二，提高船隊進(jìn)出閘速度，縮短船隊進(jìn)出閘時間。而提高船隊進(jìn)出閘速度，縮短船隊進(jìn)出閘時間，除了船舶本身的操縱性能和駕駛員水平外，關(guān)鍵是合理的引航道布置和尺度、導(dǎo)航和靠船建筑物的布置、船閘的富裕尺度以及良好、完善的通訊、導(dǎo)航和控制系統(tǒng)設(shè)施。對高水頭船閘，應(yīng)盡量采用單級船閘，在單級水

31、頭超過技術(shù)可能，必須采用多級船閘時，宜采用設(shè)中間渠道的多級船閘。 在營運階段，要注意提高船閘管理水平，提高船閘的維修保養(yǎng)、檢修能力，縮短檢修時間，增加船閘通航天數(shù)，盡量延長每年的通航天數(shù)N；同時應(yīng)該注意發(fā)揮船閘的潛力，盡量延長船閘日工作時間，增大τ值。引進(jìn)信息化管理手段，提高船閘的運行、調(diào)度水平，減小船閘空等和船隊的停滯候閘時間。合理組織貨流和船舶調(diào)度，每次過閘都應(yīng)盡量利用閘室有效面積，做到滿室過閘，盡量提高一次過閘船舶的平均噸位。 二、船舶過閘時間 一次過閘時間是指船舶過閘時，船閘完成循環(huán)運行操作所需的時間，取決于船舶進(jìn)出閘時的運行速度和船閘的技術(shù)指標(biāo)。過閘方式有單向和雙向兩種，過閘時

32、間也要分別計算。 1．單級船閘一次過閘時間 1〕單向一次過閘時間 當(dāng)船舶〔隊〕由下游向上游單向通過船閘時，假定閘室已泄水，閘室為下游水位，且下閘門已翻開，則完成一次單向過閘程序所需的各項作業(yè)時間如下： 〔1〕同閘次最后一個船舶〔隊〕由下游進(jìn)入閘室的時間(min)； 〔2〕關(guān)閉下閘門的時間(min)； 〔3〕閘室灌水時間(min)； 〔4〕開啟上閘門的時間(min)； 〔5〕同閘次最后一個船舶〔隊〕與第一個船舶〔隊〕出閘啟動時間間隔(min)； 〔6〕同閘次最后一個船舶〔隊〕由閘室駛向上游引航道的時間(min)； 〔7〕關(guān)閉上閘門的時間(min)； 〔8〕閘室泄水時間(mi

33、n)； 〔9〕翻開下閘門的時間(min)； 〔10〕同閘次最后一個船舶〔隊〕與第一個船舶〔隊〕進(jìn)閘啟動時間間隔(min)。 假定閘門啟〔閉〕時間相等、閘室灌〔泄〕水的時間相等，如果同閘次只有一個船舶〔隊〕過閘，則不需考慮船舶〔隊〕之間與啟動時間間隔。在經(jīng)過上述10項作業(yè)后，完成了一個單向過閘時間循環(huán)。因此，船舶〔隊〕單向通過船閘所需的總時間T1為： 〔4-9〕 2〕雙向一次過閘時間 雙向過閘是指一個方向的過閘船舶〔隊〕出閘后，另一方向等候過閘的船舶〔隊〕迎向進(jìn)閘。過閘程序前6項與單向過閘一樣〔由于船舶〔隊〕進(jìn)出閘行駛距離和速度與單向過閘不一樣，所以進(jìn)閘時間為、出閘時間為〕，接著繼續(xù)

34、完成的作業(yè)程序如下： 〔7〕同閘次最后一個船舶〔隊〕與第一個船舶〔隊〕進(jìn)閘啟動時間間隔(min)； 〔8〕同閘次最后一個船舶〔隊〕自上游駛?cè)腴l室時間(min)； 〔9〕關(guān)上閘門時間(min)； 〔10〕閘室泄水時間(min)； 〔11〕開下閘門時間(min)； 〔12〕同閘次最后一個船舶〔隊〕與第一個船舶〔隊〕出閘啟動時間間隔(min)； 〔13〕同閘次最后一個船舶〔隊〕駛出閘室進(jìn)入下游引航道時間(min)； 〔14〕同閘次最后一個船舶〔隊〕與第一個船舶〔隊〕進(jìn)閘啟動時間間隔(min)。 按以上14個程序，雙向一次過閘，兩方向各通過一個船舶〔隊〕的總時間為：

35、 〔4-12〕 3〕單級船閘船舶平均過閘時間 單級船閘船舶平均過閘時間應(yīng)根據(jù)船閘實際運行閘單向和雙向過閘的閘次比率確定。當(dāng)單向過閘與雙向過閘次數(shù)相等或相近時，可采用下式確定： 〔4-10〕 2．連續(xù)多級船閘一次過閘時間 連續(xù)多級船閘的過閘方式有單向、雙向和成批過閘三種。單線多級船閘通常采用成批過閘方式；雙線多級船閘在雙線運行時，一般采用單向過閘方式。 1〕單向過閘 多級船閘的單向過閘實際上是單向連續(xù)過閘，即一系列船舶〔隊〕彼此相隔一個閘室魚貫式通過船閘。在單向連續(xù)過閘過程中，前

36、后兩個船舶〔隊〕僅相隔一個閘室，因此，船舶〔隊〕通過一個閘室所消耗的時間為： 〔4-11〕 式中 T3――連續(xù)多級船閘船舶通過一個閘室所耗時間； M――連續(xù)多級船閘級數(shù)； ――船舶(隊)從一個閘室進(jìn)入另一個閘室所耗時間，行駛距離為閘室長加中間閘首長，行駛速度可以取比單級船閘單向進(jìn)閘速度低。 其余符號意義同前。 式〔4-14〕中，實際運行中很難做到過閘船舶連續(xù)魚貫過閘的條件和過閘速度一樣，而要受其中航速低或一閘通過幾個船舶過閘時間的控制，所以。 船舶單向通過連續(xù)多級船閘的時間為： 〔4-12〕 2〕雙向過閘 連續(xù)多級單線船閘雙向過閘是一個船隊〔或一組船隊〕從下游通過全部閘室駛

37、向上游與等待進(jìn)閘的船隊錯讓后，下行船隊從上游通過全部閘室駛往下游，反之亦然。其操作程序及過閘時間與每一船舶〔隊〕單向通過連續(xù)多級船閘一樣，但要增加一個相反方向的程序和時間，并且進(jìn)出閘時間有變化。 式中：T5-----上、下行各一次的雙向通過連續(xù)多級船閘總時間。 其余符號意義同前。 3〕成批過閘 連續(xù)多級船閘雙向過閘時間隨級數(shù)增加而增長，級數(shù)越多，過閘時間越長，船閘通過能力越小。為了既能縮短過閘時間，提高通過能力，單線多級船閘通常采用成批過閘方式。這種過閘方式是向一個方向連續(xù)通過一批船舶〔隊〕后，改變過閘方向，連續(xù)向另一方向通過另一批船舶〔隊〕。 設(shè)每批上行和下行過閘的船舶數(shù)為和，

38、每批船隊中，前〔n-1〕個船隊的每個船隊由第一個閘室到第二個閘室的間隔時間均為，每批船隊中最后一個船隊的過閘時間即為連續(xù)多級船閘雙向過閘時一個船隊一次過閘時間/2。 則上行每批船舶〔隊〕過閘時間為：； 下行每批船舶〔隊〕過閘時間為：。 成批過閘每一循環(huán)的總時間為，而在成批過閘每一循環(huán)的總時間中，共通過了+個船舶〔隊〕。因此，成批過閘時每一船舶〔隊〕通過連續(xù)多級船閘的平均時間為： 從上式可知，每批過閘船舶〔隊〕的批量越多，每個船舶〔隊〕的平均過閘時間相對越短，但每個過閘船舶〔隊〕在閘前等待過閘時間就越長，延長船舶航行周期，降低船舶周轉(zhuǎn)率，增加運輸本錢。因此，成批過閘船舶〔隊〕的批量要適度

39、。 4〕連續(xù)多級船閘船舶一次過閘平均時間 一次過閘時間應(yīng)根據(jù)單向過閘、雙向過閘和成批過閘三種過閘方式所占的閘次比率及過閘方式轉(zhuǎn)換所需的換向時間等因素確定。同時，在連續(xù)多級船閘三種過閘方式的 T3、T4、T5、T6計算中應(yīng)考慮船舶過閘時間受各級中最慢一個船隊過閘時間控制的影響。 3．設(shè)中間渠道的船閘一次過閘時間 設(shè)中間渠道的多級船閘的一次過閘時間可按單級船閘計算。船舶〔隊〕從下游到上游〔或相反〕的過閘總時間應(yīng)含通過中間渠道的時間，但不影響船閘本身的通過能力。 三、船閘耗水量 船閘的耗水量是船閘的一項重要的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。船閘的耗水量包括船舶過閘用水量和閘、閥門漏水量兩局部。過閘用水是指

40、船舶過閘時，閘室灌泄水所耗用的水量，與船閘水頭、船閘尺度、過閘船舶排水量、過閘方式、過閘次數(shù)等因素有關(guān)。閘閥門漏水是指船閘閘、閥門止水不密實，從上游向下游流失的水量，與水頭大小、止水構(gòu)造及其安裝質(zhì)量、使用年限、維護(hù)保養(yǎng)情況等有關(guān)。 1．單級船閘單向一次過閘的用水量 〔4-13〕 式中：――單級船閘單向一次過閘的用水量〔m3〕； ――閘室水域面積〔m2〕； ――計算水頭〔m〕。該水頭不宜采用船閘設(shè)計水頭，可根據(jù)上下游水位歷時，選用接近于平均的水頭；當(dāng)計算一次過閘最大用水量時，采用船閘設(shè)計水頭。 單級船閘雙向一次過閘時，用水量為

41、單向一次過閘用水量的一半。 〔4-14〕 在單向過閘和雙向過閘時機(jī)均等的情況下，一次過閘用水量采用單、雙向過閘用水量的平均值： 〔4-15〕 2．閘閥門漏水量 式中：――閘門、閥門漏水量〔m3/s〕； ――止水線每米上的滲漏損失[m3/〔s.m〕]。當(dāng)水頭小于時，取～，當(dāng)水頭大于時，取～； ――閘門和閥門邊沿止水線的總長度〔m〕。 3．船閘一天平均耗水量 〔4-16〕 式中：――船閘一天平均耗水量〔m3/s〕； ――一晝夜過閘次數(shù)； 其余符號意義同前。

42、第四節(jié) 船閘在水利樞紐中的布置 凡為滿足防洪、發(fā)電 航運、灌溉、引水等需要，在河流(含渠化河流、運河、灌溉渠道)上修建具有綜合用途的水工建筑物，都稱水利樞紐。 船閘在水利樞紐中的布置，主要研究和解決以下問題： 〔1〕船閘在水利樞紐的位置； 〔2〕船閘引航道布置及與上、下游航道的連接； 〔3〕船閘與水利樞紐建成后對環(huán)境，特別是對河勢的影響； 〔4〕通航水流條件和改善措施，泥沙淤積和防治； 〔5〕船閘與同樞紐中各相鄰主要建筑物位置的相互關(guān)系； 〔6〕船閘與河岸的關(guān)系等。 這些問題往往是相互制約的，應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)、水文、航道等條件，主要建筑物的使用要求和施工條件等，統(tǒng)一協(xié)

43、調(diào)，妥善處理，尋求最優(yōu)的布置方案，到達(dá)投資少、運行平安、管理方便、檢修容易、施工方便的目的。因此，船閘在水利樞紐中布置時應(yīng)遵循下述原則和要求： (1) 船閘在通航期應(yīng)有良好的通航條件，滿足船舶平安迅速通暢過閘，并有利于運行管理和檢修； (2) 遵照綜合利用、統(tǒng)籌兼顧的原則，正確處理船閘與溢流壩、泄水閘、電站等建筑物之間的關(guān)系和矛盾，優(yōu)化布置，以發(fā)揮最大的綜合效益； (3) 根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)開展規(guī)劃，做到遠(yuǎn)近結(jié)合，既要滿足設(shè)計水平年航運的需要，又要考慮遠(yuǎn)景開展，充分留有余地； (4) 在滿足航運要求的前提下，應(yīng)盡量選擇經(jīng)濟(jì)合理、工程投資少、能就地取材、施工方便的方案； (5) 對大、中型和

44、水流泥沙條件復(fù)雜的工程應(yīng)進(jìn)展模型試驗，優(yōu)選布置方案。 一、船閘布置方式 由第三章第六節(jié)可知，樞紐的總體布置方式主要分為集中布置和分散布置。因此，按船閘與所在樞紐中攔河壩、溢流壩、電站等的相互關(guān)系，船閘布置方式一般可分為閘壩并列式和閘壩別離式兩大類。 1. 閘壩并列式布置 船閘布置在河床或河灘上，與其他水工建筑物緊靠，即為閘壩并列方式(圖4-3)。 當(dāng)河床寬度足夠布置攔河壩、泄水建筑物、電站及船閘時，往往將船閘與這些建筑物布置在一起。這種布置方式的優(yōu)點是占地少，開挖工程量較少，同時可與其他水工建筑物在同一圍堰施工。但采用這種方式布置時，要注意船閘與其它泄水建筑物之間的關(guān)系，有時需要修筑

45、較長的導(dǎo)堤將船閘引航道與河道分開，以減少泄水建筑物之間水流的相互影響，保證船舶的平安、順利地進(jìn)出船閘。 圖4-3 閘壩并列式布置示意圖 在閘壩并列布置方式中，按船閘閘室與壩軸線相對位置，還可分為船閘伸向壩軸線上游和壩軸線下游兩種。 當(dāng)船閘突出于壩軸線的上游時，由于上游引航道進(jìn)、出口離溢流壩較遠(yuǎn)，所需建造的上游導(dǎo)堤較短。但由于上游水深往往較深，導(dǎo)堤往往很高。此外，這種布置方式便于公路或鐵路直線地從下閘首通過，可降低跨越船閘的橋梁高程，尤其當(dāng)船閘水頭較高時，無需建造很高的橋臺，即可滿足通航凈空的要求。這種布置方式的主要缺點是：由于閘室位于壩的上游，閘室墻承受較大的水壓力，閘室構(gòu)造比擬復(fù)

46、雜。其次，為使從溢流壩下泄的水流流速在下游引航道進(jìn)出口處減緩到允許的圍，下游需建造很長的導(dǎo)堤。 當(dāng)船閘突出于壩的下游時，閘室墻承受的水壓力較小，閘室構(gòu)造可以較為簡單。下游引航道進(jìn)出口離溢流壩較遠(yuǎn)，所需下游導(dǎo)堤的長度可以縮短。這種布置方式的缺點是：當(dāng)公路、鐵路跨越船閘時，假設(shè)跨越船閘的橋梁建在上閘首，公路、鐵路雖能直線通過，但必加高橋臺，才能滿足通航凈空的要求。將橋梁建在下閘首，通航凈空的要求易于滿足，但須繞道，這不僅會增大工程量，而且有時也難于滿足公路的最小曲率半徑的要求。此外在這種布置方式中，上游常常建造很長的導(dǎo)提。 在上述兩種布置方式中，船閘突出于壩上游所需的工程量和投資較大，

47、因此除特殊條件外，一般都采用船閘閘室布置在擋水建筑物下游的方式。經(jīng)論證需將閘室布置在壩軸線上游時，應(yīng)滿足以下要求： 〔1〕通航建筑物不參與溢洪； 〔2〕加長下游引航道的導(dǎo)航墻長度，使下引航道口門區(qū)的水流條件滿足設(shè)計要求。 2. 閘壩別離式布置 假設(shè)船閘布置在另外開挖的引河中，或利用河中的小島與攔河壩、電站等水工建筑物分隔而自成體系，則為閘壩別離式布置(圖4-4)。 閘壩別離式布置方式的優(yōu)點是：船閘不占河床寬度，有利于泄水建筑物和電站布置；船閘施工條件大為簡化，一般可干地施工，無需建筑圍堰，施工質(zhì)量也易得到保證；其它水工建筑物對船閘通航條件的影響較小。但是這種布置占地較多；需開挖引

48、河，土石方挖方量往往很大。 圖4-4 閘壩別離式布置 二、船閘在樞紐布置中應(yīng)注意的問題 因為天然河流形態(tài)各異，船閘在水利樞紐中布置時所涉及的因素多，情況也比擬復(fù)雜，不可能用一般的原則或假設(shè)干個模式就能概括所有的情況，必須根據(jù)河流的地形、水文、地質(zhì)、航道、施工等條件和樞紐中各主要建筑物的運用要求進(jìn)展布置。 根據(jù)國、外已建船閘運行經(jīng)歷及科研試驗成果，船閘在水利樞紐中布置時應(yīng)注意下述問題： 1．船閘及引航道應(yīng)布置在一條直線上，上、下游引航道與主航道平順連接，有可供過閘船舶〔隊〕?？俊⑾挡吹淖銐虺叨?，其長度、寬度、轉(zhuǎn)彎半徑和水深應(yīng)符合規(guī)定。 例如1938年建成的邦納維爾水利樞紐是

49、美國哥倫比亞一斯克河渠化工程最下一個梯級，為發(fā)電、航運樞紐，布置有電站2座，泄水閘 l座，船閘2座，魚道3座。 老船閘存在以下問題：其一是船閘尺度缺乏，不能滿足航運需要；其二是通航條件差，不能滿足平安航行的需要；其三是布置上存在問題，引航道沒有供船舶?？康膮^(qū)段。 新船閘布置研究了多種方案，并進(jìn)展了整體水工模型試驗。選擇了將船閘盡量左移的方案(圖4-5)，使船閘的引航道長度滿足布置要求，并采取切突咀、修丁壩、筑潛壩等工程措施，改善通航水流條件。 圖4-5 邦納維爾水利樞紐布置示意圖 2．船閘宜布置在順直穩(wěn)定河段，上、下游引航道口門盡可能避開易淤積部位，尤其是凸岸淤積區(qū)和樞

50、紐下泄水流攜帶沖積物的淤積區(qū)及回流、緩流淤積區(qū)。如因當(dāng)?shù)貤l件限制，找不到適宜的河段時，則應(yīng)通過論證，證明可采取工程措施到達(dá)通航要求，才可布置。對泥沙淤積影響較大的船閘，應(yīng)考慮布置防淤清淤設(shè)施，以保證引航道尺度。我國有的船閘，由于對泥沙淤積問題沒有足夠重視，布置在凸岸淤積區(qū)，致使船閘建成后不久就遭淤廢，只得重建，造成大量工程投資和運輸上的損失。 例如鑒江江邊村船閘建成后幾年淤積邊灘就超過1km，最寬處約200m，延伸到引航道外側(cè)，使引航道形成倒鉤形(圖4-6)，最后淤廢，只得另建新船閘，并修建與船閘共閘室的兩孔沖沙閘(圖4-7)。 圖4-6 鑒江江邊村老船閘淤積示意圖

51、圖4-7 鑒江江邊村新船閘沖沙閘布置示意圖 3．船閘宜臨岸布置，不應(yīng)布置在溢流壩、泄水閘、電站等兩過水建筑物之間，避開樞紐泄水建筑物泄水時對船閘引航道進(jìn)出口通航條件的干擾。當(dāng)船閘與溢流壩、泄水閘、電站、水輪泵站等建筑物相鄰時，其間必須有足夠長度的隔流堤隔開，以保證船舶順利地進(jìn)出船閘引航道。 例如萊茵河依芬茲海姆樞紐位于德國卡爾斯魯厄城附近，在德法交界處。樞紐由船閘、電站、攔河壩、泄洪閘組成。有航運、發(fā)電、防洪、灌溉等綜合效益。船閘位于河道的右側(cè)，與壩軸線正交，閘室伸向上游，向左依次為電站、攔河壩、泄洪閘(圖4-8)。船閘為雙線單級，設(shè)計水頭11 m，有效尺度為：長270m，寬24m，門檻

52、水深3.5m，上、下游引航道長各750m，寬125m。船閘設(shè)有中心水泵站，7-8小時可抽干閘室進(jìn)展檢修。 船閘緊靠電站，為保證船閘上、下游有良好的通航條件，在上、下游引航道靠電站側(cè)用長導(dǎo)航堤隔開電站動水的影響。 圖4-8 萊茵河依芬茲海姆樞紐船閘布置示意圖 1-萊茵河 2-攔河壩 3-溢流壩 4-船閘 5-電站 6-上引航道 7-下引航道 8-隔流堤 4．船閘閘室宜布置在擋水建筑物的下游，同時船閘一般不應(yīng)用作泄洪，在特殊情況下必須用于泄洪時，則需在設(shè)計、布置等方面給予充分的考慮和論證。 例如渠江舵石鼓樞紐位于渠江支流州河與巴河集合口上游2km處的州河上。樞紐由溢流壩、

53、船閘、電站、泄水閘、沖沙閘組成。壩軸線總長250m，與河道正交。船閘按通航2×500t船隊設(shè)計，船閘有效長160m，寬12m，門檻水深2.5m， 設(shè)計水頭8.17m。上、下游引航道寬40m，直線段長160m。船閘為單線單級，布置在右岸，與溢流壩相鄰，壩的左端為泄水閘、沖沙閘和電站(圖4-9)。為使船閘建于巖基上，將船閘閘室的大局部伸向上游。為降低船閘閘墻高度和工程量，采用了溢洪船閘。樞紐于1962年4月建成通航，電站和沖沙閘于1965年建成。運用情況說明，船閘、電站運轉(zhuǎn)根本正常。但壩前和船閘上游引航道均有淤積，下游引航道口門受泄水閘下泄水流從左岸經(jīng)壩下凸岸挑流的影響，形成較大回流區(qū)，影響過閘船

54、舶〔隊〕平安進(jìn)出，所以在1970年將下游引航道外引墻加長92m。運用情況還說明，由于閘室伸向上游，在泄洪時，上游的外閘室墻成為側(cè)溢流堰，洪水經(jīng)閘室自下閘首口泄出，在閘室形成較大的縱坡降和流速，水力條件復(fù)雜，影響下閘門和下游引航道導(dǎo)墻的平安，還有局部洪水經(jīng)閘室墻后平臺流入小溝，造成局部沖刷。這說明，閘室伸向上游有較大的缺點。 圖4-9 渠江舵石鼓樞紐船閘布置示意圖 5．跨越〔或穿越〕船閘和船舶停泊區(qū)的建筑物以及電力線路等應(yīng)不影響船閘的正常使用和平安，盡量防止水、陸交通的相互干擾。 例如巴西圖庫魯伊船閘是托坎廷斯河三角洲上游280km處的圖庫魯伊水電站的組成局部之—，其最主要的作用是保證托

55、坎廷斯河和阿拉爪亞河的通航，這兩條河直接與貝倫市附近的孔迪鎮(zhèn)海港相通。 圖庫魯伊水電站壩長9574m，包括一座裝機(jī)容量為8×106 kW的水電站，為具有中間渠道的單線兩級船閘。船閘尺度按載量22000t頂推船隊和5000t江海自航貨輪設(shè)計。 船閘有效尺度為：長210m，寬33m，門檻水深6.0m(2號船閘下門檻為6.5m)。船閘年單向通過能力為7×107t。上、下導(dǎo)航墻均布置在一側(cè)閘室墻的延線上，長140m。 船閘布置在托坎廷斯河左岸，即電站左側(cè)(圖4-10)。為克制71.5m的水頭，采用設(shè)中間渠道的兩級船閘：1號船閘(上游船閘)最高水頭為36.5m， 2號船閘(下

56、游船閘)最高水頭為35.0m，兩船閘由長5463m的中間渠道連接。l號船閘上游水位變幅為16m，水頭變化為19.5～36.5m；2號船閘下游水位變幅21.6m，水頭變化為13～35m。 中間渠道是由堤壩構(gòu)成的水位變幅為1.0m(37.5～38.5m)的水庫，可容閘室三次連續(xù)灌水。渠道最小寬度為140m，最小水深為6.0m，全程可允許兩個船隊雙向錯讓。 橫跨托坎廷斯河的壩上干道公路隧洞從 l號船閘上閘首底部根底通過。而通往圖庫魯伊市的公路是從2號船閘的下閘首通過。圖4-10為船閘的總體布置圖，圖4-11和圖4-12分別為 l號和2號船閘布置圖。 圖4-10 巴西圖庫魯伊船閘布置示意

57、圖 1-1號船閘 2-2號船閘 3-中間渠道 4-輔助溢流壩 5-下引航道 6-溢流壩 7-土壩 8-電站 9-開關(guān)站 10-尾水渠道 圖4-11 1號船閘布置圖 圖4-12 2號船閘布置圖 三、船閘通航水流條件 1．通航水流條件的概念 船閘通航水流條件系指在通航期，為滿足船舶正常操作條件下平安通暢過閘而對船閘引航道口門區(qū)和引航道流速、流態(tài)及其分布圍提出的要求，主要包括： (1) 航閘引航道與河流、水庫、湖泊中航道相連接的口門區(qū)的水流流速(縱向流速、橫向流速、回流流速)的限值； (2) 對船閘引航道口門區(qū)圍波浪、泡漩等的限值； (3) 對船閘引航

58、道水流流速(縱向流速、橫向流速)的限值； (4) 對引航道和中間渠道的不穩(wěn)定流的波浪高度、比降及傳播速度的限值。 2．引航道口門區(qū) 船閘引航道與河流、水庫、湖泊中航道相連接的一段區(qū)域，是引航道靜水與河流動水交界的水域。由于較大的流速梯度，該區(qū)域通常存在斜向水流，有的情況還會出現(xiàn)泡漩等惡劣流態(tài)。當(dāng)船舶航經(jīng)該水域時，就會受到斜流、回流等的影響。 為保證船舶平安進(jìn)出引航道，需要明確限定到達(dá)的縱、橫向流速標(biāo)準(zhǔn)和流態(tài)水域的圍，因而提出了引航道口門區(qū)的概念。根據(jù)現(xiàn)行船閘設(shè)計規(guī)，引航道口門區(qū)是指引航道分水建筑物頭部外一定圍的水域，其寬度為引航道口門寬度，其長度根據(jù)船舶〔隊〕型式確定，拖帶船隊采用1.

59、0～1.5倍船隊長，頂推船隊采用2.0～2.5倍船隊長，當(dāng)兩種船隊并存時，取大值(圖4-13)。 圖4-13 船閘引航道口門區(qū)位置示意圖 1-船閘 2-閘壩 3-電站 4-引航道 5-口門區(qū) 6-隔流堤 3．通航水流條件的標(biāo)準(zhǔn) 1〕口門區(qū)的水流流速 口門區(qū)是過閘船舶進(jìn)出引航道的咽喉。因此在通航期，引航道口門區(qū)的流速、流態(tài)應(yīng)滿足船舶(隊)正常航行的要求。并應(yīng)盡量防止出現(xiàn)不良的流態(tài)，如泡漩、亂流等，如因條件限制不能防止時，則須采取措施，消減到無害程度。在"船閘總體設(shè)計規(guī)"中，引航道口門區(qū)水面最大流速限值如表4-5。 船閘引航道口門區(qū)水面最大流速限值〔m/s〕 表4-

60、5 設(shè)計時，還要綜合考慮上、下游引航道的不同水流條件、船舶〔隊〕型式、船舶的技術(shù)性能、駕駛員技術(shù)水平等因素來具體確定。 〔1〕引航道口門區(qū)的橫向流速，因受樞紐泄水建筑物和導(dǎo)航、分水建筑物等邊界條件的影響，常常分布不均，存在較大的流速梯度。船舶駛?cè)胗袡M向水流的口門區(qū)時，船舶在該橫向力的作用下，將發(fā)生橫向漂移，使船舶偏離航線。為克制橫向水流對船舶〔隊〕產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)力，必須操舵使船舶〔隊〕保持航向。舵的轉(zhuǎn)船力矩與船舶〔隊〕相對航速的平方成正比，表4-6是船舶航速與允許橫向流速的關(guān)系。 不同航速船隊允許的橫向流速〔m/s〕 表4-6 表4-6說明，加快船舶〔隊〕進(jìn)入口門的航速，能克制的橫

61、向流速可以提高。但加快航速會增加船舶〔隊〕沖程，使引航道增長，這在大多數(shù)情況下受客觀條件限制，即使條件允許也不一定經(jīng)濟(jì)。一般的頂推船舶〔隊〕通過引航道口門區(qū)的航速為2～3m／s，拖帶船舶〔隊〕為1.2～2.0m／s。 〔2〕在引航道口門區(qū)，對縱向流速的限值與船舶的技術(shù)性能、駕駛員技術(shù)水平等有關(guān)。此外，由于上、下游引航道口門區(qū)水流流向與航向的關(guān)系各異，其縱向流速的允許值可不同。船舶由上游下水航行進(jìn)入引航道時，航速是船舶〔隊〕對水航速和流速之和，對岸航速較快。如果流速太快，操縱比擬困難，船舶不能順利地進(jìn)入引航道，有時甚至可能撞到堤頭或泄水建筑物，故上引航道口門區(qū)的縱向流速在通航期的任何流量條件下

62、，平行于航線的最大水面縱向流速應(yīng)在表4-5中的限值。船舶由下游上水航行進(jìn)入引航道時，其口門區(qū)縱向流速的限值可比上游大些。 2〕引航道的流速限值 船舶由引航道進(jìn)閘的航速遠(yuǎn)小于在航道的航速，一般為1.0～1.2m／s，因此引航道的橫向流速限值應(yīng)較口門區(qū)小，一般應(yīng)不大于0.15m／s，引航道的縱向流速一般應(yīng)不大于0.5m／s。 4. 泄水波和風(fēng)浪 船閘上游引航道口門區(qū)往往受風(fēng)浪影響；下游引航道口門區(qū)往往受泄水波影響。如果隔流防浪建筑物長度不夠，風(fēng)浪和泄水波還會傳入引航道，涉及閘門。風(fēng)浪、泄水波會對船舶〔隊〕繩纜增加突然荷載，加大打到船舶干舷上的水面高度，對人字閘門啟閉機(jī)施加反向荷載，因此，需

63、要對此規(guī)定限值。洲壩 l號船閘設(shè)計規(guī)定下游引航道口門區(qū)泄水波波高不大于0.6m。前聯(lián)擋土墻、船閘、過魚及護(hù)魚建筑物設(shè)計規(guī)規(guī)定，當(dāng)船閘靠船碼頭處的橫向及斜向(大于45°)浪高大于0.6m時，對與船閘直接銜接的引航道段，應(yīng)加以防護(hù)。據(jù)觀測資料，一般情況下；風(fēng)浪高度大于0.6～0.8m就需停航。 5．船閘灌、泄水不穩(wěn)定流 船閘灌、泄水在引航道和中間渠道產(chǎn)生的波浪，其形成、傳播、衰減、流速變化、水面波動等水流特性與船閘水頭、灌泄水流量和變化梯度、灌泄水時間、閥門開啟方式、進(jìn)水和泄水系統(tǒng)型式、引航道和中間渠道的尺度等因素密切相關(guān)。模型試驗成果說明，這種不穩(wěn)定流形成的波浪是長周期的水面升降的長

64、波運動，周期長達(dá)數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘，波長達(dá)數(shù)公里至十余公里，波長遠(yuǎn)大于船舶〔隊〕長，波幅在中間部位最小，最大波峰和最小波谷出現(xiàn)在渠道的兩端；在一倍船舶〔隊〕(船只)長度圍波幅(水位差)很小，波幅大小對船舶沒有直接影響，但會減小引航道和中間渠道的水深，故引航道和中間渠道的設(shè)計水深應(yīng)考慮涌浪的影響，只要在出現(xiàn)波谷時水深仍然足夠，這種水面波動對航行會產(chǎn)生較大的影響。如長江洲壩三江船閘下游引航道長約3.6km，2號船閘泄水時，在下游引航道最大波高達(dá)1.15m，使水深減小，曾影響航行平安，但對船舶運行，閘門和啟閉機(jī)并未產(chǎn)生不良影響。 不穩(wěn)定流的長周期水面升降運動形成的水面比降的坡降阻力和波浪傳播

65、速度的水流阻力會增加船舶航行阻力，可能對船舶〔隊〕(船只)航速產(chǎn)生一定的影響。遇這種情況時，需采取措施減小其影響。 四、船閘的引航道布置 1．引航道的布置方式 引航道的作用在于保證船舶平安、順利地進(jìn)出船閘，供等待過閘的船舶平安停泊，并使進(jìn)出閘船舶能交織避讓。引航道應(yīng)具有足夠的水深和適合的平面布置以保證通航期過閘船舶(隊)暢通無阻，平安行駛。船舶在引航道航速較小，對水流和側(cè)向風(fēng)的影響比擬敏感。引航道應(yīng)具有較好的掩護(hù)，以滿足過閘船舶(隊)在引航道平安停泊和航行的條件。 引航道的平面布置，直接影響船船進(jìn)出閘的時間，從而影響船閘的通過能力。在確定引航道的平面布置時，應(yīng)根據(jù)船閘的工程

66、等級、線數(shù)、設(shè)計船型船舶〔隊〕、通過能力等，結(jié)合地形地質(zhì)、水流、泥沙及上、下游航道等條件綜合考慮。單線船閘引航道平面布置，一般有對稱型、反對稱型、不對稱型等三種型式(圖4-14)。 對稱型引航道的軸線與船閘軸線重合(圖4-14a)。當(dāng)引航道寬度較大時，船舶(隊)進(jìn)閘沿曲線行駛，出閘可以沿直線，船舶(隊)進(jìn)閘行程短，出閘速度快，船閘的通過能力較大。當(dāng)引航道的寬度較小時，采用這種布置型式，等侯過閘的船舶需停泊在閘首以外一定的距離處，船舶進(jìn)出閘均沿曲線行駛，進(jìn)出閘速度慢，影響船閘通過能力。 圖4-14 引航道平面布置型式圖 a〕對稱型 b〕反對稱型 c〕不對稱型 反對稱型引航道是上、下游引航道向不同的岸側(cè)拓寬(圖4-14b)。在這類引航道中，船舶可以沿直線進(jìn)閘，曲線出閘，進(jìn)閘速度可以較快。但按雙向過閘的要求，船舶候閘靠船線要建在離閘首口2.5倍設(shè)計船長以后，勢必增加船舶(隊)進(jìn)出閘行程，延長過閘時間。有時船舶(隊)往往還需曲進(jìn)曲出。這類引航道對單向過閘較為有利，因為可使候閘船舶(隊)?？吭诰嚅l首的最近處。 不對稱型引航道是上、下游引航道向同一岸側(cè)拓寬，一個方