高水头省水船闸水工结构及输水系统研究

发布时间：2019-09-20 09:26

【摘要】：长江上游地区水头高、流速快、水位变幅大,对通航建筑物提出了较高的要求,采用升船机形式较难解决运量小、高地震烈度对塔柱的横向位移要求等问题;多级船闸形式又面临耗水量巨大、下游引航道流态不佳等问题。省水船闸是解决上述问题的有效结构形式,但在我国的应用经验较为有限。以三峡新通道工程为依托,从省水船闸的工作原理出发,分别对结构选型、省水池布置、结构高程及尺度确定、输水系统的计算流程和参数确定方法等关键问题进行研究,并通过结构核算、输水效率、省水量3个方面说明省水船闸方案的可行性及其相对于梯级船闸的优越性。
【图文】：

原理图,省水船闸,泄水,原理

渌幡低逞芯?*表1国内外部分省水船闸船闸名称闸室尺度湓(m×m)水头湓m埃尔兰根200×1218.3吕内堡190×1238.0于尔岑190×1223.0郑家岗130×1228.35(两级)乌江银盘120×1236.50在我国，自20世纪60年代以来，仅对郑家岗省水船闸［2］、乌江银盘省水船闸［3-4］、桂林春天湖省水船闸［5］等开展了系列试验，在水动力学、输水系统、运行方式等方面取得了有限的研究成果，对于高水头省水船闸的设计与运行尚缺乏成熟的实践经验。1省水船闸的工作原理1.1省水船闸的工作原理带省水池的船闸工作原理见图1，描述了灌水、泄水两个过程［6］。图1省水船闸灌泄水原理灌水时，闸室水位从下游通航水位h6逐级升高至上游通航水位h0。当水位依次由h6上升至h5，h5上升至h4，…，h3上升至h2时，水流依次从省水池4～省水池1排入闸室。每级灌水结束后，闸室内水位低于相应省水池底部一定高度e'。最后h0～h2之间的水由上游引航道灌入闸室。从灌水的过程可以看出，省水池节约了h2～h6的水量。泄水时，闸室水位从上游通航水位h0逐级降至下游通航水位h6，当水位依次由h0下降至h1，h1下降至h2，…，h3下降至h4时，水流依次灌入省水池1～省水池4。每级灌水结束后，水位高出相应省水池顶板一定高度e。最后h4～h6之间的水直接泄入下游引航道。从泄水的过程可以看出，省水池节约了h0～h4的水量。1.2省水量的计算当各级水位差相等、各级省水池储水量相同时，省水量可由下式表示:E=nm(H－2e)[1+m(1+n)]H(1)式中:H为灌泄水总水头差(m);e为省水池顶预留的深度(m);m=Sr湓Sc为省水池面积与闸室面积之比。实际工程

省水船闸,三峡,主体结构

拷洗蟆３钠鍪浇?构、混合式结构适用于岩面较高的情况，结构断面相对较小，开挖量较校省水船闸方案不仅要建设船闸主体结构，，还要为省水池结构留出空间。采用封闭式省水池能够节约建设用地［9］，若进一步将省水池设置在主体结构边墩内，省水池更接近闸室，灌、泄水的路径大大缩短。同时，省水池在边墩内部充当空箱功能，不仅节省建筑材料，还减少了大体积混凝土水化热问题。因此，三峡新通道工程上级船闸主体结构闸首采用钢筋混凝土实体底板和箱型边墩组成的整体式结构，闸室结构采用钢筋混凝土分离式结构，见图2。图2三峡新通道省水船闸主体结构(半结构)3.2船闸规模及船闸尺度的确定船闸规模主要包含3个参数［10］，即:闸室有效长度Lc=∑lc+ΔL(2)闸室有效宽度Bc=∑bc+ΔBc(3)门槛水深Hc≥1.6T(4)式中:∑lc为一次过闸船队在闸室同一航线上停泊的总长度;ΔL为闸室富裕长度;∑bc为一次过闸船队并列停泊的最大总宽度;ΔBc为富裕宽度;T为最大船队满载吃水深度。计算得Lc=400m，Bc=40m。需要特别指出的是，已建三峡五级船闸门槛水深为5.5m，实际运行时，并未按照5.5m湓1.6=3.4m吃水控制过闸船舶，而是超设计能力通行吃水为4.3m的大船，即实际Hc湓T=1.28。多年来的实践经验显示，超能力运行并未出现搁浅碍航等问题。三峡新通道的船型最大吃水为5.5m，按照式(4)并借鉴三峡已建船闸的经验，Hc=8m。3.3主要部位高程船闸主体结构特征高程的限定条件及计算公式见表2。表2船闸结构主要高程高程限定条件计算公式及结果上闸首门槛顶高程满足上游最低通航水位下的行船要求#H=#Hulwl－Hc(137=145－8)m闸首墙顶高程满足挡洪闸门的安装、使用
【作者单位】：中交水运规划设计院有限公司;
【基金】：国家自然科学基金(51109118) 浙江省自然科学基金(LY14E090001)
【分类号】：U641

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