船閘總體設(shè)計(jì)

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1、- 第四章 船閘總體設(shè)計(jì) 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(zhǎng)度、有效寬度和門檻水深。 閘室有效長(zhǎng)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(jì)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(yùn)量要求； （2） 滿足設(shè)計(jì)船隊(duì)，能一次過閘； （3） 滿足現(xiàn)有運(yùn)輸船舶和其他船舶過閘的要求。 1.閘室有效長(zhǎng)度 閘室有效長(zhǎng)度，是指船舶過閘時(shí)，閘室可供船舶平安停泊的長(zhǎng)度。閘室有效長(zhǎng)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(shí)鎮(zhèn)靜段的末端；其他伸向下游構(gòu)件占用閘室長(zhǎng)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(shí)鎮(zhèn)靜段長(zhǎng)的一端；其他伸向上游構(gòu)件占用閘室長(zhǎng)度的上游邊緣。 圖4-1 船閘有效長(zhǎng)度示意圖 閘室有效長(zhǎng)度等于設(shè)計(jì)最大船隊(duì)長(zhǎng)度加富裕長(zhǎng)度，即 (4-１) 式中——閘室有效長(zhǎng)度〔m〕， —— 設(shè)計(jì)船隊(duì)、船舶計(jì)算長(zhǎng)度〔m〕；當(dāng)一閘次只有一個(gè)船隊(duì)或一艘船單列過閘時(shí)，為設(shè)計(jì)最大船隊(duì)、船舶長(zhǎng)度；當(dāng)一閘次有兩個(gè)或多個(gè)船隊(duì)船舶縱向排列過閘時(shí)， 則等于各設(shè)計(jì)最大船隊(duì)、船舶長(zhǎng)度之和加上各船

3、隊(duì)、船舶間的停泊間隔長(zhǎng)度； —— 閘室的富裕長(zhǎng)度〔m〕，與船隊(duì)的尺度、隊(duì)型和噸位有關(guān)，是確定閘室有效長(zhǎng)度的一項(xiàng)重要參數(shù)，根據(jù)船閘實(shí)踐和船舶操縱性能，可取: 對(duì)于頂推船隊(duì)：； 對(duì)于拖帶船隊(duì)：； 對(duì)于機(jī)動(dòng)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(duì)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(jì)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(gè)船隊(duì)或一艘船舶單列過閘時(shí)，則為

4、設(shè)計(jì)最大船隊(duì)或船舶的寬度； ——富裕寬度〔m〕； ——富裕寬度附加值〔m〕，當(dāng)≤7m時(shí)，≥1m；當(dāng)＞7m時(shí)，≥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(jì)算的值，并宜根據(jù)計(jì)算結(jié)果套用現(xiàn)行國(guó)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(jì)最低通航水位時(shí)門檻上的最小深度，與船舶〔隊(duì)〕最大吃水和進(jìn)閘速度有關(guān)，對(duì)船舶〔隊(duì)〕操縱性和工程造價(jià)有較大影響，船閘運(yùn)用和模型試驗(yàn)說明，增加富裕深度比增加富裕寬度有利。船舶〔隊(duì)〕進(jìn)、出閘時(shí)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(guó)船閘設(shè)計(jì)規(guī)采用門檻水深大于等于設(shè)計(jì)最大船舶〔隊(duì)〕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(jì)船舶、船隊(duì)滿載時(shí)的最大吃水〔m〕。 閘室最小水深應(yīng)為設(shè)計(jì)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(jì)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(duì)采用變吃水多載時(shí)吃水增大以及相鄰互通航道上較大吃水船舶、船隊(duì)需通過船閘的因素，綜合分析確定。 船閘富裕尺度是計(jì)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(yùn)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(zhǎng)進(jìn)閘時(shí)間，降低船閘通過能力；富裕尺度大了，會(huì)增加工程投資，造成浪費(fèi)。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(guó)外船閘設(shè)計(jì)、運(yùn)行實(shí)踐和實(shí)船試驗(yàn)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(jì)條件下擬定的。 在確定船閘根本尺度時(shí)，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(shí)驗(yàn)和觀察，假設(shè)η值過小，則船隊(duì)、船舶過閘時(shí)，可能產(chǎn)生碰底現(xiàn)象。為保證船隊(duì)、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(jì)最低通航水位時(shí)，閘室過水?dāng)嗝婷娣e〔ｍ２〕； ——最大設(shè)計(jì)過閘船隊(duì)、船舶滿載吃水時(shí)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(yùn)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(guó)均對(duì)天然〔渠化〕河流及人工運(yùn)河劃分了等級(jí)，制定了統(tǒng)一的通航建筑物標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)公布的"河通航標(biāo)準(zhǔn)"中，對(duì)每級(jí)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(shí)踐中，當(dāng)缺乏設(shè)計(jì)船型、船隊(duì)資料時(shí)，只要確定了航道的等級(jí)，可根據(jù)現(xiàn)行國(guó)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(jì)水平年的客、貨運(yùn)量，過閘的船型船隊(duì)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(jí)數(shù)，綜合論證選擇。假設(shè)有以下情況之一時(shí)，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(jì)水平年過閘船舶數(shù)量、總噸位數(shù)、客貨運(yùn)輸量過閘的通過能力要求的； 　　〔２〕客貨運(yùn)量大，船舶過閘繁忙的連續(xù)多級(jí)船閘，由于單線船閘迎向運(yùn)轉(zhuǎn)要等待和延長(zhǎng)過閘時(shí)間、降低通過能力和船舶運(yùn)輸效率而不經(jīng)濟(jì)的； 　　〔３〕運(yùn)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(yùn)、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(zhǎng)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(jì)水平年客、貨過壩外，還考慮了船閘檢修、引航道沖沙、挖泥時(shí)能互相錯(cuò)開，以保證長(zhǎng)江航運(yùn)不斷的需要。 京杭運(yùn)河是我國(guó)南北水上運(yùn)輸?shù)闹魍ǖ?，運(yùn)輸繁忙，各梯級(jí)也都興建擴(kuò)建了多線船閘。船閘是北運(yùn)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(yùn)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(cè)，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(jí)數(shù) 船閘級(jí)數(shù)直接影響船閘通

10、過能力。船閘級(jí)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(yùn)用條件等，通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比擬確定。由于單級(jí)船閘較多級(jí)船閘具有過閘時(shí)間短，通過能力大，故障較少，檢修停航時(shí)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(diǎn)，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(jí)船閘。 但當(dāng)樞紐水位落差較大時(shí)，水頭仍然是限制建造單級(jí)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(shí)采用多級(jí)船閘則可降低每級(jí)船閘的水頭，使復(fù)雜的技術(shù)問題相對(duì)簡(jiǎn)化。在一定條件下，多極船閘對(duì)較高的臺(tái)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(shí)，應(yīng)考慮多級(jí)船閘方案： 〔１〕采用單級(jí)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(jí)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(shí)。 影響船閘級(jí)數(shù)的因素很多，也很復(fù)雜，單級(jí)船閘與多級(jí)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(jí)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(jí)或兩級(jí)船閘； 當(dāng)Ｈ＞40ｍ，采用兩級(jí)或多級(jí)船閘。 　　上述僅是一般

12、的使用條件，對(duì)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(jí)船閘具有的優(yōu)越性，隨著技術(shù)水平的提高，單級(jí)船閘能適應(yīng)的水頭亦在逐步提高。 多級(jí)船閘型式主要有連續(xù)多級(jí)船閘和設(shè)中間渠道的多級(jí)船閘兩種。 兩個(gè)以上閘室縱向連續(xù)階梯排列的船閘稱連續(xù)多級(jí)船閘，是超高水頭船閘形式之一，按水頭的上下來劃分級(jí)數(shù)。在一定條件下，設(shè)中間渠道的多級(jí)船閘對(duì)較高的臺(tái)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(jí)船閘的缺點(diǎn)，最主要的是可靠性差，船舶過閘慢，時(shí)間長(zhǎng)，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(guó)外的連續(xù)梯級(jí)船閘均不多，在較

13、重要航道上建連續(xù)多級(jí)船閘，應(yīng)考慮同時(shí)興建雙線。如加拿大韋蘭運(yùn)河八級(jí)船閘中，4、5、6號(hào)連續(xù)三級(jí)船閘就采用雙線，其余單級(jí)船閘均是單線。我國(guó)三峽船閘采用了連續(xù)5級(jí)雙線船閘，是目前世界上總水頭最高，連續(xù)級(jí)數(shù)最多的大型船閘，見圖4-2。 圖4-2 長(zhǎng)江三峽連續(xù)5級(jí)雙線船閘布置示意圖 第二節(jié) 船閘設(shè)計(jì)水位和高程 一、船閘設(shè)計(jì)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(jì)水位。船閘設(shè)計(jì)水位通常包括船閘設(shè)計(jì)通航水位、船閘校核水位和船閘檢修水位。 船閘設(shè)計(jì)通航水位〔包括運(yùn)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(jì)最高(最低)通航水位，是船閘設(shè)計(jì)的主要依據(jù)之一。

14、船閘設(shè)計(jì)通航水位應(yīng)根據(jù)水文特征、航運(yùn)要求、船閘級(jí)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(jì)最高通航水位 船閘上游設(shè)計(jì)最高通航水位應(yīng)按表4-1規(guī)定的設(shè)計(jì)洪水頻率，并考慮以下因素分析計(jì)算確定。 〔1〕滿足航運(yùn)的需要和船舶平安暢通的要求； 〔2〕改善上游航道灘險(xiǎn)的需要； 〔3〕綜合利用水資源時(shí)上游水位的要求； 〔4〕回水淹沒的損失以及對(duì)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(duì)上游來水的影響； 〔6〕水電站運(yùn)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(yùn)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(jì)最高通航水位設(shè)計(jì)洪水頻率 表4-1 船閘級(jí)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(duì)水利水電樞紐不得低于正常蓄水位，對(duì)航運(yùn)樞紐不得低于正常擋水位和設(shè)計(jì)擋水位。對(duì)出現(xiàn)高于設(shè)計(jì)最高通航水位歷時(shí)很短的山區(qū)性河流，Ⅲ級(jí)船閘的洪水重現(xiàn)期可采用10年，Ⅳ～Ⅴ級(jí)船閘可采用5～3年，Ⅵ～Ⅶ級(jí)船閘可采用3～2年；在平原地區(qū)運(yùn)輸繁忙的Ⅴ～Ⅶ級(jí)船閘設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)最低通航水位 船閘上游設(shè)計(jì)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(jì)算，并應(yīng)與樞紐的死水位和最低運(yùn)行水位相比擬取低值。 〔1〕滿足航運(yùn)的需要和船舶平安暢通的要求； 〔2〕樞紐建成后對(duì)下游河床下切或下游河床沖淤變化引起的同級(jí)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(duì)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(duì)水位的限制和影響； 〔6〕樞紐運(yùn)行調(diào)節(jié)、船閘泄水及風(fēng)浪波動(dòng)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(jì)最低通航水位標(biāo)準(zhǔn) 表4-2 船閘級(jí)別 Ⅰ～Ⅱ Ⅲ～Ⅳ Ⅴ～Ⅶ 保證率〔%〕 99～98 98～95 95～90 3．下游設(shè)計(jì)最高通航水位 船閘下游設(shè)計(jì)最高通航水位，應(yīng)采用表4-1規(guī)定的設(shè)計(jì)洪水頻率相應(yīng)的最大下泄流量對(duì)應(yīng)的下游最高水位，并應(yīng)考慮與確定上游設(shè)計(jì)最高通航水位時(shí)一樣的因素。在下游有梯級(jí)銜接時(shí)尚應(yīng)考慮受下一梯級(jí)回水的影響。 4．下游設(shè)計(jì)最低通航水

18、位 船閘下游設(shè)計(jì)最低通航水位，在下游為天然河道時(shí)，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(jì)最低通航水位時(shí)一樣的因素。樞紐下泄的最小瞬時(shí)流量必須滿足下游河段設(shè)計(jì)最低通航水位相應(yīng)流量。 在下游有銜接梯級(jí)時(shí)應(yīng)采用下一梯級(jí)上游設(shè)計(jì)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(yùn)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(yùn)用時(shí)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(jí)別，參照有樞紐的同級(jí)別情況，研究分析校核洪水位或非常運(yùn)用時(shí)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(shí)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(jì)水位之一。當(dāng)水位超過檢修水位時(shí)，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(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)水位，也是船閘設(shè)計(jì)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(yùn)輸旺季，往往不允許停航檢修；京杭運(yùn)**段船閘曾檢修水位定低了，且所定水位多出現(xiàn)在運(yùn)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(yùn)要求、水文情況、樞紐運(yùn)行條件與檢修情況、檢修能力和檢修延續(xù)時(shí)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(duì)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(jì)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(jì)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(jì)最高通航水位加平安超高。 多級(jí)船閘第二道閘首以下各級(jí)閘首門頂高程采用各級(jí)閘室的設(shè)計(jì)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(jì)最高通航水位時(shí)，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(jì)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(guó)船閘設(shè)計(jì)和運(yùn)用實(shí)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(jí) Ⅰ～Ⅳ Ⅴ～Ⅶ 超高值 ≥0.5 ≥0.3

22、 表中未計(jì)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(shí)，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(jì)算，或是采用試驗(yàn)資料；水面涌高參照試驗(yàn)資料或類似工程的實(shí)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(duì)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(shí)，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(shí)，水面漲落很快，為防止過閘船舶在船閘泄水、水位降落時(shí)，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(jì)最高通航水位加超高。其超高值取不小于設(shè)計(jì)過閘船舶〔隊(duì)〕空載時(shí)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(shí)參考。 駁船空載干舷高度 表4-4 駁船噸級(jí)〔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(guó)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(jì)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(jì)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(jì)最低通航水位減引航道設(shè)計(jì)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(yùn)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(jì)最低通航水位的因素極為復(fù)雜，較

25、難準(zhǔn)確的估計(jì)。因此，除了選好設(shè)計(jì)最低通航水位外，在確定門檻頂高程和引航道底高程時(shí)，還應(yīng)留有充分的富裕量。我國(guó)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(jì)最高通航水位加超高，其超高值不宜小于設(shè)計(jì)船舶〔隊(duì)〕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(shí)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(xiàng)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(jì)算設(shè)計(jì)水平年

26、近期、中期、遠(yuǎn)期通過客〔貨〕運(yùn)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(shí)間〔h〕，應(yīng)根據(jù)船閘實(shí)際工作情況確定，對(duì)晝夜通航的情況下，可取20～22h； T——船閘一次過閘時(shí)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(jì)水平年各期設(shè)計(jì)船型及其組合的船舶排列法計(jì)算。即

27、根據(jù)各設(shè)計(jì)水平年運(yùn)量大小、貨物種類，結(jié)合船閘有效尺度進(jìn)展組合，計(jì)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(gè)時(shí)期的通過能力，應(yīng)選用相應(yīng)各時(shí)期的一次過閘平均噸位進(jìn)展計(jì)算。 就我國(guó)目前船舶開展情況而言，用該方法計(jì)算所得的一次過閘平均載重噸位與實(shí)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(jì)船型與實(shí)際船型差異較大，②船舶到閘具有隨機(jī)性，實(shí)際船舶過閘組合與設(shè)計(jì)船型的過閘組合差異也大。 2．單向年過閘客貨運(yùn)量 〔4-7〕 式中：——日非運(yùn)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(jì)或規(guī)劃資料選用。無資料情況下可采用0.5～

28、0.8； ——運(yùn)量不均勻系數(shù)，各地區(qū)差異很大。無資料時(shí)，可取1.3～1.5；有統(tǒng)計(jì)資料時(shí)可按公式〔4-10〕計(jì)算。 〔4-8〕 對(duì)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(shí)，可設(shè)開通閘，開通閘的運(yùn)行時(shí)間可根據(jù)實(shí)際情況確定，開通閘通過能力的計(jì)算應(yīng)考慮開通閘運(yùn)行通過能力的提高。 設(shè)中間渠道的多級(jí)船閘的通過能力可按單級(jí)船閘計(jì)算。單線連續(xù)多級(jí)船閘或雙線連續(xù)多級(jí)船閘應(yīng)按其運(yùn)行方式計(jì)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(jì)確定的技術(shù)條件，或稱技術(shù)指標(biāo)，包括：船閘設(shè)計(jì)總水頭和船閘級(jí)數(shù)〔單級(jí)、連續(xù)多級(jí)、設(shè)中間渠道的多級(jí)〕；船閘線數(shù)和布置；船閘輸水系統(tǒng)

29、和灌泄水時(shí)間；閘門型式；啟閉設(shè)備的先進(jìn)性、可靠性及啟閉時(shí)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(hào)、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(shí)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(jì)先進(jìn)與否的一個(gè)重要指標(biāo)。 〔2〕外部條件：過閘船型船隊(duì)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(xiǎn)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(duì)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(jì)階段，盡可能減小一次過閘時(shí)間。首先，提高船閘的技術(shù)水平，合理確定船舶〔隊(duì)〕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(shí)間以及閘室灌〔泄〕水時(shí)間。其二，提高船隊(duì)進(jìn)出閘速度，縮短船隊(duì)進(jìn)出閘時(shí)間。而提高船隊(duì)進(jìn)出閘速度，縮短船隊(duì)進(jìn)出閘時(shí)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(duì)高水頭船閘，應(yīng)盡量采用單級(jí)船閘，在單級(jí)水

31、頭超過技術(shù)可能，必須采用多級(jí)船閘時(shí)，宜采用設(shè)中間渠道的多級(jí)船閘。 在營(yíng)運(yùn)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(shí)間，增加船閘通航天數(shù)，盡量延長(zhǎng)每年的通航天數(shù)N；同時(shí)應(yīng)該注意發(fā)揮船閘的潛力，盡量延長(zhǎng)船閘日工作時(shí)間，增大τ值。引進(jìn)信息化管理手段，提高船閘的運(yùn)行、調(diào)度水平，減小船閘空等和船隊(duì)的停滯候閘時(shí)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(shí)間 一次過閘時(shí)間是指船舶過閘時(shí)，船閘完成循環(huán)運(yùn)行操作所需的時(shí)間，取決于船舶進(jìn)出閘時(shí)的運(yùn)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(shí)

32、間也要分別計(jì)算。 1．單級(jí)船閘一次過閘時(shí)間 1〕單向一次過閘時(shí)間 當(dāng)船舶〔隊(duì)〕由下游向上游單向通過船閘時(shí)，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(xiàng)作業(yè)時(shí)間如下： 〔1〕同閘次最后一個(gè)船舶〔隊(duì)〕由下游進(jìn)入閘室的時(shí)間(min)； 〔2〕關(guān)閉下閘門的時(shí)間(min)； 〔3〕閘室灌水時(shí)間(min)； 〔4〕開啟上閘門的時(shí)間(min)； 〔5〕同閘次最后一個(gè)船舶〔隊(duì)〕與第一個(gè)船舶〔隊(duì)〕出閘啟動(dòng)時(shí)間間隔(min)； 〔6〕同閘次最后一個(gè)船舶〔隊(duì)〕由閘室駛向上游引航道的時(shí)間(min)； 〔7〕關(guān)閉上閘門的時(shí)間(min)； 〔8〕閘室泄水時(shí)間(mi

33、n)； 〔9〕翻開下閘門的時(shí)間(min)； 〔10〕同閘次最后一個(gè)船舶〔隊(duì)〕與第一個(gè)船舶〔隊(duì)〕進(jìn)閘啟動(dòng)時(shí)間間隔(min)。 假定閘門啟〔閉〕時(shí)間相等、閘室灌〔泄〕水的時(shí)間相等，如果同閘次只有一個(gè)船舶〔隊(duì)〕過閘，則不需考慮船舶〔隊(duì)〕之間與啟動(dòng)時(shí)間間隔。在經(jīng)過上述10項(xiàng)作業(yè)后，完成了一個(gè)單向過閘時(shí)間循環(huán)。因此，船舶〔隊(duì)〕單向通過船閘所需的總時(shí)間T1為： 〔4-9〕 2〕雙向一次過閘時(shí)間 雙向過閘是指一個(gè)方向的過閘船舶〔隊(duì)〕出閘后，另一方向等候過閘的船舶〔隊(duì)〕迎向進(jìn)閘。過閘程序前6項(xiàng)與單向過閘一樣〔由于船舶〔隊(duì)〕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(shí)間為、出閘時(shí)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(gè)船舶〔隊(duì)〕與第一個(gè)船舶〔隊(duì)〕進(jìn)閘啟動(dòng)時(shí)間間隔(min)； 〔8〕同閘次最后一個(gè)船舶〔隊(duì)〕自上游駛?cè)腴l室時(shí)間(min)； 〔9〕關(guān)上閘門時(shí)間(min)； 〔10〕閘室泄水時(shí)間(min)； 〔11〕開下閘門時(shí)間(min)； 〔12〕同閘次最后一個(gè)船舶〔隊(duì)〕與第一個(gè)船舶〔隊(duì)〕出閘啟動(dòng)時(shí)間間隔(min)； 〔13〕同閘次最后一個(gè)船舶〔隊(duì)〕駛出閘室進(jìn)入下游引航道時(shí)間(min)； 〔14〕同閘次最后一個(gè)船舶〔隊(duì)〕與第一個(gè)船舶〔隊(duì)〕進(jìn)閘啟動(dòng)時(shí)間間隔(min)。 按以上14個(gè)程序，雙向一次過閘，兩方向各通過一個(gè)船舶〔隊(duì)〕的總時(shí)間為：

35、 〔4-12〕 3〕單級(jí)船閘船舶平均過閘時(shí)間 單級(jí)船閘船舶平均過閘時(shí)間應(yīng)根據(jù)船閘實(shí)際運(yùn)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(shí)，可采用下式確定： 〔4-10〕 2．連續(xù)多級(jí)船閘一次過閘時(shí)間 連續(xù)多級(jí)船閘的過閘方式有單向、雙向和成批過閘三種。單線多級(jí)船閘通常采用成批過閘方式；雙線多級(jí)船閘在雙線運(yùn)行時(shí)，一般采用單向過閘方式。 1〕單向過閘 多級(jí)船閘的單向過閘實(shí)際上是單向連續(xù)過閘，即一系列船舶〔隊(duì)〕彼此相隔一個(gè)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(gè)船舶〔隊(duì)〕僅相隔一個(gè)閘室，因此，船舶〔隊(duì)〕通過一個(gè)閘室所消耗的時(shí)間為： 〔4-11〕 式中 T3――連續(xù)多級(jí)船閘船舶通過一個(gè)閘室所耗時(shí)間； M――連續(xù)多級(jí)船閘級(jí)數(shù)； ――船舶(隊(duì))從一個(gè)閘室進(jìn)入另一個(gè)閘室所耗時(shí)間，行駛距離為閘室長(zhǎng)加中間閘首長(zhǎng)，行駛速度可以取比單級(jí)船閘單向進(jìn)閘速度低。 其余符號(hào)意義同前。 式〔4-14〕中，實(shí)際運(yùn)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(gè)船舶過閘時(shí)間的控制，所以。 船舶單向通過連續(xù)多級(jí)船閘的時(shí)間為： 〔4-12〕 2〕雙向過閘 連續(xù)多級(jí)單線船閘雙向過閘是一個(gè)船隊(duì)〔或一組船隊(duì)〕從下游通過全部閘室駛

37、向上游與等待進(jìn)閘的船隊(duì)錯(cuò)讓后，下行船隊(duì)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(shí)間與每一船舶〔隊(duì)〕單向通過連續(xù)多級(jí)船閘一樣，但要增加一個(gè)相反方向的程序和時(shí)間，并且進(jìn)出閘時(shí)間有變化。 式中：T5-----上、下行各一次的雙向通過連續(xù)多級(jí)船閘總時(shí)間。 其余符號(hào)意義同前。 3〕成批過閘 連續(xù)多級(jí)船閘雙向過閘時(shí)間隨級(jí)數(shù)增加而增長(zhǎng)，級(jí)數(shù)越多，過閘時(shí)間越長(zhǎng)，船閘通過能力越小。為了既能縮短過閘時(shí)間，提高通過能力，單線多級(jí)船閘通常采用成批過閘方式。這種過閘方式是向一個(gè)方向連續(xù)通過一批船舶〔隊(duì)〕后，改變過閘方向，連續(xù)向另一方向通過另一批船舶〔隊(duì)〕。 設(shè)每批上行和下行過閘的船舶數(shù)為和，

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

39、。 4〕連續(xù)多級(jí)船閘船舶一次過閘平均時(shí)間 一次過閘時(shí)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(shí)間等因素確定。同時(shí)，在連續(xù)多級(jí)船閘三種過閘方式的 T3、T4、T5、T6計(jì)算中應(yīng)考慮船舶過閘時(shí)間受各級(jí)中最慢一個(gè)船隊(duì)過閘時(shí)間控制的影響。 3．設(shè)中間渠道的船閘一次過閘時(shí)間 設(shè)中間渠道的多級(jí)船閘的一次過閘時(shí)間可按單級(jí)船閘計(jì)算。船舶〔隊(duì)〕從下游到上游〔或相反〕的過閘總時(shí)間應(yīng)含通過中間渠道的時(shí)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(xiàng)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?jī)删植俊＿^閘用水是指

40、船舶過閘時(shí)，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(shí)，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(jí)船閘單向一次過閘的用水量 〔4-13〕 式中：――單級(jí)船閘單向一次過閘的用水量〔m3〕； ――閘室水域面積〔m2〕； ――計(jì)算水頭〔m〕。該水頭不宜采用船閘設(shè)計(jì)水頭，可根據(jù)上下游水位歷時(shí)，選用接近于平均的水頭；當(dāng)計(jì)算一次過閘最大用水量時(shí)，采用船閘設(shè)計(jì)水頭。 單級(jí)船閘雙向一次過閘時(shí)，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(shí)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(shí)，取～，當(dāng)水頭大于時(shí)，取～； ――閘門和閥門邊沿止水線的總長(zhǎng)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(hào)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(yùn)、灌溉、引水等需要，在河流(含渠化河流、運(yùn)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(duì)環(huán)境，特別是對(duì)河勢(shì)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(yùn)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(shí)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(yùn)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(guó)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(jì)水平年航運(yùn)的需要，又要考慮遠(yuǎn)景開展，充分留有余地； (4) 在滿足航運(yùn)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(duì)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(yàn)，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(shí)，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(diǎn)是占地少，開挖工程量較少，同時(shí)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(shí)，要注意船閘與其它泄水建筑物之間的關(guān)系，有時(shí)需要修筑

45、較長(zhǎng)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(duì)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(shí)，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(shí)，無需建造很高的橋臺(tái)，即可滿足通航凈空的要求。這種布置方式的主要缺點(diǎn)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(zhǎng)的導(dǎo)堤。 當(dāng)船閘突出于壩的下游時(shí)，閘室墻承受的水壓力較小，閘室構(gòu)造可以較為簡(jiǎn)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(zhǎng)度可以縮短。這種布置方式的缺點(diǎn)是：當(dāng)公路、鐵路跨越船閘時(shí)，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(tái)，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(huì)增大工程量，而且有時(shí)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(zhǎng)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(shí)，應(yīng)滿足以下要求： 〔1〕通航建筑物不參與溢洪； 〔2〕加長(zhǎng)下游引航道的導(dǎo)航墻長(zhǎng)度，使下引航道口門區(qū)的水流條件滿足設(shè)計(jì)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(diǎn)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(jiǎn)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(duì)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?yàn)樘烊缓恿餍螒B(tài)各異，船閘在水利樞紐中布置時(shí)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(gè)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(yùn)用要求進(jìn)展布置。 根據(jù)國(guó)、外已建船閘運(yùn)行經(jīng)歷及科研試驗(yàn)成果，船閘在水利樞紐中布置時(shí)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(duì)〕停靠、系泊的足夠尺度，其長(zhǎng)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(guó)哥倫比亞一斯克河渠化工程最下一個(gè)梯級(jí)，為發(fā)電、航運(yùn)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(yùn)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(yàn)。選擇了將船閘盡量左移的方案(圖4-5)，使船閘的引航道長(zhǎng)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(shí)，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(duì)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(guó)有的船閘，由于對(duì)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(yùn)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(shí)對(duì)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(shí)，其間必須有足夠長(zhǎng)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(guó)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(yùn)、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(jí)，設(shè)計(jì)水頭11 m，有效尺度為：長(zhǎng)270m，寬24m，門檻

52、水深3.5m，上、下游引航道長(zhǎng)各750m，寬125m。船閘設(shè)有中心水泵站，7-8小時(shí)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(zhǎng)導(dǎo)航堤隔開電站動(dòng)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(shí)船閘一般不應(yīng)用作泄洪，在特殊情況下必須用于泄洪時(shí)，則需在設(shè)計(jì)、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(zhǎng)250m，與河道正交。船閘按通航2×500t船隊(duì)設(shè)計(jì)，船閘有效長(zhǎng)160m，寬12m，門檻水深2.5m， 設(shè)計(jì)水頭8.17m。上、下游引航道寬40m，直線段長(zhǎng)160m。船閘為單線單級(jí)，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(yùn)用情況說明，船閘、電站運(yùn)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(duì)〕平安進(jìn)出，所以在1970年將下游引航道外引墻加長(zhǎng)92m。運(yùn)用情況還說明，由于閘室伸向上游，在泄洪時(shí)，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(tái)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(diǎn)。 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(zhǎng)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(jí)船閘。船閘尺度按載量22000t頂推船隊(duì)和5000t江海自航貨輪設(shè)計(jì)。 船閘有效尺度為：長(zhǎng)210m，寬33m，門檻水深6.0m(2號(hào)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(zhǎng)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(jí)船閘：1號(hào)船閘(上游船閘)最高水頭為36.5m， 2號(hào)船閘(下

56、游船閘)最高水頭為35.0m，兩船閘由長(zhǎng)5463m的中間渠道連接。l號(hào)船閘上游水位變幅為16m，水頭變化為19.5～36.5m；2號(hào)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(gè)船隊(duì)雙向錯(cuò)讓。 橫跨托坎廷斯河的壩上干道公路隧洞從 l號(hào)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(hào)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(hào)和2號(hào)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(hào)船閘 2-2號(hào)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(hào)船閘布置圖 圖4-12 2號(hào)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(duì)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(duì)船閘引航道口門區(qū)圍波浪、泡漩等的限值； (3) 對(duì)船閘引航

58、道水流流速(縱向流速、橫向流速)的限值； (4) 對(duì)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(dòng)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(huì)出現(xiàn)泡漩等惡劣流態(tài)。當(dāng)船舶航經(jīng)該水域時(shí)，就會(huì)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(jì)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(zhǎng)度根據(jù)船舶〔隊(duì)〕型式確定，拖帶船隊(duì)采用1.

59、0～1.5倍船隊(duì)長(zhǎng)，頂推船隊(duì)采用2.0～2.5倍船隊(duì)長(zhǎng)，當(dāng)兩種船隊(duì)并存時(shí)，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(duì))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(shí)，則須采取措施，消減到無害程度。在"船閘總體設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)，還要綜合考慮上、下游引航道的不同水流條件、船舶〔隊(duì)〕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(shí)，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(duì)船舶〔隊(duì)〕產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)力，必須操舵使船舶〔隊(duì)〕保持航向。舵的轉(zhuǎn)船力矩與船舶〔隊(duì)〕相對(duì)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(duì)允許的橫向流速〔m/s〕 表4-6 表4-6說明，加快船舶〔隊(duì)〕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(huì)增加船舶〔隊(duì)〕沖程，使引航道增長(zhǎng)，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(duì)〕通過引航道口門區(qū)的航速為2～3m／s，拖帶船舶〔隊(duì)〕為1.2～2.0m／s。 〔2〕在引航道口門區(qū)，對(duì)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(shí)，航速是船舶〔隊(duì)〕對(duì)水航速和流速之和，對(duì)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(shí)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(shí)，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(zhǎng)度不夠，風(fēng)浪和泄水波還會(huì)傳入引航道，涉及閘門。風(fēng)浪、泄水波會(huì)對(duì)船舶〔隊(duì)〕繩纜增加突然荷載，加大打到船舶干舷上的水面高度，對(duì)人字閘門啟閉機(jī)施加反向荷載，因此，需

63、要對(duì)此規(guī)定限值。洲壩 l號(hào)船閘設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)，對(duì)與船閘直接銜接的引航道段，應(yīng)加以防護(hù)。據(jù)觀測(cè)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(dòng)等水流特性與船閘水頭、灌泄水流量和變化梯度、灌泄水時(shí)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(yàn)成果說明，這種不穩(wěn)定流形成的波浪是長(zhǎng)周期的水面升降的長(zhǎng)

64、波運(yùn)動(dòng)，周期長(zhǎng)達(dá)數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘，波長(zhǎng)達(dá)數(shù)公里至十余公里，波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于船舶〔隊(duì)〕長(zhǎng)，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(duì)〕(船只)長(zhǎng)度圍波幅(水位差)很小，波幅大小對(duì)船舶沒有直接影響，但會(huì)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(jì)水深應(yīng)考慮涌浪的影響，只要在出現(xiàn)波谷時(shí)水深仍然足夠，這種水面波動(dòng)對(duì)航行會(huì)產(chǎn)生較大的影響。如長(zhǎng)江洲壩三江船閘下游引航道長(zhǎng)約3.6km，2號(hào)船閘泄水時(shí)，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(duì)船舶運(yùn)行，閘門和啟閉機(jī)并未產(chǎn)生不良影響。 不穩(wěn)定流的長(zhǎng)周期水面升降運(yùn)動(dòng)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(huì)增加船舶航行阻力，可能對(duì)船舶〔隊(duì)〕(船只)航速產(chǎn)生一定的影響。遇這種情況時(shí)，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(duì))暢通無阻，平安行駛。船舶在引航道航速較小，對(duì)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(duì))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(shí)間，從而影響船閘的通過能力。在確定引航道的平面布置時(shí)，應(yīng)根據(jù)船閘的工程

66、等級(jí)、線數(shù)、設(shè)計(jì)船型船舶〔隊(duì)〕、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(duì)稱型、反對(duì)稱型、不對(duì)稱型等三種型式(圖4-14)。 對(duì)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(shí)，船舶(隊(duì))進(jìn)閘沿曲線行駛，出閘可以沿直線，船舶(隊(duì))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(shí)，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(duì)稱型 b〕反對(duì)稱型 c〕不對(duì)稱型 反對(duì)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(jì)船長(zhǎng)以后，勢(shì)必增加船舶(隊(duì))進(jìn)出閘行程，延長(zhǎng)過閘時(shí)間。有時(shí)船舶(隊(duì))往往還需曲進(jìn)曲出。這類引航道對(duì)單向過閘較為有利，因?yàn)榭墒购蜷l船舶(隊(duì))停靠在距閘首的最近處。 不對(duì)稱型引航道是上、下游引航道向同一岸側(cè)拓寬，一個(gè)方