渠江富流滩船闸输水系统施工组织设计说明书(共94页)

精选优质文档-倾情为你奉上前 言随着当前社会经济的发展，渠江流域经济也有了很大的发展。产业结构的变化，工农业及其他产业的发展，社会对交通运输系统提出了新的要求。同时为充分利用水资源，节约不可再生资源，缓解电力供不应求的矛盾，完善渠江梯级开发也是迫在眉睫的重大项目。渠江梯级开发不仅有利于航运事业的发展，同时可以满足岳池县工农业发展的用电需求，并促进当地灌溉农业的发展。一、 航运现状渠江具有悠远的通航历史，历来是川东北的交通运输干线，广安和达州地区对外物质交流的重要通道之一。交通部门非常重视渠江的水运发展，从60年代开始，按照四级航道标准，先后建成舵石鼓船闸，渠江干流建成南洋滩、凉滩和四九滩船闸，渠化支流18公里，渠化干流127公里，较大地改善了渠江三汇镇至广安航道的航行条件。枯水航道尺度为1.8×45×400（水深×航道宽度×弯曲半径），可通航500吨级船舶。其余173公里自然航道，经过多年的整治和维护，枯水期航道尺度为0.8×10×100米，枯水期通航1030吨级船舶，中洪水期能通航30120吨级船舶。自1976年以来由于航运建设资金不足，部分滩险的整治建筑物和设施水毁后不能修复，同时又受已建电站调峰和上游用水的影响，自然航道段时有枯水期航道尺度不能达到0.8×10×100米的要求，船舶航行较为困难。加之公路和铁路的兴建，长途运输货运分流比发生较大变化，致使渠江航运形成矿建材料和煤炭的区间运输及客运的短途运输现状。1994年货运量145.79万吨，货运周转量吨公里；客运量537.9万人，客运周转量4075万人次。1997年货运量212.37万吨，货运周转量3815万吨公里；客运量401.5万人，客运周转量3280万人次。二、 设计的目的、意义渠江流域内森林面积广，矿产资源丰富。丰富的矿产资源为该地区经济发展提供了良好的条件，也为水运提出了一定的要求。富流滩电航工程是岳池县唯一有开发价值的水利资源。岳池县幅员面积1457平方公里，97年统计全县人口109.48万人，其中农业人口101万人。该县是四川农业大县，盛产水稻，历史上有“银岳池”的美称。根据岳池县国民经济和社会发展“九五”计划和2010年远景目标纲要（草案），2000年国内生产总值17.88亿元，工农业总产值27.94亿元，其中工业总产值18.10亿元，农业总产值9.84亿元。富流滩腹地包括达州地区、华蓥市和广安地区等一市二地区所属十七个县市（区）。腹地水路交通方便，基本形成以铁路、公路和水路等运输方式组成的交通网络。但山区公路标准低、路况差、通过能力小，铁路运力紧张，水运没有充分发挥作用，因此交通运输已成为制约腹地经济发展的重要因素之一。渠江梯级开发的逐步完善，对广安地区电网的形成，缓解岳池县电力供需矛盾，改善供电质量，促进区域经济的发展将起到重要的作用。同时，库区形成形成较广的水域，淹没浅滩，改善库区航道，沟通上下游航运的联系，为实现渠江全线渠化，促进水运事业的发展，以及城镇和工农业用水提供良好的条件。富流滩船闸作为沟通渠江、嘉陵江和长江的联系，将会发挥更大的作用。第1章 设计资料1.1富流滩电航工程概况富流滩电航工程位于四川省广安地区岳池县罗渡镇渠江干流的富流滩。该枢纽是渠江干流梯级开发规划中的第五个梯级,上距四九滩电站57公里,下距罗渡镇1.0公里,距渠江出口渠河咀90公里,距嘉陵江花滩子电站95公里。富流滩电航工程上游正常挡水位213.80米，水库回水与四九滩电站尾水相衔接，下游花滩子电站正常挡水位与富流滩或四九滩电站尾水相衔接。富流滩电站是岳池县境内唯一有开发价值的水利资源。为了满足岳池县工农业发展用电的需求，完善渠江干流的渠化阶梯，改善57公里河道的航行条件，沟通上下游航运的联系，促进航运事业的发展，以及为城镇和工农业用水提供良好的条件，因此拟建设富流滩电航工程。1.2自然条件及航运现状1.2.1河流概况渠江位于四川省盆地东北部边缘地区，是嘉陵江左岸的最大支流，省内六大水系之一。渠江水系发源于巴山南麓，上源为州河和巴河水系，在渠县三汇镇汇合后称为渠江。干流经渠县、广安等县在重庆合川市上游8.0公里的渠河咀注入嘉陵江，全长300公里。流域内大小支流34条，河流总长3700公里。1.2.2气象渠江流域位属四川盆地亚热带湿润气候区，具有冬春干旱少雨，秋季阴雨连绵的特点。多年平均气温17；历年极端最高气温38.9；极端最低气温-3.8。多年平均降雨量1019.6毫米。日最大降雨量为168.5毫米，每年510月的降雨量占全年的86.2。1.2.3水文船闸工程所需的水文资料，取用于省水利院根据罗渡水文站19541996年资料的计算分析成果，资料可靠，代表性好。流域内河流洪水来自暴雨。渠江干流洪水主要来源于巴河，其次为洲河和区间来水，洪峰流量依次向下游递增，具有峰高量大，发生频繁的特点。多年平均流量724M3/s ，多年平均径流量228亿立方米。丰水期在每年的510月水量占全年的86.2，枯水期在每年的11月至次年4月，水量占全年的13.8。洪水过程多为复峰，洪水历时一般35天。渠江泥沙主要来自上游。多年平均输沙量2951万吨，年最小输沙量360万吨，年最大输沙量6690万吨。1.2.4地质地貌特征渠江流域属于丘陵地形，地貌。受岩性控制较为明显，砂岩多呈陡坎，砂质粘土岩呈缓坡地形或平台，山脊不明显，主要为馒头山或方山。坝区位于罗渡背斜南翼，地质构造简单，岩层平缓，无断裂及次级褶曲存在。区内无构造断裂变动，河床基岩完整，未见断裂破碎现象。无地震构造影响。1.2.5航运现状渠江具有悠远的通航历史，历来是川东北的交通运输干线，广安和达州地区对外物质交流的重要通道之一。主流航道，枯水期航道尺度为1.8×45×400米，可通航500吨级船舶。其余173公里自然航道，枯水期能通航1030吨级船舶，中洪水期能通航30120吨级船舶。通航状况受限，加之公路和铁路的兴建，致使渠江航运形成矿建材料和煤炭的区间运输及客运的短途运输现状。1994年货运量145.75万吨，货运周转量吨公里，客运量537.9万人，客运周转量4075万人次。1997年货运量212.37万吨，货运周转量3815万吨公里。客运量401.05万人，客运周转量3280万人次。1.3货运量预测渠江腹地属亚热带季风气候，气候温和，雨量充沛，自然资源丰富，农业比较发达，是四川重点粮棉产区之一。流域内森林面积广，矿产资源丰富。丰富的矿产资源将为该地区经济发展提供良好的条件，也为水运提供了充足的货源。随着腹地产业结构的变化，工农业及其他产业的发展，为交通运输提供了大量的货源。随着腹地产业结构的变化，工农业及其他产业的发展，渠江梯级开发的逐步完善，为大宗货物流通创造了良好的条件。富流滩船闸作为沟通渠江、嘉陵江和长江的联系，将会发挥重要作用。腹地水陆交通方便，基本形成以铁路，公路和水运等运输方式组成的交通运输网络。但山区公路标准低，路况差，通过能力小，铁路运力紧张，水运没有充分发挥作用，因此交通运输已成为制约腹地经济发展的重要因素之一。随着襄渝铁路进入四川境内后沿线主要城市均于其连接，对本地区的物资交流起着重要的作用。完成渠化的渠江将成为我国第一条四级航道的渠化河流，为沟通嘉陵江和长江水系的联系，促进腹地经济的发展将发挥更大作用。主要的货运为大宗货物煤、铁、粮食、木材、石油及土特产品等通过水运运往重庆、南充及长江各地，因此下行货运密度大于上行密度，约占70左右。货运量预测见下表1.1。渠江客货运量预测表 表1.11990年实际1994实际2000年2020年运量周转量运量周转量运量周转量运量周转量货运438.643684.57145.753597.15232.945724.31507.2710814.12客运652.026183.61537.914128.94617.725020.2944.4624995.51注：1.货运量（吨），货运周转量（吨公里）；客运量（万人），客运周转量（万人次）。2.2000年运量按年均递增率10计算，20002020年年均递增率5.9远期过闸运量按设计水平年15年计算，2015年为439.25万吨/年；设计水平年按20年计算，2020年为507.27万吨/年。1.4 其他设计资料1.4.1特征水位船闸设计通航水位表 表1.2水位名称上坝趾水位（米）下坝址水(米)备注枢纽正常挡水位213.80231.80上游最高通航水位218.05218.01洪水频率P80下游最高通航水位214.40214.30洪水频率P80上游最低通航水位212.40212.30最低运行水位降1.0米下游最低通航水位200.72200.47低水保证率98上游检修水位213.80213.80上游正常挡水位下游检修水位202.72202.47相当于低水保证率85水位1.4.2设计船型尺寸在渠江综合开发可行性研究报告中，结合通航标准、近期和远期货运量的要求，选择多种方案进行营运经济分析，推荐设计船型、船队见下表1.3船型、船队尺度表 表1.3尺度船型近期远期船队组成（吨）船队尺度（米）船队组成（吨）船队尺度（米）分节驳船160 HP +3×200110×7.5×1.31.5370HP+3×500157×10.8×1.51.8富流滩船闸近期设计船型选用200吨为主，辅以100300吨级驳船。远期设计船型选用500吨分节驳。 1.4.3工程等级和主要建筑物等级按照船闸设计规范中船闸分级指标和船闸水工建筑物级别的划分规定，本船闸为四级船闸。船闸挡水建筑物的级别应与枢纽中主要挡水建筑物的级别一致。因此船闸中闸首、闸室按三级标准设计，导航墙和靠船码头按四级标准设计，临时性建筑物按五级标准设计。工作闸门和法门按二级标准设计，检修闸门按三级标准设计。1.4.4通航标准根据有关文件，结合渠江开发现状统一全江通航标准如下：（1）船闸设计水平年为15年。在2000年完成全江渠化后，船闸年通过能力应满足2015年运量要求；（2）船闸的有效尺度为160×12×2.5米（闸室有效长度×宽度×门槛水深）；通航370HP+3×500吨级顶推船队；通航尺度为1.8×45×400米（水深×宽度×弯曲半径）；（3）船闸设计通航水位：渠县以上河段设计通航水位采用苟渡口水文站90洪水频率的相应水位；渠县以下河段采用罗渡水文站80洪水频率的相应水位。设计最低通航水位采用船闸规范规定标准。（4）通航净空高8.0米。第2章 船闸总体规划与布置2.1船闸型式的选择2.1.1船闸线数的确定由于渠江航道客、货运量不大，且货物大多数单向流动；渠江上已修船闸均为单线船闸，现拟采用单线船闸。2.2.2船闸级数的选择本船闸的设计水头H213.80200.7213.08m <30m，根据船闸总体设计规范（JTJ3052001）第3.3.3条，选用单级船闸单级船闸。单级船闸具有以下优点：1) 运行可靠，通航保证率较高，故障少。检修停航时间少，管理方便；2) 技术简单，而且占用线路较短，枢纽布置较容易；3) 工程量少，造价低；4) 施工方便。2.2 船闸尺度的确定本船闸的设计水平年为15年，设计船型、船队为370HP+350吨分节驳顶推船队，船队尺度为157×10.8×1.51.8采用不解队过闸，一次过闸一个船队。下面根据船闸总体设计规范（JTJ3052001）确定船闸的有效尺度，即闸室的有效长度、有效宽度和门槛水深。1、 闸室的有效长度式中：闸室的有效长度；设计船队、船舶的计算长度，=150m；富裕长度。顶推船队2+0.062+0.06×15711.42，取11.42；157+11.42168.42取闸室有效长度取170m，镇静段长度取10m。2、 闸室的有效宽度式中：船闸闸首口门或闸室的有效宽度；同一次过闸的船队、船舶的计算宽度，10.8m；富裕宽度。1.2m；10.8+1.212m取船闸有效宽度12m。3、 门槛最小水深根据船闸总体设计规范（JTJ3052001）第3.1.9条，H1.6T=1.6×1.8=2.88m，取门槛最小水深为3.0m。考虑船闸最小过水断面系数n的要求，若n值过小，则船队（舶）过闸是可能出现碰底现象，为保证船队（舶）安全顺利地过闸，一般要求， 满足要求式中：闸室过水断面面积；船仲断面面积。综上，船闸的有效尺度拟取为：170.0m×12.0m×3.0m。2.3 引航道的平面形状与尺寸引航道的作用在于保证船舶安全、顺利地进出船闸，供等待过闸的船舶安全停泊，并使进出船闸的船舶能交错避让。引航道应具备足够的水深和合适的平面布置以保证通航期内过闸船舶（队）畅通无阻，安全行驶。2.3.1平面型式的选择引航道的平面形状与布置是否合理直接影响船舶进出闸的时间，从而影响船闸的通过能力。引航道平面形状与尺寸取决于地形条件、船舶进出闸的繁忙程度及其行驶方向以及靠船和导航建筑物的形式和位置。根据提供的地形条件可知，本船闸的初选位置地形条件良好，对船闸平面形状和尺寸的确定不起明显的约束作用；根据渠江下行货物密度大于上行密度（约占总统过量的70左右），大宗货物如煤、铁、粮食、木材、石油、及土特产品等均通过水路运往重庆、南充及长江各地。故可采用对称型引航道，即引航道向两侧拓宽，如下图2. 1所示。图2. 1 对称式引航道2.3.2尺度确定1、 引航道的长度引航道的长度主要取决于设计船型、船舶（队）的尺寸及操作性能，按双向过闸船舶运行的需要，引航道一般由导航段、调顺段、停泊段、过渡段和制动段组成，前3段一般要求为直线段，后两段可根据地形灵活布置，且可部分重合计算。据船闸总体设计规范（JTJ3052001）第5.1.1条，当采用曲线进闸，直线出闸方式过闸时引航道各段长度应符合的规定计算各段长度。a) 导航段长度最大设计船长（顶推船队）157m，现取160mb) 调顺段长度（1.52.0）取1.81.8×157315mc) 停泊段长度取320m（由于此船闸通过货运量较大，停泊段内等待过闸的船队不只一个故取2）d) 过渡段和制动段长度两段采取重合布置的方式，取其长度为400m。2、引航道的宽度引航道的宽度要满足船队停靠、调顺、会让和操作上的要求，单线船闸和双线船闸的引航道宽度是指调顺段和停泊段的宽度。此船闸设计为单线船闸，单线船闸引航道的宽度按双向过闸确定，即出闸船舶与停靠在靠船建筑物旁等待过闸的船舶会让所需的宽度。据船闸总体设计规范（JTJ3052001）第5.5.2条，对称型引航道的宽度用下式确定，式中： 设计最大船舶（队）的船宽，10.8m； 一侧等候过闸的并列停泊船舶（队）的总宽度，12.3m； 另一侧等候过闸的并列停泊船舶（队）的总宽度，12.3m； 船距、岸距，船距10.8m，岸距0，采用直立式靠船墩。故，10.8+12.3+2×10.8+12.357m，取58m3、引航道的水深引航道水深是指设计最低通航水位时引航道内的最小水深，等于设计船队的（舶）的满载吃水加富余水深。取富余水深为1.2m，最小水深H=1.8+1.2=3.0m，则 ，满足规范要求。2.3.3导航及靠船建筑物的布置对称式引航道的主、辅导航建筑物均可采用曲线型，其长度（通常以其在船闸轴线上的投影长度S表示），取决于过闸船舶（队）的长度，一般取Sa(0.51.0)Lc=(0.51.0)×157=78.50157 mSb(0.350.75)Lc=(0.350.75)×157=54.95117.75 m取Sa157 m ，Sb86 m式中，Sa 主导航建筑物的投影长度Sb 辅导航建筑物的投影长度Lc 顶推船队的全长，取设计船队的长度157 m为减小船舶撞击力，主、辅导航建筑物的半径均采用较大值，其弧半径分别为520 m和72 m。上游导航建筑物采用透空式结构，下游导航建筑物采用实体重力式结构。靠船建筑物的长度跟引航道停泊段的长度相同，即160 m，采用直线型布置。导航及靠船建筑物的布置如下图2. 2图2.2 导航及靠船建筑物的布置2.4 各部高程的确定船闸高程包括船闸顶部高程和底部高程，船闸顶部高程包括门顶、墙顶、导航和靠船建筑物顶部、堤顶等的高程。以下各部高程按船闸总体设计规范JTJ3052001 3.2 条有关规定进行计算。1、 船闸闸门门顶高程上游正常挡水位213.80m，上游最高通航水位218.05m，上有检修水位213.80m，下游检修水位202.72m。单级船闸上、下工作闸门门顶高程应相等。上、下闸门门顶高程上游最高通航水位218.05m + 超高1.00m219.05m上游检修闸门门顶高程上游检修水位213.80m + 超高0.70m214.50m下游检修闸门门顶高程下游检修水位202.72m + 超高0.70m203.42m2、 闸首墙顶、槛底高程闸首墙顶高程应根据闸门门顶高程和结构布置要求确定。现拟采用人字闸门，考虑人字门顶枢的构造和布置要求，上下闸首槛底高程分别取上下游设计最低通航水位减船闸门槛水深（3.0m）。上下闸首墙顶高程工作闸门顶高程219.05m + 0.65m219.70m上闸首槛底高程上游最低通航水位212.40m3.00m209.40m下闸首槛底高程下游最低通航水位200.72m3.00m197.72m3、闸室墙顶及底板高程高程闸室墙顶高程应为上游设计最高通航水位加超高，根据船闸总体设计规范（JTJ3052001）第4.2.6条，超高取值不小于设计过闸船队（舶）空载时的最大干弦高度，根据设计资料取超高为1.65m。故闸室墙顶高程与闸首墙顶高程一致，为219.70m 。闸室底板顶高程取下闸首门槛高程，即为197.72m 。3、 引航道底高程及墙顶高程根据船闸总体设计规范（JTJ3052001）第4.2.8条，上下引航道墙顶高程和靠船建筑物的顶高程由上下游设计最高通航水位加超高（不应小于空载时的最大干弦高度，现取1.65m）来确定。上下引航道和口门区连接段的底部高程应为上下游设计最低通航水位减去引航道设计最小水深（3.0m）。故，上引航道墙顶高程上游最高通航水位218.05m + 超高1.65m219.70m下引航道墙顶高程下游最高通航水位214.40m + 超高1.65m216.05m上下引航道靠船建筑物的顶部高程分别取219.70m和216.05m。上引航道底高程上游最低通航水位212.40m最小水深3.00m209.40m下引航道底高程下游最低通航水位200.72m最小水深3.00m197.72m2.5 船闸通过能力和船舶过闸时间船闸的通过能力是指每年通过船闸的船舶总数或货物的吨数，前者为过船能力，后者为过货能力。由于过闸船舶包括货船、客船、工作船、服务船以及其他类型的船舶，而且在货船中又有满载船、非满载船和空船的区别，因此过船能力相同的船闸，通过货物的数量并不完全相同。在一般情况下，船闸的通过能力是指设计水平年期限内，每年自两个方向（上、下行）通过船闸的货物总吨数，即年过闸货运量。2.5.1计算过闸时间根据船闸总体设计规范（JTJ3052001）第6.1.9条，单级船闸一次过闸时间可按下式计算：单向过闸：双向过闸：式中：单向一次过闸时间（min）； 双向一次过闸时间（min）；闸门开（关）时间（min）； 单向进闸时间（min）；灌（泄）水时间（min）； 单向出闸时间（min）；船队进出闸间隔时间（min）； 双向进闸时间（min）；双向出闸时间（min）。实际上，由于上行于下行船舶（队）很难保证到达船闸的均匀性，在设计中采用船舶（队）单向过闸与双向过闸所需时间的平均值来计算昼夜过闸次数，计算过闸时间取为根据船闸总体设计规范（JTJ3052001）第6.1.5条，计算各时间参数和一次过闸时间，取=1.5 min（船闸口门宽度小于16米）取=10 min取=0 min（一闸只过一个船队） 取= 43min。2.5.2计算船闸年通过能力根据船闸总体设计规范（JTJ3052001）第6.1.18条，年货运通过能力用下式计算船闸每昼夜过闸次数， 取30次船闸日平均工作时间，取22 h；每昼夜非运货船过闸次数；船闸每年通航天数，取350天；一次过闸平均吨位，近期取=525吨/次，远期取=1050吨/次；船舶装载系数，与货物种类、流向和批量有关，取0.7；运量不均匀系数，取1.3。近期 ，取为275.25万吨近期 ，取为514.50万吨通过以上分析与计算可知，设计船闸每天工作22小时，近期年通过能力275.2万吨大于近期过闸货运量232.94万吨的要求，远期年通过能力514.50万吨大于远期货运量507.27万吨的要求，即年通过能力满足设计水平年的货运要求。2.6 船闸耗水船闸的耗水量是船闸的一项重要技术经济指标，以通过每吨货物的单位耗水量来衡量。船闸耗水量包括过闸用水与闸、阀门漏水两部分。1、 一次过闸耗水量单级船闸单向一次过闸耗水量（忽略船队排水量）式中： 闸室水域长度 ( m )，取182 m； 闸室的有效宽度； 船闸的计算水头，取设计水头13.08m。单级船闸双向过闸时，上下两个方向各通过一个船队（只）完成一次循环操作，只需灌泄水一次，故双向一次过闸的用水量为单向一次过闸用水量的一半，即故一次过闸用水量应采用单、双向过闸的平均值，即0.7521425.04 2、 闸、阀门漏水量闸、阀门漏水两按下式估算式中： 1m长止水线上的渗漏损失。按船闸总体设计规范（JTJ3052001）第6.2.1条，当水头H > 10m时,取=0.0020.003，现取=0.0025 1闸、阀门边沿止水的长度。21.53×3+7.25×2+（2.8+3.1）×2×2102.9 m故船闸的平均耗水量为2.7 确定船闸在枢纽中的位置船闸的总体布置是一个十分重要的，关系到船闸能否安全畅通及保证良好运行条件的问题。1、船闸平面型式的选择富流滩船闸年通过能力较大，因此船闸平面形状采用闸首口门宽度与闸室宽度相等的等宽船船闸。船闸引航道平面布置型式根据工程所在位置的地形、地质条件、航运要求及船舶通过罗渡大桥等因素，采用对称式。鉴于富流滩河床宽度较大而且顺直的情况，把船闸与拦河坝、泄水建筑物及电站并列布置，即采用闸坝并列方式。这种布置方式的优点是占地面积小，开挖工程量小，同时可与其他建筑物在同一围堰内施工；对于船闸闸室与坝轴线相对位置，根据工程量、闸室结构和承受水压力等方面的比较，采取船闸突出于坝轴线下游的布置方式。2、导航建筑物和靠船建筑物的布置为引导船舶从水域宽度较大的引航道安全畅通的进入宽度较小的较窄的船闸，在闸首两侧引航道的导航段内布设导航建筑物。主导航建筑物位于左岸，总长160米，其中上游采用透空式的透水墙结构，下游采用实体重力式结构；为减小船舶撞击力，主、辅导航建筑物弧线半径均采用较大值，主、辅导航建筑物的弧半径分别为520 m和72 m。导航及靠船建筑物的布置如下图2.3图2. 3 导航及靠船建筑物的布置第3章 船闸输水系统的设计船闸输水系统是完成闸室灌泄水的主要设备，它包括进水口，输水廊道及输水阀门、出水口和消能设备等部分。输水系统是船闸的重要组成部分之一，直接关系到过闸船舶的通过能力及船闸的工程投资。3.1 输水系统的选择输水系统的型式可分为集中输水系统和分散输水系统两大类型，根据船闸输水系统设计规范（JTJ3062001）第2.1.4条进行初步选定。=9.0/2.49闸室灌水时间（min）设计水头（m）判别值m<2.5，初选为集中短廊道输水系统，并设计较复杂的消能工进行消能，以保证闸室的停泊条件。3.2消能工的选择根据船闸输水系统设计规范（JTJ3062001）第3.1.5条选择消能工，并按第3.1.4条计算上下闸首断面最大平均流速。上闸首：下闸首：按规范，上闸首均采用复杂消能工。上闸首由于帷墙现拟建消能室；下闸首采用对冲消能的消力池并在池中设置消力槛，消力槛的作用主要是将底部较大的流速向上挑起，并利用撞击达到消能扩散的目的。3.3 输水系统的布置3.3.1环短廊道的布置根据船闸的各部高程及地质、施工条件，采用环绕短廊道，廊道输水系统的特点是水流自上游经过两侧输水廊道流入消能室，消除部分能量使闸室水域具有较好的水流条件。1、廊道进口廊道进口断面初步拟定为3.0×3.0，根据，廊道的进口淹没水深至少应大于下式的结果，并且低于设计最低水位以下0.51.0米以上，以保证廊道进口顶部不产生负压，避免输水时吸入空气使进入闸室的水流掺气，而加剧水流的紊乱。h=1.2×4.92/2g1.47m 最大流量时廊道进口断面的平均流速（m/s）,由水力计算得最大流量88.9m3，从而4.9 m/s考虑到上闸首帷墙较高，取廊道进口顶部在最低的通航水位以下1.5m，上闸首廊道顶面高程为210.90m，符合规范规定的。下闸首廊道进口的最小淹没水深，采用挖深的方式来满足，其进口底面高程设为195.72m，顶面高程为198.42m，符合淹没水深要求。为了减小进口损失，上下闸首廊道进口轮廓应稍加修圆，修圆半径根据船闸输水系统设计规范（JTJ3062001）第3.2.3.2条可取（0.10.15）×30.30.45m，现取修圆半径为0.4m。2、 廊道转弯半径根据船闸输水系统设计规范（JTJ3062001）第3.2.3.3条，廊道进口转弯段中心线的曲率半径取为2.6m（不小于(0.91.0)= (0.91.0)×2.8=2.522.8m），内侧的曲率半径r取为2.0m（不小于0.15倍的设计水位差）。廊道出口转弯段中心线的平均曲率半径取为3.0m（不小于(1.01.4)= (1.01.4)×2.8=2.82.92m），内侧的曲率半径r取为2.7m（不小于(0.20.25)倍的设计水位差）。3、 廊道出口廊道出口的淹没水深原则上越大越好，但出口位置过低也将增大工程投资。淹没水深的大小可根据航道等级与水位差的大小来确定。根据规范下闸首廊道出口最小淹没水深为1.0m，现采用挖深的方式来满足，下闸首廊道的底高程设为195.72m，出口高度设为2.5m，所以下闸首廊道出口高程为198.22m。根据船闸输水系统设计规范（JTJ3062001）第3.3.3.4条，廊道出口断面扩大为廊道阀门断面的1.21.6倍，而且自转弯段的起点至出口设置导墙，导墙与消能室的导墙相连。输水阀门处廊道断面面积按船闸输水系统设计规范第3.3.2条的公式估算。阀门处面积 设kV=0.7 考虑二者的平均值，现取廊道阀门断面为2.7m×2.7m×214.58，廊道出口断面面积取18.90（约1.3倍的阀门处断面面积）。4、廊道长度按经验，廊道直线段长度， 取5.0 m 。3.3.2效能室的布置1、消能室的布置鉴于此船闸的设计水头较大，采用封闭式帷墙消能室，为了增大消能室的长度，缩短镇静段的长度，采用环绕短廊道，并把廊道进口设置闸门门龛段的后端，消能室内首先利用分水导墙引导水流使其在平面上基本扩散，然后利用消力梁、消力槛等调整竖相流速分布，为使水流能在平面上基本扩散，用隔墙及导航墙将消能室分成四个相等的区间，区间宽度设为2.0m，导墙宽度设为1.5m。消能室的分水导墙与廊道出口导墙相连，廊道出口的分水导墙应使每条廊道的流量等分流入该侧的两个区间内，起始点位于廊道出口中心外测0.1b0.1×30.3m处。效能室的布置见下图3.1 图3.1 效能室的布置示意图消能室出口采用四道分水导墙将其隔成的四个相等出口，每个出口宽度设为2.0m，消能室的高度初选8.0m。出口总面积为8.0×2.0×4.064.0>2×14.58(两倍阀门处断面面积)。为了避免气体从消能室顶部出口集中溢出从而影响闸室水面的稳定，避免因闸室水面在消能室顶部变化，水面脱离顶板时的吸附作用而产生水面波动，在消能室顶板底面设计1：100的倒坡。2、镇静段长度根据船闸输水系统设计规范第3.2.1条，镇静段的长度可按下式计算式中： 镇静段长度； 经验系数，与船闸输水消能型式有关，对复杂消能工取0.10.3，现取0.2； 理论最大比能，通过3.4.4小节的计算，取= 44；所以，取镇静段长度为10m。3.4输水系统的水力计算3.4.1局部阻力系数的计算根据船闸输水系统设计规范（JTJ3062001）附录A计算输水廊道阻力系数和流量系数。1、 进口 (进口边缘微带圆弧形，半径为0.4m) ， 取0.2252、 拦污栅（拟采用圆形栅条）=0.9063、 进口转弯 进口转弯（两个垂直转弯），矩形廊道。b/2R =3/(2*3.0)=0.5，查规范 式中，b为廊道宽度，R为进口平均曲率半径4、 出口转弯（简化为圆锥扩大和转弯） 圆锥扩大换算半径：m ， m换算高度：m换算角度：，查表得， = 0.137 转弯矩形廊道，b/2R =3/(2×3.5) =0.43 ，查得 式中，b为廊道宽度，R为进口平均曲率半径 综合以上两点出口转弯5、 出口双支孔出水： ， 取=0.96、 摩阻廊道总长： 水力半径： 谢才系数： 摩阻：为了方便计算，把各处的阻力系数以阀门出廊道断面平均流速为表征，并将以上系数和，阀门位于水平廊道中间部位，即阀门前后廊道断面面积相等。3.4.2流量系数的计算计算阀门全开时输水系统的流量系数，并与前面初选值进行比较。流量系数 式中， 瞬时阀门开度n时的阀门局部阻力系数，阀门全开=0 阀门井或门槽的损失系数，对平面阀门取=0.10，共有3到阀门井。 总阻力系数及摩阻损失阻力系数比较，满足要求。3.4.3输水时间和阀门开启时间的计算参照以上数据，根据设计经验，为使闸室内有良好的停泊条件，输水阀门匀速开启时间8min，即480s 。根据船闸输水系统设计规范（JTJ3062001）第3. 3.5条核算闸室的输水时间。所以，即初步拟定的输水时间600足够。3.4.4集中输水的闸室灌水水利特性曲线的计算与绘制根据船闸输水系统设计规范（JTJ3062001）第3.3.6条按附录C进行计算1、 流量系数与时间的关系阀门开启过程各时刻的流量系数与时间关系曲线按式A.0.6计算，阀门全开以后流量系数为常数。 （A.0.6）式中， 瞬时阀门开度n时的阀门局部阻力系数，阀门全开=0 阀门井或门槽的损失系数，对平面阀门取=0.10，共有3到阀门井。 总阻力系数及摩阻损失阻力系数流量系数计算表 表3.1时刻t（s）024487296120144168192216240264288阀门开度n0.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.550.60对应1489.60186.20114.9943.7830.6317.4812.938.386.334.283.222.16流量系数0.000.030.070.090.150.180.230.260.310.350.400.440.50时刻t（s）312336360384408432456480504528552576600阀门开度n0.650.700.750.800.850.900.951.001.001.001.001.001.00对应1.591.010.700.390.240.090.050.000.000.000.000.000.00流量系数0.540.590.620.660.690.710.720.730.730.730.730.730.73注：阀门匀速开启，故n与t成正比2、 闸室水位与时间的关系采用分时段逐点计算法。在阀门开启过程中(0480 s)任一时段末的水位差，忽略阀门开启过程中惯性水头的影响，阀门开启过程中任意时段末的水头可按下式计算：式中 时段末的水头 计算时段的平均流量系数，取前后两时刻流量系数的平均值 计算时段，取24s 输水阀门处廊道断面面积，=14.58 计算闸室水域面积，=180×12=2160 阀门全开后(480600 s)任意时段末的水头可按下式计算： 式中 阀门全开后惯性水头 阀门全开后的流量系数，0.730闸室水位计算表 表3.202424-4848-7272-9696-120120-144144-168168-192192-216216-240240-264264-2880.050.080.120.160.200.240.290.330.380.420.470.52(m)13.0512.9512.7412.4312.0311.5310.9510.289.538.727.856.93H(m)200.75200.85201.06201.37201.77202.27202.85203.52204.27205.08205.95206.87288-312312-336336-360360-384384-408408-432432-456456-480480-504504-528528-552552-5760.560.610.640.680.700.720.730.730.730.730.730.73(m)5.995.044.113.232.421.701.090.620.270.070.040.02H(m)207.81208.76209.69210.57211.38212.10212.71213.18213.53213.73213.76213.79注：闸室水位H等于上游正常挡水水位减时段末的水头，上游水位为218.30m，初始水头13.08m 。3、 流量与时间的关系 时刻t流量系数 时刻t水位差，取末的值 时刻t 惯性水头, 对集中输水系统04、能量与时间的关系5、比能与时间关系 时刻t的闸室过水断面面积，12.0×6、闸室流速与时间的关系流量、能量、比能、流速计算表 表3.3t(s)024487296120144168192216240264288()0.0011.5219.2127.7036.8045.0753.3961.0968.4374.9480.6185.0387.94()0.001474.202441.333462.314488.935318.396040.656560.556899.607007.816894.116544.065977.40()0.0040.4965.0486.37102.59109.38110.69106.5199.1189.1978.0466.2254.43()0.000.320.510.690.840.930.980.990.980.950.910.860.80()36.0036.4137.5340.0943.7648.6254.5761.6069.6278.5788.3598.82109.81t(s)312336360384408432456480504528552576600()88.9187.7784.2278.3770.2560.3449.0037.0324.7012.379.425.771.49()5221.264338.603396.612481.981665.231005.49526.13224.4366.598.363.700.850.01()43.1132.7523.6516.0910.165.832.931.210.350.040.020.000.00()0.730.660.590.510.430.350.270.200.130.060.050.030.01()121.13132.49143.63154.22163.96172.57179.83185.55189.66192.13192.48192.78192.957、绘制闸室输水过程的水力特性曲线根据以上计算的表格中的数据绘制闸室输水过程的水力特性曲线，为使各曲线有较为直观的对应，将几条曲线在同一张表中绘出，但由于几组数据的变化幅度和最值之差都相差较大，故采用不同的竖标比例刻度。（见下页图3.2）专心-专注-专业第4章 闸、阀门及起闭机型式的选择4.1闸门型式的选择及尺寸的确定4.1.1闸门型式的选择根据船闸闸、阀门设计规范（JTJ3082003）第2.3.2条，承受单向水头在静水条件下启闭的工作阀门，特别是中、高水头的工作阀门宜选用人字闸门；检修闸门采用升降式平面阀门。人字闸门具有耗用钢材量少，能封闭高、宽尺寸都比较大的孔口，运行灵活可靠，启闭迅速，通航净空不受限制等优点。4.1.2门扇尺寸的确定1、门扇的长度m式中 闸首边墩墙面间的口门宽度 C 由门扇的支垫座与枕垫座的支承面至门合龙外缘的距离。通常C(0.050.07)= (0.050.07)×12=0.60.84,现取C0.7 m 。2、门扇厚度门扇的厚度支指主横梁中部高度，初步设计按(1/81/12) 选用。(1/81/12) (1/81/12)×7.250.910.60 m，取0.8 m3、门扇高度门扇高度门顶高程门槛高程+闸门面板与门槛顶的高差（门底止水位于门槛侧面，取为0.2 m）上闸首门扇高度219.05209.40 + 0.29.85 m下闸首门扇高度219.05197.72 + 0.221.53 m4.2阀门型式的选择及尺寸的确定4.2.1阀门型式的选择根据船闸闸、阀门设计规范（JTJ3082003）第2.3.3条，此船闸水头为13.08 m，初步选用升降式平面阀门，检修阀门也采用升降式平面阀门。平面阀门具有门叶厚度小，门叶结构简单，门体刚度大，制造、安装、检修方便，运行经济可靠的优点。4.2.2门槽和止水1、门槽尺寸门槽尺寸根据经验选取，宽度W=1.0 m 深度D0.6 m，W/D=1.67,在矩形门槽宽深比的适合范围W/D1.6 1.8之间。根据设计经验，门槽宽度较大，为减小门槽处的空化程度，采用斜坡错距式门槽。取W0.06,即0.06 m， X/=10,即X0.6 m。各处位置见右图4.1。图4.1 门槽倒坡示意图2、底缘和止水布置本船闸设计水头13.08 m，属于中水头船闸，根据设计经验，平面阀门顶止水应设在下游面；底缘止水应布置在靠近门槽的下游端，上游面倾斜角度采用50o，下游面倾斜角度采用30o（底缘布置见图4.2）。两个方向的斜面可调节刀形止水线分离点的位置，从而使收缩水流对门槽内水体的扰动较小，不易产生空化水流。图4.2 阀门底缘布置为减小阀门的启闭力，顶止水设在上游面，使门井水位为下游水位，从而门顶承受的水柱压力较小。阀门井的布置见图4.3，其中尺寸采用船闸设计推荐尺寸，（1）s122.5mm（选用P45A型止水橡皮） s05s1112.5mm（2）=100mm（3）h(0.050.1)×2.7=0.1350.27m，但不小于300mm，取h300mm3、阀门尺寸根据船闸闸、阀门设计规范（JTJ3082003），结合廊道阀门断面的设计尺寸，拟定阀门尺寸如下：宽：2.8 m ，高：2.8 m ，厚：0.6 m图4.3 阀门井的各尺寸示意图4.3启闭机型式的选择根据船闸启闭机设计规范第2.2.1条，船闸启闭机可分为机械传动启闭机和液压传动启闭机等型式。启闭机机型应根据工作闸门和工作阀门的型式、船闸布置条件、使用要求和加工制造等因素确定确定。 现选用液压传动启闭机，它具有操作方便，运行安全，便于检修，能在动水中启闭的优点。4.4闸首尺寸与布置4.4.1闸首长度1、门前段长度检修闸门放在闸首内，因为采用短廊道输水系统，为了满足环绕短廊道的布置，取7.0m。1、门龛段长度工作闸门采用人字门，根据航道道工程学式（623）计算：式中 闸首口门宽度； 门龛深度，取门扇厚度+缓冲垫块厚度和富裕厚度0.8+0.51.3m； 门扇与；22.50；m，取8.4m3、闸门支持段长度根据经验，支持段的长度取决于设计水头和口门的宽度，根据此船闸的13.08m的设计水头，取5.0m。 所以，闸首的总长度m。4.4.2闸首宽度 闸首宽度用下式计算，式中 闸首的口门宽度；12.0m 闸首边墩宽度，取3b3×2.78.1m，b为廊道的宽度。所以，12.0+2×8.128.2m4.4.3底板厚度和门塘深度1、底板厚度闸首为整体式结构，闸首底板采用平底板。根据渠化工程学上闸首底板厚度可取（1/3.51/4.5）倍的边墩厚度，但不应小于其净跨的（1/61/7）。(1/3.51/4.5)×(219.70-197.72)=4.486.28m(1/61/7)×12.01.712.00m 所以，取4.68m1、门塘深度 根据船闸闸、阀门设计规范第7.1.7条，门塘深度的确定应考虑以下因素：一是对闸门启闭力的影响，二是泥沙淤积及其沉淀物对闸门运行的影响，三是底止水和限位装置埋件埋设的要求，四是门扇检修的需要。结合工程设计经验，取门塘深度为2.0m。第5章 污工重力式闸墙初步设计本章选用两污工式分离闸墙进行初步设计，主要对低水运用情况进行了计算。富流滩船闸的地质情况良好，整个船闸位于岩基上，并且当地石料丰富，采用浆砌条石结构是比较经济合理的。5.1断面尺寸及墙后布置5.1.1截面尺寸的拟定图5.1 墙身断面图5.1.2墙后回填及排水设施根据渠江上已建船闸的资料，墙后回填土可主要采用当地的开山石；本船闸在洪水期会发生溢流，即为溢流船闸，因此为了防止土的流失，墙后上层回填2.5 m厚的中砂层，并在其上加设盖板。为了减小渗流水头和作用在闸室墙后的水压力，在闸室墙后的回填土中设置排水管，排水管的构造如下图，布置采取如下方案，l 设置两层排水管，第一层起点高程209.8m，终点高程209m，第二层起点高程204.8m ，终点高程204m；其纵坡i=0.8/(187+50)=1/300 ,介于1/(200)1/500之间，符合要求；l 终点位于下游引航道的导航墙上，并且在终点前设置可控制的阀门，以防高水位时下游水流如回填土中；l 每隔40 m设置一个检查井。图5.2 墙后回填及排水管细部构造5.2 污工重力式闸墙的荷载计算作用在