【摘要】：長江上游地區(qū)水頭高、流速快、水位變幅大,對通航建筑物提出了較高的要求,采用升船機(jī)形式較難解決運量小、高地震烈度對塔柱的橫向位移要求等問題;多級船閘形式又面臨耗水量巨大、下游引航道流態(tài)不佳等問題。省水船閘是解決上述問題的有效結(jié)構(gòu)形式,但在我國的應(yīng)用經(jīng)驗較為有限。以三峽新通道工程為依托,從省水船閘的工作原理出發(fā),分別對結(jié)構(gòu)選型、省水池布置、結(jié)構(gòu)高程及尺度確定、輸水系統(tǒng)的計算流程和參數(shù)確定方法等關(guān)鍵問題進(jìn)行研究,并通過結(jié)構(gòu)核算、輸水效率、省水量3個方面說明省水船閘方案的可行性及其相對于梯級船閘的優(yōu)越性。
【圖文】：

淥幡低逞芯?*表1國內(nèi)外部分省水船閘船閘名稱閘室尺度湓(m×m)水頭湓m埃爾蘭根200×1218.3呂內(nèi)堡190×1238.0于爾岑190×1223.0鄭家崗130×1228.35(兩級)烏江銀盤120×1236.50在我國，自20世紀(jì)60年代以來，僅對鄭家崗省水船閘［2］、烏江銀盤省水船閘［3-4］、桂林春天湖省水船閘［5］等開展了系列試驗，在水動力學(xué)、輸水系統(tǒng)、運行方式等方面取得了有限的研究成果，對于高水頭省水船閘的設(shè)計與運行尚缺乏成熟的實踐經(jīng)驗。1省水船閘的工作原理1.1省水船閘的工作原理帶省水池的船閘工作原理見圖1，描述了灌水、泄水兩個過程［6］。圖1省水船閘灌泄水原理灌水時，閘室水位從下游通航水位h6逐級升高至上游通航水位h0。當(dāng)水位依次由h6上升至h5，h5上升至h4，…，h3上升至h2時，水流依次從省水池4～省水池1排入閘室。每級灌水結(jié)束后，閘室內(nèi)水位低于相應(yīng)省水池底部一定高度e'。最后h0～h2之間的水由上游引航道灌入閘室。從灌水的過程可以看出，省水池節(jié)約了h2～h6的水量。泄水時，閘室水位從上游通航水位h0逐級降至下游通航水位h6，當(dāng)水位依次由h0下降至h1，h1下降至h2，…，h3下降至h4時，水流依次灌入省水池1～省水池4。每級灌水結(jié)束后，水位高出相應(yīng)省水池頂板一定高度e。最后h4～h6之間的水直接泄入下游引航道。從泄水的過程可以看出，省水池節(jié)約了h0～h4的水量。1.2省水量的計算當(dāng)各級水位差相等、各級省水池儲水量相同時，省水量可由下式表示:E=nm(H－2e)[1+m(1+n)]H(1)式中:H為灌泄水總水頭差(m);e為省水池頂預(yù)留的深度(m);m=Sr湓Sc為省水池面積與閘室面積之比。實際工程

拷洗蟆３鈉鍪澆?構(gòu)、混合式結(jié)構(gòu)適用于巖面較高的情況，結(jié)構(gòu)斷面相對較小，開挖量較校省水船閘方案不僅要建設(shè)船閘主體結(jié)構(gòu)，，還要為省水池結(jié)構(gòu)留出空間。采用封閉式省水池能夠節(jié)約建設(shè)用地［9］，若進(jìn)一步將省水池設(shè)置在主體結(jié)構(gòu)邊墩內(nèi)，省水池更接近閘室，灌、泄水的路徑大大縮短。同時，省水池在邊墩內(nèi)部充當(dāng)空箱功能，不僅節(jié)省建筑材料，還減少了大體積混凝土水化熱問題。因此，三峽新通道工程上級船閘主體結(jié)構(gòu)閘首采用鋼筋混凝土實體底板和箱型邊墩組成的整體式結(jié)構(gòu)，閘室結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土分離式結(jié)構(gòu)，見圖2。圖2三峽新通道省水船閘主體結(jié)構(gòu)(半結(jié)構(gòu))3.2船閘規(guī)模及船閘尺度的確定船閘規(guī)模主要包含3個參數(shù)［10］，即:閘室有效長度Lc=∑lc+ΔL(2)閘室有效寬度Bc=∑bc+ΔBc(3)門檻水深Hc≥1.6T(4)式中:∑lc為一次過閘船隊在閘室同一航線上停泊的總長度;ΔL為閘室富裕長度;∑bc為一次過閘船隊并列停泊的最大總寬度;ΔBc為富裕寬度;T為最大船隊滿載吃水深度。計算得Lc=400m，Bc=40m。需要特別指出的是，已建三峽五級船閘門檻水深為5.5m，實際運行時，并未按照5.5m湓1.6=3.4m吃水控制過閘船舶，而是超設(shè)計能力通行吃水為4.3m的大船，即實際Hc湓T=1.28。多年來的實踐經(jīng)驗顯示，超能力運行并未出現(xiàn)擱淺礙航等問題。三峽新通道的船型最大吃水為5.5m，按照式(4)并借鑒三峽已建船閘的經(jīng)驗，Hc=8m。3.3主要部位高程船閘主體結(jié)構(gòu)特征高程的限定條件及計算公式見表2。表2船閘結(jié)構(gòu)主要高程高程限定條件計算公式及結(jié)果上閘首門檻頂高程滿足上游最低通航水位下的行船要求#H=#Hulwl－Hc(137=145－8)m閘首墻頂高程滿足擋洪閘門的安裝、使用
【作者單位】： 中交水運規(guī)劃設(shè)計院有限公司;
【基金】：國家自然科學(xué)基金(51109118) 浙江省自然科學(xué)基金(LY14E090001)
【分類號】：U641

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本文編號：2538735