【摘要】：長(zhǎng)江上游地區(qū)水頭高、流速快、水位變幅大,對(duì)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(yùn)量小、高地震烈度對(duì)塔柱的橫向位移要求等問(wèn)題;多級(jí)船閘形式又面臨耗水量巨大、下游引航道流態(tài)不佳等問(wèn)題。省水船閘是解決上述問(wèn)題的有效結(jié)構(gòu)形式,但在我國(guó)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)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(duì)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(jì)算流程和參數(shù)確定方法等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行研究,并通過(guò)結(jié)構(gòu)核算、輸水效率、省水量3個(gè)方面說(shuō)明省水船閘方案的可行性及其相對(duì)于梯級(jí)船閘的優(yōu)越性。
【圖文】：

淥幡低逞芯?*表1國(guó)內(nèi)外部分省水船閘船閘名稱(chēng)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(jí))烏江銀盤(pán)120×1236.50在我國(guó)，自20世紀(jì)60年代以來(lái)，僅對(duì)鄭家崗省水船閘［2］、烏江銀盤(pán)省水船閘［3-4］、桂林春天湖省水船閘［5］等開(kāi)展了系列試驗(yàn)，在水動(dòng)力學(xué)、輸水系統(tǒng)、運(yùn)行方式等方面取得了有限的研究成果，對(duì)于高水頭省水船閘的設(shè)計(jì)與運(yùn)行尚缺乏成熟的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。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(jiàn)圖1，描述了灌水、泄水兩個(gè)過(guò)程［6］。圖1省水船閘灌泄水原理灌水時(shí)，閘室水位從下游通航水位h6逐級(jí)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(shí)，水流依次從省水池4～省水池1排入閘室。每級(jí)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(guò)程可以看出，省水池節(jié)約了h2～h6的水量。泄水時(shí)，閘室水位從上游通航水位h0逐級(jí)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(shí)，水流依次灌入省水池1～省水池4。每級(jí)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(guò)程可以看出，省水池節(jié)約了h0～h4的水量。1.2省水量的計(jì)算當(dāng)各級(jí)水位差相等、各級(jí)省水池儲(chǔ)水量相同時(shí)，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(shí)際工程

拷洗�。斥c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(duì)較小，開(kāi)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(shí)，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(wèn)題。因此，三峽新通道工程上級(jí)船閘主體結(jié)構(gòu)閘首采用鋼筋混凝土實(shí)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(jiàn)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(gè)參數(shù)［10］，即:閘室有效長(zhǎng)度Lc=∑lc+ΔL(2)閘室有效寬度Bc=∑bc+ΔBc(3)門(mén)檻水深Hc≥1.6T(4)式中:∑lc為一次過(guò)閘船隊(duì)在閘室同一航線上停泊的總長(zhǎng)度;ΔL為閘室富裕長(zhǎng)度;∑bc為一次過(guò)閘船隊(duì)并列停泊的最大總寬度;ΔBc為富裕寬度;T為最大船隊(duì)滿載吃水深度。計(jì)算得Lc=400m，Bc=40m。需要特別指出的是，已建三峽五級(jí)船閘門(mén)檻水深為5.5m，實(shí)際運(yùn)行時(shí)，并未按照5.5m湓1.6=3.4m吃水控制過(guò)閘船舶，而是超設(shè)計(jì)能力通行吃水為4.3m的大船，即實(shí)際Hc湓T=1.28。多年來(lái)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)顯示，超能力運(yùn)行并未出現(xiàn)擱淺礙航等問(wèn)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(yàn)，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(jì)算公式見(jiàn)表2。表2船閘結(jié)構(gòu)主要高程高程限定條件計(jì)算公式及結(jié)果上閘首門(mén)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(mén)的安裝、使用
【作者單位】： 中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金(51109118) 浙江省自然科學(xué)基金(LY14E090001)
【分類(lèi)號(hào)】：U641

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