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文檔簡介
第六章通航建筑物
通航建筑物是指為船舶通過航道上集中水位落差而修建的建筑物。常見的通航建筑物有船閘、升船機等。船閘總體布置示意圖第一節(jié)通航建筑物的主要形式及特點
船閘是用水力直接提升船舶過壩的一種通航建筑物。它是由上下閘首、閘門、閘室等擋水建筑物和能使閘室水位升降的輸水系統(tǒng)形成的水梯。
船閘示意圖葛洲壩2#船閘江蘇省張家港船閘船舶過閘示意圖上行作業(yè):打開下閘門——進入閘室——關閉下閘門——打開上閥門灌水至齊平——打開上閘門——進入上引航道
下行作業(yè):打開上閘門——進入閘室——關閉上閘門——打開下閥們泄水至齊平——打開下閘門——進入下引航道升船機是利用機械的方法使船舶克服集中水位落差的一種通航建筑物。3000噸垂直卷揚升船機
清江高壩洲升船機
升船機的特點:
(l)在運轉(zhuǎn)時基本上不耗水,在水量不充沛的河流和運河上,建造升船機較為有利;
(2)升船機的升降速度遠較船閘閘室灌、泄水速度快,船舶通過升船機所需的時間較船舶通過船閘的時間要短;
(3)在高水頭的通航建筑物中升船機的造價一般較小;
(4)機電設備是保證升船機安全運行的一個重要部分,升船機的建造與安裝要求有較高的設計與工藝水平。各國建設和科研工作經(jīng)驗表明:(1)當水頭在70m以上,宜建造升船機;(2)水頭在40~70m之間應進行升船機與船閘的比選;(3)在40m以下,采用船閘通常比升船機優(yōu)越。
第二節(jié)船閘的組成和類型一、船閘的組成
船閘主要由閘室、閘首和引航道等三個基本部分及相應的設備所組成。
三峽永久船閘閘室全景圖
船閘組成示意圖
a)縱斷面圖;b)平面圖
1—上游引航道;2—下游引航道;3—上閘首;4—閘室;5—下閘首;6—上閘門;7—下閘門;8—主導航建筑物;9—靠船建筑物;10—輔導航建筑物閘室
——指船閘上、下閘首和兩側(cè)閘室墻環(huán)繞而形成的空間。
作用是供船舶停泊使用。為了保障過閘船舶的穩(wěn)定停泊和安全升降,沿閘室墻設有系船設備和輔助設備。閘首
——是將閘室與上下游引航道隔開的擋水建筑物。
作用是擋水和灌泄水。分上、中、下閘首,在閘首內(nèi)常布置有閘門、輸水系統(tǒng)、閘閥門的起閉機械等設備。引航道
——是連接閘首與主航道的一段航道。
作用是引導船舶迅速、安全地進出閘室。分上、下引航道,引航道內(nèi)有導航建筑物及靠船建筑物。二、船閘工作原理三、船閘的類型
根據(jù)船閘不同的特征,如閘室數(shù)目、位置、功能、輸水型式、結(jié)構(gòu)型式及閘門型式等等,可以分為不同的類型:
1、內(nèi)河船閘和海船閘①內(nèi)河船閘:建在內(nèi)陸河流及人工運河上、供內(nèi)河船舶航行的船閘。
特點:平面尺度相對較小,多承受單向水頭。
②海船閘:建在封閉式海港港池口門、海運河及入海河口,供海船航行的船閘。
特點:平面尺度大、檻上水深大、多承受雙向水頭,無上、下閘首之分。
2、單級船閘和多級船閘
①單級船閘
——沿船閘縱向只有一個閘室的船閘。特點:
(1)過閘時間短,通過能力大;
(2)運行管理方便(建筑物及設備集中);
(3)閘閥門及起閉機械少,可靠性高;
(4)占地少,便于布置(長度?。?/p>
(5)耗水多,結(jié)構(gòu)復雜,對地質(zhì)條件要求高(水頭高)
(6)對輸水系統(tǒng)要求高。具有中間閘首的船閘,特點是適應于單船或船隊、不同數(shù)量的船舶迅速通過閘室,節(jié)省了過閘時間,可提高船閘通過能力。有中間閘首的單級船閘
a)縱斷面圖;b)平面圖
1—上閘首;2—下閘首;3—中閘首②多級船閘——沿閘室軸線方向具有兩個及兩個以上閘室的船閘。
多級船閘型式主要有連續(xù)梯級船閘和設中間渠道多級船閘兩種。連續(xù)梯級船閘——兩個以上閘室縱向連續(xù)梯級排列的船閘。連續(xù)四級船閘示意圖
a)縱斷面圖;b)平面圖
三峽連續(xù)五級雙線船閘
連續(xù)梯級船閘能克服較大的水位落差,
但船舶過閘時間長,通過能力小。
為提高多級船閘通過能力和運行保證率,根據(jù)船舶過閘運行的需要和地形、地質(zhì)等條件,
在縱向兩個閘室或多個閘室之間,可設可供錯船會讓的中間渠道,這種類型的船閘稱設中間渠道的多級船閘。
設中間渠道的多級船閘
a)縱斷面圖;b)平面圖
1—閘門;2—第一級船閘;3—第二級船閘3、單線船閘和多線船閘單線船閘——在一個樞紐內(nèi)只建有一座船閘。
多線船閘——在一個樞紐內(nèi)只建有兩座以上的船閘,是指沿橫向(閘門軸線方向)有兩個或兩個以上閘室的船閘。
多線船閘俯視圖
4、其他類型的船閘
根據(jù)船閘使用特點,在已建的船閘中還有廣室船閘,省水船閘、井式船閘等各種類型。
①廣室船閘(僅用于小河支流上的小型船閘中)
閘首口門寬度小于閘室寬度的船閘,即為廣室船閘??煞秩N型式:(1)對稱式:口門軸線與閘室軸線重合;(2)反對稱式:口門軸線分別位于閘室軸線的兩側(cè);(3)鎖式:口門軸線位于閘室軸線的同一側(cè)。適用于特殊地形。②省水船閘
在閘室的一側(cè)或兩側(cè)設置蓄水池以節(jié)省用水。省水船閘③井式船閘
當船閘水頭較高,地基條件較好時,為減小下游閘門的高度,在下閘首的上部建造一道橫向胸墻,過閘船舶從胸墻下面進出閘室,這種船閘稱為井式船閘。
井式船閘1—閘門2—通航孔道3—胸墻H—水深在一個樞紐內(nèi)只建有一座船閘。四、船閘的引航道俯瞰淮安復線船閘
引航道的作用:(1)保證船舶安全、順利地進出船閘;(2)供等待過閘的船舶安全停泊;(3)使進出閘船舶能交錯避讓。
引航道的要求:(1)足夠的水深及相應的平面尺度和形狀;(2)良好的掩護及水流條件。引航道的型式:單線船閘引航道平面布置,一般有對稱型、反對稱型、不對稱型等三種型式
。a)
—對稱型
b)—反對稱型
c)—不對稱型(a)對稱型引航道的軸線與船閘軸線重合。(b)反對稱型引航道是上、下游引航道向不同的岸側(cè)拓寬。這類引航道對單向過閘較為有利。(c)不對稱型引航道是上、下游引航道向同一岸側(cè)拓寬。一個方向的船舶進出閘都是直線,另一個方向的船舶進出閘沿曲線行駛。第三節(jié)船閘的規(guī)模一、船閘的基本尺度船閘基本尺度是指閘室有效長度、閘室有效寬度及門檻水深。
船閘基本尺度示意圖1、閘室有效長度
——船舶過閘時,閘室內(nèi)可供船舶安全停泊的長度。
閘室有效長度Lx可按下式計算:式中:lc——設計最大過閘船隊(舶)的長度(m);
lf——富裕長度(m)
。船閘總體設計規(guī)范(JTJ305-2001)2001-9-5發(fā)布2001-1-1實施2、閘室有效寬度
——閘室內(nèi)兩側(cè)墻面最突出部分之間的最小距離。對斜坡式閘室,其有效寬度為兩側(cè)垂直靠船設施之間的最小距離。
閘室有效寬度Bx
可按下式計算:式中:bc——同閘次過閘船隊(舶)并列停泊的最大總寬度(m);
bf
——富裕寬度(m)
。船閘總體設計規(guī)范(JTJ305-2001)2001-9-5發(fā)布2001-1-1實施3、門檻水深
——設計最低通航水位時門檻上的最小深度。門檻水深H應滿足:式中:H——門檻水深(m);
T——設計過閘船隊(舶)的滿載時的最大吃水。4、斷面系數(shù)
在確定船閘基本尺度時,還應考慮船閘最小過水斷面的斷面系數(shù)n的要求。根據(jù)試驗和觀察,若n值過小,則船隊(舶)過閘時,可能產(chǎn)生碰底現(xiàn)象。為保證船隊(舶)安全預利地進閘,一般要求,式中:Ω
——最低通航水位時,閘室過水斷面面積(m2),
Ω=Bx×H
;
Φ——最大設計過閘船隊(艙)滿載吃水時船舯斷面水下部分的斷面面積(m2)。
二、船閘線數(shù)若有下列情況之一時,應論證研究修建雙線或多線船閘:
(1)單線船閘設計(實際)通過能力不能滿足設計水平年內(nèi)貨運量需要;
(2)在運輸特別重要的航道上,不允許因船閘檢修、沖沙和挖泥等因素造成航道斷航。
(3)運量大、過閘繁忙的一線連續(xù)多級船閘,由于采用單線船閘的運轉(zhuǎn)方式會延長過閘時間、降低通過能力和過閘效率,可進行經(jīng)濟分析和綜合研究,考慮建雙線或多線船閘。葛洲壩水利樞紐布置示意圖
葛洲壩水利樞紐鳥瞰圖
長江流出三峽,江面突然由二三百米展寬到兩千多米,出南津關(湖北宜昌附近)三千米的地方,被葛洲壩和西壩兩個小島將江面一分為三,分別叫做大江、二江、三江。被稱作“萬里長江第一壩”的葛洲壩水利樞紐工程就建在這里,大壩全長2561米,高70米。葛洲壩工程具有發(fā)電、改善航道等綜合效益。
工程主要建筑物有船閘、河床式廠房、泄水閘、沖沙閘、左岸土石壩和右岸混凝土重力壩。大壩兩側(cè)布置三江、大江兩線航道,航道與泄水閘之間分別布置二江及大江電廠。為了保證長江航運,在大江和三江上共建了三座船閘,大江一號船閘和三江二號船閘,閘室尺寸280*34*5米,可通過萬噸級輪船和大型船隊,三江三號船閘,閘室尺寸120*18*4米,主要用于通過3000噸以下的客貨輪。
三、船閘級數(shù)具有下列情況之一時,應考慮多級船閘方案:
(1)采用單級船閘受技術條件的限制,特別是受閥門水力條件和閘門技術條件的限制;
(2)受船閘所處位置的地形條件的限制,如地形較高,建單級船閘開挖深度大,與樞紐中相鄰建筑物連接難以處理等;
(3)地質(zhì)條件限制,興建高水頭單級船閘有困難;
(4)河流缺水,需要節(jié)省船閘耗水量,建省水船閘又不經(jīng)濟時。
單級船閘與多級船閘的水頭也無明確界限,一般可按下述范圍考慮:
H≤20m,單級船閘(H為水頭);
20m<H≤40m,單級或雙級船閘;
H>4Om,雙級或多級船閘。連續(xù)多級船閘是超高水頭船閘形式之一,可適應各種水頭。缺點:可靠性差、船舶過閘時間長、通過能力小、停航檢修幾率多等。在重要航道上建連續(xù)多級船閘,應考慮同時興建雙線。長江三峽樞紐雙線連續(xù)五級船閘
三峽船閘位于海拔262.48m的壇子嶺左側(cè),是在花崗巖山體中開挖形成的人工航道,最大挖深176m,航線總長6442m,由上游引航道(2113米)、閘室主體段(1621m)、下游引航道(2708m)、地下輸水系統(tǒng)和山體排水系統(tǒng)等組成。到2009年三峽蓄水到175米時,水位落差達113米,采用連續(xù)梯級船閘可以將上百米水位差分級減小。船舶從上游過壩下行,打開第一號閘室的上閘門,使閘內(nèi)水位與上游水位齊平,船進入,關閉下閘門,從閘內(nèi)放水,與第二號閘室水位齊平時,打開下閘門,船舶駛?cè)氲诙栭l室。依次類推,直駛?cè)胂掠?。如果船由下游向上駛,上述過程相反。通過一次五級船閘,大約需要2-3個小時。緊閉的閘門。五級船閘共有12道閘首24扇鋼鐵巨門,每扇門高38.5米、寬40.4米,重達1700噸,相當于4個藍球場大。
船閘閘室:三峽共有10個閘室,每個閘室有效長度280米,凈寬34米,可過萬噸級船隊,年單向通航能力5000萬噸。
設中間渠道的多級船閘是多級船閘中的另一種型式。根據(jù)船舶所處地區(qū)的地形、地質(zhì)等條件,可在各閘室間設中間渠道以過渡。設中間渠道的兩級船閘四、船閘設計水位1、上、下游設計最高水位
船閘作為樞紐建筑物的一部分擔負著擋水作用,其洪水標準應與樞紐其它建筑物一致。因此,對非溢洪船閘上游設計最高水位通常采用水利樞紐的校核洪水位(即正常運用洪水位);而對于一些允許溢洪的山區(qū)船閘,為了降低工程造價,上游最高水位可取和上游最高通航水位相同的標準。
船閘下游設計最高水位可采用樞紐最大下泄流量相應的下游最高水位。
2、上、下游設計最高通航水位
船閘設計最高通航水位是船閘正常運用的上限水位,又是船閘建筑物的設計標準之一。
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