DBJT45T 020-2020 省水船閘設(shè)計(jì)指南

廣西壯族自治區(qū)交通運(yùn)輸行業(yè)指南2020-12-05發(fā)布2021-01-01實(shí)施85.5.3當(dāng)上、下游水位基本恒定或變化很小時(shí)，可按照省水率要求，擬定省水池級(jí)數(shù)n,船閘最大工作水頭H均分為n+2等份，每等份水頭為H/(n+2),各省水池由低到高的分級(jí)布置為：第n級(jí)省水池布置于下游通航水位以上nH/(n+2)～(n+1)H/(n+2)高度范圍(參見(jiàn)圖7)。工圖7省水池級(jí)數(shù)和水位劃分示意圖5.5.4當(dāng)船閘的上游和下游水位均存在一定變幅時(shí)，需根據(jù)上、下游通航水位以及其他重要特征水位c)由上游最高通航水位~下游最高通航水位組合，確定各級(jí)省水池的最高運(yùn)行水位。5.5.5每級(jí)省水池的池底高程為該池最低運(yùn)行水位-初始水深，池頂高程為該池最高運(yùn)行水位+預(yù)留高5.5.6上、下游任意水位下，省水池最高運(yùn)行水位和最低運(yùn) Zwt(i)——第i級(jí)省水池最高運(yùn)行水位(省水池灌水完成時(shí)的水位)(m);Zm(i)——第i級(jí)省水池最低運(yùn)行水位(省水池泄水完成時(shí)的水位)(m);n——省水池級(jí)數(shù)，定義自下而上省水池編號(hào)i=1,2,…,n;9Ha(-1)不HusbZdown又Zup△H注1:,Swsb、Sjock分別為船閘省水池和閘室面積(m2)。注2:Hwsb=Zw:(1)-Zwb(1)為第i級(jí)省水池水位變化(m)。5.5.7當(dāng)上、下游水位變幅較大時(shí)，可考慮設(shè)置必要的補(bǔ)水或溢水工程措施，以降低各級(jí)省水池底高5.6.1省水池一般布置在船閘閘室的旁側(cè)(一側(cè)或兩側(cè))。5.6.2省水池的型式由上下游水位變化條件、場(chǎng)地布置條件、地質(zhì)條件等因素確定；天然河流一般采用開敞式省水池；封閉式省水池對(duì)上下游水位變化值要求較嚴(yán)格，5.6.3開敞式省水池一般為與閘室墻分開的分離式結(jié)構(gòu)；封閉式省水池則一般為與閘室墻結(jié)合的整體5.6.4省水池一般沿閘室長(zhǎng)度方向平行布置；開敞式省水池在閘墻后呈臺(tái)階狀高低交錯(cuò)布置(參見(jiàn)圖3、圖4和附錄D),封閉式省水池在閘墻內(nèi)垂直分層布置(參見(jiàn)圖5、圖6和附錄D)。5.6.5各級(jí)省水池?cái)?shù)量可根據(jù)場(chǎng)地條件進(jìn)行布置，單級(jí)省水池總面積不宜小于閘室水域面積；封閉式5.6.630m水頭以上高水頭或超高水頭船閘宜布置6.4.1輸水時(shí)間組成省水船閘輸水時(shí)間為船閘省水運(yùn)行的總灌水時(shí)間與總泄水時(shí)間之和；這里省水運(yùn)行的總灌水單向或雙向一次過(guò)閘運(yùn)行，省水船閘的輸水時(shí)間可按下式(3)計(jì)算：Ts——省水船閘輸水時(shí)間(min);tg——省水運(yùn)行的總灌水時(shí)間(min),即各級(jí)省水池由低至高依次向閘室灌水的時(shí)間之和，tx——省水運(yùn)行的總泄水時(shí)間(min),即閘室向各級(jí)省水池由高至低依次泄水的時(shí)間之和，6.4.2縮短輸水時(shí)間的主要措施在閘室與省水池之間有剩余水頭△h且有多級(jí)省水池的情況下，省水池閥門可采用“動(dòng)水關(guān)閥+提前量”的啟閉方式，即提前關(guān)閉本級(jí)省水池閥門和提前開啟下一級(jí)省水池閥門；灌泄水水頭△h一般控制在0.15m～0.5m范圍內(nèi)。布置條件允許時(shí)可適當(dāng)擴(kuò)大省水池面積。適當(dāng)增加省水池輸水廊道及閥門的斷面尺度。優(yōu)化輸水系統(tǒng)布置，如廊道進(jìn)出口、轉(zhuǎn)彎段、分流口及閥門段型式，以增加流量系數(shù)。6.5輸水系統(tǒng)水力計(jì)算6.6輸水系統(tǒng)模型試驗(yàn)6.6.1模型試驗(yàn)與設(shè)計(jì)流程(資料性)省水率與省水池級(jí)數(shù)和面積大小的關(guān)系A(chǔ).1省水率與省水池級(jí)數(shù)和面積大小的關(guān)系A(chǔ).1.1省水船閘運(yùn)行可獲得的省水率取決于省水池的級(jí)數(shù)和面積大小。A.1.2省水池與閘室之間的輸水過(guò)程可以分為各省水池水位與閘室水位之間完全壓力平衡和非完全壓力平衡兩種情況：a)在完全壓力平衡情況下，即省水池水位與閘室水位完全齊平時(shí)(省水池與閘室之間剩余水頭△h=0)的理論省水率按式(A.1)計(jì)算：.....................E——省水船閘每次過(guò)閘的理論省水率；k——省水池面積AB與閘室面積A的比值。圖A.1省水率與省水池面積、級(jí)數(shù)之間的關(guān)系B方案A出水區(qū)段圖B.1設(shè)有2級(jí)省水池的省水船閘輸水系統(tǒng)布置示意圖(德國(guó))C.2.6為確保船舶過(guò)閘安全，相關(guān)管理部門制定了相應(yīng)的技術(shù)措施和要求：b)閘門及閥門運(yùn)行過(guò)程的定位系統(tǒng)；c)滿足船舶系纜力要求的閘室水面最大坡降以及其他的水力要求。C.2.7巴拿馬運(yùn)河船閘省水池向閘室灌水原理圖見(jiàn)圖C.1。science/openminds:chapter1,/10.5772/intechopen.69605.圖C.1巴拿馬運(yùn)河船閘省水池向閘室灌水原理圖C.2.8C.2.8巴拿馬運(yùn)河船閘輸水系統(tǒng)三維示意圖見(jiàn)圖C.2。science/openminds:chapter1,/10.5772/intechopen.69605.圖C.2巴拿馬運(yùn)河船閘輸水系統(tǒng)三維示意圖01四B0D0-i"D.1.5.2兩種方案綜合比較：b)灌、泄水最大流量比較：雖然單級(jí)船閘方案閥門開門速度較慢，但最大流量分別達(dá)到230m3/s和223m3/s;省水船閘方案的流量過(guò)程線為三峰曲線，流量分布較均勻，最大值小于200m3/s;c)閘室水面上升(或下降)速度比較：由于省水船閘方案采用二個(gè)省水池，每個(gè)省水池灌(泄)水時(shí)間較短，故閘室水位短時(shí)上升較快，但平均上升速度較小；d)閘室水流條件比較：由于省水船閘方案前兩個(gè)流量峰值較小，在一定程度上改善了船舶停泊條件；省水船閘方案最大縱向系纜力12.45kN,最大橫向系纜力5.70kN;普通單級(jí)船閘方案最大縱向系纜力13.80kN,最大橫向系纜力10.20kN;e)運(yùn)行方式比較：普通單級(jí)船閘方案運(yùn)行簡(jiǎn)捷；省水船閘方案灌、泄水過(guò)程中均需開三次閥門，較普通單級(jí)船閘運(yùn)行復(fù)雜；f)樞紐布置和工程量比較：普通單級(jí)船閘方案布置較容易，但基礎(chǔ)工程量大；省水船閘方案增加了省水池，占用面積較大，投資相對(duì)較大。但由于省水池高度僅約10m,呈階梯狀構(gòu)筑，池內(nèi)不停泊船只，對(duì)結(jié)構(gòu)及建造要求比閘室結(jié)構(gòu)低，也不會(huì)過(guò)多增加山體開挖量。采用省水池使船閘水頭減小后，輸水閥門段廊道高程可抬高約5m,可顯著減少基礎(chǔ)開挖和混凝土澆筑工程量；條件復(fù)雜，且對(duì)閘室消能工布置要求較高；根據(jù)銀盤樞紐船閘閘址處地形和地質(zhì)條件分析，省水48.6%,技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都具有較大優(yōu)勢(shì)。a)閘首輸水系統(tǒng)布置：由于金家堰船閘最大工作水頭僅為5.4m,因此確定采用帶一個(gè)省水池的短廊道集中輸水系統(tǒng)布置方案，省水池水域面積與閘室水域面積一致，其理論省水率可達(dá)首輸水系統(tǒng)布置仍按照最大設(shè)計(jì)水頭5.4m設(shè)計(jì)。根據(jù)船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范，結(jié)合閘首結(jié)構(gòu)布置，綜合考慮工程經(jīng)濟(jì)性，取閘首輸水閥門尺寸為w=2×4.0m×5.0m(寬×高)=40.0m2。輸水閥門段廊道采用平底平頂布置型式，充水廊道頂高程取2.7m,底高程為-2.3m,泄水廊道頂高程取1.7m,底高程為-3.3m;1)上閘首進(jìn)水口采用檻上多支孔布置型式，檻頂共設(shè)44個(gè)進(jìn)水支孔，每個(gè)支孔尺寸均為2.85m×1.0m(長(zhǎng)×寬),進(jìn)水支孔總面積為125.4m2。對(duì)金家堰船閘，進(jìn)水口檻頂高程取3.7m,這樣檻頂水深為5.0m,亦滿足規(guī)范要求；2)上閘首出水口采用格柵消能室的布置型式，消能室長(zhǎng)度為34m,寬度為7.5m,高度為4.0m,這樣消能室體積為1020m3,滿足規(guī)范要求。消能室檻頂高程為2.7m,檻上最小淹沒(méi)水深為6.0m。格柵消能室分別設(shè)置頂部出水支孔和正面出水支孔，頂部出水支孔共計(jì)44個(gè)，每個(gè)出水支孔尺寸均為3.0m×0.22m(長(zhǎng)×寬),頂部出水支孔總面積為29.04m2;正面出水支孔共計(jì)22個(gè)，每個(gè)出水支孔尺寸均為4.0m×1.0m(高×寬),正面出水支孔總面積為88.0m2,格柵消能室出水支孔總面積為117.04m2,正面出水支孔總面積與頂部出水支孔總面積之比為3.0;持不變，與出水口連接時(shí)廊道高度通過(guò)頂部漸縮的方式由5.0m降至4.0m。1)下閘首進(jìn)水口采用門庫(kù)內(nèi)側(cè)向進(jìn)水口的布置型式。每側(cè)閘墻各布置一個(gè)進(jìn)水孔，每個(gè)進(jìn)水孔尺寸均為7.5m×5.0m(長(zhǎng)×寬),進(jìn)水支孔總面積為75m2。根據(jù)估算，金家堰船閘最大泄水流量不會(huì)超過(guò)200m3/s,因此，進(jìn)水口斷面最大平均流速將小于3m/s,滿足規(guī)范不超過(guò)4m/s的規(guī)定。根據(jù)規(guī)范和估算的最大充水流量可得進(jìn)水口頂部最小淹沒(méi)水深不應(yīng)小于0.43m,下閘首進(jìn)水口頂高程取1.7m,檻頂最小水深為2.5m,滿足規(guī)范要求；2)下閘首出水口采用設(shè)置消力檻的簡(jiǎn)單消能工布置型式，消能室底高程為-3.3m,出水口頂高程為1.7m,出水口最小淹沒(méi)水深為2.5m,亦滿足規(guī)范要求。出水口外消力檻布置根據(jù)1)省水池布置：采用一級(jí)省水池布置方案，即省水運(yùn)行時(shí)將工作水頭分為3級(jí)，在最大設(shè)計(jì)水頭工況下每一級(jí)的工作水頭均為1.8m,在上游最低通航水位工況下每一級(jí)的工作水頭均為1.5m;省水池平面面積與閘室水域面積一致，均為11200m2,平面尺度為330m×34m(長(zhǎng)×寬)。省水池底高程為4.5m,頂高程為8.2m,省水池內(nèi)最小水深為1.2m;仍按集中輸水系統(tǒng)估算，按式(D.2)計(jì)算：m2;省水池向閘室充水時(shí)，初始工作水頭H=1.8m,取μ=0.7,α=0.56;T=300s;kv取0.5;則按式(D.3)計(jì)算：w=2×4.0m×5.0m(寬×高)=40.0m2;5)連接廊道輸水閥門段廊道采用平底平頂布置型式，上閘首連接廊道頂高程取2.7m,底高程為-2.3m,與上閘首廊道一致；下閘首連接廊道頂高程取1.7m,底高程為-3.3m,與下g)省水池內(nèi)進(jìn)(出)水口布置：省水池底部上、下游側(cè)分別布置一個(gè)進(jìn)(出)水口與連接廊道相連，進(jìn)(出)水口尺寸均為20m×4m(長(zhǎng)×寬),進(jìn)水口頂部四面修圓，底部與連接廊道連D.3.3.3金家堰省水船閘布置示意見(jiàn)圖D.6和圖D.7,輸水系統(tǒng)表D.4金家堰省水船閘輸水系統(tǒng)特征尺寸匯總表序號(hào)面積(m2)閥門面積比1閥門段廊道頂高程2.7m,淹沒(méi)水深6.0m,閥門2下閘首輸水閥門段廊道閥門段廊道頂高程1.7m,淹沒(méi)水深2.5m,閥門3上閘首進(jìn)水