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1、第六章 通航建筑物 通航建筑物是指为船舶通过航道上集中水位落差而修建的建筑物。常见的通航建筑物有船闸、升船机等。船闸总体布置示意图第一节 通航建筑物的主要形式及特点 船闸是用水力直接提升船舶过坝的一种通航建筑物。它是由上下闸首、闸门、闸室等挡水建筑物和能使闸室水位升降的输水系统形成的水梯。船闸示意图葛洲坝2#船闸江苏省张家港船闸船舶过闸示意图上行作业：打开下闸门进入闸室关闭下闸门打开上阀门灌水至齐平打开上闸门进入上引航道下行作业：打开上闸门进入闸室关闭上闸门打开下阀们泄水至齐平打开下闸门进入下引航道升船机是利用机械的方法使船舶克服集中水位落差的一种通航建筑物。3000吨垂直卷扬升船机清江高坝洲
2、升船机升船机的特点：(l)在运转时基本上不耗水，在水量不充沛的河流和运河上，建造升船机较为有利；(2)升船机的升降速度远较船闸闸室灌、泄水速度快，船舶通过升船机所需的时间较船舶通过船闸的时间要短；(3)在高水头的通航建筑物中升船机的造价一般较小；(4)机电设备是保证升船机安全运行的一个重要部分，升船机的建造与安装要求有较高的设计与工艺水平。各国建设和科研工作经验表明：（1）当水头在70m以上，宜建造升船机；（2）水头在4070m之间应进行升船机与船闸的比选；（3）在40m以下，采用船闸通常比升船机优越。第二节 船闸的组成和类型一、船闸的组成 船闸主要由闸室、闸首和引航道等三个基本部分及相应的设
3、备所组成。三峡永久船闸闸室全景图船闸组成示意图 a)纵断面图；b)平面图 1上游引航道；2下游引航道；3上闸首；4闸室；5下闸首；6上闸门；7下闸门；8主导航建筑物；9靠船建筑物；10辅导航建筑物闸室 指船闸上、下闸首和两侧闸室墙环绕而形成的空间。作用是供船舶停泊使用。为了保障过闸船舶的稳定停泊和安全升降，沿闸室墙设有系船设备和辅助设备。闸首 是将闸室与上下游引航道隔开的挡水建筑物。作用是挡水和灌泄水。分上、中、下闸首，在闸首内常布置有闸门、输水系统、闸阀门的起闭机械等设备。引航道 是连接闸首与主航道的一段航道。作用是引导船舶迅速、安全地进出闸室。分上、下引航道，引航道内有导航建筑物及靠船建筑
4、物。二、船闸工作原理三、船闸的类型 根据船闸不同的特征，如闸室数目、位置、功能、输水型式、结构型式及闸门型式等等，可以分为不同的类型：1、内河船闸和海船闸 内河船闸：建在内陆河流及人工运河上、供内河船舶航行的船闸。特点：平面尺度相对较小，多承受单向水头。海船闸：建在封闭式海港港池口门、海运河及入海河口，供海船航行的船闸。特点：平面尺度大、槛上水深大、多承受双向水头，无上、下闸首之分。2、单级船闸和多级船闸 单级船闸 沿船闸纵向只有一个闸室的船闸。特点：（1）过闸时间短，通过能力大；（2）运行管理方便（建筑物及设备集中）；（3）闸阀门及起闭机械少，可靠性高；（4）占地少，便于布置（长度小）（5）
5、耗水多，结构复杂，对地质条件要求高（水头高）（6）对输水系统要求高。具有中间闸首的船闸，特点是适应于单船或船队、不同数量的船舶迅速通过闸室，节省了过闸时间，可提高船闸通过能力。有中间闸首的单级船闸 a)纵断面图；b)平面图 1上闸首；2下闸首；3中闸首多级船闸沿闸室轴线方向具有两个及两个以上闸室的船闸。多级船闸型式主要有连续梯级船闸和设中间渠道多级船闸两种。连续梯级船闸 两个以上闸室纵向连续梯级排列的船闸。连续四级船闸示意图 a)纵断面图；b)平面图 三峡连续五级双线船闸 连续梯级船闸能克服较大的水位落差，但船舶过闸时间长，通过能力小。为提高多级船闸通过能力和运行保证率，根据船舶过闸运行的需要
6、和地形、地质等条件，在纵向两个闸室或多个闸室之间，可设可供错船会让的中间渠道，这种类型的船闸称设中间渠道的多级船闸。设中间渠道的多级船闸 a)纵断面图；b)平面图 1闸门；2第一级船闸；3第二级船闸3、单线船闸和多线船闸 单线船闸在一个枢纽内只建有一座船闸。多线船闸在一个枢纽内只建有两座以上的船闸，是指沿横向（闸门轴线方向）有两个或两个以上闸室的船闸。多线船闸俯视图 4、其他类型的船闸 根据船闸使用特点，在已建的船闸中还有广室船闸，省水船闸、井式船闸等各种类型。广室船闸（仅用于小河支流上的小型船闸中）闸首口门宽度小于闸室宽度的船闸，即为广室船闸。可分三种型式：（1）对称式：口门轴线与闸室轴线重
7、合；（2）反对称式：口门轴线分别位于闸室轴线的两侧；（3）锁式：口门轴线位于闸室轴线的同一侧。适用于特殊地形。省水船闸在闸室的一侧或两侧设置蓄水池以节省用水。省水船闸 井式船闸 当船闸水头较高，地基条件较好时，为减小下游闸门的高度，在下闸首的上部建造一道横向胸墙，过闸船舶从胸墙下面进出闸室，这种船闸称为井式船闸。井式船闸1闸门 2通航孔道 3胸墙 H水深在一个枢纽内只建有一座船闸。四、船闸的引航道俯瞰淮安复线船闸 引航道的作用：（1）保证船舶安全、顺利地进出船闸；（2）供等待过闸的船舶安全停泊；（3）使进出闸船舶能交错避让。引航道的要求：（1）足够的水深及相应的平面尺度和形状；（2）良好的掩护
8、及水流条件。引航道的型式：单线船闸引航道平面布置，一般有对称型、反对称型、不对称型等三种型式。a)对称型 b)反对称型 c)不对称型（a）对称型引航道的轴线与船闸轴线重合。（b）反对称型引航道是上、下游引航道向不同的岸侧拓宽。这类引航道对单向过闸较为有利。（c）不对称型引航道是上、下游引航道向同一岸侧拓宽。一个方向的船舶进出闸都是直线，另一个方向的船舶进出闸沿曲线行驶。第三节 船闸的规模一、船闸的基本尺度 船闸基本尺度是指闸室有效长度、闸室有效宽度及门槛水深。船闸基本尺度示意图1、闸室有效长度 船舶过闸时，闸室内可供船舶安全停泊的长度。闸室有效长度 Lx可按下式计算：式中：l c设计最大过闸船
9、队（舶）的长度(m)；l f 富裕长度(m)。船闸总体设计规范(JTJ305-2001)2001-9-5发布 2001-1-1实施2、闸室有效宽度 闸室内两侧墙面最突出部分之间的最小距离。对斜坡式闸室，其有效宽度为两侧垂直靠船设施之间的最小距离。闸室有效宽度 Bx 可按下式计算：式中：b c同闸次过闸船队（舶）并列停泊的最大总宽度(m)；b f 富裕宽度(m)。船闸总体设计规范(JTJ305-2001)2001-9-5发布 2001-1-1实施3、门槛水深 设计最低通航水位时门槛上的最小深度。门槛水深 H 应满足：式中：H门槛水深(m)；T 设计过闸船队(舶)的满载时的最大吃水。4、断面系数
10、在确定船闸基本尺度时，还应考虑船闸最小过水断面的断面系数 n 的要求。根据试验和观察，若 n 值过小，则船队(舶)过闸时，可能产生碰底现象。为保证船队(舶)安全预利地进闸，一般要求，式中：最低通航水位时，闸室过水断面面积(m2)，=BxH；最大设计过闸船队(舱)满载吃水时船舯断面水下部分的断面面积(m2)。二、船闸线数若有下列情况之一时，应论证研究修建双线或多线船闸：(1)单线船闸设计(实际)通过能力不能满足设计水平年内 货运量需要;(2)在运输特别重要的航道上，不允许因船闸检修、冲沙 和挖泥等因素造成航道断航。葛洲坝水利枢纽布置示意图葛洲坝水利枢纽鸟瞰图 长江流出三峡，江面突然由二三百米展宽
11、到两千多米，出南津关（湖北宜昌附近）三千米的地方，被葛洲坝和西坝两个小岛将江面一分为三，分别叫做大江、二江、三江。被称作“万里长江第一坝”的葛洲坝水利枢纽工程就建在这里，大坝全长2561米，高70米。葛洲坝工程具有发电、改善航道等综合效益。工程主要建筑物有船闸、河床式厂房、泄水闸、冲沙闸、左岸土石坝和右岸混凝土重力坝。大坝两侧布置三江、大江两线航道，航道与泄水闸之间分别布置二江及大江电厂。为了保证长江航运，在大江和三江上共建了三座船闸，大江一号船闸和三江二号船闸，闸室尺寸280*34*5米，可通过万吨级轮船和大型船队，三江三号船闸，闸室尺寸120*18*4米，主要用于通过3000吨以下的客货轮
12、。三、船闸级数具有下列情况之一时，应考虑多级船闸方案：(1)采用单级船闸受技术条件的限制，特别是受阀门水力条件和闸门技术条件的限制；(2)受船闸所处位置的地形条件的限制，如地形较高，建单级船闸开挖深度大，与枢纽中相邻建筑物连接难以处理等；(3)地质条件限制，兴建高水头单级船闸有困难；(4)河流缺水，需要节省船闸耗水量，建省水船闸又不经济时。单级船闸与多级船闸的水头也无明确界限，一般可按下述范围考虑：H20m，单级船闸(H为水头)；20mH40m，单级或双级船闸；H4Om，双级或多级船闸。连续多级船闸是超高水头船闸形式之一，可适应各种水头。缺点：可靠性差、船舶过闸时间长、通过能力小、停航检修几率
13、多等。在重要航道上建连续多级船闸，应考虑同时兴建双线。长江三峡枢纽双线连续五级船闸 三峡船闸位于海拔262.48m的坛子岭左侧，是在花岗岩山体中开挖形成的人工航道，最大挖深176m，航线总长6442m，由上游引航道（2113米）、闸室主体段（1621m）、下游引航道（2708m）、地下输水系统和山体排水系统等组成。到2009年三峡蓄水到175米时，水位落差达113米，采用连续梯级船闸可以将上百米水位差分级减小。船舶从上游过坝下行，打开第一号闸室的上闸门，使闸内水位与上游水位齐平，船进入，关闭下闸门，从闸内放水，与第二号闸室水位齐平时，打开下闸门，船舶驶入第二号闸室。依次类推，直驶入下游。如果船
14、由下游向上驶，上述过程相反。通过一次五级船闸，大约需要23个小时。紧闭的闸门。五级船闸共有12道闸首24扇钢铁巨门，每扇门高38.5米、宽40.4米，重达1700吨，相当于4个蓝球场大。船闸闸室：三峡共有10个闸室，每个闸室有效长度280米，净宽34米，可过万吨级船队，年单向通航能力5000万吨。设中间渠道的多级船闸是多级船闸中的另一种型式。根据船舶所处地区的地形、地质等条件，可在各闸室间设中间渠道以过渡。设中间渠道的两级船闸四、船闸设计水位1、上、下游设计最高水位船闸作为枢纽建筑物的一部分担负着挡水作用，其洪水标准应与枢纽其它建筑物一致。因此，对非溢洪船闸上游设计最高水位通常采用水利枢纽的校
15、核洪水位（即正常运用洪水位）；而对于一些允许溢洪的山区船闸，为了降低工程造价，上游最高水位可取和上游最高通航水位相同的标准。船闸下游设计最高水位可采用枢纽最大下泄流量相应的下游最高水位。2、上、下游设计最高通航水位船闸设计最高通航水位是船闸正常运用的上限水位，又是船闸建筑物的设计标准之一。上游设计最高通航水位视船闸等级一般按表所列频率的洪水标准采用。船闸级别IIIIIIIVVVI洪水重现期（年）频率（%）100201520105101051020船闸上游设计最高通航水位标准 船闸上游设计最高通航水位的选择除按照航道、船闸的等级确定外，还须考虑其它一些因素。船闸下游设计最高通航水位是船闸正常运用
16、的下游上限水位，又是船闸建筑物的设计标准之一。船闸下游设计最高通航水位可采用与上游设计最高通航水位相同的标准，即用上游设计最高通航水位在最大下泄流量时相应的下游最高水位。但也应考虑其它的一些因素。在下游有梯级时，应考虑下游梯级回水的影响。3、上、下游设计最低通航水位船闸上游设计最低通航水位按航运要求及航道和船闸等级来确定，采用船闸设计规范的规定。同时还应考虑其它一些因素。船闸级别IIIIIIIVVVI保证率（%）999898959590船闸上游设计最低通航水位标准 船闸下游设计最低通航水位可采用与上游设计最低通航水位相同的标准。但也应考虑其它的一些因素。五、船闸高程的确定船闸高程包括船闸闸首、
17、闸室、闸门和引航道建筑物等的顶部高程和底部高程。1、船闸闸门门顶高程(1)位于枢纽挡水前缘闸首工作闸门门顶高程应采用枢纽上游校核水位加超高；如果另设有挡水闸门，则工作闸门门顶高程可采用上游设计最高通航水位加超高。(2)第二道闸首(含单级船闸下闸首)工作闸门采用上游设计最高通航水位加超高；多级船闸第二道闸首以下各级闸首门顶高程采用各级闸室的设计最高通航水位加超高。(3)溢洪船闸闸首门顶高程采用上游设计最高通航水位加超高。(4)事故闸门门顶高程为上游最高洪水位加超高；检修闸门门顶高程等于检修水位加超高。根据国内船闸设计和运用实践，闸门门顶超高可采用表中数值 船闸级别IIVVVII闸门门顶超高值（m
18、）0.50.32闸首墙顶高程闸首墙顶高程=闸门门顶高程+结构安装高度 （闸首墙顶高程 闸室墙顶高程）挡水前缘闸首墙顶高程应与同枢纽 其他挡水建筑物挡水要求一致。3闸室墙顶高程闸室墙顶高程闸室墙顶高程=设计最高通航水位设计最高通航水位+超高超高 （超高（超高设计过闸船舶的最大空载干弦高度）设计过闸船舶的最大空载干弦高度）表中长江分节驳船空载干舷高度，可作为确定闸室墙顶高程时参考驳船吨级（t）10030050010003000空载干舷高度（m）1.01.41.61.71.61.73.03.34、闸首槛顶和引航道底高程上(下)闸首槛顶高程 =上(下)游设计最低通航水位 船闸门槛水深。上（下）游引航道
19、底高程 =上（下）游设计最低通航水位 引航道最小水深。5、导航建筑物和靠船建筑物顶高程及引航道堤顶高程 上、下游导航建筑物和靠船建筑物顶高程 分别为上、下游设计最高通航水位加超高。其超高值一般为设计船舶的最大空载干舷高度。有防洪要求的引航道堤(岸)顶高程与挡水闸首墙顶高程一致。六、引航道尺度引航道一般由导航段、调顺段、停泊段、过渡段、制动段组成。前三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 三峡船闸上游引航道1、引航道长度（1）导航段 ll紧靠闸首。船舶出闸时，在船尾尚未驶出闸首前必须沿船闸轴线直线行驶，不能转向。因此，导航段长度 ll应满足:式中：lc 设计船队（船只）
20、的长度，对顶推船队为全船队长，对拖带船队或单船为其中最大的船舶长度。导航段的航道宽度为适应船舶的转向，应从闸首边界开始逐渐拓宽。(2)调顺段 l2是进出闸船舶从引航道航线转到船闸轴线或从船闸轴线转到引航道航线，或曲线进闸船舶由停靠轴线转到船闸轴线所需要的长度。调顺段的长度可采用 或按公式计算式中：C 出闸船舶(队)航线中心线与停靠等待进闸船舶(队)中心线的间距；R 船舶(队)曲线行驶时，航线的弯曲半径，一般取R=3lc(3)停泊段 l3是供等待过闸的船舶(队)停靠并与出闸船舶(队)避让交错的一段航道，其长度应满足：式中：lc最大船队长；当引航道内停泊的船舶(队)数不止一个时，则l3段的长度应按
21、实际需要加长。(4)当引航道直线段宽度与航道的宽度不一致时，需用渐变的方法将其连接起来，渐变连接的这一段引航道称为过渡段l4，其长度为：式中：B 引航道直线段宽度与航道宽度之差。（5）船舶以一定速度通过口门区进入引航道，停车后任会在惯性作用下滑行一段距离，这段从引航道口门到停泊段l3前沿的长度称为制动段l4。根据近十多年来进行的一系列实船试验，可按下式估算：式中：顶推船队制动距离系数。2 引航道宽度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。(1)单线船闸引航道宽度当停泊段两侧都停泊等候进闸的船队(船舶)，则引航道宽度为：当停泊段只一侧停泊等候进闸的船舶，则引航道宽度为：式中 B0
22、 设计最低通航水位时，设计最大船舶（队）满载吃水 船底处的引航道宽度(m)；bc 设计最大船舶（队）的船宽；bc1、bc2 一侧、另一侧等候同次过闸并列停泊船舶（队）的总宽度；b 船距、岸距(m)，船距取b=bc、岸距取b=0.5bc(2)双线船闸共用引航道宽度双线船闸共用引航道分一线双向过闸，一线单向过闸和两线均双向过闸两种情况。一线双向过闸，另一线为单向过闸时，引航道宽度为：两线均为双向过闸时引航道宽度为：（3）双线船闸不共用引航道宽度，其宽度应分别按单线船闸计算。3.引航道的水深引航道水深是设计最低通航水位时引航道底宽内的最小水深，等于设计船队(船舶)满载吃水加富裕水深。引航道最小水深应
23、满足：式中 H0 在设计最低通航水位时引航道底宽内的最小水深(m)；T设计最大船舶（队）满载吃水深度(m)。为了降低船舶的航行阻力，引航道的断面系数n 应满足：式中：设计最低通航水位时，引航道的浸水断面面积(m2)；设计最大船队(船只)满载吃水时的船舶中腰横截面的浸水面(m2)。4弯曲半径和弯道加宽引航道直线段外为弯曲航道时，其弯曲半径不得小于最小限值。(1)顶推船队和机动驳船：IIII级船闸R4lcIVVII级船闸R3lc(2)拖带船队：R=5lc如果弯道中心角大于35，则R值还得加大一个lc的长度。由于船舶在弯曲航道上航行，船队漂角增大，航迹带宽度比直线航道宽，因此，弯曲航道要加宽，其加宽
24、值可用下式计算：如果弯道中心角大于35，B值得适当加大。第四节 船闸在水利枢纽中的布置水利枢纽凡为满足防洪、发电、航运、灌溉、引水等需要，在河流上修建具有综合用途的水工建筑物。葛洲坝水利枢纽三峡水利枢纽一、布置的任务和原则 1船闸总体布置主要研究和解决的问题 2船闸在水利枢纽中布置时应遵循的原则和要求 二、船闸布置类型1闸坝分离式布置特点：船闸不占河床宽度，有利于其它建筑物的布置，施工大为简化；但土石开挖方量可能增加较多。2闸坝并列式布置（1）伸向坝轴线上游（2）伸向坝轴线下游闸坝并列式布置三、其他建筑物的布置1导航建筑物和靠船建筑物（1）主导航建筑物：位于进闸航线一侧供引导船舶进闸的建筑物。
25、（2）辅导航建筑物：位于主导航建筑物的对面，用以引导受侧向风、水流等影响而偏离航线船舶的建筑物。（3）靠船建筑物：为供进闸船舶在进闸前停泊系靠，在引航道内布设的建筑物。船闸上游靠船三峡船闸靠船墩三峡工程拴船柱江苏宿迁船闸上游导墙2外停泊区和前港（1）外停泊区（2）前港伏尔加河萨拉托夫水利枢纽船闸外停泊区及前港布置示意图四、通航水流条件1.通航水流条件的概念 在通航期内，为满足船舶正常操作条件下安全通畅过闸，对船闸引航道口门区和引航道内流速、流态及其分布范围提出的要求。主要包括的内容2.引航道口门区指引航道分水建筑物头部外一定范围内的水域。宽度引航道宽度的1.5倍；长度根据船队形式确定。1船闸；
26、2闸坝；3电站；4引航道；5口门区；6分水堤3.通航水流条件的标准（1）口门区流速船闸引航道口门区水面最大流速限值（m/s）（2）引航道内的流速限制 横向流速一般应不大于0.15m/s 纵向流速一般应不大于0.5m/s船闸级别平行航线的纵向流速垂直航线的横向流速回流流速IIV2.00.30.4VVII1.50.25五、施工通航 施工通航的目的船闸及其所在的水利枢纽在施工期间保证原来航道的畅通并满足客、货运输需要，使航运不致中断。施工通航的方式：1.先建通航船闸（1）利用老船闸通航（2）施工围堰在原航道处留通航口（3）用施工导流明渠作为临时航道2.修建临时通航船闸3.临时船闸结合导流明渠通航的综
27、合方式六、船闸通过能力和船舶过闸时间船闸的通过能力每年通过船闸的船舶总数或货物的总吨数。前者为过船能力，后者为过货能力。在一般情况下，船闸的通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。船闸每昼夜过闸次数的计算公式：式中：船闸每昼夜的平均工作时间；T船舶(队)一次过闸时间船闸过闸时间一个船舶（船队）从上游经过船闸到达下游或从下游经过船闸到达上游所需的时间，或指两个方向各通过一个或通过一系列船舶（船队），船舶（船队）通过船闸所需的平均时间。通过能力P的计算公式 式中：P船闸年过闸货运量；n日平均过闸次数；n0每昼夜非运货船过闸次数；N船闸年通航天数；
28、G次过闸平均吨位；船舶装载系数；运量不均衡系数。船闸一次过闸所需时间单向过闸：双向过闸：式中：t1开（关）闸门时间；t2单向进闸时间；t3闸室灌泄水时间；t4单向出闸时间；t5船队进（出）间隔时间；t2双向进闸时间；t4双向出闸时间。计算的过闸时间：第五节 船闸输水系统一、船闸输水系统概述 1 船闸输水系统的组成及基本要求船闸输水系统是在船闸建筑物上为闸室灌水和泄水而设置的，包括进水口、输水廊道、输水阀门、出水口及消能室等设施。船闸输水系统的设计应满足下列基本要求：(1)灌水和泄水时间不大于为满足船闸通过能力 所规定的输水时间；(2)船舶(队)在闸室及上、下游引航道内具有 良好的停泊条件和航行
29、条件；(3)船闸各部位不应因水流冲刷、空蚀等造成破坏；(4)布置简单、检修方便、工程投资少。2船舶的停泊条件 它主要决定于闸室灌、泄水时水流对过闸船舶的作用力的大小，通常是以过闸船舶所受的水流作用力大于或小于过闸船舶的系船缆绳所能承受的拉力作为具体的衡量指标。即作用在过闸船舶上的水流作用力不应超过系船缆绳最大拉力的允许值。在我国，缆绳拉力的允许值可按下式估算：(1)排水量为500t和500t以上船舶：(2)(3)式中：PL允许缆绳拉力的纵向水平分力(kN)；Pc允许缆绳拉力的横向水平分力(kN)；W 船舶排水量(t)。(2)排水量500t以下船舶：二、船闸集中输水系统的主要形式及其水力特性 船
30、闸输水系统的型式主要可分为 集中输水系统和分散输水系统两大类型。集中输水系统是将输水系统集中布置在闸首范围内。灌水时，水经上闸首由闸室的上游 集中流入闸室；泄水时，水从闸室的下游端经下闸首泄入引航道，因而也称为头部输水系统。1集中输水系统的形式目前较好的集中输水系统可分为以下三类。无消能室的短廊道输水 短廊道输水 有消能室的短廊道输水 槛下输水 直接利用闸门输水 组合式输水a)不设消能室b)设消力槛c)设消力槛和消力池无消能室的短廊道输水a)低帷墙b)高帷墙有消能室的短廊道输水a)低帷墙槛下输水b)高帷墙槛下输水槛下短廊道输水直接利用闸门输水这种输水系统根据闸门型式和输水方式又可分为:三角闸门
31、门缝输水 平面闸门门下输水 利用工作闸门兼做输水之用 弧形闸门门下输水 阀门上开小门输水通过在工作闸门上设置的 孔口进行输水三角闸门的门缝输水平面闸门门下输水开敞式消能室a)低帷墙消能布置b)高帷墙消能布置弧形闸门门下输水组合式输水这种输水系统是由以上所述的任何两种型式组合而成。下图为三角闸门门缝输水和短廊道输水组成的组合式输水布置 2 集中输水系统的水力特点及消能措施1）集中输水系统的水力特性 水流力波浪力局部力 2)集中输水系统的消能措施 消能措施的目的 使船闸灌泄时的剩余能量尽可能多地 在进入船舶停泊处以前就被消耗掉，使水流平静，流速分布均匀。船闸采用的消能措施一般有以下几种：(1)消能
32、室(2)消力槛及消力齿(3)消力梁(4)消力栅(5)消力墩(6)挡板与遮板(7)消力池 短廊道输水格栅式帷墙消能室短廊道输水开敞式帷墙消能室下闸首短廊道输水设消力槛三、船闸集中输水系统的布置 1.布置原则 集中输水系统及消能设施的布置应注意以下一些原则：(1)输水系统及消能设施的布置要满足输水能力的要求。(2)输水系统的布置要便于水流的消能及均匀扩散。(3)输水系统和消能设施的布置，在平面上应和闸室或下游引航道的布置相适应。(4)上闸首输水系统及消能设施在立面上的布置，应考虑到输水过程中闸室水位的变化；下闸首输水系统及消能设施布置主要应考虑下游最低通航水位时的工作情况。2.短廊道输水系统的布置
33、短廊道输水系统有环绕短廊道输水及槛下输水等多种形式，下面将主要讨论环绕短廊道输水的廊道及消能的布置。(1)廊道进口廊道进口顶部应具有一定的淹没水深。廊道进口断面的平均流速不宜过大。为了减少进口损失，廊道进口轮廓应稍加修圆，修圆半径可取为0.10.15倍廊道进口宽度。(2)廊道转弯半径廊道各部分的转弯半径不宜过小，应满足规范的要求。(3)廊道出口廊道出口也应具有一定的淹没水深。廊道出口断面应该大于阀门处廊道断面，一般在出口弯段应加设起点位于弯段开始断面的分水导墙 四、船闸分散输水系统的主要形式及其水力特性 分散式输水系统是将输水系统分散布置在闸首及闸室内。灌、泄水时，水流通过设在闸室底或闸室墙内
34、的 纵向输水廊道上的一系列出水支管、出水孔 分散地流入闸室，因而也称为长廊道输水系统。船闸输水廊道复杂式船闸输水系统1 分散式输水系统的水力特性 由于分散式输水系统的水流是从较大范围内进入闸室，因而与集中输水系统相比，作用在船舶上的动水作用力(波浪力、流速力、局部力)都相对较小。2分散输水系统的形式根据分散式输水系统布置的复杂程度及水力性能的差别分成以下三类：简单式 较复杂式 复杂式 1)简单式简单式分散输水系统是指直接在闸墙长廊道上，于闸室长度的中段布置一系列短支管或支孔向闸室供水。这种型式的出水孔可以采用数目较少而断面积较大的出水支孔，也可以采用数目较多面断面积较小的出水支管。前者采用水流
35、扩散或简单的消能设施消能，而后者采用明沟消能，其消能效果较好。闸墙廊道短支孔（管）输水系统a)少支孔输水系统b)多支管输水系统2)较复杂式(1)闸底长廊道短支孔(管)出水这种型式是将主廊道设置在闸室底板上，布置为单区段供水，出水孔的分布及消能条件较好，可减少局部水流的作用力。单区段闸底长廊道输水系统a)少支孔输水系统b)多支管输水系统(2)闸底长廊道分区段出水 闸底设有多根纵向长廊道，每一对对称的长廊道只向闸室的一个区段出水。这种型式的优点是可以有效地减小阀门开启初期的波浪力。闸底长廊道分区段出水输水系统(3)闸墙长廊道闸室横支廊道出水 这种布置是在闸墙长廊道短支孔出水的基础上，将短支孔出水改
36、成闸底横支廊道出水，可以在闸墙长廊道闸室中段连接横支廊道，也可以将一侧闸墙的横支廊道布置在前半个闸室的中部，而另一侧闸墙的横支廊道布置在后半个闸室的中部。前一种布置仍为单区段供水，而后一种布置为二区段供水。闸室中部横支廊道输水系统闸室前后分组式横支廊道输水系统(4)闸墙长廊道闸室中心进口水平分流、闸底纵支廊道二区段出水 这种布置为二区段等惯性输水系统，水流自闸墙廊道至闸室中部通过分流口进人前后半个闸室。其分流口采用的是较为简单的、用垂直隔墩分配水流的水平分流型式，分流稍不稳定。水平分流闸底纵支廊道二区段出水输水系统a)新岸头船闸b)葛洲坝3号船闸(5)闸墙长廊道闸室中段进口的纵横支廊道出水 这
37、种布置为三区段供水，其纵横支廊道进口全部集中在闸室中部，前后支廊道水流惯性差别不大，加之它的出水孔分布面积广，出流均匀，水流条件良好，要求的开挖深度也不大，是一种较好的分散输水系统型式。它已成功地应用于水头为27 m、闸室尺寸达34m280 m的葛洲坝2号船闸上。闸底纵横支廊道输水系统3)复杂式“复杂式”又称为全动力平衡系统，不但供水区段数较多，而且廊道水流惯性对各供水区段的影响基本相同，又称为“等惯性输水系统”。目前这种型式的典型布置有闸墙廊道闸室中心进口垂直分流闸底八纵支廊道四区段出水以及闸底四纵支廊道二区段出水两种。前者适用于长宽比较大的闸室，而后者适用于长宽比较小的闸室。垂直分流闸底八
38、纵支廊道四区段出水输水系统垂直分流闸底四纵支廊道二区段出水输水系统3.分散输水系统的布置原则各类分散输水系统在布置中有以下一些共同要求：(1)输水系统进口的布置，要求有良好的线型，进口边缘轮廓要修圆，以提高输水效率。(2)分散输水系统的输水阀门段，在阀门前后应有一定长度的直线段，以使水流顺直均匀地通过。同时阀门段及其以后的廊道顶部高程必须布置在下游最低通航水位以下，不容许掺入大量空气而恶化船舶的停泊条件；(3)当上、中闸首输水阀门廊道段的压力较低或出现负压时，其后的检修阀门门槽距工作阀门的距离应大于廊道高度的3倍，以避免检修阀门井掺气；(4)输水系统的主廊道断面一般可大于输水阀门处廊道断面，以
39、增大输水系统的流量系数。(5)闸室内输水系统的布置尤其是出水支孔的布置应尽可能对称；(6)闸室出水支孔(管)的布置范围大些较好，至少应为闸室长度的一半以上；(7)中、高水头船闸的上、中闸首帷墙立面宜做成斜面，以避免当闸室水面上升至帷墙顶面平台时，水域面积有较大的突变，从而显著恶化船舶的停泊条件；(8)输水系统出口布置也应有良好的线型，以提高输水效率，尤其要注意出口布置应能分散水流，减弱出口水流的紊动并达到引航道内流速分布均匀的目的；(9)条件允许时，应优先考虑采用部分或全部由引航道外取水的旁侧进口和由引航道外排水的旁侧出口的布置。第六节 船闸的闸门、阀门一、闸、阀门的分类 船闸的闸、阀门，按其
40、工作性质可划分为 工作闸、阀门船闸通航时使用；检修闸、阀门船闸检修时使用；事故闸、阀门船闸发生意外事故时，为避免事故 进一步扩大，需立即切断水流时使用。按闸、阀门的结构特征分类：闸门可分为人字闸门、升降式平面闸门、横拉闸门、三角闸门、一字闸门、弧形闸门、叠梁闸门和浮式闸门等；阀门可分为平面阀门、反向弧形阀门、圆筒阀门和蝴蝶阀门等。闸门构造图1闸门构造图2液压四连杆启闭机闸门安装图闸门安装图二、闸、阀门的布置 船闸在闸首设有工作闸门，在输水廊道设有工作阀门。输水廊道的阀门应布置在廊道的直线段，保证阀门门前水流平顺，避免使阀门超载、振动、气蚀等问题发生。在船闸及其设备检修时，为了检修期临时挡水，必
41、须设置检修闸门和检修阀门：检修闸门的门槽设在上闸门的上游、下闸门的下游；检修阀门的门槽一般设在每一工作阀门的上、下游。闸门布置不能影响船闸有效通航尺寸：对溢洪和泄洪船闸，其闸门应设有方便而可靠的锁定装置。三、闸、阀门的选择 下述几种常用闸、阀门，在门型选择时应优先予以考虑。(1)人字闸门人字闸门平面形状葛洲坝2#船闸天下第一天下第一门:三峡永久船闸共有24扇人字闸门。三分之二的人字门高38.5米，宽20米，厚3米，重达850吨，面积接近两个篮球场，其外形与重量均为世界之最，号称“天下第一门”。葛洲坝闸人字门最大高度为34.5米，重为600吨。(2)升降式平面闸门（也称提升闸门）。根据不同水位差
42、和闸首布置情况，闸门可以布置成下降式或提升式。升降式平面闸门(3)三角闸门。国外三角闸门的挡水面多做成圆弧形，因此亦称扇形闸门。常用于低水头头部输水的船闸和承受双向水头的中小型船闸。(4)横拉闸门。(5)平面阀门(也称垂直提升阀门)(6)反向弧形阀门 第七节 船闸结构形式及特点一、闸室结构 船闸闸室有斜坡式和直立式两种。斜坡式闸室具有结构简单、造价低的优点，但使用不方便，且耗水量大，目前已很少采用。直立式闸室结构由闸墙和闸底组成。按其受力状态可分为整体式结构和分离式结构两大类。两侧闸墙和底板浇筑在一起的为整体式结构；闸墙和闸底分别设置的为分离式结构。整体式闸室结构分离式结构闸墙类型较多，常用于
43、土基上的有重力式、悬臂式、扶壁式。土基上的分离式闸室，大多采用带有横撑格梁的透水闸底，这种闸底比较经济，但只适用于水级较小、地基对渗透变形不敏感的情况。当水头较高，地基为粉砂、细砂或淤泥的闸室则可采用双铰式不透水底板或采用整体式结构。在岩基上常用的型式有重力式、衬砌式和混合式。当基岩坚硬、完整时，可不设底板；当基岩不耐冲时，则须作护底。各种闸室结构型式的构造如下。1.重力式闸墙的构造重力式闸墙是靠自重维持稳定，地基反力较大，对地基承载能力要求较高，因此重力式结构只适用于较好的地基。重力式结构按材料可分为浆砌条(块)石结构、混凝土结构及配筋混凝土结构等。重力式结构按断面型式可分为梯形和衡重式两种
44、。重力式闸墙一般采用折线形墙背坡。浆砌条(块)石闸墙也可做成阶梯形墙背。根据国内已建的土基上船闸的统计，闸墙底宽与墙高之比约在以下范围内：梯形断面 Bh0.71.3(B为底板宽，h为墙高)梯形断面 bh0.50.8(b为墙底宽)衡重式 Bh0.50.7对于衡重式闸墙，一般在0.40.5墙高处设置平台，平台以上为梯形断面，平台以下设1:41:5的倒坡。2悬臂式闸室的构造 悬臂式闸室是由闸墙、底扳和后悬臂组成、从船闸轴线分成两半的对称结构，在底板中间接缝中设置有止水，形成不透水的闸底。悬臂式结构适用于承载能力较低的地基，且闸室高度与闸室宽度之比较大的情况。3.扶壁式闸墙的构造扶壁式结构由立板、肋板
45、和底板组成，底板分趾板和内底板。由于闸室墙系直接建筑于土基上，地基的承载能力很小。立板、肋板和底板等的连接部位须设置斜托。4.衬砌式岩基上除重力式结构外，还有衬砌式和混合式结构。重力式结构与土基上重力式结构基本相同。当基岩顶面高程高于闸墙顶高程时，可采用衬砌式闸室结构。衬砌式结构有重力式衬砌和带锚筋的薄衬砌。世界船闸衬砌式结构高度之最：三峡船闸为与岩体共同工作的薄衬砌结构，结构最大高度达70米，是世界船闸衬砌式结构高度之最。船闸在岩石山体里面开挖兴建三峡的船闸基础条件很好，为了充分利用岩石的优良条件，节省工程量，结构采用了薄衬砌的闸室、闸首和输水隧洞。这样一个庞然大物，完全是中国人自己制造的，
46、而且制造水平相当高，不仅开关自如，还滴水不漏。阶梯形衬砌断面倒梯形衬砌断面5混合式基岩顶面低于闸墙顶高程时，可采用混合式结构，即基岩以上采用重力式，基岩以下采用衬砌式结构 6闸底设计透水闸底由护面(块石或混凝士板等)、反滤层及纵横格梁组成，反滤层采用中石、小石、中粗砂构成。砂性地基，反滤层多为34层；粘性地基，多为23层。护面一般采用干砌块石，厚度一般为2540cm，在石料缺乏地区，也可采用混凝土板。为固定护面及反滤层各层间的相对位置，闸底须设置纵横格梁，纵横格梁控制的面积以30m为宜，其断面尺寸不宜小于40cm40cm，格梁配置构造钢筋。双铰底板是两边闸墙的前趾与底板以斜接或搭接组成两个假想
47、铰，并在铰接处设止水以形成不透水的分离式结构。这种型式具有不透水及抗浮、抗渗性能好，闸墙与底板分别受力可减小底板中部的弯矩等优点。二、闸首结构 船闸闸首一般设有输水廊道、闸门、阀门、闸阀门启闭机械及其相应的设备等。因此闸首布置及尺寸与所选用的闸门型式、输水系统及有无帷墙等有密切关系。闸首布置型式(a)人字门闸首(b)横拉门闸首(c)三角门闸首闸首结构按其受力状态可分为整体式结构和分离式结构。在土基上为避免由于边墩不均匀沉降而影响闸门正常工作，一般采用整体式闸首结构；岩基上的闸首，则可采用分离式结构，如葛洲坝工程 l、2、3号船闸，建于砂岩上，其上闸首均采用分离式结构。当岩石较完整时，可不设底板
48、，只有当岩石裂隙较多或岩石较软弱时，才考虑加设底板或护底必要时也可采用整体式结构。1闸首布置及构造根据受力和结构特点，闸首在长度(顺水流)方向上一般由三段组成。对于不同的门型，各段尺寸亦各异。1)门前段长度ll门前段长度ll主要根据工作闸门型式、检修门尺度、门槽构造及检修要求确定。2)门龛段长度l2 门龛段长度因工作闸门型式不同而异。3)闸门支持段长度l3 闸门支持段主要须满足结构稳定及强度的要求，并须考虑输水廊道进出口布置的要求。人字闸门的支持段长度，目前设计仍假定是在其独立工作条件下进行稳定和强度的验算确定的，因此须要有足够的长度。据已建船闸支持段尺度的统计，l3 的变化幅度较大，其范围如
49、下：l3(0.31.2)h 或 l3(0.42.1)H式中 h 边墩自由高度(m)；H 设计水头(m)闸首边墩厚度，一般根据门龛深度、廊道宽度、阀门井尺度等因素确定。据已建船闸的统计，边墩厚度一般取为23倍廊道宽度。对有帷墙的上闸首，为减小水流动力的影响、保障船舶停泊安全可将帷墙边缘做成拱形或多边形的倾斜面。闸首的边墩，在较好的土基上一般均采用混凝土或钢筋混凝士重力式边墩，部分边墩可采用浆砌块石的污工结构。当地基较差时，闸首边墩可采用轻型结构如扶壁式、空箱式结构等。在岩石地基上，通常均采用分离式闸首结构，边墩一般均采用重力式结构。当岩石顶面较高时也可采用衬砌式结构。当岩石较坚实、完整，裂隙较少
50、时，也可由岩石中直接开挖而成。三、引航道导航和靠船建筑物 船闸引航道中设有导航和靠船建筑物以及护坡、护底等结构 秦淮河船闸靠船建筑物1.导航和靠船建筑物 船闸导航、靠船建筑型式较多，在已建船闸中用得最多的是重力式导航、靠船建筑结构，其次是墩式、框架式导航、靠船建筑，其他还有桩墩式、浮式、空箱式、扶壁式和连拱式等。导航及靠船建筑物的前沿应做成垂直平整面，以利于船舶停靠及系泊安全。当引航道水位变幅较大时，可在靠船建筑物正面分层设置系船钩。导航及靠船建筑物主要承受船舶撞击力，其尺度一般根据稳定和强度计算确定。并应满足系船、照明及信号装置等布置要求。2护坡和护底已建船闸般采用浆砌块石、干砌块石、混凝土