衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计-毕业设计模板正.doc

衢江兰溪航电枢纽01船闸总体布置及上闸首结构设计1.概述1.1工程兴建缘由1.1.1工程建设是衢江航运发展的需要目前，衢江航道由于滩多、水浅，航道条件差，水运业日益萧条。目前通航船只为3t12t。据交通部门预测，衢江年运量到2010年可达到200万吨，主要物资有石灰石、莹石、化肥、木材、水泥、煤炭和钢材等。鉴于目前的航道状况，无法满足远期货运量的要求。目前，塔底、小溪滩都已开工建设，安仁铺、红船豆、游埠梯级也已完成前期设计工作，加快兰溪梯级水利枢纽建设，尽早使衢江航道全面通航显得尤为迫切。1.1.2是合理开发衢江水力资源的需要衢江水量充沛，水力资源丰富。建设兰溪水利枢纽工程，可以充分利用衢江水力资源，年发电量达6533万KW.h，电站装机16.4MW，能对电网起到一定的调峰作用。本工程的建设可以有效缓解金华市目前用电紧张的局面。水力资源是可再生的清洁能源，本工程的建设符合国家的能源产业政策。兰溪枢纽工程实施后，可为恢复和提高衢江的航运能力奠定基础，并可加快上游砂石资源和矿产资源开发，促进兰溪市及衢江两岸广大地区经济更快地发展。1.2设计依据 （1）衢江（金华段）兰溪枢纽可研报告； （2）长沙理工大学毕业设计任务书；（3）渠化工程枢纽总体布置设计规范 (JTJ 220-98)，人民交通出版社（4）船闸总体设计规范 (JTJ 305-2001)，人民交通出版社（5）船闸输水系统设计规范 (JTJ 306-2001)，人民交通出版社（6）船闸水工建筑物设计规范 (JTJ 307-2001)，人民交通出版社（7）船闸闸阀门设计规范 (JTJ 308-2003)，人民交通出版社（8）船闸启闭机设计规范 (JTJ309-2005)，人民交通出版社2.资料分析2.1地理位置及地形分析工程位于衢江干流上，隶属金华兰溪市，距兰溪城区约8km，上游距离游埠梯级约9km。坝址以上集水面积11427km2，多年平均流量389.92 m3/s，年径流总量123.35亿m3（扣除乌引水量），是衢江干流开发中的第六级也是最下游一级枢纽。工程是以航运和水力发电为主，结合改善水环境及灌溉条件等综合利用工程。该工程由泄洪闸、船闸、发电厂房等建筑物组成，电站装机44.1MW，多年平均发电量约6533万KW.h。船闸设计标准为500t级。2.2水文和气象资料分析2.2.1 流域概况衢江是浙江省最大河流钱塘江南源兰江的主流，集水面积11477.2km2，河流全长257.9km。兰溪水利枢纽工程坝址以上集水面积11427km2，占衢江总流域面积的99.6%。乌溪江上游建有湖南镇水库，集水面积2151km2，电站装机容量270MW；其下游已建黄坛口水电站，装机容量为82MW，区间集水面积237km2。江山港上现已建成峡口、碗窑水库，集水面积分别为399.3km2和212.5km2，白水坑水库集水面积316km2。上述大型水库的调节对衢江的水资源合理开发利用提供了有利条件，有利于衢江梯级发电。 2.2.2 气 象设计流域属中亚热带季风气候区，冬夏季风交替明显，温和湿润，四季分明，日照充足，雨量丰沛。多年平均降水量为1631.7mm；年平均风速3.0m/s，最大风速15m/s，相应风向为WSW。流域内降水量时空分布不均匀，年内变化较大，本流域大洪水的主要成因为梅雨。2.2.3 径 流设计流域内已建成并对本工程年径流分析具有调节功能的水库有湖南镇水库，塔底水利枢纽和小溪滩水利枢纽等，故年径流分析将设计流域分为四部分，即：湖南镇水库，集水面积分别为2151km2；湖南镇水库塔底水库坝址区间，6011km2；塔底小溪滩水库坝址区间，2300km2；小溪滩水库兰溪水库区间，965km2。径流分析采用水文比拟法，移用参证站降水径流关系，求得设计区块历年径流及相应年份逐日径流。表2-1 各区块年径流成果表位 置集水面积(km2)年平均流 量(m3/s)年 径流 深(mm)年径流总 量(亿m3)湖南镇水库215176.21117.224.0湖南镇塔底区间6011215.71132.568.7塔底小溪滩区间230077.41061.324.4小溪滩姚家区间96527.8908.58.82.2.4 洪 水流域洪水采用实测洪水资料推求。本工程设计洪水分湖南镇水库及湖南镇水库姚家坝址区间二部分。流域设计洪水由区间设计洪水与湖南镇水库相应洪水（经水库调蓄后）进行地区组成得。各频率设计洪水成果见表2-2。表2-2 姚家坝址年最大设计洪水成果表频率P（%）1251020Qm(m3/s)165301408011950102508520 注：本表为湖南镇水库调洪后与姚家湖南镇区间洪水迭加的成果。2.2.5 台汛期和非汛期洪水台汛和非汛期各频率洪水有关成果见表2-3。表2-3 台汛期、非汛期设计洪水 单位：m3/s P（%）分期3.35102033.3台 汛57905010374025901870非 汛615056404780390032302.2.6 固体径流据衢州站泥沙实测资料统计分析，该站1958年2005年年总输沙量为136万t。将衢州站历年输沙量资料移用于设计流域。经19582005年48年系列统计分析，姚家湖南镇区间年来水量101.9亿m3，悬移质沙量186.8万t，加上推移质，年总输沙量为224万t。2.2.7 水位流量关系曲线工程位置无实测水位流量资料，考虑到低水位流量关系是计算发电量多少的关键。设计中依据实测断面资料，借助河道上下游有关的河道水位、流速、糙率及河道断面等实测资料推求。坝址下游水位流量关系曲线成果见表2-4。表2-4 姚家坝址断面HQ曲线H(m)Q(m3/s)备 注23.0150基面：1985国家高程基准23.530024.051024.580025.0115025.5153726.0195526.5242527.0293427.5348228.0406828.5461729.0510029.5558130.0636030.5717831.0801431.5861732.0954232.510525续表2-4 H(m)Q(m3/s)备 注33.011550基面：1985国家高程基准33.51260434.01369034.51482035.0159802.3地质资料分析2.3.1 区域地质本工程位于衢江下游段，河流呈东西流向，南岸为下店村，北岸为姚家村。工程横跨衢江，本段水流湍急，江面宽约500m，两岸为堤坝，兰溪段堤脚有宽约40m的滩地，地面高程约2929.50m。工程区地层分布白垩系上统基岩和第四系冲积堆积层。地下水为松散岩土类孔隙潜水，主要分布在第四系地层中。由大气降水补给，并排泄于河道。工程区域构造相对稳定，地震动峰值加速度为0.05g(相应地震基本烈度为度，中硬场地地震动反应谱特征周期为0.35s。2.3.2 水库区工程地质条件2.3.2.1库岸稳定库区两岸均设有防洪堤，库岸基本稳定，但近年来民间采砂船活动剧烈，并向堤脚靠拢，对堤身稳定不利。2.3.2.2水库渗漏右岸堤身及堤基上覆盖层为粉质粘土层，厚度2.7m8.8m，分布高程约27m以上。下部为砂砾卵石层，厚度2m6.6m，分布高程一般22m30m，透水性中等。堤内侧无低洼地，不存在向库外的渗漏条件。左岸堤身为透水性较强的砂砾卵石填筑而成，厚度一般3m6m，高程为30m36.70m。堤基覆盖层为砂砾石或粉细砂层，厚度5m10m，分布高程20m30m，为中等透水层。堤内无低洼地，不存在向库外渗漏的条件。库区不存在永久渗漏问题。2.3.2.3水库浸没水库区内左岸堤内少量耕地、支流新赤溪金家插村插口村一带，地面高程一般在2929.2m，其耕地存在中度浸没影响。房屋建基面较高，且多为砂砾石及岩石地基，无浸没影响。右岸堤基主要为粉质粘土组成，地面高程一般高于31m，不存在浸没影响。本地区为无盐碱化低矿化度地区，耕地作物一般以水稻为主，堤内沟渠排水性较好，能有效地减轻或排除浸没造成的影响。2.3.3 枢纽区工程地质条件上坝址左岸接于马鞍山，右岸位于下店村上游约230m；下坝址左岸位于姚家村南，右岸位于下店村下游约200m。上、下坝河床段均为第四系全新统冲洪积层，厚16m；基岩为泥质粉砂岩，河床段基岩面高程两坝址基本相同，高程约20.0m22.0m。推荐下坝址工程地质条件如下：2.3.3.1泄洪闸工程地质闸基上部为采砂弃料，河道内砂砾石厚度约1.02.0m，属强透水层。建议基础挖除覆盖层及全强风化岩石，将闸基置于弱风化基岩上。左岸存在渗漏问题，建议设置垂直防渗措施，并延伸至马鞍山脚，防渗体深入弱风化岩体。建议施工围堰防渗体置于岩石上，并做好基坑截渗排水工作。砾卵石抗冲刷能力差，坝址下游应做好消能防冲措施。建议开挖边坡：砂砾卵石层 1:11:1.5；粉质粘土1：1；全强风化岩石1:0.75，弱风化岩石1:0.3。2.3.3.2船闸上闸首工程地质船闸位于闸址左侧，上覆盖层为第四系全新统冲洪积砂砾卵石层，厚度7.0m10m。基岩为白垩系泥质粉砂岩，抗风化能力较弱，全强风化带厚1m2.0m，弱风化带厚2.0m5.0m，建议挖除覆盖层及全强风化岩，将闸室基础建在弱风化基岩上，基岩开挖深度3m4m。岩石的允许流速为3.5m/s。砼/弱风化岩石f=0.4，f=0.5，c=0.4 Mpa。变形模量E03GPa。弱风化岩石承载力标准值fk=1000kPa。砼/微风化岩石f=0.5，f=0.6，c=0.40.5 Mpa。变形模量E034GPa。微风化岩石承载力标准值fk=10001500kPa。建议开挖边坡：砂砾卵石层1:1.251:1.5；全强风化岩1:0.75，弱风化岩1:0.3。2.3.3.3电站工程地质电站厂房位于闸址右侧河床，覆盖层为人工堆积砾卵石层，厚度2.0m，层底高程在20m18m。基岩为白垩系泥质粉砂岩，为软质岩石，抗风化能力较弱，全强风化带厚0.5m4m，弱风化带厚3m5m，建议挖除覆盖层及全强风化岩，厂房基础建在弱风化或微风化基岩上。基岩开挖深度：1.5m3m，必要时进行固结灌浆处理，深度5m。机组段开挖较深，下部高程10m左右，泥质较高，岩石较破碎，必要时进行加固处理。河床砂砾卵石允许流速；1.5m/s。岩石的允许流速为3.5m/s。砼/弱风化岩石f=0.4，f=0.5，c=0.4 Mpa。变形模量E03GPa。弱风化岩石承载力标准值fk=1000kPa。砼/微风化岩石f=0.5，f=0.6，c=0.40.5Mpa。变形模量E034GPa。微风化岩石承载力标准值fk=10001500kPa。建议开挖边坡：砂砾卵石层 1:11:1.5；粉质粘土1:1；全风化岩石1:0.75，强风化岩石1:0.5，弱风化岩石1:0.31:0.1。2.3.4 天然建筑材料工程区近年来江心洲被大量开采，现衢江、兰江约15km范围内已无大片砂砾料场。上游的金家插、和尚洲、汤瓶洲等均在开采，距坝址约39km。以上料场可供混凝土用粗骨料，5mm40mm级储量不满足设计需量，砂料缺乏，需外购解决。填筑料源应充分利用施工时左右岸被开挖的废碴，并可考虑结合河道疏浚。洞源白坑的石灰岩，可作为块石料场，运距约25km，强度较高，储量和质量能满足工程设计要求。3.船闸的总体设计3.1船闸在枢纽中的布置 枢纽的总体布置就是确定枢纽中各主要建筑物之间的相互位置。影响枢纽的总体布置的因素是错综复杂的，根据枢纽所在处的地形、地质、水文、航道等具体条件以及枢纽中各主要建筑物的型式与尺寸，使用和施工的要求，寻求最合理的布置方案。 3.1.1 影响枢纽总体布置的因素在枢纽的总体布置过程中，其主要建筑物之一船闸的布置是一个非常重要、关系到船闸能否安全畅通及保证良好运行条件的问题。国内有不少过船建筑物，就其结构本身而言是良好的。但船舶在某些时候通不过或者不能畅通，究其原因是总体布置不当。研究船闸的总体布置时，必须研究船闸在水利枢纽中的位置、船闸引航道布置与上下游航道的连接。船闸与水利枢纽建成后所形成的新河势状况、通航水流条件、泥沙淤积、船闸与同枢纽中各相邻主要建筑物位置、船闸与河岸的关系。枢纽总体布置根据渠化工程梯级开发规划，结合不同坝址的自然条件和枢纽工程的作用，着重解决通航、泄洪、发电、灌溉及排沙之间的关系，主要考虑下列因素 （1）地形、地质、水文及泥沙条件 （2）上、下游航道衔接条件 （3）主要水工建筑物使用要求 （4）淹没损失及环境影响 （5）施工难易、施工长短及施工期通航条件 （6）工程量及投资3.1.2坝址、坝轴线选择3.1.2.1 坝轴线选择原则（1）满足船闸通航要求，使上下游引航道与上下游航道连接平顺，船舶进出闸安全、快捷；（2）满足泄水闸行洪要求，保证泄水闸有足够的泄流宽度，水流流向与坝轴线宜尽量垂直；（3）满足电站发电要求，使电站进出水流平顺，尾水位较低，运行管理方便；（4） 在满足各建筑物使用功能前提下，尽量避开不良地质区段，降低基础处理工程量；（5）具有较好的施工条件，工程造价经济合理。3.1.2.2 坝线选择 可供选择坝址比较的河段局限于马鞍山嘴以下约1000m范围，该河段相对顺直，河宽自上至下300m500m。本阶段选择上下两坝址作分析比较。上坝址：位于马鞍山嘴，左岸为马鞍山山体，右岸介于下应村与下店村之间，坝轴线垂直于水流方向。该坝址河床宽仅250m，坝址处流态相对复杂，枢纽布置向右岸拓浚工程量大。左岸布置电站，山体开挖工程量大，工程投资大。为便于今后兴建二线船闸，一线船闸需布置在右岸，因上游河道为弯道，引航道长度短。该坝址横向流速也大，影响船只航行。该坝址施工难度大。下坝址：位于马鞍山嘴下游约600m处，坝址右岸距下店村约150m，坝轴线垂直于水流方向。该坝址河宽约480m，水流相对较平顺。枢纽布置向右岸拓浚工程量小。船闸则布置在左岸，不涉及房屋拆迁，防洪堤后有兴建二线船闸的余地，一线船闸上游引航道长度较长，坝址处横向流速较小，有利于船只航行。电站布置在右岸，拓宽工程量不大。该坝址河道相对较宽，施工条件较好。两坝址对库内上游的排涝和浸没影响基本相同。下坝址因左岸防洪堤内地势较低，需增加坝址马鞍山嘴段长600m的防洪堤基础防渗处理工程量。右岸地势较高，不存在浸没影响。从地质钻探成果看，上、下坝址基岩面高程约20.5m，变化不大，坝基处理及基岩开挖差距不大。经综合分析比较，本阶段选用下坝址方案。3.1.3枢纽总体布置总体布置根据具体的情况可分为并列式和分离式两种方式。当坝址处于河面开阔，河床内能同时布置挡水、泄水建筑物，通航建筑物及电站等水工建筑物时，枢纽总体布置可采用并列式。当坝址处河面较窄、弯曲，其凸岸适宜布置通航建筑物时或当坝址处河面虽开阔、顺直，但当通航建筑物及电站布置在岸上开挖的渠道内，枢纽综合效益较佳时，经论证可采用分离式。本设计坝址布置在上下梁州之间，有足够的河宽，可以同时布置挡水、泄水、通航建筑物及电站，采用并列式布置，并且电站和通航建筑物异岸布置。图3.1 轴线布置图 3.1.4 枢纽总布置方案比较根据选定的坝轴线，在进行枢纽总平面布置时，在满足枢纽泄洪要求和船舶安全通航前提下，兼顾工程施工和运行管理方便等因素，并因地制宜地充分利用坝址处地形、地质和航道的特点综合考虑，初步设计阶段对可研阶段枢纽布置进行了优化，共进行了如下两个方案的枢纽总布置。方案一：船闸布置在左岸，电站布置在右岸。总体布置自左至右依次为船闸、泄洪闸、电站。方案二：船闸布置在右岸，电站布置在左岸。总体布置自左至右依次为电站、泄洪闸、船闸。表3-1 方案比选方案方案一方案二布置方式船闸布置在左岸船闸布置在右岸位置条件船闸位于缓流区，上游引航道口门区流速、流态较好，满足规范要求船闸位于主航道，航线顺直施工条件不涉及房屋拆迁，防洪堤后有兴建二线船闸的余地，河道相对较宽，施工条件较好。山体开挖工程量大，工程投资大续表3-1 方案方案一方案二口门区水流条件坝址处横向流速较小，有利于船只航行横向流速也大，影响船只航行工程量枢纽布置向左岸拓浚工程量小流态相对复杂，枢纽布置向右岸拓浚工程量大，施工难度大经比较，本阶段选择方案一。兰溪枢纽工程由泄洪闸、船闸、发电厂房等组成。根据闸址及上、下游河床地形、规划航道位置等因素，在河道的左侧布置一线船闸1孔，净宽18m。再自左至右依次布置25孔12m的泄洪闸、发电厂房。为满足河道行洪要求，枢纽需向右岸适当拓宽约20m，左岸预留二线船闸的位置，控制中心线间距150m。右岸电站侧需拆除原上、下游防洪堤，新建堤防向右岸后移。电站上游需拆建防洪堤约250m，电站下游需拆建防洪堤约350m，拆建防洪堤按原设计防洪标准修建。左岸上下游需新建导航靠船墙各长650m、300m，做好与上、下游原有防洪堤的平顺连接。除此之外，左岸上游堤防需设置防渗墙。3.2船闸的规模 3.2.1船闸的分级船闸应按设计最大船舶吨级分为7级，其分级指标见表3-2表3-2 船闸分级指标表船闸级别IIVVVIVII设计最大船舶吨级30002000100050030010050注:设计最大船舶吨级系指通过船闸的最大船舶载重吨(DWI)；当为船队通过时，指组成船队的最大驳船载重吨。衢江兰溪船闸最大船舶吨级为500吨，为IV级船闸。3.2.2 船闸线数船闸的线数应根据船闸在设计水平年内的客货运量，船闸设计（实际）通过能力，过闸的船型、船队组成、地形条件和船闸所在河流的重要性等因素确定。根据机动舶为主的设计船型及通过能力，且航道宽度较小，本设计采用单线船闸即可满足客货运量需求。3.2.3 船闸级数船闸级数的选择应根据船闸总水头，通过能力可靠性和航运效益，技术水平，地形、地质条件，施工条件和管理运用等条件进行技术经济比较。一般情况应优先选择单级船闸。船闸级数，可按下列情况确定：(1)水头30m，采用单级船闸；(2)水头m，采用单级或两级船闸；(3)水头40m，采用两级或多级船闸。本次设计中的设计水头为5m，即枢纽正常挡水位与下游最低通航水位的差值。由于H=5m30m，且该枢纽船闸所在处，地势平坦，地质条件较好，适合修建单级船闸，同时单级船闸在施工条件、运用管理及技术水平等方面较多级船闸易于满足。所以该枢纽采用单级船闸。3.2.4. 设计船型 本船闸的设计船队为500吨级1拖3船，船队尺寸为19110.82.2m（长宽满载吃水），最大干舷高：2.0 m。3.3 船闸基本尺度船闸尺度包括闸室有效长度、闸室有效宽度和门槛最小水深及船闸最水断面的断面系数。根据设计船型、船队，满足船闸在设计水平年限内各期（近期、远期）客货运量及过闸船舶总载重吨数确定。3.3.1闸室有效长度 （3-1）式中：闸室有效长度（m）；设计最大过闸船队、船舶的长度（m），当一闸次有两个或多个船队船舶纵向排列过闸时，则为各设计船队船舶长度之和加上各船队船舶之间的停泊间隔;富裕长度（m）,对于拖带船队 .=2+0.03191=7.73 =191+7.73=198.73 m， 取200 m3.3.2 闸室的有效宽度 （3-2）式中 ：船闸闸首口门和闸室有效宽度(m)；一闸次过闸船舶并列停泊于闸室的最大总宽度()。当只有一个船队或一艘船舶单列过闸时，则为设计最大队或船舶的宽度；=10.8 m富裕宽度(m)； 富裕宽度附加值()，当时，；当 时， ，取 =1.4 m；过闸停泊在闸室的船舶的列数， n=1；所以，=1.4 m。=10.8+1.4=12.2 m，采用现行国家标准内河通航标准（GBJ139）中规定的8m、12m、16m、23m、34m，取=16 m。.3.3.3 门槛水深门槛水深应满足： (3-3)式中：H门槛水深（m）；T设计最大过闸船舶满载吃水（m）=1.62.2=3.52 m。3.3.4 最小过水断面的断面系数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。根据实验观察，若n值过小，则船队(舶)过闸时，可能产生碰底现象；若n的值过大，则会使建筑物高程提高，增大施工量。为保证船队（舶）安全顺利地进闸，一般要求：1.52.0 (3-4) =BT (3-5) 式中：最低通航水位时，闸室过水断面面积（），=163.52=56.32为船舶横断面系数，机动船取0.95船舶、船队浸水横断面面积（），=BT =0.9510.82.2=22.572 =2.24/22.572=2.5 ， 满足要求。表3-3 船闸基本尺度表计算项目计算式结果闸室有效长度200 m闸室有效宽度16 m门槛水深3.52 m过水断面系数2.5图3.2 闸室示意图3.4 船闸设计水位和各部分高程3.4.1 船闸特征水位上游设计最高水位：29.2 m；上游设计最高通航水位：23.00 m；下游设计最高通航水位：18.50 m；上游设计最低通航水位：22.5 m；下游设计最低通航水位：18.00 m（P=95%下游引航道口水位）；正常蓄水位：23.0 m；波浪浪高：2hw=0.0166W1.25D0.33=0.082 m式中：计算风速（m/s），取3.0（m/s）；吹程（公里）取（35）倍的河宽，河宽500米，取4倍的河宽。3.4.2船闸各部分高程 见表3-4。表3-4 船闸各部分高程计算内容计算式计算结果（m）上闸门顶高程上游设计最高水位+超高+浪高29.882下闸门顶高程上游设计最高通航水位+超高23.6上闸首墙顶高程上闸门顶高程+超高30.482下闸首墙顶高程下闸门顶高程+超高闸室墙顶高程25.6闸室墙顶高程上游设计最高通航水位+空载干舷高度25.6上闸首门槛顶高程上游设计最低通航水位-门槛水深18.98下闸首门槛顶高程下游设计最低通航水位-门槛水深14.48上游引航道底高程上游设计最低通航水位-引航道最小水深18.98下游引航道底高程下游设计最低通航水位-引航道最小水深14.48闸室底高程下闸首门槛高程14.48上游导航及靠船建筑物顶高程上游设计最高通航水位+空载干舷高度25.6下游导航及靠船建筑物顶高程下游设计最高通航水位+空载干舷高度21.1注：安全超高0.6 m，空载干舷高度2.0m，设备安装结构高度0.5m。3.5 引航道 3.5.1引航道的布置单线船闸引航道平面布置，一般有对称型、反对称型、不对称型三种型式。引航道的平面布置直接影响船舶进出闸的时间，从而影响船闸的通过能力。不对称型引航道是上、下游引航道向相同的岸侧拓宽。在这类引航道中，船舶可以沿直线进闸，曲线出闸，进闸速度可以较快。为满足通过能力的要求，使船舶（队）进闸速度较快，有利于单向过闸，本设计采用不对称式。表3-5 引航道型式对比表 名称特 点反对称型不对称型对称型图式布置型式上下游引航道向不同侧拓宽上下游引航道向同一侧拓宽引航道轴线和船闸轴线相重合过闸方式直进曲出直进直出或曲进曲出曲进曲出，过闸时间长，影响通过能力适用情况单向过闸较为有利明显的单向货流引航道宽度较小时3.5.2 引航道尺度3.5.2.1 引航道长度 引航道的长度主要取决于设计船型，船舶（队）尺度及船舶（队）的操纵性能，按双向过闸的要求，进出闸船舶需在引航道内交错避让，等待过闸的船舶必须停靠在离闸首一定距离处。引航道有直线段、过渡段、制动段三部分组成。 引航道的直线段应平行于船闸轴线，它由导航段L1、调顺段L2、及停泊段L3等三段组成。A导航段长度Lc (3-6)式中：导航段长度（m）；L0过闸船队的计算长度（m），对于拖带船队，为其中的最大船长，L0=45 m。 45 m。B调顺段长度 （1.52.0）L0 (3-7)式中：调顺段长度（m）；L0过闸船队的计算长度（m），对于拖带船队，为其中的最大船长。 =245=90 mC停泊段长度Lc (3-8) 式中：停泊段长度，=45 m。D过渡段长度L4 10 (3-9)式中：引航道直线段宽度与航道宽度之差，=80-B0=40 m。（引航道宽度见下面计算） 1040 =400 mE制动段长度 制动段与过渡段重合使用。3.5.2.2 引航道的宽度考虑引航道只有一侧停靠过闸船队（舶）的情况： （3-10）式中：设计最低通航水位时，设计最大船舶、船队满载吃水船底处的引航道宽度(m )；设计最大船舶、船队的宽度(m)；一侧等候过闸船舶、船队的总宽度(m)，=10.8 m；船舶、船队之间的富裕宽度，取=；船舶、船队与岸之间的富裕宽度，取=0.5。=10.8+10.8+10.8+0.510.8=37.8，取40 m。3.5.2.3 引航道的底宽Bn Bn=B0-2m(H0-T) （3-11）式中：B0设计最低通航水位时，设计最大船舶、船队满载吃水船底处的引航道宽度（m）；B040m；M引航道水下岸坡的边坡系数。m1：21：3 ，取m0.4H0在设计最低通航水位时，引航道底宽内最小水深。T设计最大船舶（队）的满载吃水（m）故Bn=40-20.4（3.52-2.2）38.944m 。3.5.2.4.引航道的最小水深H0对级船闸按下式计算： (3-12)H0在设计最低通航水位时，引航道底宽内最小水深(m)；T设计最大船舶、船队满载吃水（m）。本设计为IV级船闸，所以H01.52.2=3.3 m，取H0=3.3 m 3.5.2.5 引航道的断面系数应满足下式要求： （3-13）式中：设计最低通航水位时，引航道的过水断面面积（），=（+Bn）H0/2=(40+38.944)3.3/2=130.26 船队满载吃水时，船舶横断面水下部分的断面面积（），=0.92.210.7=21.384 =130.26/21.384=6.09 , 满足要求。3.5.2.6 最小弯曲半径对于拖带船队，R5Lc=545=225 m。 3.5.2.7 弯道加宽B=Lc2/(2R+B0) (3-14)式中：Lc过闸船队的计算长度（m），对于拖带船队，为其中的最大船长，Lc=45 m； R最小弯曲半径； B0设计最低通航水位时，设计最大船舶、船队满载吃水船底处的引航道宽度（m）； 故 B=452/（2552+40）=6.98 m。3.5.2.8 引航道口门区 引航道口门宽度1.5倍引航道宽度，即60m。向引航道内延伸（1.52.0）Lc，取40m长度，渐变到引航道直线段末端过渡，引航道口门与主航道间有足够距离的视野，使航行船舶（队）能看清其他船舶(队)的动态和引航道口门并能进行有效的控制。表3-6 引航道尺度计算结果汇总表引航道尺度计算公式计算结果注释引航道长度导航段45m调顺段(1.52.0) 90m停泊段191m直线段总长45+90+191=326m过渡段1040m为航道与引航道宽度之差制动段与过渡段重合使用。引航道宽度引航道的宽度+40m引航道底宽-2m(-T)38.944m对于岩基m=3引航道断面系数476.09满足断面系数的要求。引航道最小水深3.3m最小弯曲半径R5Lc225m弯道加宽B=Lc2/(2R+B0)6.98m引航道口门宽度口门宽1.560m长度（0.5-1.0）LC40m 图3.3 引航道直线段 图3.4 引航道断面图3.6 船闸的年通过能力和耗水量 3.6.1 过闸时间计算 3.6.1.1 船队进出闸运行距离A单向过闸： 进闸距离L1是指船舶在引航道的停靠位置至闸室内停泊处的距离。 L1=Lx（1+1） （3-15） 出闸距离L1是指船舶自闸室内停泊处至船尾离开闸门之间的距离。 L1= Lx（1+1） （3-16）B.双向过闸：进闸距离L2是指船舶自引航道停靠位置至闸室内停泊处的距离。出闸距离L2是指船舶自闸室内停泊位置至靠船建筑物之间的距离。L2=L2=Lx（1+2）+； （3-17） 式中 ：Lx闸室有效长度（m）； 导航段长度（m）； 调顺段长度（m）； 1 、1、 2系数，取1=0.4，1=0.1，2=0.1； 将以上数值带入公式，求得： L1=200（1+0.4）=280 m； L1=200（1+0.1）=220 m； L2=L2=200（1+0.1）+45+90=355 m。3.6.1.2 进出闸的平均速度，参考表3-7。表3-7 船舶进出闸参考表 过闸方式 船舶类型进闸(m/s)出闸（m/s）单向双向单向双向船队0.50.70.71.0排筏（拖轮牵引）0.30.50.50.6机动单船0.81.01.01.4非机动船0.40.50.40.5采用船队的速度作为进出闸速度，则有：单向进闸 : 双向进闸 : 单向出闸 : 双向出闸 : 故 单向进闸时间 ：；单向出闸时间 ： ；双向进闸时间 ： ；双向出闸时间 ： ；C闸门启闭时间t2 船闸口门宽度大于或等于16米时，人字闸门和三角闸门的启闭时间一般取为23分钟；口门宽度小于16米时，启闭时间一般取为12分钟。 本设计船闸口门宽度16米，取t2=3 min。D灌泄水时间t3 初步拟定t3=10 min。E船队进出船闸间隔时间当一闸次容纳两个或两个以上的船舶过闸时，计算间隔时间，本设计 =5 min；对单级船闸，一次过闸时间应按下式计算： 单向过闸： T1=t1 + 4t2 + 2t3 + t4 + 2t5=9.33+ 43 + 210 + 5.23 + 25=56.56 min 双向过闸：双向总过闸时间为T2，则每一船队过闸时间为， = t1+ 2t2 +t3 + t4+2t5=8.45+ 23 + 10 + 5.92 + 25=40.37 min。采用单向过闸与双向过闸所需时间的平均值来表示过闸时间：。3.6.2 日平均过闸次数 (3-18) 式中：日平均工作时间，取20小时。 次， 取n=24次3.6.3 船闸年通过能力计算 (3-19)式中：每昼夜非运货船过闸次数=6次；N船闸年通过天数，N=300 天/年； 船舶装载系数=0.83；运量不均衡系数=1.25； G一次过闸平均吨位G=3500=1500 吨；250Wt所以，满足年通过能力要求。3.6.4 耗水量的计算船闸的耗水包括船舶过闸用水和闸、阀门漏水两部分。过闸用水是指船舶过闸时，闸室灌泄水所耗用的水量。与船闸水头、船闸尺度、过闸方式及过闸次数等因素有关。3.6.4.1 船闸一天内平均耗水量可按下式计算： (3-20)式中：一天内平均耗水量； 一次过闸用水量（），必要时应考虑上下行船舶、船队排水量差额；闸门、阀门的漏水损失止水线每米上的渗漏损失（），当水头小于10时取0.00150.0020，当水头大于10时取0.00200.0030；闸门、阀门止水线总长度（）3.6.4.2 一次过闸用水量的计算：对直立式闸室墙的单级船闸、船舶单向过闸的用水量可近似按下式计算 (3-21) (3-22) 式中：船闸上、下闸门之间的水平面面积（）；船闸的计算水头（）。=200m;=16m; =5 mV0=（1.151.2）200165=1840019200，取V0=19000 m3 故V=0.75V0=0.7519000=14250 m33.6.4.3止水线每米上的渗漏损失的确定：本设计设计水头为5 小于10，所以取0.0023.6.4.4 闸门、阀门止水线总长度的确定：=210+311.10+22（2+3.4）=74.9 m故q=0.00274.9=0.1498 m3/s。= m3/s 3.7闸首尺度3.7.1门扇基本尺度 3.7.1.1门扇长度 (3-23)式中：闸首口门宽度，一般与闸室的有效宽度相同； 由门扇的支垫座的支承面至门盒外缘的距离,取=0.0516=1.6 闸门关闭时门扇轴线与闸室横轴线的夹角，取。 ，取=10 m。3.7.1.2 门扇厚度 取=11.25， 取1.2 m。3.7.1.3 门扇高度门扇高度,指闸门面板顶到闸底的距离。 h=H1-H2 m式中：H1闸门门顶高程（m）； H2闸首门槛顶高程（m）； m闸门面板底与门槛顶的距离，m=（0.150.25）m；当闸门关闭时，门底止水位于门槛侧面时取正值。此处取0.2 m。上闸首门扇高度 =上闸门顶高程-上闸首门槛高程+m =29.882-18.98+0.2=11.10 m下闸首门扇高度 =下闸门顶高程-下闸首门槛高程+m =23.6-14.48+0.2=9.32 m3.7.2闸首长度3.7.2.1门前段门前段长度根据检修闸门的尺度、输水系统的布置方式初步拟定：对于人字闸A上闸首： (1.02.0)+C1式中：为检修闸门的门槽宽度0.82.0m，取=1m。 取L1=1.0+1.0=2 m。 B对于下闸首，考虑到安装防撞设备，取L1=6 m。3.7.2.2 门龛段 式中：门扇长度（m）。 m3.7.2.3支持段 L3=(0.30.5) 式中：边墩墙在闸首底板以上的高度。上闸首：=上闸首墙顶高程-上闸首门槛高程=30.482-19.98=11.50m，下闸首：=下闸首墙顶高程-下闸首门槛高程=25.60-24.48=11.12m。所以 上闸首：L3=(0.30.5) =3.4595.765 m,取为4m； 下闸首：L3=(0.30.5) =3.3365.56 m,取为4m。 上闸首长度：L=L1+L2+L3=2+10+4=16 m； 下闸首长度：L=L1+ L2 +L3=6+10+4=20 m。3.7.3闸首宽度闸首宽度等于闸首口门的宽度和两侧边墩之和，闸首边墩厚度主要取决于门龛深度、廊道宽度和弯曲半径急阀门宽度等因素。对有廊道的边墩厚度初步估算时可取23倍廊道宽。 B=Bk+2（23）b (3-24)式中：b阀门处廊道宽度，b=2 m（见后输水系统计算） 。 B=16+2（23）2=2428， 取B=25 m。3.7.4闸首底板厚度对于平板底板按() 上闸首：()11.50=2.563.29， 取3 m， 下闸首：()11.12=2.473.18，取3 m。表3-8 闸首尺度及闸门尺寸表结构段上闸首（m）下闸首（m）门前段26 门龛段10.3 10.3支持段44闸首长度总和1620闸首宽度25门扇长度10门扇厚度1.2门扇高度11.109.32闸首底板厚度334.输水系统4.1 输水系统选型合理的输水系统应该是：闸室的灌泄水时间短，能满足船闸通过能力的要求，过闸船舶在闸室及引航道内具有良好的停泊条件，同时工程造价和运输费用均较低。4.1.1 输水系统的设计要求船闸输水系统应包括进水口、闸门段、输水廊道、出水口、消能工和镇静段等。输水系统的设计，应满足下列基本要求 ：（1）灌水和泄水时间；（2）船舶、船队在闸室内的停泊条件和引航道内的停泊和航行条件；（3）船闸各部位在输水过程中不至由于水流冲刷、空蚀、振动等造成破坏。4.1.2 输水系统的选择（1）船闸输水类型有两种：一种是集中输水系统，另一种是分散输水系统；集中输水系统：由于在闸室中，不需设置输水廊道，闸室结构比较简单，工程造价低，但灌泄水时间相当较长，特别是随着作用水头的增加，集中输水系统就难以满足过闸船舶停泊条件的要求。分散输水系统：由于水流是沿着闸室一定长度均匀进入闸室，闸室水力条件和过闸船舶停泊条件均较好，可以缩短灌泄水时间，但船闸结构却比较复杂，工程造价亦将相应地增加。（2）根据国内外已建船闸的运转资料，可根据值初步选定输水系统类型。 （4-1）式中：门闸灌水时间（min），前面拟定10 min ，闸室设计水头，所以 m= =5.77，当m3.5时 采用集中输水系统；当m2.5时 采用分散输水系统；当2.5m3.5时 应进行技术经济论证，并参照类似工程选定。考虑以下几个因素：作用在船闸上的水头大小；闸室灌泄水时间的长短；闸室平面尺度及门槛水深；闸首和闸室结构形式及工程造价等。