郁江某航运枢纽船闸总体设计

1、航道工程课程设计航道工程课程设计 题目： 郁江某航运枢纽船闸总体设计 学院： 船舶工程学院 专业： 港口航道与海岸工程 学号： 2013012212 姓名： 马超 日期： 2017年1月 16目录1 基本设计资料1 1.1设计背景11.2设计标准、规范11.3地形、地质资料11.4水文资料1 1.4.1特征水位1 1.4.2气象资料11.5设计船型资料21.6其它设计资料22 船闸总体设计2 2.1船闸尺度的确定2 2.1.1船闸线数和级数2 2.1.2船闸基本尺度的确定2 2.1.3船闸最小过水断面系数4 2.1.4船闸闸首尺寸的确定5 2.2船闸各部分高程的确定6 2.2.1船闸闸首结构的

2、高程6 2.2.2船闸闸室结构的高程7 2.2.3船闸导航及靠船建筑物的顶部高程7 2.2.4引航道的高程8 2.3引航道平面布置及尺度确定8 2.3.1引航道的平面布置8 2.3.2引航道的尺度9 2.4船闸通过能力的计算10 2.4.1船舶（队）过闸时间10 2.4.2船闸年通过能力11 2.4.3耗水量计算12 2.5船闸附属设施布置13 2.6输水系统的设计要求13 2.7闸室结构的设计14 2.8靠船墩结构的设计14 2.9船闸总体布置原则141 基本设计资料1.1设计背景 广西郁江某航运枢纽是郁江综合利用规划十个梯级中的第七个梯级，是以航运、防洪为主，结合发电，兼顾改善南宁市水环境

3、等效益的水资源综合利用工程。该航运枢纽控制右江及左江流域，右江百色郁江南宁规划为III级航道，代表船型为2排1列式一顶2×1000t级船队及1000t级货船。1.2设计标准、规范1、JTJ305-2001.船闸总体设计规范S.北京.人民交通出版社,20012、GB50139-2004.内河通航标准S.北京.人民交通出版社,20043、JTJ308-2003.船闸闸阀门设计规范S.北京.人民交通出版社,20034、JTJ307-2001.船闸水工建筑物设计规范S.北京.人民交通出版社,20015、JTJ306-2001.船闸输水系统设计规范S.北京.人民交通出版社,20016、程昌华.

4、航道工程学M.北京.人民交通出版社,20017、JTJ206-96.港口工程制图标准S.北京.人民交通出版社,19961.3地形、地质资料 河床覆盖层主要为砂卵砾石，左岸及右岸阶地宽阔，中部为粘土、粘质粉土，下部为沙卵砾石层。坝址下伏基岩主要为第三系砂岩、泥岩类，岩层产状相对较稳定。1.4水文资料1.4.1特征水位上游最高通航水位（P10%）：79.73m下游最高通航水位（P10%）：79.39m上游最低通航水位（P98%）：72.00m下游最低通航水位（P98%）：61.00m设计洪水位：84.33m正常蓄水位：75.50m1.4.2气象资料降雨量及气温资料从略。1.5设计船型资料 设计船型

5、为2排1列式一顶2×1000t级船队，尺度（长×宽×吃水）为160m×10.8m×2.0m。1.6其它设计资料其它各项设计资料见表1-1。 表1-1 其它设计资料序号工程项目指标备注1设计水平年20302船闸级数单级3通航规模III级4航道设计标准（m）60×3.5×480航宽×航深×弯曲半径5船闸年通过能力（万t）900/1200近期/远期6最大过船吨位（t）10007船闸设计标准（t）2×1000船队一次通行过闸8通航期（天）3502 船闸总体设计2.1船闸尺度的确定2.1.1船闸线数和级数

6、根据已有设计资料，设计水头H上游设计最高通航水位-下游设计最低通航水位18.73m30m，故采用单级船闸。根据船闸年通过能力、过闸船型、通航期等设计资料综合考虑，单线船闸能满足设计水平年内的运输要求，所以船闸设计采用单线单级的型式。2.1.2船闸基本尺度的确定船闸基本尺度是指闸室有效长度、闸室有效宽度和门槛水深。船闸基本尺度应根据船型、船队以及船闸在设计水平年限内各期（近期、远期）过闸客货运量及过船量（过闸船舶总载重吨位）确定，在此设计中须使设计船队能一次通行过闸。（1） 闸室有效长度闸室有效长度，指船舶过闸时，闸室内可供船舶安全靠泊的长度。它是指上闸首门龛下游边缘或帷墙的下游面，或集中输水系

7、统的闸室镇静段末端，或其他伸向下游的构件的下游边缘至下闸首门龛的上游边缘或其他伸向上游的构件的上游边缘或防撞设施的上游面的距离。根据船闸总体设计规范（JTJ305-2001）中3.1.5的规定，闸室有效长度Lx可按公式（2-1）计算：Lx=lc+lf （2-1）式中Lx闸室有效长度（m）； lc设计船队、船舶计算长度（m），当一闸次只有一个船队或一艘船舶单列过闸时，为设计最大船队、船舶的长度；当一闸次有两个或多个船队船舶纵向排列过闸时，则为各设计最大船队、船舶长度之和加上各船队、船舶间的停泊间隔长度； lf富裕长度（m），视过闸船队（舶）类型不同，按下列数据采用： 顶推船队 lf2+0.06l

8、c（m）; 拖带船队 lf2+0.03lc（m）; 机动驳和其他船舶 lf4+0.05lc（m）。 lc160m； lf2+0.06×16011.6m； Lx=lc+lf160.0+11.6171.6m。（2）闸室有效宽度 闸室有效宽度，指闸室满足设计最大停靠船队停泊时两侧墙面间的最小净宽度，即闸室内两侧墙面（包括附属设施在内的突出部分）之间的最小距离。根据船闸总体设计规范（JTJ305-2001）中3.1.8的规定，闸室有效宽度Bx可按公式（2-2）和（2-3）计算，并宜采用现行国家标准内河通航标准（GBJ139）中规定的8m、12m、16m、23m、34m宽度：Bxbc+bf （

9、2-2）bfb+0.025（n-1）bc （2-3）式中Bx闸室有效宽度bc同闸次过闸船队（舶）并列停泊的最大总宽度（m），当只有一个船队（舶）过闸时，则为设计最大船队（舶）的宽度bc；bf富裕宽度（m）；b富裕宽度附加值（m），当bc7m时，b1m；当bc>7m时，b1.2m；n过闸停泊在闸室的船舶的列数。bc10.8m；bfb+0.025（n-1）bc1.2+0.025×（1-1）×10.81.2m；Bxbc+bf10.8+1.212m，考虑采用国家标准规定的宽度且有一定的富裕量，取Bx16m。（3） 门槛最小水深门槛最小水深指在设计最低通航水位时满足设计船舶正常

10、通航的门槛上的最小水深，与船队进闸速度、水流条件和船舶最大吃水有关，包括船舶满载吃水和富裕水深两部分。根据船闸设计总体规范（JTJ305-2001）中3.1.9的规定，船闸门槛最小水深H应满足公式（2-4）的规定：H1.6T （2-4）式中H门槛最小水深（m）；T设计最大过闸船队（舶）的满载吃水。在确定船闸门槛水深时，若船队（舶）进闸速度较快，为减小船队（舶）进闸所受的阻力，便于船队（舶）安全迅速地过闸，应采用较大的门槛水深。由本次设计所给资料，H1.6T1.6×2=3.2m。考虑留有一定的富裕量，取H4m。2.1.3船闸最小过水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

11、的断面系数n的要求。根据实验和观察，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）安全顺利地进闸，一般要求：n1.52.0式中最低通航水位时，闸室过水断面面积（m2），Bx×H；最大设计过闸船队（舶）满载吃水时船舯断面水下部分的断面面积（m2）。 由本次设计所给资料，Bx×H16×464 m2 =10.8×2=31.6m2 n=6431.6=2.031.52.0，故设计满足最小过水断面系数的要求。 根据以上组合，综合考虑本航线上货运密度和工程量大小等方面的情况及规范要求，考虑近期及远期的船闸年通过能力，闸室的有效长度取180m；闸室的

12、有效宽度取16m；考虑船舶吃水和富裕水深，闸室的有效水深取4m。故闸室的有效尺度180m×16m×4m。2.1.4船闸闸首尺寸的确定（1）闸门尺寸的确定根据船闸闸阀门设计规范（JTJ308-2003）中的规定，船闸闸门和阀门的型式，应根据通过能力、通航净空、孔口尺寸、水位组合、水力学条件和水工建筑物型式等因素，通过技术经济综合比较选定。本设计采用人字闸门。根据船闸闸阀门设计规范（JTJ308-2003）7.1.2中的规定，人字闸门轴线与船闸横轴线交角可取22.5°，闸门其他尺寸设计如下：1、门扇长度Ln。是指门扇两端支垫座接触面积之间的距离，可按下列公式（2-5）

13、计算：Ln（Bk+2m）2cos （2-5）式中Bk闸首的口门宽度（m）；本设计为16m；m门扇支撑点至闸室边闸墙的垂距m0.81.23m；门扇面与船闸横向中心线夹角，取22.5°。 Ln（Bk+2m）2cos（16+2×1）/2cos22.5°9.7m。2、门扇厚度tn。按主横梁中部截面高度，可按下列公式（2-6）计算：tn（0.10.125）Ln （2-6） tn1m。3、门扇高度h。根据下列公式（2-7）计算：hH+hk+k±m （2-7）式中H船闸设计水头；hk门槛水深；k门槛顶部超高；m闸门底部和门槛的距离。经过计算：上闸门门扇高度为h12.7

14、3m，下闸门门扇高度为h23.39m。（2） 闸首尺寸的确定 由航道工程学相关内容，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的闸门形式、输水系统及有无帷墙等有密切关系。闸首宽度由闸首口门宽度与闸首结构确定。边墩厚度一般取为23倍廊道宽度。廊道宽度可取3.0m，边墩厚度则取8.0m，故闸首宽度可取32m。根据受力及结构特点，闸首在长度方向上一般由3段组成。1、 门前段长度l1门前段长度l1主要根据工作闸门形式、检修门尺度、门槽构造及检修要求确定。据国内已建船闸的统计，当工作闸门采用人字闸门、检修门槽设于闸首外与导墙接缝时，门前段的长度一般为1

15、.0m左右。本次设计中l1取1.0m。2、 门龛段长度l2人字闸门门龛段长度l2由公式（2-8）确定：l2=（1.11.2）（Bc+d）2cos （2-8）式中Bc闸首的口门宽度（m）；d门龛深度（m），一般为门厚加0.40.8m；闸门与船闸横轴线的夹角，一般取20°22.5°。l2=1.1×（16+1.5）/2cos22.5°10.4m。3、 支持段长度l3闸门支持段只要应满足结构稳定及强度的要求，并应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演算确定的，因此需要有足够的长度。据已建船闸支持段

16、尺度的统计，l3的变化幅度较大，其范围如公式（2-9）：l3（0.31.2）h 或l3（0.42.1）H （2-9）式中h边墩自由高度（m）；H设计水头（m）。设计水头H18.73m，取l3=0.5×18.73=9.365m，取9.4m。综上，闸首长度Ll1+l2+l3=1+10.4+9.420.8m。取整为21m。2.2船闸各部分高程的确定船闸高程包括船闸顶部高程和底部高程。船闸顶部高程包括门顶、墙顶、导航和靠船建筑物顶、堤顶等各部分。由于各部分建筑物的位置和作用不同，确定高程的依据也不同。船闸各部分高程参考船闸总体设计规范（JTJ305-2001）中4.2.14.2.11中的有关

17、规定计算确定。2.2.1船闸闸首结构的高程（1）闸门门顶高程由船闸总体设计规范（JTJ305-2001）4.2.14.2.3中的相关规定，船闸挡水前缘闸首的闸门顶部高程应为上游校核高水位加安全超高确定。对溢洪船闸闸门和船闸非挡水前缘闸首的闸门顶部高程应为上游设计最高通航水位加上安全超高，其中，船闸闸门顶部最小的安全超高值，级船闸不应小于0.5m，此处安全超高值取1.0m。故，上闸首门顶高程=上游最高通航水位安全超高=79.73+1=80.73m下闸首门顶高程=下游最高通航水位安全超高=79.39+1=80.39m（2）闸首墙顶高程船闸闸首墙顶部高程应根据闸门顶部高程和结构布置等要求确定，并不得

18、低于闸门和闸室墙顶部高程。位于枢纽工程中的船闸，其挡水前缘的闸首顶部高程应不低于与相互连接的枢纽工程建筑物挡水前缘的顶部高程。故，上游闸首墙顶高程上闸首门顶高程+超高值80.73+181.73m下游闸首墙顶高程下闸首门顶高程+超高值80.39+181.39m，低于闸室墙顶部高程，故应取为81.73m。（3）上下闸首门槛顶高程船闸上下闸首门槛的高度应有利于船闸运用和检修，顶部高程应为上、下游设计最低通航水位值减去门槛最小水深值。门槛最小水深值已由计算得出H4m。故，上闸首门槛顶部高程72.0-4.068.0m 下闸首门槛顶部高程61.0-4.057.0m2.2.2船闸闸室结构的高程（1）闸室墙顶

19、部高程船闸闸室墙顶部高程应为上游设计最高通航水位加超高值，超高值不应小于设计过闸船舶、船队空载时的最大干舷高度。1000t级分节驳空载时的最大干舷高度为1.7m，因此超高值可取2.0m。故：闸室墙顶部高程上游最高通航水位+超高79.73+2.081.73m。（2）闸室底板顶部高程船闸闸室底板顶部高程不应高于上、下闸首门槛顶部高程。故：闸室底板顶部高程闸首门槛顶部高程57.00m2.2.3船闸导航及靠船建筑物的顶部高程船闸上、下游导航和靠船建筑物顶高程为上、下游设计最高通航水位加超高值，其超高值不宜小于设计船舶的最大空载干舷高度。1000t级分节驳空载时的最大干舷高度为1.7m，因此超高值可取2

20、.0m。故：上游导航和靠船建筑物顶高程79.73+2.081.73m，下游导航和靠船建筑物顶高程79.39+2.081.39m。2.2.4引航道的高程（1）上下游引航道顶高程 上、下游引航道顶高程为上、下游设计最高通航水位加超高，其超高值不宜小于设计船舶的最大空载干舷高度。故：上游引航道顶高程79.73+1.781.43m 下游引航道顶高程79.39+1.781.09m（2）上下游引航道底高程 上、下游引航道底高程为上、下游设计最低通航水位减去引航道设计最小水深。其中由以上计算可知引航道的设计最小水深为4m。故：上游引航道底高程72.00-4.068.00m 下游引航道底高程61.00-4.0

21、57.00m综上，船闸各部分高程如表2-1所示。表2-1 船闸各部分高程 单位：m序号船闸各部分高程上游下游1闸门门顶高程80.7380.392闸首墙顶高程81.7381.733闸首门槛顶高程68.0057.004闸室墙顶高程81.735闸室底板顶部高程57.006导航及靠船建筑物顶部高程81.7381.397引航道顶部高程81.4381.098引航道底部高程68.0057.002.3引航道平面布置及尺度确定2.3.1引航道的平面布置引航道应由导航段、调顺段、停泊段和制动段等组成，其平面布置应保证通航期内过闸船舶、船队畅通无阻，安全行驶。引航道的平面布置应根据船闸的级别、线数、设计船型船队、通

22、过能力等，结合地形、地质水流、泥沙及上、下游航道等条件研究确定。本设计船闸选择反对称型引航道，船舶可沿直线进闸，曲线出闸，进闸速度可以较快。2.3.2引航道的尺度（1）引航道的长度引航道直线度的轴线应平行于船闸轴线，直线度应由导航段、调顺段和停泊段组成。根据船闸总体设计规范（JTJ305-2001）中5.5.1的相关规定，引航道长度按下列要求计算：1、导航段长度l1：l1Lc160 （2-10）式中l1导航段长度（m）； Lc顶推船队为设计最大船队长，拖带船队或单船为其中的最大船长（m）。 l1取170m。2、调顺段长度l2：l2（1.52.0）Lc240320 （2-11） l2取280m。

23、3、停泊段长度l3：l3Lc=160 （2-12） l3取170m。4、过渡段长度l4：l410B （2-13）式中B引航道宽度与航道宽度之差。 航道宽度为60m，引航道宽为40m，B20m，故l410B200m，取200m。5、制动段长度l5：l5=lc （2-14）式中顶推船队制动距离系数，根据实船试验资料，在船队进口门航速为2.54.5m/s时，可在2.54.5中选用。 l5=lc3×160=480m。（2）引航道的宽度 本设计为单线船闸、反对称型引航道，根据船闸总体设计规范（JTJ305-2001）中5.5.2中的相关规定，引航道的宽度根据公式（2-15）确定：B0bc+bc

24、1+b1+b2 （2-15）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）； bc设计最大船舶、船队的宽度（m）；bc1一侧等候过闸船舶、船队的总宽度（m）；b1船舶、船队之间的富裕宽度，取b1bc；b2船舶、船队与岸之间的富裕宽度，取b20.5bc。 B0bc+bc1+b1+b210.8+10.8+10.8+0.5×10.8=37.8m，取为40m。（3）引航道最小水深 根据船闸总体设计规范（JTJ305-2001）中5.5.3中的相关规定，引航道最小水深根据公式（2-16）确定：H0T1.5 （2-16）式中H0在设计最低通航水位时，引航道底宽内最

25、小水深（m）；T设计最大船舶、船队满载吃水（m）。H01.5T=1.5×2=3.0m，考虑留有一定的富裕水深，H0可取4.0m。2.4船闸通过能力的计算船闸通过能力的计算应包括在设计水平年内各期的过闸船舶总载重吨位、过闸货运量两项指标，并以年单向通过能力表示。船闸通过能力应根据一次过闸平均吨位、一次过闸时间、日过闸次数、年通航天数、运量不均衡系数等因素确定。2.4.1船舶（队）过闸时间一次过闸时间，应根据船舶、船队进出闸时间，闸门启闭时间，灌泄水时间，船舶、船队进出闸间隔时间等因素确定。对不同的过闸方式应分别计算。（1） 单个船舶、船队一次进出闸时间根据船闸总体设计规范（JTJ305

26、-2001）中6.1.5.1的相关规定，单向过闸时，进闸为船舶、船队的船首自引航道内停靠位置至船室内停泊位置之间的距离；出闸为船舶、船队的船尾自闸室内停泊位置至闸门外侧边缘的距离。双向过闸时，进闸为船舶、船队自引航道停靠位置至闸室内停泊位置之间的距离；出闸为船舶、船队自闸室内停泊位置至靠船建筑物之间的距离。船队单向进闸运行距离l2160+21=181m船队单向出闸运行距离l4160+21=181m船队双向进闸运行距离l2280+21+170471m船队双向出闸运行距离l4280+21+170471m根据船闸总体设计规范（JTJ305-2001）中6.1.5.2的相关规定，船队进出闸的平均速度按

27、下列取：单向进闸 v20.5m/s 单向出闸v40.7m/s双向进闸 v20.7m/s 双向出闸v41m/s则 t26.03min t44.31min t211.21min t4=7.85min（2） 闸门开、关时间t1由船闸启闭机设计规范（JTJ-309 2005）中3.1.1的相关规定，船闸闸门启闭时间与船闸闸首口门宽度有关，闸首口门宽度L16m时，启闭时间t1可取为2min。（3） 闸室灌水、泄水时间t3 船闸灌泻水时间与水头、输水系统型式、闸室尺度有关。本次船闸设计的灌、泻水时间取t38.0min。（4） 船舶、船队进出闸门间隔时间t5 t5无实测资料时取3.0min。则船闸一次过闸时

28、间可按下式计算： 单向过闸： T1=4t1+t2+2t3+t4+2t54×2+6.03+2×8+4.31+2×340.34min双向过闸：T2=4t1+2t2'+2t3+2t4'+2t54×2+2×11.21+2×8+2×7.85+2×368.12min 实际上，由于上行与下行船舶（队）均难以保证到闸的均匀性，在设计中一般采用船舶（队）单向过闸与双向过闸所需时间的平均值来计算昼夜过闸次数，则过闸时间T1/2(T1+T2/2)37.2min。 船闸日平均过闸次数n：n22×60/T35.48

29、，取n35次2.4.2船闸年通过能力 P=（n-n0）（NG） （2-17）式中P船闸年过闸货运量（t）；n日平均过闸次数（次），n35次；n0每昼夜非货运船过闸次数（次），取n02次；N船闸年通航天数（天），N350天；G一次过闸平均吨位，考虑近期G（1000+2000）/21500t，远期G2000t；船舶装载系数，与货船种类、流向和批量有关，可取为0.50.8；运量不均衡系数，一般取为1.31.5，也可根据统计资料，取为年最大月货运量和年平均月货运量的比值，此处取1.4。则近期船闸年通过能力： P=（n-n0）（NG）（35-2）（350×1500×0.8）/1.49

30、90×104t远期船闸年通过能力： P=（n-n0）（NG）（35-2）（350×2000×0.8）/1.41320×104t可见船闸完全能满足近期和远期年通过能力的要求。2.4.3耗水量计算船闸一天内平均耗水量可根据船闸总体设计规范（JTJ305-2001）中6.2.1的规定的公式（2-18）、（2-19）和（2-20）计算：QnV86400+q （2-18）qeu （2-19）式中Q一天内平均耗水量（m3/s）；V一次过闸用水量（m3），必要时考虑上、下行船舶、船队排水量差额；q闸门、阀门的漏水损失（m3/s）e止水线每米上的渗漏损失m3/(s

31、83;m)，当水头小于10m时取0.00150.0020m3/（s·m），当水头大于10m时取0.0020.003m3/（s·m）；u闸门、阀门止水线总长度（m）。V0=CH （2-20）式中V0单级船闸一次过闸用水量（m3）；C闸室水域面积（m2）上、下闸首闸门之间的水域长度（m）×水域宽度（m）；H计算水头，采用上下游平均水位差（m）。H0.5（79.73+79.39）-0.5（72.00+61.00）13.06mV0（180+21）×16×13.0642000m3V0=0.5×V021000m3V0.5（V0+V0）31500m

32、3阀门漏水量q：上闸首闸门高为80.73-6812.73m闸门底部的止水线长度为9.7×219.4m闸门止水线总长度为12.73×3+19.4×276.99m设计水头H等于18.73m，e取0.002m3/(s.m)qeu0.002×76.990.154m3/s则日平均耗水量为：QnV86400+q35×31500/86400+0.15412.91m3/s2.5船闸附属设施布置 船闸的附属设施是对船闸的完善，意指为船闸工程提供稳定安全的环境。船闸的附属设施包括系船设备、安全防护和检修设施、信号和标志等。根据船闸的总体布置、闸室的具体尺寸和船闸工程的安全要求等，具体附属设施布置如下：（1）系船设备根据船闸总体设计规范（JTJ305-2001）中7.1的相关规定，为满足船闸过闸停泊安全可靠，当设计水头大于5m时，闸室两侧可采用浮式系船柱，本设计中闸室两侧共设浮式系船柱18只。系船柱在距上、下闸首10m处开始布置。（2）安全防护和检修设备闸室两侧设置嵌入式爬梯8道（两侧各4道），为满足船舶与闸墙碰撞，在闸室两侧墙面共设置钢护木34个。设计船闸的上游、下游引航道各布置7个中心距为20m的靠船墩，靠船墩上均设系靠设备和铁爬梯。2.6输水系统的设计要求 根据船闸输水系统设计规范J