DBJT45T 020-2020 省水船闸设计指南

广西壮族自治区交通运输行业指南2020-12-05发布2021-01-01实施85.5.3当上、下游水位基本恒定或变化很小时，可按照省水率要求，拟定省水池级数n,船闸最大工作水头H均分为n+2等份，每等份水头为H/(n+2),各省水池由低到高的分级布置为：第n级省水池布置于下游通航水位以上nH/(n+2)～(n+1)H/(n+2)高度范围(参见图7)。工图7省水池级数和水位划分示意图5.5.4当船闸的上游和下游水位均存在一定变幅时，需根据上、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~下游最高通航水位组合，确定各级省水池的最高运行水位。5.5.5每级省水池的池底高程为该池最低运行水位-初始水深，池顶高程为该池最高运行水位+预留高5.5.6上、下游任意水位下，省水池最高运行水位和最低运 Zwt(i)——第i级省水池最高运行水位(省水池灌水完成时的水位)(m);Zm(i)——第i级省水池最低运行水位(省水池泄水完成时的水位)(m);n——省水池级数，定义自下而上省水池编号i=1,2,…,n;9Ha(-1)不HusbZdown又Zup△H注1:,Swsb、Sjock分别为船闸省水池和闸室面积(m²)。注2:Hwsb=Zw:(1)-Zwb(1)为第i级省水池水位变化(m)。5.5.7当上、下游水位变幅较大时，可考虑设置必要的补水或溢水工程措施，以降低各级省水池底高5.6.1省水池一般布置在船闸闸室的旁侧(一侧或两侧)。5.6.2省水池的型式由上下游水位变化条件、场地布置条件、地质条件等因素确定；天然河流一般采用开敞式省水池；封闭式省水池对上下游水位变化值要求较严格，5.6.3开敞式省水池一般为与闸室墙分开的分离式结构；封闭式省水池则一般为与闸室墙结合的整体5.6.4省水池一般沿闸室长度方向平行布置；开敞式省水池在闸墙后呈台阶状高低交错布置(参见图3、图4和附录D),封闭式省水池在闸墙内垂直分层布置(参见图5、图6和附录D)。5.6.5各级省水池数量可根据场地条件进行布置，单级省水池总面积不宜小于闸室水域面积；封闭式5.6.630m水头以上高水头或超高水头船闸宜布置6.4.1输水时间组成省水船闸输水时间为船闸省水运行的总灌水时间与总泄水时间之和；这里省水运行的总灌水单向或双向一次过闸运行，省水船闸的输水时间可按下式(3)计算：Ts——省水船闸输水时间(min);tg——省水运行的总灌水时间(min),即各级省水池由低至高依次向闸室灌水的时间之和，tx——省水运行的总泄水时间(min),即闸室向各级省水池由高至低依次泄水的时间之和，6.4.2缩短输水时间的主要措施在闸室与省水池之间有剩余水头△h且有多级省水池的情况下，省水池阀门可采用“动水关阀+提前量”的启闭方式，即提前关闭本级省水池阀门和提前开启下一级省水池阀门；灌泄水水头△h一般控制在0.15m～0.5m范围内。布置条件允许时可适当扩大省水池面积。适当增加省水池输水廊道及阀门的断面尺度。优化输水系统布置，如廊道进出口、转弯段、分流口及阀门段型式，以增加流量系数。6.5输水系统水力计算6.6输水系统模型试验6.6.1模型试验与设计流程(资料性)省水率与省水池级数和面积大小的关系A.1省水率与省水池级数和面积大小的关系A.1.1省水船闸运行可获得的省水率取决于省水池的级数和面积大小。A.1.2省水池与闸室之间的输水过程可以分为各省水池水位与闸室水位之间完全压力平衡和非完全压力平衡两种情况：a)在完全压力平衡情况下，即省水池水位与闸室水位完全齐平时(省水池与闸室之间剩余水头△h=0)的理论省水率按式(A.1)计算：.....................E——省水船闸每次过闸的理论省水率；k——省水池面积AB与闸室面积A的比值。图A.1省水率与省水池面积、级数之间的关系B方案A出水区段图B.1设有2级省水池的省水船闸输水系统布置示意图(德国)C.2.6为确保船舶过闸安全，相关管理部门制定了相应的技术措施和要求：b)闸门及阀门运行过程的定位系统；c)满足船舶系缆力要求的闸室水面最大坡降以及其他的水力要求。C.2.7巴拿马运河船闸省水池向闸室灌水原理图见图C.1。science/openminds:chapter1,/10.5772/intechopen.69605.图C.1巴拿马运河船闸省水池向闸室灌水原理图C.2.8C.2.8巴拿马运河船闸输水系统三维示意图见图C.2。science/openminds:chapter1,/10.5772/intechopen.69605.图C.2巴拿马运河船闸输水系统三维示意图01四B0D0-i"D.1.5.2两种方案综合比较：b)灌、泄水最大流量比较：虽然单级船闸方案阀门开门速度较慢，但最大流量分别达到230m³/s和223m³/s;省水船闸方案的流量过程线为三峰曲线，流量分布较均匀，最大值小于200m³/s;c)闸室水面上升(或下降)速度比较：由于省水船闸方案采用二个省水池，每个省水池灌(泄)水时间较短，故闸室水位短时上升较快，但平均上升速度较小；d)闸室水流条件比较：由于省水船闸方案前两个流量峰值较小，在一定程度上改善了船舶停泊条件；省水船闸方案最大纵向系缆力12.45kN,最大横向系缆力5.70kN;普通单级船闸方案最大纵向系缆力13.80kN,最大横向系缆力10.20kN;e)运行方式比较：普通单级船闸方案运行简捷；省水船闸方案灌、泄水过程中均需开三次阀门，较普通单级船闸运行复杂；f)枢纽布置和工程量比较：普通单级船闸方案布置较容易，但基础工程量大；省水船闸方案增加了省水池，占用面积较大，投资相对较大。但由于省水池高度仅约10m,呈阶梯状构筑，池内不停泊船只，对结构及建造要求比闸室结构低，也不会过多增加山体开挖量。采用省水池使船闸水头减小后，输水阀门段廊道高程可抬高约5m,可显著减少基础开挖和混凝土浇筑工程量；条件复杂，且对闸室消能工布置要求较高；根据银盘枢纽船闸闸址处地形和地质条件分析，省水48.6%,技术和经济上都具有较大优势。a)闸首输水系统布置：由于金家堰船闸最大工作水头仅为5.4m,因此确定采用带一个省水池的短廊道集中输水系统布置方案，省水池水域面积与闸室水域面积一致，其理论省水率可达首输水系统布置仍按照最大设计水头5.4m设计。根据船闸输水系统设计规范，结合闸首结构布置，综合考虑工程经济性，取闸首输水阀门尺寸为w=2×4.0m×5.0m(宽×高)=40.0m²。输水阀门段廊道采用平底平顶布置型式，充水廊道顶高程取2.7m,底高程为-2.3m,泄水廊道顶高程取1.7m,底高程为-3.3m;1)上闸首进水口采用槛上多支孔布置型式，槛顶共设44个进水支孔，每个支孔尺寸均为2.85m×1.0m(长×宽),进水支孔总面积为125.4m²。对金家堰船闸，进水口槛顶高程取3.7m,这样槛顶水深为5.0m,亦满足规范要求；2)上闸首出水口采用格栅消能室的布置型式，消能室长度为34m,宽度为7.5m,高度为4.0m,这样消能室体积为1020m³,满足规范要求。消能室槛顶高程为2.7m,槛上最小淹没水深为6.0m。格栅消能室分别设置顶部出水支孔和正面出水支孔，顶部出水支孔共计44个，每个出水支孔尺寸均为3.0m×0.22m(长×宽),顶部出水支孔总面积为29.04m²;正面出水支孔共计22个，每个出水支孔尺寸均为4.0m×1.0m(高×宽),正面出水支孔总面积为88.0m²,格栅消能室出水支孔总面积为117.04m²,正面出水支孔总面积与顶部出水支孔总面积之比为3.0;持不变，与出水口连接时廊道高度通过顶部渐缩的方式由5.0m降至4.0m。1)下闸首进水口采用门库内侧向进水口的布置型式。每侧闸墙各布置一个进水孔，每个进水孔尺寸均为7.5m×5.0m(长×宽),进水支孔总面积为75m²。根据估算，金家堰船闸最大泄水流量不会超过200m³/s,因此，进水口断面最大平均流速将小于3m/s,满足规范不超过4m/s的规定。根据规范和估算的最大充水流量可得进水口顶部最小淹没水深不应小于0.43m,下闸首进水口顶高程取1.7m,槛顶最小水深为2.5m,满足规范要求；2)下闸首出水口采用设置消力槛的简单消能工布置型式，消能室底高程为-3.3m,出水口顶高程为1.7m,出水口最小淹没水深为2.5m,亦满足规范要求。出水口外消力槛布置根据1)省水池布置：采用一级省水池布置方案，即省水运行时将工作水头分为3级，在最大设计水头工况下每一级的工作水头均为1.8m,在上游最低通航水位工况下每一级的工作水头均为1.5m;省水池平面面积与闸室水域面积一致，均为11200m²,平面尺度为330m×34m(长×宽)。省水池底高程为4.5m,顶高程为8.2m,省水池内最小水深为1.2m;仍按集中输水系统估算，按式(D.2)计算：m²;省水池向闸室充水时，初始工作水头H=1.8m,取μ=0.7,α=0.56;T=300s;kv取0.5;则按式(D.3)计算：w=2×4.0m×5.0m(宽×高)=40.0m²;5)连接廊道输水阀门段廊道采用平底平顶布置型式，上闸首连接廊道顶高程取2.7m,底高程为-2.3m,与上闸首廊道一致；下闸首连接廊道顶高程取1.7m,底高程为-3.3m,与下g)省水池内进(出)水口布置：省水池底部上、下游侧分别布置一个进(出)水口与连接廊道相连，进(出)水口尺寸均为20m×4m(长×宽),进水口顶部四面修圆，底部与连接廊道连D.3.3.3金家堰省水船闸布置示意见图D.6和图D.7,输水系统表D.4金家堰省水船闸输水系统特征尺寸汇总表序号面积(m²)阀门面积比1阀门段廊道顶高程2.7m,淹没水深6.0m,阀门2下闸首输水阀门段廊道阀门段廊道顶高程1.7m,淹没水深2.5m,阀门3上闸首进水