渠江富流灘船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

二OO七屆港口航道與海岸工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述一、引言通過(guò)再次閱讀航道工程學(xué)，我對(duì)水運(yùn)規(guī)劃及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的用了更為深刻的認(rèn)識(shí)，水運(yùn)（包括內(nèi)河運(yùn)輸和海洋運(yùn)輸）是交通運(yùn)輸業(yè)中的一個(gè)重要組成部分，它對(duì)現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，改善人民生活和促進(jìn)國(guó)際經(jīng)濟(jì)貿(mào)易與文化的交流都起著重要的作用。現(xiàn)代交通運(yùn)輸業(yè)由鐵路、公路、水運(yùn)、航空和管道等運(yùn)輸方式組成。目前，世界上凡是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)較為發(fā)達(dá)的國(guó)家，其水運(yùn)也都比較發(fā)達(dá)。例如美國(guó)、德國(guó)、荷蘭和俄羅斯等國(guó)，基本上都已建成一個(gè)四通八達(dá)的內(nèi)河航道網(wǎng)。絕大多數(shù)天然河流對(duì)水運(yùn)的發(fā)展不利，因此河流渠化是促進(jìn)水運(yùn)事業(yè)發(fā)展的必要手段之一。目前世界船閘是使船舶通過(guò)航道中有集中水位落差河段的一種通航建筑物。主要由閘室、閘首、輸水系統(tǒng)和引航道等組成。采用集中輸水系統(tǒng)的船閘，其輸水系統(tǒng)設(shè)在閘首；采用分散輸水系統(tǒng)的船閘，在閘室內(nèi)設(shè)有輸水廊道系統(tǒng)。在引航道內(nèi)設(shè)有導(dǎo)航建筑物和靠船建筑物。其工作原理是船閘通過(guò)輸水系統(tǒng)調(diào)整閘室內(nèi)的水位，使其與上游水位或下游水位齊平，船舶便能從上（下）游駛往下（上）游。二、船閘的輸水系統(tǒng)為了充分了解船閘的輸水系統(tǒng)以及各項(xiàng)水力計(jì)算，查閱了渠化工程學(xué)、航道工程學(xué)、船閘設(shè)計(jì)、岳池縣富流灘電航工程船閘可行性研究報(bào)告、水力學(xué)等專(zhuān)著的相關(guān)部分內(nèi)容。船閘輸水系統(tǒng)（filling and emptying system of navigation lock）是為船閘閘室灌水和泄水的設(shè)施；由進(jìn)水口、輸水廊道、閥門(mén)段、出水口及消能工等構(gòu)成。輸水系統(tǒng)按灌泄水方式可分為集中輸水系統(tǒng)和分散輸水系統(tǒng)兩大基本類(lèi)型。輸水系統(tǒng)類(lèi)型的選擇主要根據(jù)作用在船閘上的水頭的大小、要求的輸水時(shí)間的長(zhǎng)短以及其他技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等因素確定。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)作用在船閘上的水頭較大、要求的輸水時(shí)間較短時(shí)，宜采用分散輸水系統(tǒng)，否則采用集中輸水系統(tǒng)。隨著航運(yùn)和水利建設(shè)的發(fā)展，為適應(yīng)作用在船閘上水頭增大的要求，趨向采用灌泄水時(shí)間短、船閘停泊條件好的分散輸水系統(tǒng)。在已建船閘中，美國(guó)基本上采用分散輸水系統(tǒng)。蘇聯(lián)在20世紀(jì)60年代以前多采用集中輸水系統(tǒng)，在此以后也多采用分散輸水系統(tǒng)。中國(guó)以往多數(shù)船閘采用集中輸水系統(tǒng)，20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著通航水利樞紐的建設(shè)，采用不同類(lèi)型分散輸水系統(tǒng)的船閘日益增多，如葛洲壩、水口、五強(qiáng)溪、萬(wàn)安、沙溪口、貴港、東西關(guān)等，其中葛洲壩3座船閘的輸水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已達(dá)到世界先進(jìn)水平，1號(hào)和2號(hào)船閘的輸水水體與最大流量均是世界最大的，而三峽船閘輸水系統(tǒng)更創(chuàng)多項(xiàng)世界之最。船閘輸水系統(tǒng)水力計(jì)算的基本任務(wù)包括確定輸水系統(tǒng)的各部尺寸及閘室灌泄水過(guò)程的水力特征，并估算過(guò)閘船舶在閘室和上、下游引航道內(nèi)的停泊條件，從而所選定的輸水系統(tǒng)的合理性，進(jìn)一步確定灌、泄水方式。由于輸水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及水力計(jì)算是一項(xiàng)較為復(fù)雜和困難的事情，通過(guò)閱讀涪江安居船閘水工模型試驗(yàn)報(bào)告、涪江龍鳳船閘水工模型試驗(yàn)終結(jié)報(bào)告、融江麻石船閘輸水系統(tǒng)改造水工模型試驗(yàn)研究，嘉陵江馬回船閘輸水系統(tǒng)試驗(yàn)報(bào)告了解到對(duì)于船閘的輸水系統(tǒng)模型試驗(yàn)的宗旨和過(guò)程。根據(jù)具體模型的觀(guān)測(cè)結(jié)果提出多種改進(jìn)方案，然后對(duì)每種方案進(jìn)行模型試驗(yàn)，并進(jìn)行比較，通過(guò)各方面的比較得出最優(yōu)的推薦方案。在輸水廊道的布置要滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo)，同時(shí)必須使閘室內(nèi)有良好的停泊條件。例如在融江麻石船閘輸水系統(tǒng)改造水工模型試驗(yàn)研究中指出：通過(guò)對(duì)麻石船閘的現(xiàn)場(chǎng)考察和原方案試驗(yàn)結(jié)果分析，麻石船閘存在的問(wèn)題主要包括兩個(gè)部分:(1)船閘的輸水系統(tǒng)布置不盡合理，尤其閥門(mén)的開(kāi)敞式布置型式是導(dǎo)致空氣進(jìn)入閘室的主要原因；（2）閘室伸縮縫開(kāi)裂，加劇了廊道摻氣的危害性，進(jìn)一步惡化了停泊條件。要解決麻石船閘現(xiàn)存的問(wèn)題，僅僅采用封堵伸縮縫裂口不能從根本上解決問(wèn)題，根本的解決途徑就是：不讓空氣進(jìn)入閘室。避免輸水閥門(mén)和廊道的摻氣，可以設(shè)法在空氣進(jìn)入閘室以前將其排除，可以采用的辦法例如，（1）改變輸水上閥門(mén)的止水方式，即將上止水門(mén)改為門(mén)后止水；（2）降低工作閥門(mén)高程至閘室起始水深以下。三、船閘結(jié)構(gòu)及計(jì)算船閘結(jié)構(gòu)是船閘兩大部分之一，為了充分了解閘室結(jié)構(gòu)形式及其計(jì)算，閱讀了讀渠化工程學(xué)、船閘設(shè)計(jì)、船閘設(shè)計(jì)圖例，通過(guò)閱讀，了解到船閘閘室有斜坡式和直立式兩種，近代使用的是直立式，直立式結(jié)構(gòu)又可分為整體式和分離式，在選擇結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)具體的工程情況通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來(lái)選擇。船閘設(shè)計(jì)中對(duì)閘室結(jié)構(gòu)方面的內(nèi)容介紹較多，通過(guò)閱讀與思考學(xué)到了很多東西，從而對(duì)閘室結(jié)構(gòu)于有了深一步的了解：直立式閘室結(jié)構(gòu)由閘墻和閘底組成。按其受力狀態(tài)可分為整體式結(jié)構(gòu)和分離式結(jié)構(gòu)兩大類(lèi)。兩側(cè)閘墻和底板澆注在一起得為整體式結(jié)構(gòu)，閘墻和底板分別設(shè)置得為分離式結(jié)構(gòu)。分離式閘墻類(lèi)型比較多，常作用在土基上的又重力式、懸臂式、扶壁式；對(duì)于巖基常用的結(jié)構(gòu)有重力式、襯砌式和混合式。土基上的分離式閘室，大多采用帶有橫撐格梁的透水底板，比較經(jīng)濟(jì)，但只適用于水頭比較小，地基對(duì)滲透變形不敏感的情況。當(dāng)水頭較大，地基為粉砂、細(xì)砂或淤泥的閘室，則采用雙鉸式不透水或采用整體式結(jié)構(gòu)。對(duì)于整體式閘室結(jié)構(gòu)主要適用于地基情況較差的情況，但其計(jì)算較為繁瑣。根據(jù)富流灘船閘工程的實(shí)際情況，結(jié)合以下船閘設(shè)計(jì)中介紹的重力式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，我選用分離的重力式結(jié)構(gòu)。重力式閘墻是靠自重維持穩(wěn)定，但是地基反力不均勻且較大，對(duì)地基承載能力要求比較大，只適用于較好的地基，對(duì)于軟弱地基，要采用重力式則必須對(duì)地基采取工程措施，改善受力狀態(tài)或增強(qiáng)地基強(qiáng)度。對(duì)于閘室結(jié)構(gòu)的計(jì)算，我在手算的過(guò)程中參閱了土力學(xué)、材料力學(xué)、港口水工建筑物、渠化工程學(xué)、港口航道專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指南等多本資料。在這個(gè)過(guò)程中對(duì)土壓力的計(jì)算理論有了更進(jìn)一步的學(xué)習(xí)，對(duì)土壓力計(jì)算的簡(jiǎn)化、土的等待內(nèi)摩擦角等知識(shí)有了更深一步的了解。通過(guò)學(xué)習(xí)ABAQUS在土木工程中的應(yīng)用和ABAQUS實(shí)例分析兩本書(shū)，對(duì)大型土木通用有限元軟件ABAQUS有了一定的了解，并進(jìn)行了簡(jiǎn)單的應(yīng)用。對(duì)了有限元在實(shí)體結(jié)構(gòu)計(jì)算中的優(yōu)越性有了一定的認(rèn)識(shí)。此外，還閱讀全國(guó)船閘圖集、船閘設(shè)計(jì)圖例兩本圖集，全國(guó)船閘圖集收集全國(guó)782座船閘的有關(guān)資料，包括地質(zhì)情況、設(shè)計(jì)水頭、船閘尺度、輸水形式、結(jié)構(gòu)形式、閘閥門(mén)的形式等多方面的內(nèi)容，并且包括每個(gè)船閘總平面圖、立面圖和多個(gè)斷面圖。通過(guò)觀(guān)看書(shū)內(nèi)的圖片對(duì)于船閘整體有了更形象的了解，通過(guò)對(duì)多個(gè)船閘總平面圖和立面圖的閱讀對(duì)我的繪圖工作起了很大的幫助。四、船閘設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足的運(yùn)用要求船閘設(shè)計(jì)中對(duì)船閘設(shè)計(jì)提出了多方面的注意事項(xiàng)和要求，這下事項(xiàng)式對(duì)設(shè)計(jì)船閘的整個(gè)過(guò)程的簡(jiǎn)單總結(jié)，對(duì)于培養(yǎng)我的工程設(shè)計(jì)素質(zhì)起了很大的作用。1、 船閘總體布置要滿(mǎn)足運(yùn)行要求船閘總體布置的優(yōu)劣是船閘運(yùn)用中保證安全通暢的關(guān)鍵。在選擇閘（壩）址和進(jìn)行水利樞紐總體布置時(shí)，應(yīng)按照滿(mǎn)足通航條件的要求，優(yōu)選船閘位置和船閘總體布置，并妥善處理與相鄰建筑物的關(guān)系，如運(yùn)行調(diào)度關(guān)系、引航道尺度、引航道與原航道的鏈接、通航水流條件與相鄰建筑物的銜接等方面均能滿(mǎn)足船舶的安全、迅速和通暢的過(guò)閘的要求。對(duì)位于多泥沙河流上的船閘，預(yù)計(jì)引航道可能發(fā)生淤積影響通航時(shí)，應(yīng)有防淤、沖淤和清淤措施，以達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的引航道標(biāo)準(zhǔn)尺度。2、船閘規(guī)模尺度應(yīng)滿(mǎn)足運(yùn)量河船隊(duì)原隊(duì)過(guò)閘要求船閘規(guī)模尺度應(yīng)滿(mǎn)足和設(shè)計(jì)水平年內(nèi)客、貨運(yùn)量通過(guò)設(shè)計(jì)船隊(duì)一次過(guò)閘的要求。位于運(yùn)量大和重要的通航河流上的水利樞紐，或?qū)?lái)擴(kuò)建較困難的樞紐，則應(yīng)同時(shí)修建雙線(xiàn)船閘，以保航運(yùn)不斷。高水頭樞紐，在技術(shù)上可能的條件下，應(yīng)盡量采用單級(jí)船閘，以提高船閘通過(guò)能力河減少船舶過(guò)閘時(shí)間。若因技術(shù)條件限制，不能建單級(jí)船閘，可考慮采用設(shè)中間渠道的單級(jí)船閘，若建連續(xù)多級(jí)船閘，應(yīng)充分研究其通過(guò)能力，如不能滿(mǎn)足通過(guò)設(shè)計(jì)水平年的客、貨運(yùn)量的要求，則宜建多級(jí)雙線(xiàn)船閘。3、船閘各部分要相互協(xié)調(diào)為了充分發(fā)揮船閘的能力和效益，降低工程造價(jià)，船閘各部分，包括閘首、閘室、引航道、導(dǎo)航和靠船建筑物、閘門(mén)和啟閉機(jī)以及附屬設(shè)施等都要配套和調(diào)，形成統(tǒng)一的生產(chǎn)能力，避免顧此失彼，導(dǎo)致過(guò)閘船舶在引航道堵塞，延長(zhǎng)過(guò)閘時(shí)間，船閘能力得不到充分發(fā)揮。4、對(duì)船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求船閘輸水系統(tǒng)是保證船舶安全過(guò)閘的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，是運(yùn)用最頻繁的一個(gè)工作系統(tǒng)，由閘室水力系統(tǒng)、進(jìn)水和泄水系統(tǒng)及閥門(mén)等組成。要求這個(gè)系統(tǒng)在船閘灌水或泄水時(shí)，閘室及上、下游引航道有良好的水力條件，保證過(guò)閘船舶在閘室停泊和上、下游引航道中行駛或停靠時(shí)不受影響，為了加快船舶過(guò)閘，增大船舶通過(guò)能力，船閘灌、泄水時(shí)間應(yīng)盡量短，一般條件下，低水頭船閘不超過(guò)48min，中水頭船閘不超過(guò)810min，高水頭船閘不超過(guò)1015min。選擇船閘輸水系統(tǒng)時(shí)，避免只注意閘室水力系統(tǒng)和停泊條件，忽視上、下游引航道水力系統(tǒng)和停泊及航行條件的傾向，對(duì)高水頭船閘十分重視閘門(mén)門(mén)型及工作條件，采取一切可靠的措施，解決好閘門(mén)的震動(dòng)和氣蝕問(wèn)題。5、船閘建筑物要安全可靠船閘閘首、閘室、導(dǎo)航和靠船等建筑物的布置和選型，要根據(jù)地形、地質(zhì)和施工條件，做多方案比較優(yōu)化，使建成后安全可靠和便于檢修，滿(mǎn)足船閘過(guò)閘要求。6、對(duì)船閘閘門(mén)、啟閉機(jī)械和控制系統(tǒng)的要求船閘工作閘門(mén)是船閘運(yùn)用中啟閉最頻繁，上閘首工作閘門(mén)是樞紐前緣的擋水設(shè)備，下閘首和多級(jí)船閘中間閘門(mén)是閘室的擋水設(shè)備，與輸水系統(tǒng)協(xié)同工作，調(diào)整閘室水位分別與上游或下游水位齊平。在船閘正常工作時(shí)，每扇工作閘門(mén)每天要開(kāi)關(guān)幾十次，如果一座船閘中有任何一扇閘門(mén)損壞或發(fā)生故障，船閘就要停止工作，航運(yùn)就要中斷，因此，選好工作閘門(mén)門(mén)型是十分重要的，所選閘門(mén)要求達(dá)到運(yùn)用靈活，安全可道，安裝容易，檢修方便。在一般為單向水頭條件下，可優(yōu)選人字閘門(mén)。 船閘工作閘門(mén)是最容易出事故和故障的設(shè)備，為了減少船閘因閘門(mén)損壞而檢修的斷航時(shí)間，增大船閘通過(guò)能力，對(duì)運(yùn)輸繁忙、重要航道上的船閘，通過(guò)論證認(rèn)為有必要時(shí)，可設(shè)雙道工作閘門(mén)。同閘門(mén)一樣，閘門(mén)啟閉機(jī)，也是運(yùn)行最繁忙的設(shè)備，也是最容易出事故和故障的設(shè)備，所選機(jī)型應(yīng)達(dá)到與閘門(mén)同樣的要求。船閘的控制系統(tǒng)，是保證船舶安全迅速過(guò)閘的指揮中心，選擇的電器設(shè)備要可靠，指揮要靈活。7、船閘輔助設(shè)施要齊全船閘的輔助設(shè)施，包括上下游錨地、航標(biāo)及樞紐地區(qū)的航行安全系統(tǒng)，這些事船舶通過(guò)樞紐不可缺少的組成部分，是保證客、貨通過(guò)的不可缺少的設(shè)施，必須加以重視，否則不能形成完整的生產(chǎn)能力，造成航運(yùn)損失和投資浪費(fèi)五、參考文獻(xiàn)1程昌華 劉曉平 唐壽鑫，航道工程學(xué)（）M，北京：人民交通出版社，2001。2詹世富，航道工程學(xué)（）M，北京：人民交通出版社，2001。3王作高，船閘設(shè)計(jì)M，北京：水利電力出版社，1992。4重慶交通學(xué)院（原） 華東水利學(xué)院（原），渠化工程學(xué)M，北京：人民交通出版社，1981。5吳持恭，水力學(xué)（第三版）M，北京：高等教育出版社，2003。6 孫訓(xùn)方、方孝淑、關(guān)來(lái)泰，材料力學(xué)第四版M,北京,高等教育出版社,2002.7 邱駒，港口水工建筑物M，天津，天津大學(xué)出版社，2002。8 楊進(jìn)良，土力學(xué) M，北京：中國(guó)水利水電出版社，2000。9 浙江大學(xué)，ABAQUS在土木工程中的應(yīng)用 M，浙江：浙江大學(xué)出版社，2000。 10 重慶交通學(xué)院工程設(shè)計(jì)所，岳池縣富流灘電航工程船閘可行性研究報(bào)告， 1998。11 交通部西南水運(yùn)工程科學(xué)研究所，嘉陵江馬回船閘輸水系統(tǒng)試驗(yàn)報(bào)告，1989。12 交通部西南水運(yùn)工程科學(xué)研究所，涪江龍鳳船閘水工模型試驗(yàn)終結(jié)報(bào)告13 交通部西南水運(yùn)工程科學(xué)研究所，融江麻石船閘輸水系統(tǒng)改造水工模型試驗(yàn)研究。14 重慶交通學(xué)院水港系、西南水運(yùn)工程科學(xué)研究所，涪江安居船閘水工模型試驗(yàn)報(bào)告1988。15M.M.Grishi