渠江富流灘船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計文獻綜述

二OO七屆港口航道與海岸工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計文獻綜述一、引言通過再次閱讀航道工程學，我對水運規(guī)劃及其在國民經(jīng)濟的用了更為深刻的認識，水運（包括內(nèi)河運輸和海洋運輸）是交通運輸業(yè)中的一個重要組成部分，它對現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，改善人民生活和促進國際經(jīng)濟貿(mào)易與文化的交流都起著重要的作用?，F(xiàn)代交通運輸業(yè)由鐵路、公路、水運、航空和管道等運輸方式組成。目前，世界上凡是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)較為發(fā)達的國家，其水運也都比較發(fā)達。例如美國、德國、荷蘭和俄羅斯等國，基本上都已建成一個四通八達的內(nèi)河航道網(wǎng)。絕大多數(shù)天然河流對水運的發(fā)展不利，因此河流渠化是促進水運事業(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)有導航建筑物和靠船建筑物。其工作原理是船閘通過輸水系統(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)以及各項水力計算，查閱了渠化工程學、航道工程學、船閘設(shè)計、岳池縣富流灘電航工程船閘可行性研究報告、水力學等專著的相關(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；由進水口、輸水廊道、閥門段、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)兩大基本類型。輸水系統(tǒng)類型的選擇主要根據(jù)作用在船閘上的水頭的大小、要求的輸水時間的長短以及其他技術(shù)經(jīng)濟指標等因素確定。一般來說，當作用在船閘上的水頭較大、要求的輸水時間較短時，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，美國基本上采用分散輸水系統(tǒng)。蘇聯(lián)在20世紀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)。中國以往多數(shù)船閘采用集中輸水系統(tǒng)，20世紀80年代以來，隨著通航水利樞紐的建設(shè)，采用不同類型分散輸水系統(tǒng)的船閘日益增多，如葛洲壩、水口、五強溪、萬安、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)計已達到世界先進水平，1號和2號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)多項世界之最。船閘輸水系統(tǒng)水力計算的基本任務(wù)包括確定輸水系統(tǒng)的各部尺寸及閘室灌泄水過程的水力特征，并估算過閘船舶在閘室和上、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，進一步確定灌、泄水方式。由于輸水系統(tǒng)的設(shè)計及水力計算是一項較為復雜和困難的事情，通過閱讀涪江安居船閘水工模型試驗報告、涪江龍鳳船閘水工模型試驗終結(jié)報告、融江麻石船閘輸水系統(tǒng)改造水工模型試驗研究，嘉陵江馬回船閘輸水系統(tǒng)試驗報告了解到對于船閘的輸水系統(tǒng)模型試驗的宗旨和過程。根據(jù)具體模型的觀測結(jié)果提出多種改進方案，然后對每種方案進行模型試驗，并進行比較，通過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足規(guī)范規(guī)定的各項指標，同時必須使閘室內(nèi)有良好的停泊條件。例如在融江麻石船閘輸水系統(tǒng)改造水工模型試驗研究中指出：通過對麻石船閘的現(xiàn)場考察和原方案試驗結(jié)果分析，麻石船閘存在的問題主要包括兩個部分:(1)船閘的輸水系統(tǒng)布置不盡合理，尤其閥門的開敞式布置型式是導致空氣進入閘室的主要原因；（2）閘室伸縮縫開裂，加劇了廊道摻氣的危害性，進一步惡化了停泊條件。要解決麻石船閘現(xiàn)存的問題，僅僅采用封堵伸縮縫裂口不能從根本上解決問題，根本的解決途徑就是：不讓空氣進入閘室。避免輸水閥門和廊道的摻氣，可以設(shè)法在空氣進入閘室以前將其排除，可以采用的辦法例如，（1）改變輸水上閥門的止水方式，即將上止水門改為門后止水；（2）降低工作閥門高程至閘室起始水深以下。三、船閘結(jié)構(gòu)及計算船閘結(jié)構(gòu)是船閘兩大部分之一，為了充分了解閘室結(jié)構(gòu)形式及其計算，閱讀了讀渠化工程學、船閘設(shè)計、船閘設(shè)計圖例，通過閱讀，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技術(shù)經(jīng)濟比較來選擇。船閘設(shè)計中對閘室結(jié)構(gòu)方面的內(nèi)容介紹較多，通過閱讀與思考學到了很多東西，從而對閘室結(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。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)。分離式閘墻類型比較多，常作用在土基上的又重力式、懸臂式、扶壁式；對于巖基常用的結(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，但只適用于水頭比較小，地基對滲透變形不敏感的情況。當水頭較大，地基為粉砂、細砂或淤泥的閘室，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，但其計算較為繁瑣。根據(jù)富流灘船閘工程的實際情況，結(jié)合以下船閘設(shè)計中介紹的重力式結(jié)構(gòu)的特點，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，對地基承載能力要求比較大，只適用于較好的地基，對于軟弱地基，要采用重力式則必須對地基采取工程措施，改善受力狀態(tài)或增強地基強度。對于閘室結(jié)構(gòu)的計算，我在手算的過程中參閱了土力學、材料力學、港口水工建筑物、渠化工程學、港口航道專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指南等多本資料。在這個過程中對土壓力的計算理論有了更進一步的學習，對土壓力計算的簡化、土的等待內(nèi)摩擦角等知識有了更深一步的了解。通過學習ABAQUS在土木工程中的應(yīng)用和ABAQUS實例分析兩本書，對大型土木通用有限元軟件ABAQUS有了一定的了解，并進行了簡單的應(yīng)用。對了有限元在實體結(jié)構(gòu)計算中的優(yōu)越性有了一定的認識。此外，還閱讀全國船閘圖集、船閘設(shè)計圖例兩本圖集，全國船閘圖集收集全國782座船閘的有關(guān)資料，包括地質(zhì)情況、設(shè)計水頭、船閘尺度、輸水形式、結(jié)構(gòu)形式、閘閥門的形式等多方面的內(nèi)容，并且包括每個船閘總平面圖、立面圖和多個斷面圖。通過觀看書內(nèi)的圖片對于船閘整體有了更形象的了解，通過對多個船閘總平面圖和立面圖的閱讀對我的繪圖工作起了很大的幫助。四、船閘設(shè)計應(yīng)滿足的運用要求船閘設(shè)計中對船閘設(shè)計提出了多方面的注意事項和要求，這下事項式對設(shè)計船閘的整個過程的簡單總結(jié)，對于培養(yǎng)我的工程設(shè)計素質(zhì)起了很大的作用。1、 船閘總體布置要滿足運行要求船閘總體布置的優(yōu)劣是船閘運用中保證安全通暢的關(guān)鍵。在選擇閘（壩）址和進行水利樞紐總體布置時，應(yīng)按照滿足通航條件的要求，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足船舶的安全、迅速和通暢的過閘的要求。對位于多泥沙河流上的船閘，預(yù)計引航道可能發(fā)生淤積影響通航時，應(yīng)有防淤、沖淤和清淤措施，以達到設(shè)計規(guī)定的引航道標準尺度。2、船閘規(guī)模尺度應(yīng)滿足運量河船隊原隊過閘要求船閘規(guī)模尺度應(yīng)滿足和設(shè)計水平年內(nèi)客、貨運量通過設(shè)計船隊一次過閘的要求。位于運量大和重要的通航河流上的水利樞紐，或?qū)頂U建較困難的樞紐，則應(yīng)同時修建雙線船閘，以保航運不斷。高水頭樞紐，在技術(shù)上可能的條件下，應(yīng)盡量采用單級船閘，以提高船閘通過能力河減少船舶過閘時間。若因技術(shù)條件限制，不能建單級船閘，可考慮采用設(shè)中間渠道的單級船閘，若建連續(xù)多級船閘，應(yīng)充分研究其通過能力，如不能滿足通過設(shè)計水平年的客、貨運量的要求，則宜建多級雙線船閘。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，船閘各部分，包括閘首、閘室、引航道、導航和靠船建筑物、閘門和啟閉機以及附屬設(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，導致過閘船舶在引航道堵塞，延長過閘時間，船閘能力得不到充分發(fā)揮。4、對船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計的要求船閘輸水系統(tǒng)是保證船舶安全過閘的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，是運用最頻繁的一個工作系統(tǒng)，由閘室水力系統(tǒng)、進水和泄水系統(tǒng)及閥門等組成。要求這個系統(tǒng)在船閘灌水或泄水時，閘室及上、下游引航道有良好的水力條件，保證過閘船舶在閘室停泊和上、下游引航道中行駛或?？繒r不受影響，為了加快船舶過閘，增大船舶通過能力，船閘灌、泄水時間應(yīng)盡量短，一般條件下，低水頭船閘不超過48min，中水頭船閘不超過810min，高水頭船閘不超過1015min。選擇船閘輸水系統(tǒng)時，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，對高水頭船閘十分重視閘門門型及工作條件，采取一切可靠的措施，解決好閘門的震動和氣蝕問題。5、船閘建筑物要安全可靠船閘閘首、閘室、導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，滿足船閘過閘要求。6、對船閘閘門、啟閉機械和控制系統(tǒng)的要求船閘工作閘門是船閘運用中啟閉最頻繁，上閘首工作閘門是樞紐前緣的擋水設(shè)備，下閘首和多級船閘中間閘門是閘室的擋水設(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，每扇工作閘門每天要開關(guān)幾十次，如果一座船閘中有任何一扇閘門損壞或發(fā)生故障，船閘就要停止工作，航運就要中斷，因此，選好工作閘門門型是十分重要的，所選閘門要求達到運用靈活，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。 船閘工作閘門是最容易出事故和故障的設(shè)備，為了減少船閘因閘門損壞而檢修的斷航時間，增大船閘通過能力，對運輸繁忙、重要航道上的船閘，通過論證認為有必要時，可設(shè)雙道工作閘門。同閘門一樣，閘門啟閉機，也是運行最繁忙的設(shè)備，也是最容易出事故和故障的設(shè)備，所選機型應(yīng)達到與閘門同樣的要求。船閘的控制系統(tǒng)，是保證船舶安全迅速過閘的指揮中心，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、航標及樞紐地區(qū)的航行安全系統(tǒng)，這些事船舶通過樞紐不可缺少的組成部分，是保證客、貨通過的不可缺少的設(shè)施，必須加以重視，否則不能形成完整的生產(chǎn)能力，造成航運損失和投資浪費五、參考文獻1程昌華 劉曉平 唐壽鑫，航道工程學（）M，北京：人民交通出版社，2001。2詹世富，航道工程學（）M，北京：人民交通出版社，2001。3王作高，船閘設(shè)計M，北京：水利電力出版社，1992。4重慶交通學院（原） 華東水利學院（原），渠化工程學M，北京：人民交通出版社，1981。5吳持恭，水力學（第三版）M，北京：高等教育出版社，2003。6 孫訓方、方孝淑、關(guān)來泰，材料力學第四版M,北京,高等教育出版社,2002.7 邱駒，港口水工建筑物M，天津，天津大學出版社，2002。8 楊進良，土力學 M，北京：中國水利水電出版社，2000。9 浙江大學，ABAQUS在土木工程中的應(yīng)用 M，浙江：浙江大學出版社，2000。 10 重慶交通學院工程設(shè)計所，岳池縣富流灘電航工程船閘可行性研究報告， 1998。11 交通部西南水運工程科學研究所，嘉陵江馬回船閘輸水系統(tǒng)試驗報告，1989。12 交通部西南水運工程科學研究所，涪江龍鳳船閘水工模型試驗終結(jié)報告13 交通部西南水運工程科學研究所，融江麻石船閘輸水系統(tǒng)改造水工模型試驗研究。14 重慶交通學院水港系、西南水運工程科學研究所，涪江安居船閘水工模型試驗報告1988。15M.M.Grishi