赣江石虎塘船闸文献综述

文献综述
一、引言
通过阅读《渠化工程》、《航道工程学》以及《船闸与升船机设计》，我更加深刻地认识到水利枢纽对国民经济发展的重要性。

人类为了综合利用水力资源，在河流上拦河筑坝，截断天然河道，利用在大坝上游形成的水库，拦蓄洪水以防洪；利用集中的水位落差以发电；同时根据河流航运规划的要求，为解决船舶（队）克服集中水位落差，在水利枢纽上修建通航建筑物，利用上游淹没原来的航道内的碍航险滩增加航道的通航尺度，以及利用在水库中积蓄的水量调节枯水期下游河道内的水位，解决原来航道水深不足的问题，扩大河流的运输能力，提高运营的效率和航行的安全度，以发挥工程的航运效益，促进河流航运和沿岸国民经济的发展。

船闸在河道上作为用以克服水位落差的一种工程措施，在世界水利工程建设史上早有记载。

其主要由闸首、闸室、输水系统、引航道、导航和靠船建筑物及相应的设备组成。

采用集中输水系统的船闸，其输水系统设在闸首；采用分散输水系统的船闸，在闸室内设有输水廊道系统。

在引航道内设有导航建筑物和靠船建筑物。

其工作原理是船闸通过输水系统调整闸室内的水位，使其与上游水位或下游水位齐平，船舶便能从上（下）游驶往下（上）游。

而在日后，水利枢纽通航建筑物还会有不断的提高和发展。

（1）随着水利工程建设和航运事业的发展，在水利工程中兴建的通航建筑物日益增多。

与在运河上修建建筑物相比，大、中兴水利枢纽上通航建筑物的建设，将是我国今后通航建筑物建设的主要对象。

（2）随着河道的梯级开发，天然河流逐步渠化，通航条件得到改善，河道的通过能力逐步提高，河道的通航效益充分发挥，航道尺度标准化、过坝船舶（队）大型化的进程将逐步加快。

（3）为适应水利枢纽高水头的特点，随着船闸水力学研究工作的发展，船闸设计水头的日益提高，多级的低水头船闸趋于为单级的高水头船闸或提升高度较大的升船机所代替，高水头通航建筑物建设将日益增多。

（4）随着通航建筑物技术含量的不断提高，通航建筑物运行管理工作的内容相对增加，通航建筑物工程运行管理的安全可靠性和效率将更加得到重视，通航建筑物的监控将在安全可靠的前提下逐步实现自动性。

二、船闸输水系统
为了有一个对船闸输水系统以及各项水力计算的深刻了解，查阅了《渠化工程》、《航道工程学》、《船闸与升船机设计》、《中等水头船闸输水系统选型分析探讨》、《广西郁江老口航运枢纽船闸输水系统布置》、《关于船闸输水系统型式选择标准的探讨》等文献的相关内容。

船闸输水系统（filling and emptying system of ship locks）是借以从上游向闸室内充水和从闸室向下游泄水，控制船舶（队）在闸室内升降以克服枢纽上、下游水位落差的重要措施，是决定船闸运行安全和效率的重要因素之一。

船闸输水系统的充、泄水时间，闸室内的停泊条件和廊道、阀门机器启闭机械设备工作的安全可靠性，是评价船闸输水系统技术水平的十分重要的指标，三者既相辅相成，又相互制约。

输水系统主要水力学指标的好坏，是船闸工程建设是否成功的重要标志之一。

输水系统类型的选择主要根据作用在船闸上的水头的大小、要求的输水时间的长短以及其他技术经济指标等因素确定。

一般来说，当作用在船闸上的水头较大、要求的输水时间较短时，宜采用分散输水系统，否则采用集中输水系统。

随着我国内河水资源综合利用开发进程的不断加快，船闸建设也进入快速发展阶段，而航运开发必然成为天然河流水资源综合利用的重要组成部分。

长期以来，我国中低水头船闸较多倾向于采用短廊道集中输水系统，据统计，截止到2012年，我国有近1000座船闸，其中仅有20多座12m以上的高水头船闸采用分散输水系统，其余的船闸均采用集中输水系统。

而在国外，诸如欧美等国，要求输水系统尽量缩短灌、泄水时间，提高船闸过闸效率，即使在3-10m的低水头船闸也均采用分散输水系统。

国内船闸采用集中输水系统主要出于以下原因：（1）原先我国内河行业发展偏缓，船闸尺度较小，对缩短船闸灌泄水时间要求不高；（2）单纯从工程造价角度出发，认为短廊道集中输水闸室结构简单，造价节省。

伴随着近些年我国船闸水头增高，分散输水系统开始逐步地运用于各大水利枢纽比如三峡、葛洲坝、草街、贵港等等，其中葛洲坝3座船闸的输水系统设计均已达到世界先进水平，1号和2号船闸的输水水体和最大流量均是世界最大的，而三峡输水系统更是创了多项世界纪录。

输水系统水力指标是船闸是否能正常运行的关键。

在船闸总体布置设计基本完成后，应根据闸室输水时间、船闸停泊条件以及船闸安全运行的条件要求进行水力计算，提出输水系统各主要部分的尺寸和布置，并反复验算设计的科学性和合理性，进一步确定灌、泄水方式。

由于输水系统的设计及水力计算比较复杂，通过阅读《赣江石虎塘航运枢纽船闸输水系统水力学模型试验》、《引江济汉通航工程进口高石碑船闸输水系统布置》、《局部分散输水系统的水力特性与应用》、《江西赣江石虎塘航运枢纽船闸输水系统布置、水力特性分析和水力学模型试验研究》等对输水系统模型试验有了初步的了解。

根据具体模型的观测结果提出多种改进方案，然后对每种方案进行模型试验，比较，通过各方面的对比选出一种相对合理的方案。

在输水廊道的布置要满足规范规定的各项指标，同时必须使闸室内有良好的停泊条件。

例如在《融江麻石船闸输水系统改造水工模型试验研究》中指出：通过对麻石船闸的现场考察和原方案试验结果分析，麻石船闸存在的问题主要包括两个部分:(1)船闸的输水系统布置不尽合理，尤其阀门的开敞式布置型式是导致空气进入闸室的主要原因；（2）闸室伸缩缝开裂，加剧了廊道掺气的危害性，进一步恶化了停泊条件。

要解决麻石船闸现存的问题，仅仅采用封堵伸缩缝裂口不能从根本上解决问题，根本的解决途径就是：不让空气进入闸室。

避免输水阀门和廊道的掺气，可以设法在空气进入闸室以前将其排除，可以采用的办法例如，（1）改变输水上阀门的止水方式，即将上止水门改为门后止水；（2）降低工作阀门高程至闸室起始水深以下。

三、船闸结构及计算
船闸闸室是由上、下闸首和两侧闸墙环绕而形成的空间，是船闸实现其调整水位、升降船舶、使船舶克服航道上集中水位落差的结构。

由闸室墙和闸底构成，为保证过闸船舶能随闸室水面安全地升降和可靠地停泊，闸室中设有系船设备和其他辅助设备。

船闸闸室结构分为斜坡式和直立式，其中近代通常使用的均为直立式，其中直立式分为整体式和分离式两大类，两侧闸墙和底板浇筑在一起的是整体式，闸墙和闸底分别设置的为分离式结构。

土基上的分离式闸室结构的闸墙可分为重力式、悬臂式、扶壁式、板桩式和地下连续墙等型式，其中重力式、悬臂式和扶
壁式为工程中常用的结构型式。

岩基上的分离式闸室结构常用的型式有重力式、衬砌式和混合式。

土基上的分离式闸室，大多采用带有横撑格梁的透水底板，比较经济，但只适用于水头比较小，地基对渗透变形不敏感的情况。

当水头较大，地基为粉砂、细砂或淤泥的闸室，则采用双铰式不透水或采用整体式结构。

对于整体式闸室结构主要适用于地基情况较差的情况，但其计算较为繁琐。

船闸闸首是将闸室和上、下游航道分隔开的挡水建筑物，其上一般设有输水廊道、闸门、阀门、闸阀门启闭机械及其相应的设备等，以调整闸室内水位升降，使船舶通过船闸，克服水位落差。

闸首由墩墙和底板构成。

闸首结构按其受力状态分为整体式
和分离式，在土基上为避免由于边墩不均匀沉降而影响闸门正常工作，一般采用整体式闸首结构；岩基上的闸首则常采用分离式结构。

当岩石较完整时，可不设底板，只有当岩石裂隙较多或岩石较软弱时，方加设底板或护板，必要时也可采用整体式结构。

根据赣江石虎塘船闸工程的实际情况，结合《船闸与升船机设计》中介绍的重力式结构的特点，我选用分离的素混凝土重力式结构。

重力式闸墙是靠自重维持稳定，但是地基反力不均匀且较大，对地基承载能力要求比较大，只适用于较好的地基，对于软弱地基，要采用重力式则必须对地基采取工程措施，改善受力状态或增强地基强度。

对于闸室结构的计算，我在手算的过程中参阅了《土力学》、《船闸与升船机设计》、《航道工程学》、《渠化工程》、《港口航道专业毕业设计指南》等多本资料。

对整个过程中涉及的理论知识有了更深的了解。

四、船闸设计应满足的运用要求
《船闸设计》中对船闸设计提出了多方面的注意事项和要求，主要有以下几点：
1、船闸总体布置要满足运行要求
船闸总体布置的优劣是船闸运用中保证安全通畅的关键。

在选择闸（坝）址和进行水利枢纽总体布置时，应按照满足通航条件的要求，优选船闸位置和船闸总体布置，并妥善处理与相邻建筑物的关系，如运行调度关系、引航道尺度、引航道与原航道的链接、通航水流条件与相邻建筑物的衔接等方面均能满足船舶的安全、迅速和通畅的过闸的要求。

对位于多泥沙河流上的船闸，预计引航道可能发生淤积影响通航时，应有防淤、冲淤和清淤措施，以达到设计规定的引航道标准尺度。

2、船闸规模尺度应满足运量河船队原队过闸要求
船闸规模尺度应满足和设计水平年内客、货运量通过设计船队一次过闸的要求。

位于运量大和重要的通航河流上的水利枢纽，或将来扩建较困难的枢纽，则应同时修建双线船闸，以保航运不断。

高水头枢纽，在技术上可能的条件下，应尽量采用单级船闸，以提高船闸通过能力河减少船舶过闸时间。

若因技术条件限制，不能建单级船闸，可考虑采用设中间渠道的单级船闸，若建连续多级船闸，应充分研究其通过能力，如不能满足通过设计水平年的客、货运量的要求，则宜建多级双线船闸。

3、船闸各部分要相互协调
为了充分发挥船闸的能力和效益，降低工程造价，船闸各部分，包括闸首、闸室、引航道、导航和靠船建筑物、闸门和启闭机以及附属设施等都要配套和调，形成统一
的生产能力，避免顾此失彼，导致过闸船舶在引航道堵塞，延长过闸时间，船闸能力得不到充分发挥。

4、对船闸输水系统设计的要求
船闸输水系统是保证船舶安全过闸的关键环节之一，是运用最频繁的一个工作系统，由闸室水力系统、进水和泄水系统及阀门等组成。

要求这个系统在船闸灌水或泄水时，闸室及上、下游引航道有良好的水力条件，保证过闸船舶在闸室停泊和上、下游引航道中行驶或停靠时不受影响，为了加快船舶过闸，增大船舶通过能力，船闸灌、泄水时间应尽量短，一般条件下，低水头船闸不超过4～8min，中水头船闸不超过8～10min，高水头船闸不超过10～15min。

选择船闸输水系统时，避免只注意闸室水力系统和停泊条件，忽视上、下游引航道水力系统和停泊及航行条件的倾向，对高水头船闸十分重视闸门门型及工作条件，采取一切可靠的措施，解决闸门的震动和气蚀问题。

5、船闸建筑物要安全可靠
船闸闸首、闸室、导航和靠船等建筑物的布置和选型，要根据地形、地质和施工条件，做多方案比较优化，使建成后安全可靠和便于检修，满足船闸过闸要求。

6、对船闸闸门、启闭机械和控制系统的要求
船闸工作闸门是船闸运用中启闭最频繁，上闸首工作闸门是枢纽前缘的挡水设备，下闸首和多级船闸中间闸门是闸室的挡水设备，与输水系统协同工作，调整闸室水位分别与上游或下游水位齐平。

在船闸正常工作时，每扇工作闸门每天要开关几十次，如果一座船闸中有任何一扇闸门损坏或发生故障，船闸就要停止工作，航运就要中断，因此，选好工作闸门门型是十分重要的，所选闸门要求达到运用灵活，安全可道，安装容易，检修方便。

在一般为单向水头条件下，可优选人字闸门。

船闸工作闸门是最容易出事故和故障的设备，为了减少船闸因闸门损坏而检修的断航时间，增大船闸通过能力，对运输繁忙、重要航道上的船闸，通过论证认为有必要时，可设双道工作闸门。

同闸门一样，闸门启闭机，也是运行最繁忙的设备，也是最容易出事故和故障的设备，所选机型应达到与闸门同样的要求。

船闸的控制系统，是保证船舶安全迅速过闸的指挥中心，选择的电器设备要可靠，指挥要灵活。

7、船闸辅助设施要齐全
船闸的辅助设施，包括上下游锚地、航标及枢纽地区的航行安全系统，这些事船舶通过枢纽不可缺少的组成部分，是保证客、货通过的不可缺少的设施，必须加以重视，否则不能形成完整的生产能力，造成航运损失和投资浪费。

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