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船闸与升船机设计-总体布置要点

时间:2023-08-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:分散式输水系统一般在闸室墙内布置输水主廊道及其阀门井,在闸底板内布置输水分支廊道。在船闸中比较常用的人字闸门及其启闭机布置的主要工作内容如下:1)确定闸门底枢中心位置。

船闸与升船机设计-总体布置要点

船闸总体布置是船闸设计中一项综合性的工作,布置工作的核心是经济合理地安排船闸的各个分部建筑物和各种设备设施,形成船舶(队)能快速、安全地通过船闸的条件。

3.2.2.1 分部建筑物布置

船闸分部建筑物布置是船闸总体布置最基本的一项工作。布置工作的内容,主要包括确定上闸首、闸室、下闸首和上下游导航、靠船建筑物的平面位置、各部位的高程及基本尺寸。布置工作主要根据船闸的级数、闸室的有效尺寸、对建筑物的功能要求和初步拟定的结构型式进行。

(1)确定船闸各部位高程。根据船闸的分级,各部位的高程可按下述经验确定。船闸(包括分散布置的多级船闸)上、下闸首及闸室顶部高程,通常按照闸室最高通航水位加1.5~2.0m超高确定(如为适应干舷高度较大客货轮的特殊需要,经论证可将超高适当加大),上闸首的顶高程一般应与坝顶高程相一致;闸首和闸室的底槛高程,按照船闸水级划分确定的闸室最低通航水位,减闸槛最小通航水深求确定(如为适应超大吃水特殊船舶过闸的需要,经论证可考虑将底槛高程适当降低)。上、下游导航墙顶部高程,一般按照上、下游最高通航水位加1.5m超高确定。但布置在枢纽挡水线以上的船闸,闸首和闸室的顶部高程,应全部与枢纽的坝顶高程相一致。

(2)闸首结构布置。闸首结构由门前段、门龛段和闸门支持体段3 部分组成,其结构尺寸主要根据结构稳定和强度的需要,通过计算确定,但顶部尺寸尚需满足布置闸门及其启闭机、检修交通和闸面运行管理的需要。上、下闸首在上、下游方向的结构尺寸,还需分别满足在上游布置事故检修闸门和在下游布置检修闸门,以及相应的启闭设备的需要。

(3)闸室结构布置。船闸采用分散式输水系统时,闸室结构由标准段和布置输水系统廊道的非标准段组成。当船闸采用集中输水系统时,闸室结构全部由标准段组成。闸室结构断面的尺寸,除必须满足一般结构布置及其顶部布置检修交通和置管线廊道的需要,闸面满足运行管理需要和对采用分散式输水系统的闸室,在下部满足布置输水廊道及其阀门,在顶部布置启闭设备的需要外,主要根据结构强度的要求通过计算确定。

(4)导航建筑物布置。为引导船舶从水域较宽的引航道安全地进入宽度较窄的船闸,通常紧靠上、下闸首布置主、辅两种导航墙。主导航墙沿闸首一侧墙面向引航道的沿线或外张一个小角度进行布置,主要功能是导航、供等待进闸的船舶停靠,有时也可起防浪和隔流的作用,一般为1~2倍设计船队长度。辅导墙一般采用渐扩的曲线型布置在主导墙对侧,长度一般为20m左右,多数采用重力式结构,有的船闸还在主、辅导墙下部,布置输水廊道进出口。

(5)靠船建筑物布置。靠船建筑物主要供船舶(队)进入闸室前,在引航道内临时停靠用,通常根据船闸的过闸方式,布置在上、下游导航建筑物的延长线上或在相应位置引航道的另一侧,为设计船舶(队)长度的0.75~1 倍,离上、下闸首的距离,为设计船队长度的2.5 倍。

3.2.2.2 输水系统布置

输水系统布置是船闸总体布置工作的重要内容之一。布置工作主要根据初步选择的输水系统型式和阀门型式、主廊道是否与闸首和闸室的结构相结合、可能采用的上游进水和下游泄水的型式,通过水力计算,结合已建船闸输水系统的设计和运行经验,初步选择输水系统从上游进水口经闸室直至下游泄水口之间,各个特征部位廊道断面的尺寸、形状和各部位的高程,结合船闸各分部结构的型式和尺寸,在闸首、闸室、上下游导航墙和引航道内,具体进行输水系统布置。

进、出水口的平面位置和布置方式,需满足在船闸充、泄水时引航道内通航水流条件的要求。其布置高程既不宜过高,以免在船闸充水时,由于顶部淹没水深不足,产生掺气旋涡,影响廊道水力学和闸室内的停泊条件;又不宜过低,以免泥沙淤积影响船闸的充、泄水条件。

主廊道阀门部位的布置高程,对高水头船闸输水廊道的防空蚀有较密切关系,在可能条件下应适当放低,具体可结合防止船闸充、泄水时,廊道和阀门产生空蚀和声振的其他措施通过分析确定。

闸室出水支廊道的布置原则是尽可能使闸室的出水分散、均匀和进入闸室的能量小。

船闸输水系统主廊道的结构分缝,与闸首、闸室的布置有较大关系。当输水廊道与闸首、闸室结构相结合进行布置时,廊道的横缝一般与闸首、闸室及底板结构的分缝对应。为了避免在廊道的拐弯部位进行分缝,应适当调整该处闸墙或底板的分缝位置,也可将闸墙或底板的分缝长度适当加大;当船闸输水系统为独立的结构(如隧洞)时,则可根据自身的结构特点分缝。输水隧洞分段长度,与隧洞周围岩石对隧洞结构的约束条件和混凝土衬砌施工的温度控制、施工工艺有较大关系。分段长度过大,衬砌结构容易产生温度裂缝,但分段长度过短,过多地增加了结构缝止水施工的工作量,如施工质量控制不严,将导致结构缝渗漏水的可能性增加。根据一般隧洞分缝的经验,隧洞衬砌的分段长度,可在8~15m的范围内进行选择。目前随着隧洞衬砌施工质量的提高,隧洞衬砌结构的分缝长度,有加长的趋势。

输水系统主廊道及其进出水口、阀门井,根据已选定的输水系统型式,集中式输水系统的输水廊道及其阀门井和进、出口一般只在闸首结构中进行布置。分散式输水系统一般在闸室墙内布置输水主廊道及其阀门井,在闸底板内布置输水分支廊道。但对采用简单长廊道输水系统的闸室,输水系统主廊道也可与输水分支廊道相结合,直接布置在闸室底板内。输水系统的进、出水口有两种布置型式:一种为正向布置型式,进出水口布置在导航墙下部或闸前引航道底部;一种为侧向布置型式,通过箱涵将进出水口的部分或全部引出引航道之外。对于利用较好的基岩采用衬砌墙的闸室结构,输水系统的主廊道和阀门井可与闸室结构分开,采用在基岩内开挖隧洞和竖井的布置型式。

3.2.2.3 金属结构及机电设备布置

(1)船闸工作闸门及其启闭机布置。船闸工作闸门及其启闭机的布置,与船闸工作闸门采用的型式有关。不同的闸门型式,闸门及其启闭机在闸首上的位置和布置均不相同,通常与闸首结构同时进行布置。在船闸中比较常用的人字闸门及其启闭机布置的主要工作内容如下:

1)确定闸门底枢中心位置。

2)确定闸门门轴线与左、右门枢连线之间的角度,我国通常为22.5°。

3)确定闸门两根顶枢拉杆与迎水面间的角度,我国通常为90°和10°。

4)确定闸门前底槛需下降的深度(通常为1.0~1.5m)。

5)确定门龛的形状和尺寸(淹没水深较大时,为减小人字门在关始与开终时的阻力,应适当加大门龛与闸首间的富裕尺寸)。

6)根据在人字门上铰接点的位置和启闭机运行管理的需要,确定启闭机在闸首上的位置和机房的尺寸。

平板工作闸门及其启闭设备布置工作的内容,相对比较简单,主要确定门槽位置、尺寸和启闭机机架的位置和尺寸,以及按照通航净空的要求确定机架的高度。

(2)船闸上游事故、检修闸门及下游检修闸门及其启闭设备布置的工作内容与平板工作闸门及其设备布置相似。

(3)船闸输水阀门布置主要工作内容如下:

1)反向弧形门及其启闭设备的布置:①阀门支铰的位置、高程和阀门井的尺寸;②据阀门吊点的位置,确定阀门启闭机的位置;③确定上、下游检修闸门的位置,门槽及门井的尺寸。

2)平板阀门及其启闭设备的布置:主要确定阀门及其检修闸门的位置、门槽及门井的尺寸。

(4)船闸机电设备布置。主要工作内容为根据初步拟定的船闸控制方式,确定控制室的位置和尺寸,结合船闸闸阀门机械的配置,确定控制线路、从供电电源供电至各种机械的管线廊道的布置和通航信号工业电视等监视设备的布置位置和高程。(www.xing528.com)

3.2.2.4 防渗及排水设施布置

(1)防渗设施。为减小各分部结构底部的扬压力和墙后的渗压力,船闸通常设有地表、地下和结构缝缝面3 种防渗设施。在船闸两侧的开挖坡面或填土顶面,为防止降水下渗,需设置防渗护面。为截断上、下游之间的渗流,船闸检修时由下游向闸底部的渗流,需在船闸上、下闸首及其两侧挡水建筑物底部基础内,设置防渗帷幕。为截断船闸沿各分部建筑物的结构分缝间的渗流,需在结构缝靠近迎水面处设置止水。

(2)排水设施。为进一步减小渗流对建筑物的作用,在船闸两侧的开挖坡面或填土顶面的混凝土护面上,设置地表排水,并在岩体或填土内,设置排水廊道及排水幕,在防渗帷幕下游和闸室底板的分缝下面,分别设置排水孔幕和排水廊道。另外,为检修时排除闸室及输水廊道内的水体,船闸应根据需要分别设置检修排水的设施。

3.2.2.5 闸面交通及管线廊道布置

(1)闸面交通道路。闸室顶面的交通道路,应满足闸、阀门及其启闭机和浮式系船柱等在安装检修时运输车辆行驶,以及消防通道和人行等需要。闸首和闸室顶部交通道路应平顺连接,道路两旁应布置护轮坎和拦杆。重力式闸室墙顶的道路一般可直接利用闸顶的宽度,必要时可将顶部结构向墙背一侧外挑加宽,当外挑尺寸较大时,可采用以重力墙背作为桥墩基础的高架桥。当重力式闸室墙墙后回填土至墙顶高程时,也可利用墙后填土的宽度。衬砌式闸室墙顶的道路可利用闸顶宽度和向岩坡拓宽后形成。

三峡船闸重力式闸室墙顶的道路为在墙顶宽5m的基础上用钢筋混凝土结构外挑1.5m形成,衬砌式闸室墙顶总宽利用墙顶宽5m和向墙背岩坡拓宽1.5m形成。葛洲坝1号船闸闸室墙顶交通为坝顶公路的组成部分,按双车道要求进行布置,其总宽为在墙顶宽5m的基础上,另架设8.5m宽的桥梁后形成。赣江万安船闸闸室墙顶道路宽6.5m,为直接加宽闸顶形成。

(2)闸室顶部管线廊道。船闸需布置的管线较多,包括供电、控制、通信电缆和消防水管液压油管和引张线等,因此,一般在闸墙顶部需布置管线廊道。廊道断面尺寸,除需满足上述管线布置外,还应满足行人交通的要求。大中型船闸管线廊道的尺寸一般为2m×2.5m。闸室顶部管线廊道应与闸首顶部管线廊道连通。

3.2.2.6 安全监测设施布置

根据确保船闸正常和安全运行的需要,应在船闸与安全运行关系密切的部位或建筑物应力、变形的关键部位,设置安全监测断面或监测点,成套或重点的布置应力计、应变计、测缝计、钢筋计、渗压计和温度计等内部安全监测仪器,以及必要的引张线、正倒垂井和其他外部监测系统。

3.2.2.7 消防设施

为在过闸船舶(队)发生火警时保护船闸建筑物和设备的安全,并尽可能地协助失火船舶(队)灭火,应在闸上布置消防设施。通常应在船闸闸室两侧、边墙顶部设置消火栓,其间距一般不大于60m,对于重要或有油轮通过的船闸,还可设置泡沫炮等高效的消防设备。为防止失火对闸门造成损害,可在工作闸门上布置喷淋水的管道,在闸门上、下游面形成水幕保护。大型的消防设备,由枢纽统一的消防机构进行管理。此外,还应在管理楼、办公楼、控制室、机房等场所,配置感温探测器、自动报警系统和相应的灭火器材。

3.2.2.8 闸面建筑物布置

船闸的闸面建筑物有闸门启闭机房、控制室、控制楼、变电所、空压机房、安全监测和水力学观测室及公用厕所等。闸面建筑物布置原则:

(1)满足坝区建筑物总体规划和船闸运行的功能要求。

(2)布局合理。

(3)建筑美观,与船闸总体建筑和枢纽总体建筑风格协调。

闸、阀门启闭机房紧邻闸首的闸门,根据闸门型式、启闭机械的型式及规格,确定机房与闸门的相对位置。闸门启闭机房平面尺寸,按满足机房内布置液压启闭机和液压系统等设备和交通、检修条件要求确定。输水系统阀门一般与相邻闸门共用一套油压系统,其现地操作设备一般与闸门的现地操作设备布置在同一个机房内。

船闸的控制室根据船闸级数多少和船闸的控制方式不同有不同的布置。单级船闸通常采用与启闭机房相结合布置方式,多级船闸如采用集中控制方式或同时采用集中和现地两种控制方式时,需布置专用的控制室。控制室应尽可能放在从室内能够观察到闸门运行和船舶进出船闸,及其在闸室内情况的位置。双线船闸的控制室宜在一幢楼内分别设置。控制室的平面尺寸,应满足控制设备的布置、人员操作、观察通道和旅游、参观等要求。

通航建筑物的中枢系统——调度室的设置,与枢纽中通航建筑物的个数、过闸船舶(队)繁忙和标准化的程度、船闸管理工作的总体安排,如船闸的管理体制、船闸是否与上、下游枢纽联合进行调度等因素有关,主要工作是接受、处理船舶过闸信息,制订过闸计划、安排船舶到闸时间。调度室的布置应尽可能选择在能够看到枢纽上、下游来船的位置,其平面尺寸应满足设备布置和管理工作的需要。

船闸变电所通常布置在闸室墙背后人迹罕至的位置,其数目根据船闸用电负荷、输电距离远近确定。

船闸根据检修工作的需要通常需布置空压机房或配备移动式空压设备。空压机房的布置位置,应尽可能靠近用风部位并适当考虑噪音环境的干扰。空压机房的设备容量,根据船闸的输水系统需要强迫补气或设备检修需要压缩空气的需要量确定。

大型船闸特别是位于旅游景区的船闸,应布置公用厕所。公用厕所的位置和规模,要根据旅游和参观的线路和客流量的大小确定,同时应采取妥善的排污措施,防止污物影响周围的环境,尤其应防止对闸室水体造成污染。

3.2.2.9 其他附属设施布置

大中型水利枢纽船闸设计水头一般较高,闸室水位升降较快,为保证过闸船舶安全,一般需在闸室迎水面布置可随水位上、下升降的浮式系船柱,浮式系船柱布置间距,一般为20~40m,具体可按照设计船队的长度确定。对于结构厚度较小的闸墙,布置浮式系船柱部位的结构需予加强。在靠近下闸首的闸室墙迎水面,一般还需布置凹入墙内的固定式制动系船柱,供进闸船舶(队)必要时紧急制动使用。

为满足特殊情况下人员交通需要,闸室迎水面需布置人行爬梯,间距为40m 左右,平面尺寸不小于0.6m×0.6m。

在闸面的迎水侧和背水侧,需布置防护栏杆;为保证过闸船舶(队)的安全在船闸两侧有较高的开挖边坡时,应在边坡的顶部和各层边坡马道前沿分别布置拦护网和拦石槛,以防止石子或其他杂物落入闸室。有高压线出线走廊的枢纽,高压架空线应尽量避免从船闸闸室顶上通过,布置上无法避开时,应在高压线下面设置安全防护网,防止高压线断线对建筑物及过闸船舶酿成事故。

根据船舶(队)进闸时会否冲撞闸门的情况,可考虑是否需要在闸门前设置一道警戒防撞装置。

根据运行管理和环境保护的需要,需在闸上设置照明、信号、油料仓库及卫生等设施和规划绿化区的位置;根据维修工作的需要,布置必要的设备停放、检修的场地和小型维修车间等。

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