南陽市白河二壩船閘輸水系統(tǒng)淺析

□吳 庚 □樊曉麗 □李 樂

（南陽市水利建筑勘測設(shè)計院）

南陽市白河二壩船閘輸水系統(tǒng)淺析

□吳 庚 □樊曉麗 □李 樂

（南陽市水利建筑勘測設(shè)計院）

白河第二級橡膠壩船閘位于南陽市白河大橋上游110m處，在第二橡膠壩右岸，為白河游覽區(qū)游船通過白河二壩的通航建筑物。船閘輸水系統(tǒng)的設(shè)計關(guān)乎整個船閘設(shè)計的成敗，本文介紹了集中式輸水系統(tǒng)的設(shè)計計算、消能設(shè)計、輸水系統(tǒng)閘門及啟閉系統(tǒng)設(shè)計。

船閘；輸水系統(tǒng)；設(shè)計

一、概述

白河第二級橡膠壩船閘位于河道右岸，橡膠壩的右壩端。采用單級單線船閘，根據(jù)《船閘總體設(shè)計規(guī)范》JTJ305-2001，本船閘的級別為Ⅶ級。

船閘由上下閘首、閘室、上下游引航道和靠船建筑物及相應(yīng)的設(shè)備組成。上下閘首采用整體式結(jié)構(gòu)，上下閘首凈尺寸均為12.4m×19.6m，兩側(cè)邊墩頂高程121.20m，閘首底高程115.50m，人字門門檻高程116.00m，低于橡膠壩底板高程116.70m，非汛期橡膠壩檢修時可通過開啟船閘閘門下泄上游積水，方便檢修。船閘采用短廊道輸水系統(tǒng)，廊道為1m×1m矩形截面，其出口采用鋼筋混凝土消力梁消能，廊道進口設(shè)攔污柵，廊道采用平面鑄鐵閘門及豎缸式液壓啟閉系統(tǒng)。閘室為鋼筋混凝土分離式閘室，底高程115.50m，頂高程121.00m，閘室凈尺寸32m×9.2m（長×寬）。上下游引航道長均為20m，船舶一次過閘時間14min，閘門采用平面人字鋼閘門，門葉軸線與船閘橫向軸線夾角為20°，人字門在靜水中啟閉，采用臥缸式液壓啟閉系統(tǒng)。船閘上游最高通航水位為120.70m，下游設(shè)計通航水位為117.20m。

二、輸水系統(tǒng)設(shè)計

（一）輸水系統(tǒng)選型

船閘輸水系統(tǒng)是完成閘室輸泄水操作的主要設(shè)備，它包括進水口、輸水廊道及輸水閘（閥）門、出水口和消能設(shè)備等部分。輸水系統(tǒng)的型式選擇和布置直接影響到船閘的通過能力，以及過閘船舶和船閘及其附屬結(jié)構(gòu)物的安全。

輸水系統(tǒng)的設(shè)計必須滿足通航對灌泄水時間的要求。其次為了保證過閘船舶的安全，必須使停泊在閘室或引航道內(nèi)的船舶所承受的各種水流作用力滿足船舶停泊條件和航行條件的要求。另外，輸水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力求簡單，以減少投資并便于檢修。為滿足停泊安全，閘室內(nèi)泄水或灌水時閘室水面上升或下降的速度應(yīng)≤5～6cm/s。閘室輸水系統(tǒng)分為集中輸水系統(tǒng)和分散輸水系統(tǒng)兩類，由于集中輸水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、造價便宜、檢修方便，故本船閘工程選用無消能室的短廊道集中輸水系統(tǒng)。

（二）輸泄水時間計算

閘室輸泄水時間直接關(guān)乎船舶過閘時間和廊道斷面設(shè)計，是其它兩項設(shè)計的前提，閘室輸泄水時間計算公式：

式中：H——船閘計算水頭，3.5m；Lk、Bk——閘室有效長度和寬度，m；K——系數(shù)，頭部輸水系統(tǒng)采用K=0.27。

經(jīng)計算，船閘輸泄水時間為3min。

（三）廊道斷面計算

式中：Ω——閘室水平面積，m2；H——閘室設(shè)計水頭，m；d——慣性水深，取0.2m；μ——流量系數(shù)，輸水時取0.75，泄水時取0.6；T——輸水或泄水時間，s；hz——閘（閥）門啟閉時間與輸泄水時間的比值，可取0.3。

經(jīng)計算，ω=1.87m2，取閘室兩側(cè)兩個廊道斷面均為1m×1m。

（四）船舶過閘時間計算

船舶過閘時間是船閘完成循環(huán)運行操作所需的時間。進閘運行距離：L1=Lc（1+α1）；其中Lc為閘室有效長度，系數(shù)α1=0.45。進閘時間經(jīng)計算，t1=1min；出閘運行距離：L1'=Lc（1+α1’）；出閘時間經(jīng)計算，t4=1min；閘門啟閉時間：t2=1～2min，取 t2=1.5min；船閘輸泄水時間：t3=3min。

船舶單向一次過閘的時間T=t1+4t2+2t3+t4=14min。

根據(jù)輸泄水時間計算、輸水廊道斷面計算及船舶過閘時間計算結(jié)果，選取閘室兩側(cè)廊道斷面為1m×1m是合適的。廊道進口斷面為1m×1m（寬×高），出口斷面為1.4m×1m（寬×高），進出口轉(zhuǎn)彎半徑均為1.5m，并在出口1.2m范圍設(shè)置分水導(dǎo)墻。

三、輸水系統(tǒng)的消能設(shè)計

由于通過輸水系統(tǒng)進入閘室或下游引航道的水流斷面要擴大很多，水流方向也不一定與船閘或引航道軸線一致，因此，流速分布很不均勻，流速橫向分布不均勻?qū)a(chǎn)生豎軸漩渦，使船舶受到較大橫向作用力；流速豎向分布不均勻，如表面流速過大，則會對船舶產(chǎn)生較大推力，并使水面波動及船舶顛簸，如底速過大則又會產(chǎn)生表面橫軸旋滾，水面局部降低，使船舶受到較大的向前吸力，并易使閘室和引航道底部沖刷。

設(shè)置消能措施的目的就是要使船閘輸泄水時剩余能量盡可能多地在進入船舶停泊處以前就被消耗掉，使水流平靜、流速分布均勻。白河第二級橡膠壩船閘輸水系統(tǒng)選用鋼筋混凝土消力梁作為消能措施；消力梁長2.6m，斷面尺寸為0.4m×0.3m（寬×高），梁底與閘底板留0.2m空隙，消力梁頂高程與人字門門檻高程一致，為116.00m；消力梁對稱設(shè)置，沿9.2m寬度范圍共設(shè)置6根消力梁。

四、輸水系統(tǒng)閘門及啟閉設(shè)備設(shè)計

船閘采用短廊道輸水系統(tǒng)，短廊道內(nèi)設(shè)進水閘門，因平面閘門具有門頁厚度小、門頁結(jié)構(gòu)簡單、門體剛度大、制造安裝和檢修方便等優(yōu)點，故選用潛孔式平面滑塊鑄鐵閘門，全閘計4扇。單扇閘門尺寸為（高×寬）1150mm×1250mm，門體凈尺寸為1000mm×1000mm。閘門門底高程116.00m，采用單向止水形式，止水橡皮為P45型，止水橡皮與閘門門體采用螺栓連接。

船閘輸水系統(tǒng)閘門啟閉機不同于其他啟閉機，它運轉(zhuǎn)較頻繁，啟閉較迅速，因此必須滿足經(jīng)常運轉(zhuǎn)的要求，保證運行可靠，輸水系統(tǒng)常用的啟閉機有卷揚式、卷揚平衡重式、豎缸液壓式及螺桿式等。由于集成式液壓啟閉機具有動作靈活，行程控制準(zhǔn)確，自動過載保護等多種性能，并且結(jié)構(gòu)簡單，無需設(shè)置液壓站及泵房，安裝方便，現(xiàn)場接通電源即可工作,因此本船閘輸水閘門啟閉機采用1t集成豎缸式液壓平面閘門啟閉機。

根據(jù)閘門的維護條件以及所處的環(huán)境，防腐材料選用具有良好的耐水性且適應(yīng)水位變幅的防腐蝕涂層系統(tǒng)。防腐方法采用噴鋅外加涂料封閉的防腐措施，表面噴鋅層厚度為120μm，中間漆為環(huán)氧云鐵防銹漆60μm，面漆為銀灰色氯化橡膠80μm。

五、結(jié)語

船閘輸水系統(tǒng)的設(shè)計是船閘設(shè)計中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，與后期運行是否順暢、安全及管理工作量關(guān)系密切。白河二壩船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計采用主流的短廊道集中輸水系統(tǒng)，采用集成式液壓啟閉機啟閉閘門并在廊道出口設(shè)置消力梁，極大地減小了船舶停放時的波動，是城區(qū)景觀河道通航設(shè)置的典范。船閘工程于2007年底竣工以來，經(jīng)多次運行，輸泄水方便可靠，游船過閘安全舒適，證明船閘的輸泄水系統(tǒng)設(shè)計是合理的，滿足游船的通行需要。

2010-05-07