航道工程学课件：航道工程学-第9讲.ppt

1、第六章第六章 通航建筑物通航建筑物 通航建筑物通航建筑物是指为船舶通过航道上集中水位落差是指为船舶通过航道上集中水位落差而修建的建筑物。而修建的建筑物。 常见的通航建筑物有常见的通航建筑物有船闸、升船机船闸、升船机等。等。 船闸总体布置示意图第一节 通航建筑物的主要形式及特点 船闸是用水力直接提升船舶过坝的一种通航建筑物。它是由上下闸首、闸门、闸室等挡水建筑物和能使闸室水位升降的输水系统形成的水梯。 船闸示意图葛洲坝2#船闸江苏省张家港船闸船舶过闸示意图上行作业：打开下闸门进入闸室关闭下闸门打开上阀门灌水至齐平打开上闸门进入上引航道下行作业：打开上闸门进入闸室关闭上闸门打开下阀们泄水至齐平打开

2、下闸门进入下引航道升船机是利用机械的方法使船舶克服集中水位落差的一种通航建筑物。3000吨垂直卷扬升船机 清江高坝洲升船机 升船机的特点：升船机的特点： (l) (l) 在运转时基本上不耗水，在水量不充沛的河流和运在运转时基本上不耗水，在水量不充沛的河流和运河上，建造升船机较为有利；河上，建造升船机较为有利；(2) (2) 升船机的升降速度远较船闸闸室灌、泄水速度快，升船机的升降速度远较船闸闸室灌、泄水速度快，船舶通过升船机所需的时间较船舶通过船闸的时间要短；船舶通过升船机所需的时间较船舶通过船闸的时间要短；(3) (3) 在高水头的通航建筑物中升船机的造价一般较小；在高水头的通航建筑物中升船

3、机的造价一般较小；(4) (4) 机电设备是保证升船机安全运行的一个重要部分，机电设备是保证升船机安全运行的一个重要部分，升船机的建造与安装要求有较高的设计与工艺水平。升船机的建造与安装要求有较高的设计与工艺水平。各国建设和科研工作经验表明：（1）当水头在70m以上，宜建造升船机；（2）水头在4070m之间应进行升船机与船闸的比选；（3）在40m以下，采用船闸通常比升船机优越。 第二节 船闸的组成和类型一、船闸的组成 船闸主要由闸室、闸首和引航道等三个基本部分及相应的设备所组成。 三峡永久船闸闸室全景图 船闸组成示意图 a)纵断面图；b)平面图 1上游引航道；2下游引航道；3上闸首；4闸室；5

4、下闸首；6上闸门；7下闸门；8主导航建筑物；9靠船建筑物；10辅导航建筑物闸室 指船闸上、下闸首和两侧闸室墙环绕而形成的空间。作用是供船舶停泊使用。为了保障过闸船舶的稳定停泊和安全升降，沿闸室墙设有系船设备和辅助设备。闸首 是将闸室与上下游引航道隔开的挡水建筑物。作用是挡水和灌泄水。分上、中、下闸首，在闸首内常布置有闸门、输水系统、闸阀门的起闭机械等设备。引航道 是连接闸首与主航道的一段航道。作用是引导船舶迅速、安全地进出闸室。分上、下引航道，引航道内有导航建筑物及靠船建筑物。二、船闸工作原理三、船闸的类型 根据船闸不同的特征，如闸室数目、位置、功能、输水型式、结构型式及闸门型式等等，可以分为

5、不同的类型： 1、 内河船闸和海船闸 内河船闸：建在内陆河流及人工运河上、供内河船舶航行的船闸。特点：平面尺度相对较小，多承受单向水头。 海船闸：建在封闭式海港港池口门、海运河及入海河口，供海船航行的船闸。特点：平面尺度大、槛上水深大、多承受双向水头，无上、下闸首之分。 2、 单级船闸和多级船闸 单级船闸 沿船闸纵向只有一个闸室的船闸。 特点：（1）过闸时间短，通过能力大；（2）运行管理方便（建筑物及设备集中）；（3）闸阀门及起闭机械少，可靠性高；（4）占地少，便于布置（长度小）（5）耗水多，结构复杂，对地质条件要求高（水头高）（6）对输水系统要求高。 具有中间闸首的船闸，特点是适应于单船或船

6、队、不同数量的船舶迅速通过闸室，节省了过闸时间，可提高船闸通过能力。 有中间闸首的单级船闸 a)纵断面图；b)平面图 1上闸首；2下闸首；3中闸首多级船闸沿闸室轴线方向具有两个及两个以上闸室的船闸。 多级船闸型式主要有连续梯级船闸和设中间渠道多级船闸两种。连续梯级船闸 两个以上闸室纵向连续梯级排列的船闸。连续四级船闸示意图 a)纵断面图；b)平面图 三峡连续五级双线船闸 连续梯级船闸能克服较大的水位落差， 但船舶过闸时间长，通过能力小。 为提高多级船闸通过能力和运行保证率， 根据船舶过闸运行的需要和地形、地质等条件， 在纵向两个闸室或多个闸室之间， 可设可供错船会让的中间渠道， 这种类型的船闸

7、称设中间渠道的多级船闸。 设中间渠道的多级船闸 a)纵断面图；b)平面图 1闸门；2第一级船闸；3第二级船闸3、 单线船闸和多线船闸 单线船闸在一个枢纽内只建有一座船闸。 多线船闸在一个枢纽内只建有两座以上的船闸，是指沿横向（闸门轴线方向）有两个或两个以上闸室的船闸。 多线船闸俯视图 4、 其他类型的船闸 根据船闸使用特点，在已建的船闸中还有广室船闸，省水船闸、井式船闸等各种类型。广室船闸（仅用于小河支流上的小型船闸中）闸首口门宽度小于闸室宽度的船闸，即为广室船闸。可分三种型式： （1）对称式：口门轴线与闸室轴线重合； （2）反对称式：口门轴线分别位于闸室轴线的两侧； （3）锁式：口门轴线位于

8、闸室轴线的同一侧。 适用于特殊地形。省水船闸 在闸室的一侧或两侧设置蓄水池以节省用水。 省水船闸 井式船闸 当船闸水头较高，地基条件较好时，为减小下游闸门的高度，在下闸首的上部建造一道横向胸墙，过闸船舶从胸墙下面进出闸室，这种船闸称为井式船闸。 井式船闸1闸门 2通航孔道 3胸墙 H水深在一个枢纽内只建有一座船闸。四、船闸的引航道俯瞰淮安复线船闸 引航道的作用：（1）保证船舶安全、顺利地进出船闸； （2）供等待过闸的船舶安全停泊； （3）使进出闸船舶能交错避让。 引航道的要求：（1）足够的水深及相应的平面尺度和形状； （2）良好的掩护及水流条件。引航道的型式： 单线船闸引航道平面布置， 一般有

9、对称型、反对称型、不对称型等三种型式 。 a) 对称型 b)反对称型 c)不对称型（a）对称型引航道的轴线与船闸轴线重合。（b）反对称型引航道是上、下游引航道向不同的岸侧拓宽。 这类引航道对单向过闸较为有利。（c）不对称型引航道是上、下游引航道向同一岸侧拓宽。 一个方向的船舶进出闸都是直线， 另一个方向的船舶进出闸沿曲线行驶。第三节 船闸的规模一、船闸的基本尺度 船闸基本尺度是指闸室有效长度、闸室有效宽度及门槛水深。 船闸基本尺度示意图 1、 闸室有效长度 船舶过闸时，闸室内可供船舶安全停泊的长度。 闸室有效长度 Lx 可按下式计算：fcXllL式中： l c 设计最大过闸船队（舶）的长度(m

10、)； l f 富裕长度(m) 。 船闸总体设计规范(JTJ305-2001) 2001-9-5发布 2001-1-1实施2、 闸室有效宽度 闸室内两侧墙面最突出部分之间的最小距离。 对斜坡式闸室，其有效宽度为两侧垂直靠船设施之间的最小距离。 闸室有效宽度 Bx 可按下式计算： fcXbbB式中： b c 同闸次过闸船队（舶）并列停泊的最大总宽度(m)； b f 富裕宽度(m) 。 船闸总体设计规范(JTJ305-2001) 2001-9-5发布 2001-1-1实施3、 门槛水深 设计最低通航水位时门槛上的最小深度。 门槛水深 H 应满足： TH6 . 1式中： H 门槛水深(m)； T 设计

11、过闸船队(舶)的满载时的最大吃水。 4、 断面系数 在确定船闸基本尺度时，还应考虑船闸最小过水断面的断面系数 n 的要求。根据试验和观察，若 n 值过小，则船队(舶)过闸时，可能产生碰底现象。为保证船队(舶)安全预利地进闸，一般要求，0 . 25 . 1n式中：式中： 最低通航水位时，闸室过水断面面积最低通航水位时，闸室过水断面面积(m(m2 2) )， = =B Bx xH H ； 最大设计过闸船队最大设计过闸船队( (舱舱) )满载吃水时满载吃水时 船舯断面水下部分的断面面积船舯断面水下部分的断面面积(m(m2 2) )。 二、船闸线数若有下列情况之一时，应论证研究修建双线或多线船闸：(1

12、) 单线船闸设计(实际)通过能力不能满足设计水平年内货运量需要;(2) 在运输特别重要的航道上，不允许因船闸检修、冲沙和挖泥等因素造成航道断航。 (3) 运量大、过闸繁忙的一线连续多级船闸，由于采用单线 船闸的运转方式会延长过闸时间、降低通过能力和过闸效率， 可进行经济分析和综合研究，考虑建双线或多线船闸。葛洲坝水利枢纽布置示意图 葛洲坝水利枢纽鸟瞰图 长江流出三峡，江面突然由二三百米展宽到两千多米，出南津关（湖北宜昌附近）三千米的地方，被葛洲坝和西坝两个小岛将江面一分为三，分别叫做大江、二江、三江。被称作“万里长江第一坝”的葛洲坝水利枢纽工程就建在这里，大坝全长2561米，高70米。葛洲坝工

13、程具有发电、改善航道等综合效益。 工程主要建筑物有船闸、河床式厂房、泄水闸、冲沙闸、左岸土石坝和右岸混凝土重力坝。大坝两侧布置三江、大江两线航道，航道与泄水闸之间分别布置二江及大江电厂。 为了保证长江航运，在大江和三江上共建了三座船闸，大江一号船闸和三江二号船闸，闸室尺寸280*34*5米，可通过万吨级轮船和大型船队，三江三号船闸，闸室尺寸120*18*4米，主要用于通过3000吨以下的客货轮。 三、船闸级数具有下列情况之一时，应考虑多级船闸方案：(1) 采用单级船闸受技术条件的限制，特别是受阀门水力条件和闸门技术条件的限制；(2) 受船闸所处位置的地形条件的限制，如地形较高，建单级船闸开挖深

14、度大，与枢纽中相邻建筑物连接难以处理等；(3) 地质条件限制，兴建高水头单级船闸有困难；(4) 河流缺水，需要节省船闸耗水量，建省水船闸又不经济时。 单级船闸与多级船闸的水头也无明确界限，一般可按下述范围考虑： H20m，单级船闸( H为水头)； 20mH40m，单级或双级船闸； H4Om，双级或多级船闸。 连续多级船闸是超高水头船闸形式之一，可适应各种水头。缺点：可靠性差、船舶过闸时间长、 通过能力小、停航检修几率多等。在重要航道上建连续多级船闸，应考虑同时兴建双线。长江三峡枢纽双线连续五级船闸 三峡船闸位于海拔262.48m的坛子岭左侧，是在花岗岩山体中开挖形成的人工航道，最大挖深176m

15、，航线总长6442m，由上游引航道（2113米）、闸室主体段（1621m）、下游引航道（2708m）、地下输水系统和山体排水系统等组成。 到2009年三峡蓄水到175米时，水位落差达113米，采用连续梯级船闸可以将上百米水位差分级减小。船舶从上游过坝下行，打开第一号闸室的上闸门，使闸内水位与上游水位齐平，船进入，关闭下闸门，从闸内放水，与第二号闸室水位齐平时，打开下闸门，船舶驶入第二号闸室。依次类推，直驶入下游。如果船由下游向上驶，上述过程相反。通过一次五级船闸，大约需要23个小时。 紧闭的闸门。五级船闸共有12道闸首24扇钢铁巨门，每扇门高38.5米、宽40.4米，重达1700吨，相当于4个

16、蓝球场大。 船闸闸室：三峡共有10个闸室，每个闸室有效长度280米，净宽34米，可过万吨级船队，年单向通航能力5000万吨。 设中间渠道的多级船闸是多级船闸中的另一种型式。根据船舶所处地区的地形、地质等条件，可在各闸室间设中间渠道以过渡。 设中间渠道的两级船闸 四、船闸设计水位1、 上、下游设计最高水位 船闸作为枢纽建筑物的一部分担负着挡水作用，其洪水标准应与枢纽其它建筑物一致。因此，对非溢洪船闸上游设计最高水位通常采用水利枢纽的校核洪水位（即正常运用洪水位）；而对于一些允许溢洪的山区船闸，为了降低工程造价，上游最高水位可取和上游最高通航水位相同的标准。 船闸下游设计最高水位可采用枢纽最大下泄

17、流量相应的下游最高水位。 2、 上、下游设计最高通航水位 船闸设计最高通航水位是船闸正常运用的上限水位，又是船闸建筑物的设计标准之一。 上游设计最高通航水位视船闸等级一般按表所列频率的洪水标准采用。 船闸级别IIIIIIIVVVI洪水重现期（年）频 率（%）100201520105101051020船闸上游设计最高通航水位标准 船闸上游设计最高通航水位的选择除按照航道、船闸的等级确定外，还须考虑其它一些因素。 船闸下游设计最高通航水位是船闸正常运用的下游上限水位，又是船闸建筑物的设计标准之一。 船闸下游设计最高通航水位可采用与上游设计最高通航水位相同的标准，即用上游设计最高通航水位在最大下泄流量时相应的下游最高水位。但也应考虑其它的一些因素。 在下游有梯级时，应考虑下游梯级回水的影响。 3、 上、下游设计最低通航水位 船闸上游设计最低通航水位按航运要求及航道和船闸等级来确定，采用船闸设计规范的规定。同时还应考虑其它一些因素。船闸级别IIIIIIIVVVI保证率（%）999898959590船闸上游设计最低通航水位标准 船闸下游设计最低通航水位可采用与上游设计最低通航水位相同的标准。但也应考虑其它的一些因素。思考题：1、船闸的组成及类型有哪些？ 其工作原理如何？ 2、船闸的设计水位包括哪些？ 3、如何确定船闸的有效长度、有效宽度和门槛水深？