一种船闸闸首短廊道布置结构及闸首布置结构的制作方法

1.本发明涉及闸首输水系统结构，具体涉及闸首短廊道布置型式，属于通航建筑领域。


背景技术：

2.船闸是使船舶克服水位集中落差的一种通航建筑物，也是我国内河航运建设中采用最多的通航建筑物。据统计，在我国1000多座通航建筑物中，其中90％以上为船闸。输水系统是船闸的重要组成部分，是船闸用来完成闸室充泄水的设备，布置在闸首内，具体包括进水口、输水廊道、输水阀门、出水口和消能设备等部分。输水系统的设计至关重要，输水系统布置的好坏直接影响到船闸的通过能力，以及过闸船舶和船闸及其附属结构物的安全。
3.船闸输水系统经历了几百年的发展历史，其型式众多，概括起来主要可以分为两大类——集中输水系统和分散输水系统。集中输水系统因具有费用较省的优点，在我国中低水头船闸中得到广泛应用。集中输水系统型式在我国经历几十年的发展，种类繁多，其中短廊道输水型式是应用最为普遍的一种形式。
4.短廊道输水，即在闸首内布置由闸门上游进口至闸门下游出口的短廊道。水流由闸门下游出口流出时若剩余能量较大影响船舶安全停泊，还需要通过一定体积的格栅消能室等复杂消能工进行消能处理。格栅消能室的体积可以根据《船闸输水系统设计规范》(jtj306～2001)计算，并由消能室长度、消能室沿上下游方向的宽度和消能室净高度确定。消能室长度等同于闸室宽度，闸室宽度与过闸船舶尺度和船闸规模有关，一般在船闸设计时要优先确定。消能室沿上下游方向的宽度由闸首门库布置确定，闸首工作阀门若采用三角门的话，则宽度方向增加量有限。在上述两方面限制下，增加消能格栅室体积的方法一般是通过增加格栅消能室的开挖深度，即增加格栅消能室的净高度。以往的布置中，格栅消能室底高程开挖深度增加后，短廊道采取整体下移或者通过两次水平转弯和垂直跌落相结合的方式解决与格栅消能室连接的问题，对于大、中型船闸，这种连接方式将大大增加闸首开挖量。


技术实现要素：

5.通过对船闸集中输水系统布置型式的深入研究，本发明提出一种船闸闸首短廊道布置结构及闸首布置结构，以减少船闸闸首开挖量，实现节省工程投资的目的。
6.为了实现上述发明目的，本发明具体采用如下技术方案：
7.一种减少船闸闸首开挖量的短廊道布置结构，其特征在于：所述短廊道从闸门上游进口先通过两次90
°
的水平转弯布置至闸门下游出口格栅消能室侧方，再通过一段斜坡与格栅消能室连接，经过斜坡后短廊道底部与格栅消能室廊道底部相连且底高程相等，短廊道下游侧边壁与格栅消能室下游侧边壁齐平，短廊道上游侧边壁与格栅消能室两侧墙相连并修圆。
8.优选地，所述闸首进水口采用门库内侧面进水布置型式。
9.优选地，所述斜坡的斜率为1：5。
10.优选地，所述格栅消能室正面和顶面布置出水格栅。
11.优选地，所述格栅消能室内设多个高度不同的挑流槛以均匀出流。
12.为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种船闸闸首布置结构，包括上、下闸首，所述上、下闸首均包含左右对称的两个短廊道，所述短廊道采用侧面进、出水的布置型式，其特征在于：所述短廊道采用权利要求1-5任一所述的减少船闸闸首开挖量的短廊道布置结构。
13.本发明利用一段斜坡实现短廊道与格栅消能室的连接，经过斜坡后短廊道底部与格栅消能室廊道底部相连且底高程相等，使得闸首开挖量大大减少，节省了工程投资，并且通过短廊道和格栅消能室的联合共同作用，使得船闸闸首出流的剩余能量得到了有效消杀，保证了船舶的安全通行。
附图说明
14.图1闸首输水系统布置俯视图；
15.图2闸首输水系统布置正视图；
16.图3闸首输水系统布置剖面图；
17.图中单位：长度mm，高程m。
具体实施方式
18.下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细描述。
19.实施例一
20.某船闸最大工作水头7.52m，平均水头4.0m，设计输水时间分别为12min和10min。该船闸承受双线水头，采用带三角门的短廊道集中输水系统布置方案，其闸首输水系统布置如下：
21.(1)输水阀门段廊道布置
22.根据船闸输水系统设计规范，输水阀门处廊道断面面积按下式计算：
[0023][0024]
式中，ω——阀门处廊道断面面积(m2)；t——闸室输水时间(s)；c——计算闸室水域面积(m2)；h——水头(m)，这里采用平均工作水头h＝4.00m和反向最大水头h＝7.52m；μ——阀门全开时的流量系数，根据已有船闸研究成果，暂取μ＝0.68；α——系数，可按《船闸输水系统设计规范》中的表3.3.2选用；kv——取0.6；g——重力加速度(m/s2)。
[0025]
将船闸正常工作水头4m对应输水时间10min、反向最大水头7.52m对应输水时间12min分别代入，则ω＝34.76～39.72m2。结合闸首结构布置，取闸首输水阀门尺寸为ω＝2
×
4.0m
×
5.0m(宽
×
高)＝40.0m2。输水阀门短廊道采用平底平顶布置型式。
[0026]
(2)上闸首进、出水口布置
[0027]
上、下闸首均包含左右对称的两个短廊道，短廊道采用侧面进、出水的布置型式。上闸首进水口廊道底高程为8.14m，廊道顶高程12.14m，水流由进口短廊道进入后经过水平
转弯后一部分进入门库，经过门库梁格消能，一部分进入出口短廊道，三角门门库底高程9.14m，出水短廊道顶高程降低为11.14m，底高程不变。根据《船闸输水系统设计规范》(jtj306～2001)，格栅消能室的体积可按下式计算：
[0028][0029]
式中：v——消能室体积(m3)；
[0030]
a0——系数，可取0.09～0.13；
[0031]
其余符号意义同前。
[0032]
计算可得v＝829.18～1197.70m3，取消能室尺寸为23.0m
×
6.6m
×
4.5m(长
×
宽
×
高)，则体积为1009.8m3，满足规范要求。
[0033]
(3)短廊道布置
[0034]
如图1-3所示，上闸首短廊道从闸门上游侧面进水口1先通过两次90
°
水平转弯2布置至闸门下游出口格栅消能室4侧方，再通过一段斜率为1:5的斜坡3与格栅消能室4连接，经过斜坡后短廊道底部与格栅消能室廊道底部相连且底高程相等，格栅消能室底高程5.84m，格栅消能室高度4.5m。经过斜坡后短廊道下游侧边壁与闸首格栅消能室下游侧边壁齐平，短廊道上游侧边壁与格栅消能室两侧墙相连并修圆。格栅消能室正面和顶面格栅出水，消能室顶面出水格栅5面积35.64m2，正面出水格栅6面积99m2，正面和顶面出水格栅面积比为2.78。消能室内设高度不同的3道挑流槛7以均匀出流，消能室外设长4.0m、深5.30m的消力池，然后与闸室停泊段联接，闸室底高程为11.14m。
[0035]
下闸首采用镜像布置，下游进水口廊道底高程为9.20m，廊道顶高程13.20m，三角门门库底高程10.20m，出水短廊道顶高程降低为12.20m，底高程10.20m不变。与上闸首短廊道布置结构相同，短廊道从闸门上游进口先通过两次90
°
的水平转弯布置至闸门下游出口格栅消能室侧方，再通过一段斜率为1:5的斜坡与闸门出口格栅消能室连接，经过斜坡后短廊道底部与格栅消能室廊道底部相连且底高程相等。格栅消能室底高程6.90m，格栅消能室高度4.5m。格栅消能室布置、顶面和正面出水口面积与上闸首相同。
[0036]
本实施例的船闸闸首短廊道布置结构通过一段斜坡实现短廊道与出水格栅消能室底部连接，短廊道末端底高程与格栅消能室底高程相等，使单个闸首减小开挖量至少6000m3，显著节省了工程投资，经济效益显著。