专利名称：一种船闸的灌水系统及其施工方法
技术领域：
本发明涉及一种船闸的灌水系统及其施工方法。主要适用于 水利水电工程、水运交通工程。
技术背景通航建筑物的发展己有2000年的历史，目前全世界已建船闸 近4000座。我国船闸建设的历史十分悠久，至今已建成船闸近 800座，约占全世界船闸总数的20%。船闸设计中输水系统选型 优劣，是保证船闸高效安全运行最关键的技术之一。按照我国交 通行业现行规范，输水系统型式主要有集中和分散输水系统两大 类，设计选型一般是根据设计水头判定，再通过水力学模型试验 验证。近年来，随着西部大开发战略的实施，我国内河航运事业得 到迅猛发展， 一批大型船闸相继开工建设。如世界上内河航运 枢纽规模最大的西江长洲三、四线船闸，桂平二线船闸、长沙双 线船闸，嘉陵江草街船闸，引江济汉通航船闸，芜申运河杨家湾 船闸。大规模的船闸建设，由于河流不同，水头各异，单纯按照 规范套用选型已不能适应船闸建设要求，对于介于集中与分散输 水系统之间的中水头船闸，非常有必要突破规范规定，研究出适 宜各级水头船闸运行要求的灌水系统。发明内容本发明的目的就是针对现有的船闸结构存在上述的问题，提 供一种船闸的灌水系统及其施工方法，该灌水系统应具有消能效 率高，利用闸首空间充分，水面涌高均匀，水流衔接条件好，结 构简单的优点，能有效解决高速水流的能量及流态分布，可为中 水头船闸输水系统设计选型拓展新的研究领域。本发明的目的可通过下列技术方案来实现船闸的灌水系统， 包括闸首底板、闸首边墩、闸室底板和闸室，其特征在于两边的 闸首边墩之间连接有挡水墙和闸首帷墙，在挡水墙和闸首帷墙之 间布置一组具有垂直落差的舌瓣形的进水口，闸首边墩内设有连 通进水口和闸室的环形输水廊道，该环形输水廊道的出口端与进 水口之间设有消能室。所述消能室为三级格栅消能结构，包括下游侧的箱型格栅、 中间的L型格栅和上游侧的T型格栅。所述箱型格栅包括箱型格栅顶板、箱型格栅上游立板、箱型 格栅下游立板和箱型格栅底板，其中，顶板是封闭的，上游立板 和下游立板上各开有格栅孔，且下游立板的格栅孔口总面积仅为上游立板格栅孔口总面积的1/3。所述L型格栅包括L型格栅顶板和L型格栅立板，该顶板和 立板形成倒L形且均开有格栅孔。所述T型格栅包括T型格栅顶板和T型格栅立板，所述顶板 和立板上均开有格栅孔。所述箱型格栅底板上设有三道消力槛。所述环形输水廊道中部设置有检修阀门门槽和工作阀门门 槽，两阀门门槽处廊道的断面尺寸小于廊道出口孔口尺寸。所述进水口的底部设有横向廊道并与环形输水廊道相连通， 在进水口的入口处设有拦污栅槽和工作室。本发明船闸的灌水系统的施工方法，包括以下步骤1、 进行闸首部分的基础开挖，浇筑闸首底板的混凝土；2、 立模施工舌瓣形进水口，预留进水口拦污栅槽、工作室及 横向廊道；3、 浇筑挡水墙及闸首帷墙的混凝土，预留连接立板钢筋；4、 浇筑闸首边墩混凝土，立模施工环形输水廊道，预留检修5阀门门槽及工作阀门门槽；5、 立模施工上游侧T型格栅立板，施工T型格栅顶板，预留 顶板格栅孔；6、 立模施工中间L型格栅立板，预留立板出水孔，施工L 型格栅顶板，预留顶板格栅孔；7、 施工箱型格栅底板上三道消力槛，施工箱型格栅上游立板， 预留上游立板格栅孔，施工箱型格栅下游立板，预留下游立板格 栅孔，施工箱型格栅顶板，预留顶板格栅孔；8、 施工闸首底板出口处l:5斜坡与闸室底板齐平。 与现有技术相比，本船闸的灌水系统根据船闸水力学要求，灌水系统集中布置在闸首部位，利用闸首空间充分，简化了闸墙 型式，优化了闸墙断面，降低了施工难度，节省了工程投资；灌 水系统经试验验证，进水口水流流态好，水流翻涌均匀，高速水 流通过多次消能，消能效率高，进入闸室的水流平稳，水流衔接 条件好，结构简单，对解决中水头船闸输水系统选型及简化船闸 结构，本发明效益明显。
图1是本船闸的进水口消能结构的俯视结构示意图。图2是本图1中A-A剖视结构示意图。图3是本图1中B-B剖视结构示意图。图4是本图1中C-C剖视结构示意图。图5是本图1中D-D剖视结构示意图。图6是本图1中E-E剖视结构示意图。
具体实施方式
实施例如图l、图3所示，本实施例包括闸首底板5、闸首边墩IO、 闸室底板11和闸室12，本例的特点之一是设置将左、右闸首边墩10连接起来的挡水墙3和闸首帷墙4，在该挡水墙和闸首帷墙 之间迎向水流布置5个具有较大垂直落差的舌瓣形(喇叭形孔口) 的进水口 1，进水口的尺寸为2.5X1.2m (高X宽)，进水口的底 部设有横向廊道lc。特点之二是在闸首边墩10内设有连通上游 侧进水口 1和下游侧闸室12的环形输水廊道2，该输水廊道与横 向廊道lc连通。特点之三是在环形输水廊道2的出口端与进水口 l之间设置消能室，本例为三级格栅消能结构。如图2、图4、图5、图6所示，所述三级格栅消能结构包括 下游侧的箱型格栅7、中间的L型格栅8和上游侧的T型格栅9。所述箱型格栅7呈两端贯通的矩形，包括箱型格栅顶板7a、 箱型格栅上游立板7b、箱型格栅下游立板7c和箱型格栅底板7d， 其中，顶板是封闭的，上游立板和下游立板上各开有格栅孔，且 下游立板的格栅孔口总面积仅为上游立板格栅孔口总面积的 1/3。在箱型格栅底板7d上设有三道消力槛6。所述L型格栅8侧截面呈倒L形，包括L型格栅顶板8a和L 型格栅立板8b，顶板和立板上均开有格栅孔。所述T型格栅9侧截面呈横置的T形，包括T型格栅顶板9a 和T型格栅立板9b，顶板和立板上均开有格栅孔。为检修和工作的方便，在环形输水廊道2中部设置有检修阀 门门槽2a和工作阀门门槽2b，两阀门门槽处廊道的断面尺寸小 于廊道出口孔口尺寸。阀门处廊道断面尺寸为2.2X2.2m(高X 宽)，廊道出口孔口尺寸为2.2X3.0m (高X宽)。为了安装拦污栅和检修时安放拦污栅，在进水口l的入口处 设有拦污栅槽la和工作室lb。本例灌水系统的施工方法包括以下步骤1、 进行闸首部分的基础开挖，浇筑闸首底板5的混凝土；2、 立模施工舌瓣形(喇叭形孔口)的进水口 1，预留进水口7拦污栅槽la、工作室lb及横向廊道lc;3、 浇筑挡水墙3及闸首帷墙4的混凝土，预留连接立板钢筋9a;4、 浇筑闸首边墩IO混凝土，立模施工环形输水廊道2，预 留检修阀门门槽2a及工作阀门门槽2b;5、 立模施工上游侧T型格栅立板9b，施工T型格栅顶板9a, 预留顶板格栅孔；6、 立模施工中间L型格栅立板8b，预留立板格栅孔，施工L 型格栅顶板8a,预留顶板格栅孔；7、 施工箱型格栅底板7d上三道消力槛6，施工箱型格栅上 游立板7b，预留上游立板格栅孔，施工箱型格栅下游立板7c，预 留下游立板格栅孔，施工箱型格栅顶板7a,预留顶板格栅孔；8、 施工闸首底板5出口处h5斜坡与闸室底板11齐平。 本发明的工作原理是见图1、图2由河床直接引水从喇叭形孔口进入，水体垂直跌落至横向廊道第一次消能后进入环形输 水廊道，水体在环形输水廊道的出口处扩散，两股水流通过箱形 格栅底板上的三道消力槛对冲消能后汇入消能室(三级格栅消能 结构)；这时大部分水体通过箱形格栅上游立板的格栅孔进入中间 的L形格栅，少部分水体通过箱形格栅下游立板的格栅孔进入闸 室12，见图5、图6，进入L形格栅的水体向顶部翻涌出流，还 有一部分水体通过L形格栅立板的格栅孔进入上游侧的T形格栅， 这部分水体又通过T形格栅顶板及立板上的格栅孔消能出流，水 流经上述三步消能后最后全部汇入闸室。
权利要求
1、一种船闸的灌水系统，包括闸首底板(5)、闸首边墩(10)、闸室底板(11)和闸室(12)，其特征在于两边的闸首边墩(10)之间连接有挡水墙(3)和闸首帷墙(4)，在挡水墙和闸首帷墙之间布置一组具有垂直落差的舌瓣形的进水口(1)，闸首边墩(10)内设有连通进水口(1)和闸室(12)的环形输水廊道(2)，该环形输水廊道的出口端与进水口(1)之间设有消能室。
2、 根据权利要求1所述的船闸的灌水系统，其特征在于所 述消能室为三级格栅消能结构，包括下游侧的箱型格栅(7)、中 间的L型格栅(8)和上游侧的T型格栅(9)。
3、 根据权利要求2所述的船闸的灌水系统，其特征在于所 述箱型格栅(7)包括箱型格栅顶板(7a)、箱型格栅上游立板(7b)、 箱型格栅下游立板(7c)和箱型格栅底板(7d)，其中，顶板是封 闭的，上游立板和下游立板上各开有格栅孔，且下游立板的格栅 孔口总面积仅为上游立板格栅孔口总面积的1/3。
4、 根据权利要求2所述的船闸的灌水系统，其特征在于所 述L型格栅(8)包括L型格栅顶板(8a)和L型格栅立板(8b)， 该顶板和立板形成倒L形且均开有格栅孔。
5、 根据权利要求2所述的船闸的灌水系统，其特征在于所 述T型格栅(9)包括T型格栅顶板(9a)和T型格栅立板(9b)， 所述顶板和立板上均开有格栅孔。
6、 根据权利要求3所述的船闸的灌水系统，其特征在于所 述箱型格栅底板(7d)上设有三道消力槛(6)。
7、 根据权利要求1或2所述的船闸的灌水系统，其特征在于 所述环形输水廊道(2)中部设置有检修阀门门槽(2a)和工作阀 门门槽(2b)，两阀门门槽处廊道的断面尺寸小于廊道出口孔口尺 寸。
8、 根据权利要求1或2所述的船闸的灌水系统，其特征在于 所述进水口 (1)的底部设有横向廊道(lc)并与环形输水廊道(2)相连通，在进水口(l)的入口处设有拦污栅槽(la)和工作室(lb)。
9、 一种船闸的灌水系统的施工方法，其特征在于包括以下步骤,9.1、 进行闸首部分的基础开挖，浇筑闸首底板(5)的混凝土；,9.2、 立模施工舌瓣形进水口 (1)，预留进水口拦污栅槽(la)、 工作室(lb)及横向廊道lc;,9.3、 浇筑挡水墙(3)及闸首帷墙(4)的混凝土，预留连接 立板钢筋(9a);,9.4、 浇筑闸首边墩(10)混凝土，立模施工环形输水廊道(2)， 预留检修阀门门槽(2a)及工作阀门门槽(2b);,9.5、 立模施工上游侧T型格栅立板(9b)，施工T型格栅顶 板(9a)，预留顶板格栅孔；,9.6、 立模施工中间L型格栅立板(8b)，预留立板出水孔， 施工L型格栅顶板(8a)，预留顶板格栅孔；,9.7、 施工箱型格栅底板(7d)上三道消力槛(6)，施工箱型 格栅上游立板(7b)，预留上游立板格栅孔，施工箱型格栅下游立 板(7c)，预留下游立板格栅孔，施工箱型格栅顶板(7a)，预留 顶板格栅孔；,9.8、 施工闸首底板(5)出口处1:5斜坡与闸室底板(11) 齐平。
全文摘要
本发明涉及船闸的灌水系统及其施工方法。所要解决的技术问题是提供一种船闸的灌水系统及其施工方法，该灌水系统应具有消能效率高，利用闸首空间充分，水面涌高均匀，水流衔接条件好，结构简单的优点，能有效解决高速水流的能量及流态分布，可为中水头船闸输水系统设计选型拓展新的研究领域。解决该问题的技术方案是船闸的灌水系统，包括闸首底板、闸首边墩、闸室底板和闸室，其特征在于两边的闸首边墩之间连接有挡水墙和闸首帷墙，在挡水墙和闸首帷墙之间布置一组具有垂直落差的舌瓣形的进水口，闸首边墩内设有连通进水口和闸室的环形输水廊道，该环形输水廊道的出口端与进水口之间设有消能室。本发明主要适用于水利水电工程、水运交通工程。
文档编号E02C1/06GK101608444SQ200910101180
公开日2009年12月23日 申请日期2009年7月27日 优先权日2009年7月27日
发明者侯继平, 扈晓雯 申请人:中国水电顾问集团华东勘测设计研究院