第六章通航建筑物

通航建筑物是指為船舶通過(guò)航道上集中水位落差而修建的建筑物。常見(jiàn)的通航建筑物有船閘、升船機(jī)等。船閘總體布置示意圖第一節(jié)通航建筑物的主要形式及特點(diǎn)

船閘是用水力直接提升船舶過(guò)壩的一種通航建筑物。它是由上下閘首、閘門(mén)、閘室等擋水建筑物和能使閘室水位升降的輸水系統(tǒng)形成的水梯。

船閘示意圖葛洲壩2#船閘江蘇省張家港船閘船舶過(guò)閘示意圖上行作業(yè)：打開(kāi)下閘門(mén)——進(jìn)入閘室——關(guān)閉下閘門(mén)——打開(kāi)上閥門(mén)灌水至齊平——打開(kāi)上閘門(mén)——進(jìn)入上引航道

下行作業(yè)：打開(kāi)上閘門(mén)——進(jìn)入閘室——關(guān)閉上閘門(mén)——打開(kāi)下閥們泄水至齊平——打開(kāi)下閘門(mén)——進(jìn)入下引航道升船機(jī)是利用機(jī)械的方法使船舶克服集中水位落差的一種通航建筑物。3000噸垂直卷?yè)P(yáng)升船機(jī)

清江高壩洲升船機(jī)

升船機(jī)的特點(diǎn)：

(l)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)基本上不耗水，在水量不充沛的河流和運(yùn)河上，建造升船機(jī)較為有利；

(2)升船機(jī)的升降速度遠(yuǎn)較船閘閘室灌、泄水速度快，船舶通過(guò)升船機(jī)所需的時(shí)間較船舶通過(guò)船閘的時(shí)間要短；

(3)在高水頭的通航建筑物中升船機(jī)的造價(jià)一般較?。?/p>

(4)機(jī)電設(shè)備是保證升船機(jī)安全運(yùn)行的一個(gè)重要部分，升船機(jī)的建造與安裝要求有較高的設(shè)計(jì)與工藝水平。各國(guó)建設(shè)和科研工作經(jīng)驗(yàn)表明：（1）當(dāng)水頭在70m以上，宜建造升船機(jī)；（2）水頭在40～70m之間應(yīng)進(jìn)行升船機(jī)與船閘的比選；（3）在40m以下，采用船閘通常比升船機(jī)優(yōu)越。

第二節(jié)船閘的組成和類(lèi)型一、船閘的組成

船閘主要由閘室、閘首和引航道等三個(gè)基本部分及相應(yīng)的設(shè)備所組成。

三峽永久船閘閘室全景圖

船閘組成示意圖

a)縱斷面圖；b)平面圖

1—上游引航道；2—下游引航道；3—上閘首；4—閘室；5—下閘首；6—上閘門(mén)；7—下閘門(mén)；8—主導(dǎo)航建筑物；9—靠船建筑物；10—輔導(dǎo)航建筑物閘室

——指船閘上、下閘首和兩側(cè)閘室墻環(huán)繞而形成的空間。

作用是供船舶停泊使用。為了保障過(guò)閘船舶的穩(wěn)定停泊和安全升降，沿閘室墻設(shè)有系船設(shè)備和輔助設(shè)備。閘首

——是將閘室與上下游引航道隔開(kāi)的擋水建筑物。

作用是擋水和灌泄水。分上、中、下閘首，在閘首內(nèi)常布置有閘門(mén)、輸水系統(tǒng)、閘閥門(mén)的起閉機(jī)械等設(shè)備。引航道

——是連接閘首與主航道的一段航道。

作用是引導(dǎo)船舶迅速、安全地進(jìn)出閘室。分上、下引航道，引航道內(nèi)有導(dǎo)航建筑物及靠船建筑物。二、船閘工作原理三、船閘的類(lèi)型

根據(jù)船閘不同的特征，如閘室數(shù)目、位置、功能、輸水型式、結(jié)構(gòu)型式及閘門(mén)型式等等，可以分為不同的類(lèi)型：

1、內(nèi)河船閘和海船閘①內(nèi)河船閘：建在內(nèi)陸河流及人工運(yùn)河上、供內(nèi)河船舶航行的船閘。

特點(diǎn)：平面尺度相對(duì)較小，多承受單向水頭。

②海船閘：建在封閉式海港港池口門(mén)、海運(yùn)河及入海河口，供海船航行的船閘。

特點(diǎn)：平面尺度大、檻上水深大、多承受雙向水頭，無(wú)上、下閘首之分。

2、單級(jí)船閘和多級(jí)船閘

①單級(jí)船閘

——沿船閘縱向只有一個(gè)閘室的船閘。特點(diǎn)：

（1）過(guò)閘時(shí)間短，通過(guò)能力大；

（2）運(yùn)行管理方便（建筑物及設(shè)備集中）；

（3）閘閥門(mén)及起閉機(jī)械少，可靠性高；

（4）占地少，便于布置（長(zhǎng)度?。?/p>

（5）耗水多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)地質(zhì)條件要求高（水頭高）

（6）對(duì)輸水系統(tǒng)要求高。具有中間閘首的船閘，特點(diǎn)是適應(yīng)于單船或船隊(duì)、不同數(shù)量的船舶迅速通過(guò)閘室，節(jié)省了過(guò)閘時(shí)間，可提高船閘通過(guò)能力。有中間閘首的單級(jí)船閘

a)縱斷面圖；b)平面圖

1—上閘首；2—下閘首；3—中閘首②多級(jí)船閘——沿閘室軸線方向具有兩個(gè)及兩個(gè)以上閘室的船閘。

多級(jí)船閘型式主要有連續(xù)梯級(jí)船閘和設(shè)中間渠道多級(jí)船閘兩種。連續(xù)梯級(jí)船閘——兩個(gè)以上閘室縱向連續(xù)梯級(jí)排列的船閘。連續(xù)四級(jí)船閘示意圖

a)縱斷面圖；b)平面圖

三峽連續(xù)五級(jí)雙線船閘

連續(xù)梯級(jí)船閘能克服較大的水位落差，

但船舶過(guò)閘時(shí)間長(zhǎng)，通過(guò)能力小。

為提高多級(jí)船閘通過(guò)能力和運(yùn)行保證率，根據(jù)船舶過(guò)閘運(yùn)行的需要和地形、地質(zhì)等條件，

在縱向兩個(gè)閘室或多個(gè)閘室之間，可設(shè)可供錯(cuò)船會(huì)讓的中間渠道，這種類(lèi)型的船閘稱(chēng)設(shè)中間渠道的多級(jí)船閘。

設(shè)中間渠道的多級(jí)船閘

a)縱斷面圖；b)平面圖

1—閘門(mén)；2—第一級(jí)船閘；3—第二級(jí)船閘3、單線船閘和多線船閘單線船閘——在一個(gè)樞紐內(nèi)只建有一座船閘。

多線船閘——在一個(gè)樞紐內(nèi)只建有兩座以上的船閘，是指沿橫向（閘門(mén)軸線方向）有兩個(gè)或兩個(gè)以上閘室的船閘。

多線船閘俯視圖

4、其他類(lèi)型的船閘

根據(jù)船閘使用特點(diǎn)，在已建的船閘中還有廣室船閘，省水船閘、井式船閘等各種類(lèi)型。

①?gòu)V室船閘（僅用于小河支流上的小型船閘中）

閘首口門(mén)寬度小于閘室寬度的船閘，即為廣室船閘。可分三種型式：（1）對(duì)稱(chēng)式：口門(mén)軸線與閘室軸線重合；（2）反對(duì)稱(chēng)式：口門(mén)軸線分別位于閘室軸線的兩側(cè)；（3）鎖式：口門(mén)軸線位于閘室軸線的同一側(cè)。適用于特殊地形。②省水船閘

在閘室的一側(cè)或兩側(cè)設(shè)置蓄水池以節(jié)省用水。省水船閘③井式船閘

當(dāng)船閘水頭較高，地基條件較好時(shí)，為減小下游閘門(mén)的高度，在下閘首的上部建造一道橫向胸墻，過(guò)閘船舶從胸墻下面進(jìn)出閘室，這種船閘稱(chēng)為井式船閘。

井式船閘1—閘門(mén)2—通航孔道3—胸墻H—水深在一個(gè)樞紐內(nèi)只建有一座船閘。四、船閘的引航道俯瞰淮安復(fù)線船閘

引航道的作用：（1）保證船舶安全、順利地進(jìn)出船閘；（2）供等待過(guò)閘的船舶安全停泊；（3）使進(jìn)出閘船舶能交錯(cuò)避讓。

引航道的要求：（1）足夠的水深及相應(yīng)的平面尺度和形狀；（2）良好的掩護(hù)及水流條件。引航道的型式：?jiǎn)尉€船閘引航道平面布置，一般有對(duì)稱(chēng)型、反對(duì)稱(chēng)型、不對(duì)稱(chēng)型等三種型式

。a)

—對(duì)稱(chēng)型

b)—反對(duì)稱(chēng)型

c)—不對(duì)稱(chēng)型（a）對(duì)稱(chēng)型引航道的軸線與船閘軸線重合。（b）反對(duì)稱(chēng)型引航道是上、下游引航道向不同的岸側(cè)拓寬。這類(lèi)引航道對(duì)單向過(guò)閘較為有利。（c）不對(duì)稱(chēng)型引航道是上、下游引航道向同一岸側(cè)拓寬。一個(gè)方向的船舶進(jìn)出閘都是直線，另一個(gè)方向的船舶進(jìn)出閘沿曲線行駛。第三節(jié)船閘的規(guī)模一、船閘的基本尺度船閘基本尺度是指閘室有效長(zhǎng)度、閘室有效寬度及門(mén)檻水深。

船閘基本尺度示意圖1、閘室有效長(zhǎng)度

——船舶過(guò)閘時(shí)，閘室內(nèi)可供船舶安全停泊的長(zhǎng)度。

閘室有效長(zhǎng)度Lx可按下式計(jì)算：式中：lc——設(shè)計(jì)最大過(guò)閘船隊(duì)（舶）的長(zhǎng)度(m)；

lf——富裕長(zhǎng)度(m)

。船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ305-2001)2001-9-5發(fā)布2001-1-1實(shí)施2、閘室有效寬度

——閘室內(nèi)兩側(cè)墻面最突出部分之間的最小距離。對(duì)斜坡式閘室，其有效寬度為兩側(cè)垂直靠船設(shè)施之間的最小距離。

閘室有效寬度Bx

可按下式計(jì)算：式中：bc——同閘次過(guò)閘船隊(duì)（舶）并列停泊的最大總寬度(m)；

bf

——富裕寬度(m)

。船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ305-2001)2001-9-5發(fā)布2001-1-1實(shí)施3、門(mén)檻水深

——設(shè)計(jì)最低通航水位時(shí)門(mén)檻上的最小深度。門(mén)檻水深H應(yīng)滿足：式中：H——門(mén)檻水深(m)；

T——設(shè)計(jì)過(guò)閘船隊(duì)(舶)的滿載時(shí)的最大吃水。4、斷面系數(shù)

在確定船閘基本尺度時(shí)，還應(yīng)考慮船閘最小過(guò)水?dāng)嗝娴臄嗝嫦禂?shù)n的要求。根據(jù)試驗(yàn)和觀察，若n值過(guò)小，則船隊(duì)(舶)過(guò)閘時(shí)，可能產(chǎn)生碰底現(xiàn)象。為保證船隊(duì)(舶)安全預(yù)利地進(jìn)閘，一般要求，式中：Ω

——最低通航水位時(shí)，閘室過(guò)水?dāng)嗝婷娣e(m2)，

Ω=Bx×H

；

Φ——最大設(shè)計(jì)過(guò)閘船隊(duì)(艙)滿載吃水時(shí)船舯斷面水下部分的斷面面積(m2)。

二、船閘線數(shù)若有下列情況之一時(shí)，應(yīng)論證研究修建雙線或多線船閘：

(1)單線船閘設(shè)計(jì)(實(shí)際)通過(guò)能力不能滿足設(shè)計(jì)水平年內(nèi)貨運(yùn)量需要;

(2)在運(yùn)輸特別重要的航道上，不允許因船閘檢修、沖沙和挖泥等因素造成航道斷航。

(3)運(yùn)量大、過(guò)閘繁忙的一線連續(xù)多級(jí)船閘，由于采用單線船閘的運(yùn)轉(zhuǎn)方式會(huì)延長(zhǎng)過(guò)閘時(shí)間、降低通過(guò)能力和過(guò)閘效率，可進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析和綜合研究，考慮建雙線或多線船閘。葛洲壩水利樞紐布置示意圖

葛洲壩水利樞紐鳥(niǎo)瞰圖

長(zhǎng)江流出三峽，江面突然由二三百米展寬到兩千多米，出南津關(guān)（湖北宜昌附近）三千米的地方，被葛洲壩和西壩兩個(gè)小島將江面一分為三，分別叫做大江、二江、三江。被稱(chēng)作“萬(wàn)里長(zhǎng)江第一壩”的葛洲壩水利樞紐工程就建在這里，大壩全長(zhǎng)2561米，高70米。葛洲壩工程具有發(fā)電、改善航道等綜合效益。

工程主要建筑物有船閘、河床式廠房、泄水閘、沖沙閘、左岸土石壩和右岸混凝土重力壩。大壩兩側(cè)布置三江、大江兩線航道，航道與泄水閘之間分別布置二江及大江電廠。為了保證長(zhǎng)江航運(yùn)，在大江和三江上共建了三座船閘，大江一號(hào)船閘和三江二號(hào)船閘，閘室尺寸280*34*5米，可通過(guò)萬(wàn)噸級(jí)輪船和大型船隊(duì)，三江三號(hào)船閘，閘室尺寸120*18*4米，主要用于通過(guò)3000噸以下的客貨輪。

三、船閘級(jí)數(shù)具有下列情況之一時(shí)，應(yīng)考慮多級(jí)船閘方案：

(1)采用單級(jí)船閘受技術(shù)條件的限制，特別是受閥門(mén)水力條件和閘門(mén)技術(shù)條件的限制；

(2)受船閘所處位置的地形條件的限制，如地形較高，建單級(jí)船閘開(kāi)挖深度大，與樞紐中相鄰建筑物連接難以處理等；

(3)地質(zhì)條件限制，興建高水頭單級(jí)船閘有困難；

(4)河流缺水，需要節(jié)省船閘耗水量，建省水船閘又不經(jīng)濟(jì)時(shí)。

單級(jí)船閘與多級(jí)船閘的水頭也無(wú)明確界限，一般可按下述范圍考慮：

H≤20m，單級(jí)船閘(H為水頭)；

20m＜H≤40m，單級(jí)或雙級(jí)船閘；

H＞4Om，雙級(jí)或多級(jí)船閘。連續(xù)多級(jí)船閘是超高水頭船閘形式之一，可適應(yīng)各種水頭。缺點(diǎn)：可靠性差、船舶過(guò)閘時(shí)間長(zhǎng)、通過(guò)能力小、停航檢修幾率多等。在重要航道上建連續(xù)多級(jí)船閘，應(yīng)考慮同時(shí)興建雙線。長(zhǎng)江三峽樞紐雙線連續(xù)五級(jí)船閘

三峽船閘位于海拔262.48m的壇子嶺左側(cè)，是在花崗巖山體中開(kāi)挖形成的人工航道，最大挖深176m，航線總長(zhǎng)6442m，由上游引航道（2113米）、閘室主體段（1621m）、下游引航道（2708m）、地下輸水系統(tǒng)和山體排水系統(tǒng)等組成。到2009年三峽蓄水到175米時(shí)，水位落差達(dá)113米，采用連續(xù)梯級(jí)船閘可以將上百米水位差分級(jí)減小。船舶從上游過(guò)壩下行，打開(kāi)第一號(hào)閘室的上閘門(mén)，使閘內(nèi)水位與上游水位齊平，船進(jìn)入，關(guān)閉下閘門(mén)，從閘內(nèi)放水，與第二號(hào)閘室水位齊平時(shí)，打開(kāi)下閘門(mén)，船舶駛?cè)氲诙?hào)閘室。依次類(lèi)推，直駛?cè)胂掠?。如果船由下游向上駛，上述過(guò)程相反。通過(guò)一次五級(jí)船閘，大約需要2－3個(gè)小時(shí)。緊閉的閘門(mén)。五級(jí)船閘共有12道閘首24扇鋼鐵巨門(mén)，每扇門(mén)高38.5米、寬40.4米，重達(dá)1700噸，相當(dāng)于4個(gè)藍(lán)球場(chǎng)大。

船閘閘室：三峽共有10個(gè)閘室，每個(gè)閘室有效長(zhǎng)度280米，凈寬34米，可過(guò)萬(wàn)噸級(jí)船隊(duì)，年單向通航能力5000萬(wàn)噸。

設(shè)中間渠道的多級(jí)船閘是多級(jí)船閘中的另一種型式。根據(jù)船舶所處地區(qū)的地形、地質(zhì)等條件，可在各閘室間設(shè)中間渠道以過(guò)渡。設(shè)中間渠道的兩級(jí)船閘四、船閘設(shè)計(jì)水位1、上、下游設(shè)計(jì)最高水位

船閘作為樞紐建筑物的一部分擔(dān)負(fù)著擋水作用，其洪水標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與樞紐其它建筑物一致。因此，對(duì)非溢洪船閘上游設(shè)計(jì)最高水位通常采用水利樞紐的校核洪水位（即正常運(yùn)用洪水位）；而對(duì)于一些允許溢洪的山區(qū)船閘，為了降低工程造價(jià)，上游最高水位可取和上游最高通航水位相同的標(biāo)準(zhǔn)。

船閘下游設(shè)計(jì)最高水位可采用樞紐最大下泄流量相應(yīng)的下游最高水位。

2、上、下游設(shè)計(jì)最高通航水位

船閘設(shè)計(jì)最高通航水位是船閘正常運(yùn)用的上限水位，又是船閘建筑物的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之一。