物料周转箱第17卷 第1期 中 国 水 运 Vol.17 No.1 2017年 1月 China Water Transport January 2017
防盗收稿日期：2016-09-19
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作者简介：钱黎辉（1983-），男，江苏宜兴人，河海大学港口航道及海岸工程学士，中设设计集团股份有限公司（原江 苏省交通规划设计院），工程师，从事港口及航道工程设计。
钱黎辉
（中设设计集团股份有限公司，江苏 南京 210014）
摘 要：常规集中输水型式为两侧对称，对冲消能的型式，本文简要介绍小口门、低水头船闸采用单侧廊道集中输水的型式，结合工程实际对该输水系统型式进行了分析探讨。 关键词：船闸；输水系统；单侧输水
中图分类号：TV131.61 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2017）01-0184-03
一、工程概况
盘锦辽滨水城内外海枢纽控制工程位于辽宁省盘锦市辽东湾北岸，枢纽控制工程主要有海堤、节制闸、船闸等工程，是辽滨新城的基础工程。本工程通过围垦筑堤形成较大面积的封闭水域，即内港池，港内一部分范围吹填造地，为辽滨新城综合开发提供基础条件。外海则受潮汐影响，每天两次涨落潮，水位变化较大。为使船舶安全进出内港池，克服港池内外水位差，工程配套建设船闸一座。
二、基础资料 1．水文
本工程的特征水位详见表1，水位组合详见表2。
表1 特征水位表
特征水位 上游（内港池）
下游（外海）
高杨氏设计最高通航水位 ▽3.50 ▽4.25（高潮累积率10%） 设计最低通航水位
▽2.76
▽0.19（低潮累积率90%） 极端高水位 ▽5.40（100年一遇） 极端低水位
▽-0.50（50年一遇）
表2 水位组合表
组合情况 上游 下游 水位差 正向运用 3.50 0.19 3.31 反向运用 4.25 2.76 -1.49 检修期
3.00
0.19～4.25
闸室内无水
2．设计船型
根据辽滨水城项目总体规划，内港池配套规划游艇码头，港内通行船舶为游艇，设计代表船型为35m 长游艇，具体尺寸为35×7.4×2.0m（艇长×艇宽×吃水）。
三、船闸规模 1．闸室有效长度
闸室有效长度Lx 由下式计算： Lx=lc+lk
lc—过闸船舶或船队长度（m），根据规划游艇尺寸取35m；
lk—富裕长度（m），lk≥4+0.05lc。 计算确定Lx≥40.75m ，考虑加大富裕长度后取Lx=45m。
2．闸室有效宽度
闸室有效宽度Bx 由下式计算： Bx=Σbc+bf 式中：
bf=Δb+0.025（n-1）bc
bc—船舶宽度（m），取游艇宽度7.4m； bf—富裕宽度（m）；
Δb—富裕宽度附加值（m），当bc≤7m 时，Δb≥1m；bc>7m 时，Δb≥1.2m；
n—过闸停泊在承船室的船舶的列数，按一列船舶过闸，取1。
抗菌防臭袜Σbc —同一闸次过闸船舶并列停泊于闸室的最大总宽度，本船闸按一次只过一条船考虑，Σbc=bc
计算确定Bx≥8.6m，取Bx=9.0m。 3．门槛水深
门槛水深H 满足下式条件：
H≥1.6T
T—设计船舶、船队满载时的最大吃水（m） H≥1.6×2.0=3.2m。 4．规模确定
因本闸口门较小，考虑检修期通航需要，设计采用双线船闸共同布置于同一闸首闸室，即在两线之间设隔墙分开，但双线船闸位于同一水工结构上。两线船闸独立运行，每线采用单扇闸门启闭，单侧廊道输水。
综上所述，船闸规模确定为双线45.0×9.0×3.2m （闸室长×口门宽×门槛最小水深）。
四、输水系统设计 1．输水型式判别
按《船闸输水系统设计规范》（JTJ306-2001），输水型式可按输水系统判别系数：m=T/H ½进行判别选择。
式中：T—闸室灌水时间（min），本闸按5min 计
第1期 钱黎辉：船闸单侧廊道集中输水型式分析 185
H—设计水头（m），本船闸最大设计水头3.31m 则m=5/（3.31½）=2.75＞2.5
根据规范要求，输水系统类型采用集中输水系统。 2．工作闸门选择
本工程船闸位于海滨，受潮汐影响承受双向水头，承受双向水头的常规门型主要有三角闸门和横拉闸门。
三角闸门能在动水中启闭，在水头差较低时可利用门缝输水从而缩短运行时间，且后期维护费用相对低，但因门体尺寸大导致闸首结构尺寸大，工程费用较高。横拉闸门闸首结构短因而圬工量少，但横向门库较长、闸首结构不对称从而较复杂，且横拉门仅用于静水启闭，考虑本工程位于海滨受风浪影响，横拉门开启过程中稳定性差。
通过上述对比分析，三角闸门具有输水时间短、结构简单、使用维修方便等诸多优点，因此本工程选择三角闸门作为工作闸门。
3．输水系统布置
常规三角闸门启闭为双扇对开的方式，本船闸单线口门宽度为9.0m，在双线之间设置分隔墙隔开，类似将大口门船闸一分为二，每线采用单扇三角闸门启闭，即“单开门”的方式，同时在每线外侧布置输水廊道，采用单侧短廊道集中输水。
输水廊道尺寸为2.0×1.4m（宽×高，下同），进口、出口转弯段中心线曲率半径均为2.0m，输水廊道阀门处断面尺寸为2.0×1.4m，阀门布置在廊道出口段。同时为减小局部阻力系数，廊道进出口均进行修圆处理，修圆半径取0.15倍廊道宽度，具体布置见图1。
常规集中输水型式为两侧对称，进口进水后水平转弯，后在廊道出口对冲消能。单侧输水因不对称无法形成对冲，为增加消能效果，将输水廊道布置于门槛高程以下，从而在口门区范围形成消能室，消能室宽度较廊道宽度扩大为2.7m。同时廊道采用格栅进出水，因为单侧输水所以格栅采用等间距布置，不同于对冲消能式布置（中间密、两侧疏）。在消能室三分之一和三分之二宽度位置设置消力槛，两处消力槛不等高，兼起挑流作用，水流从环形廊道出来后遇消力槛往上挑，从顶面出流，尽量让水流在闸首口门范围内消耗能量，减少闸室水域内的紊流，具体布置见图2。另外，在靠闸室侧消能室正面开出水孔，正面出水孔压低布置，使闸室正面出水形成底流，避免形成顶流，减少对闸室停泊船舶的泊稳影响。（下转第188页）
图
1 输水系统平面布置图
图2 输水系统横断面图
188 中 国 水 运 第17卷
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（上接第185页）
4．水力计算
限于篇幅，水力计算过程不再描述，水力计算结果如下：正向设计最大水头3.31m工况，阀门开启时间为2min，闸室输水时间为300s，船舶在闸室内承受的最大水流作用力为2.1KN，闸室断面的最大平均流速为0.58m/s。反向设计最大水头1.49m工况，阀门开启时间为1.5min，闸室输水时间为210s，船舶在闸室内承受的最大水流作用力为1.36KN，闸室断面的最大平均流速为0.42m/s。
可见船舶在闸室内承受的最大水流作用力为2.1KN，小于船舶允许系缆力5KN。输水时间、断面最大平均流速均满足规范要求。同时上、下闸首输水廊道在设计最大水头的灌水中，阀门后廊道顶部不产生负压，不产生远驱式水跃。各工况闸室停泊条件、淹没水深均满足规范要求。
五、结语
scm435常规船闸集中输水系统设计一般采用短廊道对称布置、对冲消能的型式，本工程船闸结合项目特点，在口门较小、设计水头较小的情况下，将双线船闸“合并”在同一主体结构上，中间设置分隔墙形成双线船闸，每线采用单侧短廊道集中输水的非常规型式。并提出了将廊道下降形成消能室、顶面及正面出流等工程措施，开辟新的设计思路，可为今后类似船闸工程借鉴参考。
参考文献
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