韩江某枢纽船闸总体设计

1、航道工程课程设计航道工程课程设计题目： 韩江某水利枢纽船闸总体设计 学院：船舶工程学院专业： 港口航道与海岸工程学号： 2013012206姓名： 焦立冬日期： 2017年1月 目 录1 设计基本资料11.1 设计背景11.2 设计标准、规范11.3 地形地质11.4 特征水位11.5 设计船型21.6 通过能力22 船闸总体规划与布置32.1 船闸规模32.1.1船闸线数与级数32.1.2 船闸的初步设计32.1.3船闸闸首尺寸的确定52.2 船闸引航道布置62.2.1 引航道平面布置形式72.2.2 引航道尺寸计算72.3 船闸各部分高程的确定92.3.1 闸门顶高程92.3.2 闸室墙顶

2、高程92.3.3 闸首墙顶高程92.3.4 闸首门槛顶和引航道底高程92.3.5 闸室底板高程102.3.6 导航建筑物和靠船建筑物顶高程及引航道堤顶高程102.4 船闸通过能力计算102.4.1 过闸时间102.4.2 船闸通过能力122.5 船闸耗水量计算122.6 船闸总体布置原则133 船闸输水系统、闸首结构及边墩初步设计143.1 输水系统的设计要求153.2 输水阀门处廊道断面面积153.3 闸首结构初步设计153.4 边墩设计163.5 闸室结构形式初步设计164 船闸附属设施布置164.1 系船设备164.2安全防护和检修设备174.3 信号和标志174.4 环境保护174.5

3、 消防和救护175 船闸布置图185.1 船闸总平面布置图185.2 船闸纵断面布置图19IVII1 设计基本资料1.1 设计背景 韩江流域某供水枢纽工程位于广东省潮州市，流域下游两溪口河段内。坝址上距潮州市约4.0km，枢纽所处韩江航道连接汕头市、揭阳市、潮州市等粤东重要城市。该枢纽船闸是枢纽的通航建筑物，是韩江航运的重要保障。根据广东省内河航运规划，枢纽所在河段的航道等级为V（3）级，通航300t船舶。1.2 设计标准、规范1、船闸总体设计规范，JTJ305-2001，人民交通出版社2、内河通航标准，GB50139-2004，中华人民共和国建设部3、船闸闸阀门设计规范，JTJ308-200

4、3，人民交通出版社4、船闸水工建筑物设计规范，JTJ307-2001，人民交通出版社5、船闸输水系统设计规范，JTJ306-2001，人民交通出版社6、渠化工程，刘小平、陶桂兰主编，人民交通出版社7、航道工程学，程昌华主编，人民交通出版社8、航道工程学（），詹世富主编，人民交通出版社9、港口工程制图标准，JTJ206-96，人民交通出版社1.3 地形地质 河床覆盖层主要为砂卵砾石，左岸及右岸阶地宽阔，中部为粘土、粘质粉土，下部为沙卵砾石层。 坝址下伏基岩主要为第三系砂岩、泥岩类，岩层 产状相对较稳定。1.4 特征水位上游最高通航水位(P=10%) 11.5(m)；下游最高通航水位(P=10%)

5、 11.3(m)；上游最低通航水位(P=98%) 8.5(m)；下游最低通航水位(P=98%) 2.7(m)；正常蓄水位 11.5(m)。1.5 设计船型设计船型一共有两种：第一种为300吨驳船，尺度(长×高×设计吃水)为35.0×9.2×1.3；第二种为100吨驳船，尺度(长×高×设计吃水)为25.0×6.3×1.0。1.6 通过能力 船闸年通过能力为520×104t。2 船闸总体规划与布置2.1 船闸规模2.1.1船闸线数与级数 根据设计资料，所设计船闸设为单级船闸。单线船闸能够满足设计水平年内的运输

6、要求，所以计船闸采用单线型式。2.1.2 船闸的初步设计 根据设计资料，参考内河通航标准，现拟定三种过闸船队组合：表2.1过闸船队组合一览表船舶吨级(t)船队尺度（长×宽×设计吃水）(m)代表船队1200184×9.2×1.31400197.0×12.6×1.0 (1)闸室有效长度闸室有效长度，是指船舶过闸时，闸室内可满足设计最大船队安全停泊的长度。由船闸总体设计规范可知，船闸闸室有效长度按式(2-1)计算： (2-1) 式中：闸室有效长度(m)； 设计船队、船舶计算长度(m)，取195m； 闸室富裕长度(m)，顶推船队2+0.06l

7、c；取13.8m所以：闸室有效长度，根据内河通航标准，考虑到可以借用部分闸首长度取。 (2)闸室有效宽度闸室有效宽度，是指闸室内两侧墙面最突出部分之间的最小距离。由船闸总体设计规范可知：闸室有效宽度应按式(2-2)(2-3)计算： (2-2) (2-3) 式中：Bx船闸闸首口门和闸室有效宽度(m)； 同一闸次过闸船舶并列停泊于闸室的最大总宽度(m)。设计 船型总宽度为6.3×2=12.6m； bf 富裕宽度(m)； 富裕宽度附加值(m)，当时，取1.2m； n闸室中的船队列数，为2。 ； 。 据内河通航标准，级船闸两排两列过闸闸室有效宽度取Bx=18m。(3)门槛最小水深 门槛最小水

8、深指在设计最低通航水位时满足设计船舶正常通航的门槛上的最小水深，与船队（舶）进闸速度最大吃水有关。由船闸总体设计规范可知，门槛最小水深应按式(2-4)计算： (2-4) 式中：H门槛最小水深(m)； T设计船队满载时的最大吃水(m)，取1.3m。 所以1.6×1.3m=2.08m。根据内河通航标准，当设计船闸等级为级，门槛水深不应小于2.5m，取门槛水深为2.5m。(4)船闸最小断面系数在确定船闸基本尺度时，为避免船舶碰底，设计的船闸基本尺寸还应满足船闸最小过水断面的断面系数n的要求。由船闸总体设计规范可知，n应按式(2-5)计算： (2-5) 式中：最低通航水位闸室过水断面面积(m

9、2)； 设计船队满载吃水时船舯断面水下部分的最大断面面积(m2)。 =18×2.5=45m2； =6.3×2×2=25.2m2； n=/=45/25.2=1.79，满足要求。2.1.3船闸闸首尺寸的确定(1)船闸闸门设计根据船闸闸阀门设计规范（JTJ308-2003）中的规定，船闸闸门和阀门的型式，应根据通过能力、通航净空、孔口尺寸、水位组合、水力学条件和水工建筑物型式等因素，通过技术经济综合比较选定。本设计采用人字闸门。 1)门扇长度ln。指门扇两端支垫座接触面积间的距离，按式（2-6）计算： (2-6) 式中：Bk闸首的口门宽度（m）；本设计为18m； m门扇

10、支撑点至闸室边闸墙的垂距，根据规范取1m； 门扇面与船闸横向中心线夹角，根据规范取22.5°。 ，取10.9m。 2)门扇厚度。按主横梁中部界面高度，按式（2-7）计算： (2-7)，取1.20m； 3)门扇高度h。按式（2-8）计算： = + ± (2-8) 式中：H船闸设计水头，本设计的船闸设计水头为7.8m； Hk门槛水深，取3m； k门板顶部超高，设计取0.3m； m闸门底部和门槛的距离，设计取0.2m。所以：上游闸门h=10.9m，下游闸门h=11.3m 4)闸首宽度 由航道工程学相关内容，船闸闸首一般设有输水廊道、闸门、阀门、闸阀门启闭机械及其相应的设备等。因此

11、闸首布置及尺寸与所选的闸门形式、输水系统及有无帷墙等有密切关系。闸首宽度由闸首口门宽度与闸首结构确定。边墩宽度取2-3倍输水廊道宽度10米，所以确定闸首宽度为45米。(2)闸首长度确定根据船闸总体设计规范人字闸门闸首长度按式(2-9)(2-10)(2-11)计算： (2-9) 式中：L闸首长度(m)； l1门前段长度(m)，采用人字闸门，取为1m； l2门龛段长度(m)； l3支持段长度(m)。 (2-10) 式中：Bc闸首的口门宽度(m)，为18m； d门龛深度(m)，一般为门厚加0.40.8m，取1.6m； 闸门与船闸横轴线的夹角，根据规范取22.5°。 所以：11.7m （2-

12、11） 式中：H设计水头（m） 设计水头H为8.8m，取l3=3.5218.48=12.3m。所以：闸首长度。2.2 船闸引航道布置2.2.1 引航道平面布置形式引航道由导航段、调顺段、停泊段和制动段等组成。根据设计地点的地形特点及布置结构，同时为缩短船舶过闸时间，增大船闸通过能力，同时避免开挖面积过大，引航道平面布置采用反对称的布置型式。2.2.2 引航道尺寸计算引航道计算图示如图2.1。图2.1引航道各段计算图示 (1)引航道直线段长度L 由船闸总体设计规范规定，引航道由导航段、调顺段、停泊段和制动段等组成，其中直线段长度可按 (2-12) 式中：L引航道直线段总长度(m)； l1导航段长

13、度(m)； l2调顺段长度(m)； l3停泊段长度(m)。 其中： (2-13) (2-14) (2-15) 式中：设计最大船型船队长度（m），取=197m。 取l1=200m，l2=300m，=200m。所以：L=l1+l2+l3=200+300+200=700m。 (2)引航道过渡段长度l4及制动段长度l4¢¢当引航道直线段宽度与航道的宽度不一致时，需用渐变的方法将其连接起来，渐变连接的这一段引航道称为过渡段长度l4，根据船闸总体设计规范按式（2-16）计算： (2-16)式中：为引航道宽度与航道宽度之差，取6m，。制动段距离l4¢按式（2-17）计算： (2

14、-17)式中：为顶推船队制动距离系数，取2.54.5。 l4¢= 3×194=582m，取600 m。 为减少引航道的工程量，过渡段l4及制动段l4¢重合使用，取为600m。 (3)引航道直线段宽度 由船闸总体设计规范可知，反对称型引航道宽度应按式（2-18）计算： (2-18) 式中：B0最低通航水位时设计船队满载吃水船底处引航道宽度(m)； 设计最大船队的宽度(m)，取9.2m； 一侧等候过闸船队的总宽度(m)，取9.2m； 船队之间的富裕宽度(m)，取= bc=9.2m； 船队与岸之间的富裕宽度(m)，取=0.5bc=4.6m。引航道直线段宽度=9.2+9.

15、2+9.2+4.6=32.2m，取整为34m。(4)引航道口门区宽度由船闸总体设计规范，引航道口门区宽度不宜小于1.5倍引航道宽度，这里取为1.5倍引航道宽度，取51m。(5)引航道最小水深根据船闸总体设计规范，引航道最小水深按式(2-15)计算： (2-19) 式中：H0设计最低通航水位时，引航道底宽内最小水深(m)； T设计最大船队满载吃水(m)，为1.6m； ，取2.5m。2.3 船闸各部分高程的确定船闸高程包括船闸顶部高程和底部高程。船闸顶部高程包括门顶、墙顶、导航和靠船建筑物顶、堤顶等各部分。由于各部分建筑物的位置和作用不同，确定高程的依据也不同。船闸各部分高程参考船闸总体设计规范（

16、JTJ305-2001）中4.2.14.2.11中的有关规定计算确定。2.3.1 闸门顶高程工作闸门位于枢纽挡水前缘，其高程应满足枢纽挡水要求，不考虑防洪要求，采用上游设计最高水位加超高。根据船闸总体设计规范，船闸等级为级船闸，安全超高值取0.5m，闸门门顶高程为11.5+0.5=12m。2.3.2 闸室墙顶高程船闸闸室墙顶高程应根据过闸船舶安全停泊、通航和交通要求具体确定。为了避免船闸船舶在船闸涨、泄水时，船舷挂住墙顶造成事故，所以闸室墙顶高程由上游最高通航水位加超高值确定。查阅船舶有关规范，300吨级驳船空载干舷高度取为1.4m，闸室墙顶高程为11.5+1.4=12.9m。2.3.3 闸首

17、墙顶高程闸门墙顶高程根据闸门门顶高程、结构布置和构造、交通要求、临近挡水建筑物高程等确定。根据船闸总体设计规范，位于枢纽工程中的船闸上闸首墙顶高程应不低于闸门和闸室墙顶高程，取13m。2.3.4 闸首门槛顶和引航道底高程上、下游闸首门槛顶高程分别为上、下游设计最低通航水位减船闸门槛水深，代入数值计算分别为8.5-2.5=6m，2.7-2.5=0.2m。上、下游引航道底高程分别为上、下游设计最低通航水位减引航道设计最小水深，代入数值计算，上游引航道底高程为8.5-2.5=6m，下游引航道底高程为2.7-2.5=0.2m。2.3.5 闸室底板高程闸室内水位和闸首处水位相同，避免船舶入闸时发生触底危

18、险，根据船闸总体设计规范，船闸闸底板顶部高程不应高于船闸上下游闸首门槛顶部高程，分别为6m和0.2m，取为0.2m。2.3.6 导航建筑物和靠船建筑物顶高程及引航道堤顶高程上下游导航建筑物和靠船建筑物顶高程分别为上下游设计最高通航水位加超高。其超高值一般为设计船舶的最大空载干舷高度。上游：11.5+1.4=12.9m；下游：11.3+1.4=12.7m。 船闸各部分高程见下表：表2.2船闸各部分高程一览表序号部位高程(m)序号部位高程(m)1上游闸门顶128下游闸门顶122上闸首墙顶139下游闸首墙顶133上闸首门槛顶610下闸首门槛顶0.24上游导航墙顶12.911下游导航墙顶12.75上游

19、靠船墩顶12.912下游靠船墩顶12.76上游引航道底高程613下游引航道底高程0.27闸室墙顶12.914闸室底板顶0.22.4 船闸通过能力计算2.4.1 过闸时间由船闸总体设计规范，船队进出闸时间可根据其进出闸速度和运行距离确定。设计船舶过闸为直进曲出，考虑到船舶单向过闸与双向过闸情况不同，应对单向过闸和双向过闸方式分别计算，分别由式(2-15)和式(2-16)确定：T1=4t1+t2+2t3+t4+2t5 (2-20)T2=4t1+2t2¢+2t3+2t4¢+4t5 (2-21) 式中: T1单向一次过闸时间(min)； t1开门或关门时间(min)，由船闸启闭机设

20、计规范查得：设 计闸首口门宽度L=18m，启闭时间为2min； t2单向第一个船队进闸时间(min)； t3闸室灌水或泄水时间(min)，船闸灌泻水时间与输水系统型式、 闸室尺度以及设计水头有关。取为7min； t4单向第一个船队出闸时间(min)； t5船队进闸或出闸时间间隔(min)，无实测资料时取3min； T2双向一次过闸时间(min)； t2¢双向第一个船队进闸时间(min)； t4¢双向第一个船队出闸时间(min)。单向进闸距离是船队自引航道中停靠位置至闸室内停泊位置之间的距离。单向出闸距离为船队自闸室内停泊位置至闸首外侧之间的距离。单向进闸距离L1=200+1

21、8=218m；单向出闸距离L4=200+18=218m；查阅规范，单向进闸v2=0.5m/s ，单向出闸v4=0.7m/s；t2=218/0.5/60=7.27min；t4=218/0.7/60=5.19min；双向进闸距离是船队自引航道中停靠位置至闸室内停泊位置之间的距离。双向进闸距离L1¢=200+300+25=525m；双向出闸距离L4¢=200+300+25=525m；查阅规范，双向进闸 v2¢=0.7m/s ，双向出闸 v4¢=1.0m/s；t2¢=525/0.7/60=12.5min；t4¢=522/1.0/60=8.7m

22、in；综上：单向过闸时间T1=4t1+t2+2t3+t4+2t5=40.46min。 双向过闸时间T2=4t1+2t2¢+2t3+2t4¢+4t5 =68.4min。 过闸时间T=(T1+T2/2)/2=(40.46+68.4/2)/2=37.33min。考虑到过闸过程中可能有延迟，取39min。2.4.2 船闸通过能力 船闸通过能力由式(2-22)和式(2-23)确定： (2-22) (2-23) 式中：N年通航天数，N=350天； G次过闸船舶的平均载重吨位，根据过闸船队组合，取1200t级 船队比例为20，1400t级船队为80，取1360t； n日平均过闸次数，n=

23、22×60/39=33.8，取33次/日； n0日非运客、货船过闸次数，取5次； 船舶装载系数，与货物种类、流向和批量有关，可取为0.50.8， 取为0.6； 运量不均衡系数，一般取为1.31.5，这里取为1.4。船闸年通过能力P=(33-5)×350×1360×0.6/1.4=571×104t，满足年通过能力520×104t的要求，考虑到发展要求，在日后的运营中，应减小1200t船队的比例。2.5 船闸耗水量计算船闸耗水量按船闸总体设计规范规定，按式(2-24)和(2-25)计算： (2-24) (2-25) 式中：设计船闸一天平均

24、耗水量(m3/s)； V船闸一次过闸用水量(m3)； q设计闸门、阀门的漏水损失（m3/s）； e止水线每米上因渗漏所损失的水量m3/(m·s)。因为设计水头 为8.8m<10m，取0.002m3/(s·m)； u设计闸门、阀门止水线总长度(m)，为2倍闸门长度加上3倍 闸门高度。由船闸总体设计规范可知，单级船闸一次过闸用水量按式(2-26)计算：V0=CH (2-26) 式中：V0单级船闸一次过闸平均用水量(m3)； C闸室水域面积(m2)，计算方法为：上下闸首闸门之间的水域 长度(m)×水域宽度(m)=(25+210)×18=4230m2; H

25、计算水头(m)，采用上下游平均水位差,为3m。单级船闸双向一次过闸时，用水量为单向一次过闸用水量的一半。综上：V0¢=1/2V0V0=CH=4230×2.5=10575m3V0¢=12690/2=5287m3V0¢¢=1/2V0+1/2V0¢=7931m3u=(10.9×3+10.9×2)=54.5me=0.002m3/(m·s)=0.11m3/s0m3/s所以，船闸一天内平均耗水量为3.14m3/s。2.6 船闸总体布置原则 根据船闸总体设计规范：船闸在布置时应遵照综合利用、统筹兼顾的原则，正确处理船闸

26、与溢流坝、泄水阀、电站等建筑物的关系与矛盾，优化布置，以发挥最大的综合效益；根据国民经济的发展规划，做到近远期结合，既要满足设计水平年的通航需求，又要考虑远景发展，留有余地；在满足航运的要求下，应尽量选择经济合理，工程投资少，能就地取材，施工方便的方案；船闸在通航期内应有良好的通航条件，满足船舶安全迅速畅通过闸，并有利于运行管理和检修。综合分析，为保证通航条件，将船闸布置在河道的稳定凹岸，顺岸布置，这样可以减少泄水时水流对于船闸通航的影响。为减小占地面积，减少工程量，采用闸坝并列式布置，且船闸伸向坝轴线下游。船闸左侧与岸相接。引航道与上下游航道平顺连接。3 船闸输水系统、闸首结构及边墩初步设计

27、3.1 输水系统的设计要求船闸输水系统对船舶过闸时间有着较大的影响，输水系统的型式选择根据判别系数初步选定。由船闸输水系统设计规范，其中判别系数按式(3-1)计算： (3-1) 式中:m判别系数； H设计水头（m），最大设计水头取8.8m； T闸室灌水时间（min），由船闸输水系统设计规范取7min。根据判别系数m，设计船闸采用分散输水型式。分散输水形式可较大缩短闸室长度，节约工程成本，同时由于分散输水系统是通过长廊道输水，在闸室中部近 2/3 闸室长度短进行灌泄水。分散输水时闸室内水流平稳，改善了闸室内船舶停靠的泊稳条件。综上，设计采用分散输水系统。采用闸墙长廊道侧支孔出水。采用明渠消能，消能效果较好。3.2 输水阀门处廊道断面面积分散输水系统的输水阀门处廊道断面积，根据规范按式(3-2)算： (3-2) 式中：输水阀门处廊道断面面积(m2)； C计算闸室水域面积（m2），取闸室水域面积4230m2； Lc闸室水域长度（m），取235m； H设计水头（m），取8.8m。则：=19.2m2，取20m2。采用矩形廊道，廊道宽度取为4.5m。3.3 闸首结构初步设计船闸闸首一般设有输水廊道、闸门、阀门、闸阀门启闭机械及其相应的设备等，闸首的布置及尺寸与所选用的闸门形式、输水系统等有密切关系。闸首结构按其受力状态可分为整体式结构