三峡升船机和船闸1

1、三峡船闸和升船机【摘要】 本文介绍关于三峡的通航问题，主要是介绍其双线五级船闸以及升船机。介绍了三峡双线五级船闸的总体设计及总体布置，高水头船闸的输水问题，大型人字门，以及升船机的总体布置、结构和特点。【关键词】 三峡通航；双线五级；船闸设计；升船机前言长江是世界的第三大河，是我国第一大河，是我国主要的运输河流，客货运输密集。长江为级航道，常年通航，年运量约占全国内河总运量的80%。在三峡工程修建以前，上游从宜昌至重庆长约660km河道，滩险众多，水流条件复杂，最大只能通航由800吨至1000吨驳船组成的3000吨级船队，航道年单向通过能力仅约1000万吨。三峡工程建成后，上游库区航道，通航条

2、件得到根本改善，万吨级船队每年约有一半时间，可以从下游直达重庆九龙坡港；大坝下游航道，通过枢纽流量调节，枯水期航道的通航条件，得到了显著改善，长江中、上游航道的通过能力，年单向可提高到5000万吨。由于三峡工程的特殊地理位置，保障其通航是相当重要的。高坝通航建筑物常见有船闸和升船机两大类。对于高中水头(4080m)和超高水头(80m以上)，往往不再考虑单级船闸而采用多级船闸或升船机方案。目前，最高水头的单级船闸为前苏联在额尔齐斯河上修建的石山口船闸，总水头42m；最高水头的多级船闸为我国三峡五级船闸，总水头113m。三峡工程全称为长江三峡水利枢纽工程，整个工程包括一座混凝土重力式大坝，泄水闸，

3、一座堤后式水电站，一座永久性通航船闸和一架升船机。三峡工程建筑由大坝、水电站厂房和通航建筑物三大部分组成。通航建筑物位于左岸，永久通航建筑物为双线五包连续级船闸及全平衡齿轮爬升式垂直升船机。1、船闸三峡船闸是三峡水利枢纽发挥防洪、发电、通航三大效益的主要建筑物之一。船闸在坝址左岸深切开挖的岩槽中修建，开挖边坡的最大高度达170m。三峡船闸主要建筑物的等级为级，设计总水头113m，最大通航流量56700立方米每秒，闸室有效尺寸按照通过万吨级船队设计，为280m×34m×5m（长×宽×槛上最小水深）。该船闸是目前世界上在满足船闸上、下游通航条件、解决闸室快速

4、安全输水和解决船闸结构技术方面难度特大，具有相当复杂技术条件。每线船闸由上下游引航道及其导航、靠船建筑物及主体结构段的6个闸首，5个闸室组成,两线船闸中间留有底宽为57m的岩体隔墩。船闸的主体建筑物，布置与深切挖的闸槽中，均为分离衬砌式结构。船闸几个参数：一至五闸首闸顶高程分别为185m、179m、160m、139m、116.67m。一至五闸室结构段长分别为265m、263.5m、265.5m、265.5m、254.2m。一至五闸室墙顶高程分别为179m、160m、139m、116.67m、96.62m。三峡船闸总体布置图输水主廊道分别布置在南北边坡及中隔墩岩体内。上游正向进水箱涵对称船闸中心

5、线布置在引航道底部，输水系统的泄水，为两条横穿隔流堤的泄水箱涵，将闸室水体直接泄入长江，并在六闸首闸墙内布置辅助泄水廊道。每条输水主廊道设有6组阀门井，门井均在岩体内开挖，钢筋混凝土衬砌形成。三峡船闸主体结构布置图三峡船闸自上游至下游依次布置一闸首事故检修门及其桥式启闭机，一至六闸首人字门及其液压启闭机，六闸首下游浮式检修门；人字门高度37.5-38.5m，单扇闸门的宽度20.2m，一闸首人字门的最大淹没水深35m。输水系统依次布置有进水口拦污栅、各级输水反弧门及液压启闭机、输水反弧门的上下游检修闸门、六闸首辅助泄水廊道工作阀门及启闭机和上游检修闸门；输水反弧门孔口尺寸，一、六闸首为4.5m&

6、#215;5.5m（宽×高），二至五闸首为4.2m×4.5m（宽×高）。人字门采用卧缸液压启闭机启闭，输水反弧门采用竖缸液压启闭机启闭，两套设备共用一套液压系统。三峡船闸最大的输水水头为45.2m，充、泄水体大，要求的输水时间短、闸室水面上升速度快，因此解决闸室输水问题的难度很大。为解决闸室快速充、泄水的问题，采取了以下技术措施。三峡船闸输水系统主廊道与船闸的主体结构分开，在两侧山体中布置隧洞，方便地降低阀门段廊道高程，提高廊道输水的空化数。在阀门后，廊道采用顶部逐渐扩大，与底部突然扩大相结合的体型进一步提高水流的空化数。采用快速开启阀门，并采取在阀门的门楣和在阀

7、门后底槛上进行通气，以及采用全包式阀门和不锈钢阀门面板等有效防止在廊道阀门发生气蚀的技术措施。船闸输水系统在闸室内布置与闸室水体中心对称轴对称的4区段8条分支廊道等惯性分散出水孔，并在出水孔上设消能盖板 。采用提前关闭输水阀门措施，控制了闸室的超灌、超泄，并在六闸首设置短廊道泄水，保证五闸室泄水后，水位能与下游引航道的水位齐平。三峡船闸人字门的最大高度38.5m，最大单扇门重850t， 最大淹没水深36m， 最大启闭力2700kN，如此大的闸门带来的问题是严峻的。人字门在设计时优化了门的结构，充分利用了材料的本身性能，并且采用大行程卧缸直连式无级变速液压启闭机和自润滑材料，使得闸门的问题得到较

8、好的解决，使之运行时安全可靠。三峡双线五级船闸是目前世界上设计水头最高，船闸规模巨大、技术复杂。在船闸设计过程中，通过自主科技创新和借鉴国内外工程经验、采用先进技术，成功地解决了遇到的各种技术难题。三峡船闸的设计和建成，在促进长江航运高速发展的同时，在河道地形和水、沙条件复杂，设计水头较高和基础较好的岩石基础上船闸技术的许多方面取得了突破和创新，促进了船闸工程技术的发展。2、升船机升船机是用机械方法将船舶从一水位河段提升或下降至另一水位河段，以克服航道集中水位落差的一种通航建筑物。大型升船机按承船厢运行线路，分为垂直升船机和斜面升船机两类。垂直升船机是承船厢沿垂直方向升降的升船机，主要有平衡重

9、式、浮筒式和水压式3种。斜面升船机就是沿斜坡轨道运行，又分为纵向斜面升船机和横向斜面升船机。由于升船机具有过坝时间短，适应水头大，投资小及节水等优点，近几十年来，并伴随着机械制造和自动控制技术的发展，在国内外高坝通航建筑物中升船机的建设规模越来越大，形式亦越来越新颖，所采用的技术越来越先进。垂直升船机是三峡水利枢纽的永久通航设施之一, 其主要作用是为客货轮和特种船舶提供快速过坝通道, 与双线五级船闸联合运行, 加大枢纽的航运通过能力和保障枢纽通航的质量。三峡升船机采用齿轮齿条爬升平衡重式垂直升船机为国内首次,其过船规模为3000t级, 最大提升高度113m, 上游通航水位变幅30m, 下游通航

10、水位变幅11.8m, 下游水位变率±0.5m /h。该升船机具有提升高度大、提升重量大、上游通航水位变幅大和下游水位变化速率快的特点, 是目前世界上技术难度和规模最大的升船机。升船机布置在枢纽左岸7、8号溢流坝段之间, 由上游引航道、上闸首、船厢室段、下闸首和下游引航道等组成。在上下游引航道中设置隔流堤主要是阻隔主流, 形成静水航道，让船只能够安全进出。升船机与船闸共用上游引航道, 上游引航道处于上游隔流堤以内, 在汛期被隔流堤与河床主流隔开, 成为独立的人工航道。上游隔流堤位于升船机右侧, 总长度2674m, 堤顶高程150m。下游引航道右侧设有长约3550m的隔流堤, 以, 堤顶

11、高程为76m-78m。上闸首兼有挡水坝段及升船机闸首双重功能, 在正常运行工况下适应枢纽上游30m的水位变化。上闸首沿顺水流方向分别设有挡水门、辅助门和工作门。上闸首工作闸门的泄水系统, 设于右边墩工作门和辅助门之间的外侧, 经阀门室垂直向下, 最后进入冲沙闸的左边墙, 可将水泄入冲沙闸的消力池。整体抗滑稳定计算采用刚体极限平衡法, 辅以有限元数值分析法，在各种工况下计算的抗滑稳定安全系数均满足要求。下闸首采用分离式结构型式，长37.15m, 宽58.4m, 其中中间航槽宽18m, 右边墙因布置检修门门库, 局部加宽4.8m, 闸面高程84.5m, 航槽底板高程58m, 建基面高程47.5m,

12、 由于工作门采用下沉式方案, 工作门槽部位局部下41.5m。下闸首右边墩内设有集水井, 相应设置抽水泵房和抽水泵。下闸首以下为下游引航道,左侧直接与下游引航道的导航墙连接, 右侧与下游辅导墙连接。船厢采用盛水结构与承载结构合为一体的自承式结构形式, 总长132m、标准段宽23m、高10.5m，有效水域为：120m × 18m × 3.5m。船厢结构、设备和标准水深的水体总质量约15500吨, 其中结构和设备质量约6830吨。承重塔柱结构对称布置在升船机中心线两侧,每侧塔柱由“墙-筒体-墙-筒体-墙”组成, 塔柱总长119m, 总宽16m, 总高146m。塔柱结构主要考虑自重

13、、风荷载、温度作用、地震作用、船厢运行和事故荷载等, 按限裂设计。三峡船闸从2003年投入使用到现在建筑物和设备都工作正常，运行实践证明，船闸设计是合理、可靠的。升船机正在建设中，预计将在2014年底建成，2015年投入运营。但是近几年长江航运的发展已经快要达到三峡通航能力瓶颈，已经超出了三峡原本预计的通过能力，将来升船机的建成将会缓解通航压力。三峡在建设过程中碰到的种种工程难题得到较好的解决，为我国的工程建设积累了相当大的一笔珍贵经验。【参考文献】1朱虹,邓润兴.三峡升船机总体布置设计J.人民长江,2009,第40卷（23期）2钮新强,宋维邦.三峡船闸的主要技术特色J.湖北水力发电,2007,第5期3钮新强,童 迪,宋维邦.三峡工程双线五级船闸设计J.中国工程科学,2011,第13卷(7期)4何军红,李 皓,康凤举,张东江,史忠科.三峡五级船闸运行系统仿真技术研究J.计算机仿真,2001,第18卷（3期）5金一心.升船机适用条件的研究J.水运工程,2006,第10期6钮新强,宋维邦.双线五级船闸为什么布置在左岸山体中N