一种中高水头碍航船闸改扩建工程基于双层廊道的新船闸取水系统

摘要

本发明公开了一种中高水头碍航船闸改扩建工程基于双层廊道的新船闸取水系统，其在保留老船闸上闸首进水方式的基础上，新建输水廊道通过老船闸闸室内取水，从而代替常规船闸单层廊道进水口取水方式，同时在新建船闸上闸首处使新增输水廊道出水口与新建船闸上闸首正面进水口平顺联接。本发明通过采用老船闸内双层廊道取水方法，解决了在船闸输水过程中，新建船闸上游引水渠(原保留的船闸)内流速较大，并将引起一定的振荡波，影响船舶进闸通行安全问题，避免了延长船舶进入上游老船闸的等待时间这一瓶颈，增加了船舶过闸次数。

说明书

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，具体涉及一种中高水头碍航船闸改扩建工程基于双层廊道的新船闸取水系统。

背景技术

随着我国经济的高速发展，水运的运输量也高速增长，如“十五”期间，我国水路运输货运量、货物周转量年均增长6.7％、6.6％。2005年，水路运输货运量和货物周转量占各种运输方式总运量的比重分别达到11.8％和61.9％。为了满足货物运量的增加，需要在提高原来通航设施通过能力的基础上，扩建新的通航建筑物。国外尤其是欧美国家，在建设通航枢纽时一般都规划有二线甚至三线通航设施的位置，或者先建设一个主船闸和一个或两个规模小一些的辅助船闸(其闸室宽度与主船闸一致，而长度要短于主船闸)，等到货运量增长到一定程度后，再对辅助船闸进行扩建改造(主要是延长其闸室长度)，使其规模与原主船闸一致从而达到扩能的目的。在我国，限于当时的技术和经济水平，有相当一部分工程和枢纽没有留下建设二线通航设施的位置(有些甚至就是碍航闸坝)，对于这一类工程和枢纽是不能通过采用建设二线通航设施来提高其通过能力的。目前的做法之一是将老船闸改造为新船闸引航道的一部分，在老船闸上游或下游衔接一个新船闸。但由此而产生的难点问题是新建船闸输水系统的取水问题，一般中高水头船闸均为分散式输水系统，若老船闸原有的输水系统不加改造就作为新建船闸的取水系统会出现以下问题：(1)新建船闸尺度大大增加，若仅靠老船闸原有输水系统将大大增加对新建船闸的输水时间，(2)在新建船闸输水过程中，老船闸的分散输水系统使得新建船闸上游引水渠(原保留的船闸)内流速较大，并将引起一定的振荡波，影响船舶进闸通行安全问题，因此仍需延长船舶进入上游引水渠的等待时间，或者考虑关闭原船闸上闸门方式，这既存在安全问题，也增加船舶的过闸时间，降低了碍航船闸改扩建 的效果。

研究表明，水电枢纽下的老船闸改扩建工程，新建船闸输水系统的进水对于工程效果的发挥至关重要。为此，针对新老船闸首尾紧密衔接的改扩建工程，新闸的进水口必须经过老船闸，新闸的取水传统方法一般为以下两种：方法①新建船闸输水系统由老船闸上闸首取水，即将老船闸的输水廊道打通，并对老船闸上闸首进水口顶部消能盖板进行加固封闭。方法②新建船闸的输水系统进水口直接布置在其上闸首处，即从老船闸闸室内取水，不利用原有船闸的输水系统。对于方法①因受老船闸输水廊道尺度限制，充水速度较慢，难以满足设计的输水时间要求，且相差较大，因此该方法是不可行的。对于方法②虽然比较容易满足设计输水时间的要求，但是由于充水流量较大，充水时将导致老船闸闸室内的水流条件非常差，产生往复流、较大水位波动以及水跃等不良水力现象，很难满足船舶安全航行要求，进而增加了船舶的候闸时间。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种中高水头碍航船闸改扩建工程基于双层廊道的新船闸取水系统，解决了老船闸原输水系统取水口尺度不足以及在新建船闸输水过程中老船闸的分散输水系统使得新建船闸上游引水渠(原保留的船闸)内流速较大，并将引起一定的振荡波，影响船舶进闸通行安全问题，避免了增加船舶的过闸时间，充分发挥了碍航船闸改扩建的效果，同时又充分的利用老船闸输水系统，节约工程投资，降低运行成本。

一种中高水头碍航船闸改扩建工程基于双层廊道的新船闸取水系统，包括现成的老船闸输水廊道以及新开凿的上层输水廊道；其中：

所述的上层输水廊道设于老船闸闸室底部且位于老船闸输水廊道上方，其下游出水口至新船闸上闸首处并与新船闸上闸首进水口平顺联接；上层输水廊道顶部布置有多个进水孔，使得上层输水廊道通过这些进水孔向老船闸闸室取水；

所述的老船闸输水廊道通过改造，利用其顶部原有的多个出水孔向上层输水廊道充水。

所述老船闸输水廊道的下游出水口封闭。

优选地，所述的上层输水廊道中间沿输水方向设有一排导流墩，使得上层输水廊道整体被分为部分连通的两支廊道；能够使水流相对分散。

优选地，所述的进水孔为狭长矩形，能够避免闸室内顶面直接大流量进水引起一定的振荡波。

优选地，所述的进水孔上设有挡水罩，该挡水罩对应矩形进水孔长边的两侧透空，挡水罩另外两侧以及顶面均采用封闭设计；保证了新增廊道顶部为侧向进水，避免闸室内顶面直接进水引起一定的振荡波。

优选地，所述挡水罩透空的两侧设有拦污栅，能够有效阻挡污垢进入输水廊道。

进一步地，所述的上层输水廊道中间沿输水方向设置的导流墩采用等距间隔的椭圆形立柱。

进一步地，所述的上层输水廊道采用钢筋混凝土结构，且与老船闸闸室底板重新浇筑的部分形成矩形框架。

进一步地，所述的上层输水廊道两侧壁墙的竖向钢筋部分钻孔锚固于老船闸闸室底板内且伸缩缝处增设一道W型复合铜止水。

所述的老船闸闸室作为新船闸的引航渠道，新船闸与老船闸首尾紧密衔接，老船闸输水廊道通过上层输水廊道与新船闸上闸首进水口平顺联接。

本发明基于老船闸原有输水系统为长廊道分散式输水系统，老船闸闸室内有足够的输水及通航水深，故老船闸原有结构型式具备上述增设新结构条件。

本发明在保留老船闸上闸首进水方式的基础上，新建输水廊道通过老船闸闸室内取水，从而代替常规船闸单层廊道进水口取水方式，同时在新建船闸上闸首处使新增输水廊道出水口与新建船闸上闸首正面进水口平顺联接。

由此，本发明中高水头碍航船闸改扩建工程双层廊道取水结构有效提高了输水系统取水建筑物的效能，进而增加了碍航船闸改扩建的效果；该取水结构既增加了新建船闸输水系统的进水量，又有效的避免了闸室内取水引起的老船闸闸室内的振荡波，同时充分利用老船闸现有的输水系统，节约工程投资，降低运行成本。具体地，本发明具有以下有益技术效果：

(1)本发明通过采用老船闸闸室内双层廊道取水结构，充分的利用老船闸 现有的输水系统，节约工程投资，降低运行成本。

(2)本发明双层廊道取水结构解决老船闸原输水系统取水口尺度不足，缩短了新建船闸的输水时间。

(3)本发明采用老船闸闸室内双层廊道取水结构，有效降低了输水过程中，新建船闸上游引水渠(原保留的船闸)内流速过大，避免了老船闸闸室内振荡波的产生，进一步缩短船舶候闸时间，充分发挥了碍航船闸改扩建的效果。

综上所述，本发明具有结构简单、施工方便，能有效利用原有设施，可显著节约工程投资，并提高了工程安全性，具有很好的应用前景。同时，本发明可以较好地解决老船闸改扩建工程新建船闸输水系统取水的难题，可缩短输水及船闸候闸时间，节约工程投资并降低运行成本。

附图说明

图1为本发明新船闸取水系统的整体结构示意图。

图2为图1沿AA方向的截面示意图。

图3为图1沿BB方向的截面示意图。

图4为本发明新输水廊道顶部进水孔的挡水结构示意图。

图5为老船闸上闸首进水口水流的流态图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

本实施例展示了一种中高水头碍航船闸改扩建工程双层廊道取水方案，廊道布置如图1和图2所示，上游进水口在保留原有船闸上闸首顶面格栅进水的基础上，在原闸室中底板廊道上方新增一层两支输水廊道，两支廊道中间部分连通，廊道顶布置4个狭长矩形进水孔，至新建船闸上闸首处与新建船闸上闸首正面进水口平顺联接。

本实施方式通过老船闸输水系统进水口和老船闸闸底廊道上方新布置的廊道的顶部进水孔同时进水，将传统的单层进水方式改为老船闸闸室内上下双层进水，上层输水廊道出口即为新建船闸输水系统进口。老船闸原输水系统不变， 在其原分散出水口上方再增设一层两支输水廊道，新增输水廊道在顶板处设置4个狭长矩形进水孔，并在进水孔上方加设侧面透空混凝土挡水板及拦污栅，保证新增廊道顶部为侧面进水及垃圾等进入廊道，避免闸室内顶面直接进水引起一定的振荡波。

如图3所示，老船闸闸底廊道上方新布置的上层廊道孔口为矩形断面结构，断面尺寸为2×4.0×4.5m，顶板顶高程为8.5m，顶板厚1.5m，两侧墙厚为1.0m，廊道中间采用间隔布置的椭圆形立柱分隔，立柱尺寸为4.5×4×1.4m。如图4所示，在上层廊道顶板上开设4个矩形进水孔，孔口尺寸为6.0×0.75m，为保证新增廊道顶部进水孔上方水流流态平缓，在每个孔口上方设置一个透空混凝土挡水板，挡水板尺寸为7.5×2.35m。

新增上层输水廊道为钢筋混凝土结构，与老船闸底板重新浇筑的部分形成矩形框架。新增上层廊道采用C₉₀35高标号抗磨蚀混凝土，两侧墙竖向钢筋需部分钻孔锚固于老闸混凝土底板内，伸缩缝处增设一道W型复合铜止水。

本实施方式双层廊道取水结构，代替常规船闸单层廊道进水口取水方式，同时在新建船闸上闸首处新增输水廊道出水口与新建船闸上闸首正面进水口平顺联接。

为缩短输水及候闸时间，减小船闸输水过程中，老船闸内流速，避免老闸室内振荡波。本发明根据闸室输水水力特性计算结果，结合规范和设计要求，综合考虑多种因素，通过对比分析三种方案的可行性，从而提出适合的输水系统进水布置方式，以便对所选方案进行输水系统水力学物理模型试验研究。

与现有传统技术方法对比，即与方法①直接利用老船闸的输水系统进水和方法②直接在新建船闸上闸首布置进水口对比，本发明通过老船闸输水系统进水口及老船闸闸底廊道上方新布置的廊道的顶部进水孔同时进水，控制新增输水廊道顶进水孔面积及其分布，控制两处并联进水的流量分配，既保证老船闸闸室内的水流条件，又解决了老船闸现有廊道尺度的限制，满足了设计输水的时间要求。

图5为老船闸上闸首进水口水流流态物理模型实验照片，船闸最大设计水头充水阀门采用tv＝3min匀速开启时，老船闸上闸首进水口流态较好，未见表面旋转水流，能够满足船闸安全运行要求。

上述的对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，只要采用双层廊道取水方法，对其中的新、老廊道尺寸、新增廊道进水口设置进行局部修改，老船闸为其他类型的分散输水系统等进行适当修改的技术方案均落在本发明要求的保护范围内。