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1、航运工程大作业 船闸设计报告书一、 设计资料1设计通航水位：上游 最高 30.5m 最低 24.5m 下游 最高 20.5m 最低 18.5m 2设计过闸船队：顶推船队3船队尺寸：238m23.6m2.5m（长宽设计吃水）4设计级别：三级5基础地质：软基6日平均过船次数n1820次，昼夜内费运货船过闸次数n035，一次平均过闸吨位G20002300吨，一年通航天数 N=280290天，船舶装载系数0.8，运量不均匀系数1.3 ，泄水时间 t3=8分。二、 设计依据船闸总体设计规范（JTJ305-2001）船闸设计规范（TJT261-266-87）船闸闸阀门设计规范（JTJ308-2003）船闸
2、输水系统设计规范（ JTL 306- 2001）内河通航标准（ GB50139- 2004）船闸电气设计规范（JTJ310-2004）水运工程混凝土施工规范（JTJ268-96）水运工程混凝土质量控制标准（JTJ269-96）水工钢筋混凝土结构设计规范（SDJ20-78）三、设计内容1通航船闸的基本尺寸及其上下游引航道1.1船闸型式选择根据已有设计资料，对船闸的各种型式进行综合比较，依据船闸设计总体规范3.2.1和3.3.3，确定船闸形式为单级船闸、单线船闸。1.2船闸的平面尺寸计算船闸的基本尺度包括闸室的有效长度、有效宽度及门槛水深。根据设计船型资料，考虑1顶+21000船队两排并列一次过闸
3、的组合形式。根据船闸设计总体规范3.1.53.1.9的规定进行计算，具体过程如下：1.2.1闸室有效长度Lx指船舶过闸时，闸室可供船舶安全停泊的长度：Lx=Lc+Lf其中，Lc设计最大过闸船队的长度Lf富裕长度（对于顶推船队，Lf2+0.06Lc=2+0.06238=16.28m）故，闸室的有效长度为238.00+16.28=254.28m，取255m。又，考虑镇静段长度20m，则闸室最终长度取为275m。1.2.2闸室有效宽度Bx指闸室内两侧墙面最突出部分之间的最小距离：Bx=Bc+Bf其中，Bc同闸次过闸船队并列停泊的最大宽度（当只有一个船队或一艘船舶单列过闸时，则为设计最大船队或船舶的宽
4、度）Bf富裕宽度Bf=B+0.025（N-1）Bc=23.6m其中，B富余宽度附加值，当Bc7m时B1m，当Bc7m时B1.2mN过闸停泊在闸室的船舶的列数，此处取1故，闸室的有效宽度为23.60+1.50=25.10m。又，规范规定Bx=8、12、16、18、23、34m，则闸室最终宽度取为34m。1.2.3门槛水深H指最低通航水位时闸首门槛最高点处的深度：H1.6T其中，T设计最大过闸船队的满载吃水故，设计门槛水深为1.62.5=5m1.2.4最终计算结果综上，可得闸室的有效尺度为275m34m5m，满足规范要求。1.3船闸的各部高程计算船闸的各部分高程不仅要保证船舶能安全、顺利的通过，而
5、且要保证船闸运转操作的安全和方便，在此前提下应尽量降低工程造价。根据船闸总体设计规范中的规定进行计算，具体过程如下：1.3.1上游引航道底高程=上游最低通航水位引航道的最小水深=24.55=19.5m1.3.2上游导航建筑物顶高程=上游设计最高通航水位超高（空载干弦）=30.5+2.4=32.9m1.3.3上闸首门顶高程=上游校核洪水位安全超高=32.0+0.5=32.5m1.3.4上闸首墙顶高程=门顶高程结构安装高度=32.5+1=33.5m1.3.5上闸首门槛高程=上游最低设计通航水位门槛水深=24.55=19.5m1.3.6闸室墙顶高程=上游最高通航水位超高（空载干弦）=30.5+2.4
6、=32.9，设置0.9高的胸墙，则实体墙顶高程为32.9-0.9=32.0m1.3.7闸室底高程=下游设计最低通航水位闸室设计水深=18.55=13.5m1.3.8下闸首门顶高程=上游最高通航水位超高=30.50.5=31m1.3.9下闸首墙顶高程=门顶高程结构安装高度=311=32m1.3.10下闸首门槛高程=下游设计最低通航水位门槛水深=18.55=13.5m1.3.11下游引航道底高程=下游最低通航水位引航道最小水深=18.55=13.5m1.3.12下游引航道顶高程=下游最高通航水位超高（空载干弦）=20.52.4=22.9m1.4引航道平面布置引航道应由导航段、调顺段、停泊段和制动段
7、等组成，其平面布置应保证通航期内过闸船舶、船队畅通无阻，安全行驶。引航道的平面布置应根据船闸的级别、线数、设计船型船队、通过能力等，结合地形、地质水流、泥沙及上、下游航道等条件研究确定。采用反对称型引航道布置，单向过闸速度较快。1.5引航道尺寸计算1.5.1引航道长度引航道的长度主要取决于设计船型、船舶（队）尺度级船舶（队）的操纵性能。按双向过闸船舶运行得需要，引航道一般由导航段、调顺停泊段、过渡段、制动段组成。导航段：L1Lc，Lc为顶推船队全长，1顶21000T船队，则L1=240m调顺段：L2（1.52.0）Lc=357476m，取中间值则L2=420m停泊段：L3Lc（主要考虑拖带船队
8、长），则L3=240m过渡段：L410B，B为引航道宽度与航道宽度之差，二级航道宽度70m，引航道宽度37.1m（取40m），则B =30m，L4=300m制动段：用L5=Lc估算，为船队进入口门航速，一般为2.54.5，则取中间值3.5，则L5=3.5238=883m1.5.2引航道宽度根据船闸布置和运行方式，引航道宽度是指调顺段和停泊段的宽度，要满足船舶（队）停靠、调顺、错让和操作上的要求。单线船闸引航道宽度应按双向过闸确定，即出闸船舶与停在靠船建筑物等候进闸的船舶错让时所需要的宽度，并考虑停泊段一侧停船或两侧停船两种情况。本工程采用停泊段只一侧停泊等候进闸的船舶，则引航道宽度计算式为：B
9、oBc+Bc1+2B式中：Bo设计最低通航水位，设计最大船舶（队）满载吃水船底处的引航道宽度Bc设计最大船舶（队）的宽度Bc1侧等候过闸船舶（队）的总宽度B船舶（队）与岸之间的富余宽度，取B=0.5Bc考虑一侧靠船，设计最大船宽Bc=11.8m，一侧等候过闸的船队总宽度Bc1=11.8m，富裕宽度2B=0.5Bc2=11.8m，则引航道宽度为11.8+11.8+11.8=35.4m，满足内河通航要求。1.5.3引航道最小水深引航道为限制性航道，其水深应大于天然航道最小水深。引航道最小水深是设计最低通航水位时引航道底宽内的最小水深，等于设计船舶（队）满载吃水加富余水深。其值应满足：Ho/T1.5
10、，即Ho1.5T=1.52.5=3.75m，考虑留有一定的富裕，取与闸首门槛最小水深相同的值，即引航道最小水深取为4m。2船闸的设计最大通过能力和过闸时间2.1过闸时间计算规范公式如下：单向过闸时间 T1=4t1+t2+2t3+t4+2t5双向过闸时间 T2=4t1+2t2+2t3+2t4+4t5其中，T1单向一次过闸时间(min)；T2双向一次过闸时间(min)；t1开(关)闸门时间(min)；t2单向进闸时间(min)；t3闸室灌(泄)水时间(min)；t4单向出闸时间(min)；t5船队进(出)闸间隔时间(min)；t2双向进闸时间(min)；t4双向出闸时间(min)。2.1.1船舶（
11、队）进出闸时间由闸室有效长度275m，引航道第一、二段长度240m、420m，根据船舶（队）进出闸距离的经验公式可得（各项系数均按较小值取）：单向进闸距离L1=2751.4=385m单向出闸距离L1=2751.1=302.5m双向进（出）闸距离L2=2751.1+240+420=962.5m根据船闸总体设计规范查得：单向进闸速度0.5m/s 单向出闸速度0.7m/s双向进闸速度0.7m/s 双向出闸速度1.0m/s 从而有：t2=3850.5=770s=12.8min t4=302.50.7=432.1s=7.2mint2=962.50.7=1375s=22.9min t4=962.51.0=
12、962.5s=16.0min2.1.2闸门的启、闭时间t1闸门的启、闭时间与闸门型式和闸首口门宽度有关，当闸首口门宽度2030m时，t1约为23min，取2.5min。2.1.3闸室灌、泻水时间t3船闸灌泻水时间与水头、输水系统型式、闸室尺度有关，按题目规定取t3=8.0min。2.1.4船舶（队）进出闸门间隔时间t5船舶（队）进出闸门间隔时间取t5=3.0min。2.1.5带入规范公式计算单向过闸时间 T1=42.5+12.8+7.2+23=52.0min双向过闸时间 T2=42.5+222.9+28+216+43=115.8min一次过闸时间应根据单向过闸和双向过闸的闸次比率确定，当单向过
13、闸与双向过闸次数相等时有：T=0.5（T1+0.5 T2）=0.5（52+0.5115.8）=55.0min2.2最大通过能力计算规范公式如下：P=0.5（n-n0）NG/按题目规定，日平均过船次数n1820次，取n=20次；昼夜内费运货船过闸次数n035，取n0=5；一次平均过闸吨位G20002300吨，取G=2000吨；一年通航天数 N=280290天，取N=280天；船舶装载系数0.8；运量不均匀系数b1.3 。代入上式可得：P=0.5（20-5）28020000.81.3=2584615吨3船闸输水系统的型式及各部体形和尺寸3.1选择输水系统类型船闸输水系统应包括进水口、阀门段、输水廊
14、道、出水口、消能和镇静段等。船闸输水系统可分为集中输水系统和分散输水系统两大类。当船闸水头较大、要求输水时间较短时，宜采用分散输水系统，否则采用集中输水系统。输水系统的类型可根据判别系数按下式初步选定：m=TH其中，m判别系数 H设计水头（上下游设计水位取最高和最低水位的中间值） T闸室灌（泻）水时间当m3.5时，采用集中输水系统；当m2.5时，采用分散输水系统；当m为2.53.5时，应结合输水系统应满足的各项要求，进行技术经济论证或参照类似工程选定。针对本次设计，有T=8min，H=0.5（30.524.5）-0.5（20.518.5）=8m，故m=88=2.8。考虑到集中输水系统具有结构简单、施工方便、造价便宜的优点，且设计水头较小（低于10m），故选用集中输水系统。进一步地，选择环形短廊道输水型式。3.2阀门处断面面积计算根据船闸设计规范有：式中，输水廊道阀门处的断面面积C对于单机船闸，等于计算水域面积（单向出闸距离乘以闸室有效宽度）H设计水头闸门全开时输水廊道的流量系数，在0.60.8之间，此处取0.7T闸室灌（泄）水时间g重力加速度与阀门门型和流量系数有关的系数，对于锐缘平板阀门，当=0.7时，=
