南阳市白河二坝船闸输水系统浅析

□吴 庚 □樊晓丽 □李 乐

（南阳市水利建筑勘测设计院）

南阳市白河二坝船闸输水系统浅析

□吴 庚 □樊晓丽 □李 乐

（南阳市水利建筑勘测设计院）

白河第二级橡胶坝船闸位于南阳市白河大桥上游110m处，在第二橡胶坝右岸，为白河游览区游船通过白河二坝的通航建筑物。船闸输水系统的设计关乎整个船闸设计的成败，本文介绍了集中式输水系统的设计计算、消能设计、输水系统闸门及启闭系统设计。

船闸；输水系统；设计

一、概述

白河第二级橡胶坝船闸位于河道右岸，橡胶坝的右坝端。采用单级单线船闸，根据《船闸总体设计规范》JTJ305-2001，本船闸的级别为Ⅶ级。

船闸由上下闸首、闸室、上下游引航道和靠船建筑物及相应的设备组成。上下闸首采用整体式结构，上下闸首净尺寸均为12.4m×19.6m，两侧边墩顶高程121.20m，闸首底高程115.50m，人字门门槛高程116.00m，低于橡胶坝底板高程116.70m，非汛期橡胶坝检修时可通过开启船闸闸门下泄上游积水，方便检修。船闸采用短廊道输水系统，廊道为1m×1m矩形截面，其出口采用钢筋混凝土消力梁消能，廊道进口设拦污栅，廊道采用平面铸铁闸门及竖缸式液压启闭系统。闸室为钢筋混凝土分离式闸室，底高程115.50m，顶高程121.00m，闸室净尺寸32m×9.2m（长×宽）。上下游引航道长均为20m，船舶一次过闸时间14min，闸门采用平面人字钢闸门，门叶轴线与船闸横向轴线夹角为20°，人字门在静水中启闭，采用卧缸式液压启闭系统。船闸上游最高通航水位为120.70m，下游设计通航水位为117.20m。

二、输水系统设计

（一）输水系统选型

船闸输水系统是完成闸室输泄水操作的主要设备，它包括进水口、输水廊道及输水闸（阀）门、出水口和消能设备等部分。输水系统的型式选择和布置直接影响到船闸的通过能力，以及过闸船舶和船闸及其附属结构物的安全。

输水系统的设计必须满足通航对灌泄水时间的要求。其次为了保证过闸船舶的安全，必须使停泊在闸室或引航道内的船舶所承受的各种水流作用力满足船舶停泊条件和航行条件的要求。另外，输水系统的结构力求简单，以减少投资并便于检修。为满足停泊安全，闸室内泄水或灌水时闸室水面上升或下降的速度应≤5～6cm/s。闸室输水系统分为集中输水系统和分散输水系统两类，由于集中输水系统结构简单、造价便宜、检修方便，故本船闸工程选用无消能室的短廊道集中输水系统。

（二）输泄水时间计算

闸室输泄水时间直接关乎船舶过闸时间和廊道断面设计，是其它两项设计的前提，闸室输泄水时间计算公式：

式中：H——船闸计算水头，3.5m；Lk、Bk——闸室有效长度和宽度，m；K——系数，头部输水系统采用K=0.27。

经计算，船闸输泄水时间为3min。

（三）廊道断面计算

式中：Ω——闸室水平面积，m2；H——闸室设计水头，m；d——惯性水深，取0.2m；μ——流量系数，输水时取0.75，泄水时取0.6；T——输水或泄水时间，s；hz——闸（阀）门启闭时间与输泄水时间的比值，可取0.3。

经计算，ω=1.87m2，取闸室两侧两个廊道断面均为1m×1m。

（四）船舶过闸时间计算

船舶过闸时间是船闸完成循环运行操作所需的时间。进闸运行距离：L1=Lc（1+α1）；其中Lc为闸室有效长度，系数α1=0.45。进闸时间经计算，t1=1min；出闸运行距离：L1'=Lc（1+α1’）；出闸时间经计算，t4=1min；闸门启闭时间：t2=1～2min，取 t2=1.5min；船闸输泄水时间：t3=3min。

船舶单向一次过闸的时间T=t1+4t2+2t3+t4=14min。

根据输泄水时间计算、输水廊道断面计算及船舶过闸时间计算结果，选取闸室两侧廊道断面为1m×1m是合适的。廊道进口断面为1m×1m（宽×高），出口断面为1.4m×1m（宽×高），进出口转弯半径均为1.5m，并在出口1.2m范围设置分水导墙。

三、输水系统的消能设计

由于通过输水系统进入闸室或下游引航道的水流断面要扩大很多，水流方向也不一定与船闸或引航道轴线一致，因此，流速分布很不均匀，流速横向分布不均匀将产生竖轴漩涡，使船舶受到较大横向作用力；流速竖向分布不均匀，如表面流速过大，则会对船舶产生较大推力，并使水面波动及船舶颠簸，如底速过大则又会产生表面横轴旋滚，水面局部降低，使船舶受到较大的向前吸力，并易使闸室和引航道底部冲刷。

设置消能措施的目的就是要使船闸输泄水时剩余能量尽可能多地在进入船舶停泊处以前就被消耗掉，使水流平静、流速分布均匀。白河第二级橡胶坝船闸输水系统选用钢筋混凝土消力梁作为消能措施；消力梁长2.6m，断面尺寸为0.4m×0.3m（宽×高），梁底与闸底板留0.2m空隙，消力梁顶高程与人字门门槛高程一致，为116.00m；消力梁对称设置，沿9.2m宽度范围共设置6根消力梁。

四、输水系统闸门及启闭设备设计

船闸采用短廊道输水系统，短廊道内设进水闸门，因平面闸门具有门页厚度小、门页结构简单、门体刚度大、制造安装和检修方便等优点，故选用潜孔式平面滑块铸铁闸门，全闸计4扇。单扇闸门尺寸为（高×宽）1150mm×1250mm，门体净尺寸为1000mm×1000mm。闸门门底高程116.00m，采用单向止水形式，止水橡皮为P45型，止水橡皮与闸门门体采用螺栓连接。

船闸输水系统闸门启闭机不同于其他启闭机，它运转较频繁，启闭较迅速，因此必须满足经常运转的要求，保证运行可靠，输水系统常用的启闭机有卷扬式、卷扬平衡重式、竖缸液压式及螺杆式等。由于集成式液压启闭机具有动作灵活，行程控制准确，自动过载保护等多种性能，并且结构简单，无需设置液压站及泵房，安装方便，现场接通电源即可工作,因此本船闸输水闸门启闭机采用1t集成竖缸式液压平面闸门启闭机。

根据闸门的维护条件以及所处的环境，防腐材料选用具有良好的耐水性且适应水位变幅的防腐蚀涂层系统。防腐方法采用喷锌外加涂料封闭的防腐措施，表面喷锌层厚度为120μm，中间漆为环氧云铁防锈漆60μm，面漆为银灰色氯化橡胶80μm。

五、结语

船闸输水系统的设计是船闸设计中至关重要的环节，与后期运行是否顺畅、安全及管理工作量关系密切。白河二坝船闸输水系统设计采用主流的短廊道集中输水系统，采用集成式液压启闭机启闭闸门并在廊道出口设置消力梁，极大地减小了船舶停放时的波动，是城区景观河道通航设置的典范。船闸工程于2007年底竣工以来，经多次运行，输泄水方便可靠，游船过闸安全舒适，证明船闸的输泄水系统设计是合理的，满足游船的通行需要。

2010-05-07