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文献综述（或调研报告）： 关于右江那吉航运枢纽枢船闸设计文献综述 1、右江那吉航运枢纽枢施工环境分析及控制措施 那吉航运枢纽工程是一个以航运为主, 兼有发电、防洪、灌溉等综合效益的项目, 是广西继桂平、贵港航运枢纽工程之后又一个以电促航、航电结合的内河建设项目。其主体土建工程施工的特点是规模大、工期长、强度大、机械化程度高、机械设备数量多,且以大中型机械为主。 由于其工程规模大,施工中对环境的不利影响较多,如水土流失对土质的影响、粉尘对大气环境的影响、生产生活污水对水环境的影响、废渣废弃物堆放对水土保持生态环境的影响、噪声污染对人群健康和公共卫生的影响等。 其中，许多影响具有长期性和不可逆性。 因此，对施工中的各种环境问题进行分析， 加强施工区的环境保护，是水电工程建设中的一项重要任务。 2、船闸设计要点分析 船闸一般由闸首、闸室、导航靠船建筑物及运行管理辅助生产生活建筑物组成。 在设计过程中上述各组成部分相互依存，不应偏倚。 在设计过程中需要重点研究的主要是以下几个方面：船闸规模、船闸闸位选择、船闸总体布置、船闸水工建筑物设计、船闸辅助生产及生活设施设计、船闸施工组织设计。 下面结合广西壮族自治区右江那吉航运枢纽枢船闸设计工作对上述几个方面进行简要论述。 2.1船闸建设规模 船闸建设规模除满足所在航道过闸运量要求外， 还需与所在航道及相通航道网的通行船舶相适应。 因此在确定船闸建设规模时必须进行相应航道上营运船舶调查并对船舶营运组织方案进行分析，以确定航道及航道网上设计船舶类型。 通过对航道影响区的运量分析和经济分析， 准确预测设计水平年的过闸运量。 在完成运量预测和船型确定后才能最终确定船闸建设规模。右江流域是壮族最集中的聚居区，百色至南宁段总长 352 公里的右江航道通航能力仅达到 120 吨, 西南地区出 海及运往粤港澳的很多大宗货物无法 就近在百色装船外运, 只能远走南宁或贵港装卸, 增加了运输成本。现规划在右江建设那吉、 鱼梁、金鸡和老口 4 个航运枢纽，通航能力达到为 1000t，本工程运量预测水平年取2010年和2025年，经预测，2010年船闸的水运量为250 万 t，2025年的过闸运量为410 万 t。 根据对营运组织方案进行分析 ，推荐的设计代表船型为1列式2times;1000t 顶推驳船队。按照船闸总体设计规范的计算方法计算船闸过闸货运量，最终确定船闸建设规模如下：船闸有效尺度为 190times;12times;3.5m（闸室有效长度times;闸室宽度times;门槛水深）。 2.2船闸闸位选择 船闸闸位选择主要应考虑以下几个方面： 航道整治总体布置需要；地方规划；地形、地质条件；船闸安全运行要求；经济、技术方面合理性。 右江那吉航运枢纽枢工程在进行闸址比较后确定了最终的推荐闸址，在推荐闸址，船闸闸位分别拟订了布置在河道左侧、右侧等几个方案进行技术经济比较， 最终确定船闸布置在河道右侧。 该闸位的主要优点是 ：其上、下游引航道口门与上、下游主河槽航道衔接较平顺；连接段航道水域较开阔，连接弯道按800m转弯半径布置，下航船舶在1200m外即可看到上游引航道口门，有较长的距离和较充裕的时间调整状态进入引航道口门；上、下航船舶在口门和连接段航道的会船视距也较大，有利于保证通航安全；根据模型试验，在各级流量下，口门区和连接段航道的通航水流条件和航行条件均满足通航要求。对于弯道河段，一般凹岸冲刷，凸岸淤积，因此左岸船闸在枢纽运行后口门区和连接段的航道需清淤，而右岸边坡台地稳定，无须清淤。通过比较，综合各种因素，且从河势对通航水流条件和船队航行条件来考虑，采用右岸船闸方案。 2.3船闸总体布置 船闸总体布置的内容是：船闸的平、纵、横方向的布置，其目的是为船闸安全顺畅运行提供必要的条件。船闸总体布置是最能反映一个设计师风格的部分， 它考验着一个设计师的设计、施工、运行管理等综合素质。 同时也是对船闸造价影响最大的。船闸总体布置需要考虑与相邻建筑物的关系、 与上下游航道的连接、管理与维修、船舶进出闸效率等。船闸平面方面的布置主要是综合考虑地形及其它建筑物影响后，确定引航道的布置方式。 引航道的布置方式主要有以下几种型式：单线船闸分为反对称型、对称型和不对称型。 双线船闸则主要为对称式布置。 不同的引航道布置对应不同的船舶过闸方式， 目前主要采用的过闸方式有两种：曲线进闸直线出闸和直线进闸曲线出闸。考虑到船舶过闸的航行方式，一般以“曲进直出”的过闸效率较高。右江那吉航运枢纽枢的船闸引航道综合考虑船闸运行的布置后采用的是不对称型布置。船闸纵向方面的布置主要是根据确定的特征设计水位和船舶过闸的要求确定船闸各部位的高程。 主要方法是依据船闸总体设计规范中关于船闸各部位高程确定的有关规定， 适当考虑各地运行管理的经验。船闸横向方面的布置主要是考虑辅助生产及生活方面的需要。 这方面除考虑生产生活功能需要外，还应重视场地景观及环保需求。 2.4船闸水工建筑物设计 水工建筑物设计是根据总体布置的需要， 以保证船闸安全运行为目的进行的研究工作。 不同的设计师针对不同的项目所采用的结构会有一定差别， 国家和行业组织也没有对这方面进行强制选型规定，只是对结构的安全提出了强制要求。 （1）结构选型 船闸水工建筑物设计的基础是输水系统布置， 不同的输水系统对应不同的水工结构选型。 输水系统的选择应按船闸输水系统设计规范进行。 在该规范中，输水系统与船闸过闸运量要求是息息相关的，如果过闸运量要求较高，则相应的输水时间就要短，同样的水头差， 输水时间不同，采用的输水系统也不一样。 同时还要考虑对结构造价的影响。 随着国家实力的不断加强， 对输水系统水力条件的要求越来越高， 对造价的影响则摆在次要的位置， 这种趋势越来越明显。 事实上，船闸整体造价中，闸首、闸室的造价只占三分之一左右，而输水系统的影响更小，所以淡化这方面因素也是合理的。在确定了输水系统后， 结构设计则可以在满足其基本要求的条件下，根据地质情况和闸阀门的选型进行灵活设计。 目的是选择一种安全、经济的结构，为建设资源节约、环境友好的工程项目贡献一份力量。 右江那吉航运枢纽枢船闸工程 采用侧墙长廊道短支孔方案。 考虑分离式结构很难满足抗滑稳定要求,且泥岩为极软岩,为避免基础不均匀沉降造成不利影响,采用了整体式闸室结构。 （2）结构计算 船闸水工结构计算， 目前主要依据的规范是船闸水工建筑物设计规范和 78 版的水工砼设计规范，没有采用现在普遍采用的分项系数法。 随着建闸实践经验的丰富，也有采用新版水工砼设计规范的。 对比较复杂的大型船闸闸首进行了有限元分析比较，有限元分析主要用于观察闸首结构的应力分布，确保钢筋配置位置准确，结构安全。 对于有限元计算在船闸结构设计中的应用目前没有统一的规定， 在实际使用中各设计单位根据自己的经验进行了一些有益的探索， 尚需要根据大量的实践数据进行专题研究后推广使用并进行规范。 2.5船闸辅助生产及生活设施设计 船闸辅助生产及生活设施设计的目的是为船闸的管理和使用者提供完善的配套。 这方面的设计没有定式，也没有统一的约定，需要根据不同地区、不同管理单位的要求，在充分尊重使用者的使用习惯的基础上，引导使用者逐步淘汰落后的管理习惯，把传统和进步很好的融合。 同时在设计上要考虑如何能够避免使用者不良习惯造成船闸设施的损坏，从设计的源头解决配套设施耐久性问题，做到船闸管理与过闸船舶的和谐统一。 设计师在完成这部分设计前做好类似船闸使用的调查研究工作是十分必要的，同时应与船闸使用人员进行充分交流。 2.6船闸施工组织设计 船闸的施工组织设计是保证设计成果能转化为产品的关键，也是节约项目造价的手段。 船闸施工组织设计与地质和地形地貌有很大的关系， 主要需要考虑的有：施工导流、基坑降水、主体工程施工、施工交通运输、施工工厂设施及布置及施工进度控制。总体来讲船闸工程施工可以概括为 6 个字：降水、保温、变形，就是控制地下水、控制砼温度、控制安装误差和变形。
护岸工程是保护岸坡稳定、控制河势最普遍且比较有效的工程措施。那吉航运枢纽是一个以航运、发电为主，兼顾防洪、灌溉、供水等其他综合功能利用的工程。那吉库区正常蓄水位 115.0 m，死水位 114.4 m，设计洪水标准 50 a 一遇，洪峰流量为 3 750 m3 /s，设计洪水位为 109.87 m；校核洪水标准 500 a 一遇，洪峰流量为 11 000 m3 /s，校核洪水位为 118.53 m。那吉水库是径流式库 区，调洪性能较差，当来水流量大于 2 670 m3 /s 时，闸门全开泄洪。设计洪水位低于正常蓄水位和死水位，至于校核洪水位虽然较高，但其出现概率较低，因此可将亲水区和景观区结合为亲水景观区，此外在水库正常运行时考虑风成浪或船行波引起的水面波动，取重防护区范围为低水位 114.2 m~高水 位 115.5 m，结合上述航运枢纽生态型护岸分区理论，将那吉库区生态护坡断面分为护底区、重防护区、亲水景观区。 以广西那吉航运枢纽生态护岸示范工程为例，根据库区正常蓄水位和低水位两个特征水位来进行 岸坡分区，从水动力条件出发选择合适的生态护岸结构形式，护底区采取抛石护底工程措施，重防护区采用 格宾网挡墙结构保证安全的同时注重水体交换，亲水景观区采用生态袋和加筋草皮护坡的形式。 |
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四、方案（设计方案、或研究方案、研制方案）论证： 1.船闸输水系统类型及选择 船闸输水系统的型式可分为集中输水系统和分散输水系统两大类型。集中输水系统就是将输水系统集中布置在闸首范围内，灌水时水流经上闸首集中进入闸室，泄水时水流从闸室的下游端经下闸首泄入下游引航道或坝下，因此，集中输水系统也称为头部输水系统。分散输水系统是将输水系统分散布置在闸首及闸室内，在灌（泄）水时，水流通过设在闸室底或闸室墙内纵向输水廊道上的一系列出水支管或出水孔，水流分散地流入（出）闸室。因而，分散输水系统也称为长廊道输水系统。 输水系统类型可根据以下判别系数初步选定： 式中：m-判别系数； H-设计水头（m）； T-闸室灌水时间（min）。 当mgt;3.5时，采用集中输水系统；当mlt;2.5时，采用分散输水系统；当m为2.5到3.5之间时，应进行技术经济论证或参照类似工程选定。 集中输水系统 1.集中输水系统的水力特性 集中输水系统的水力特点是：灌入或泄出闸室的水体分别经上（下）闸首的一端流入或流出。在灌泄水过程中，水流的纵向流动对船舶产生的作用力分为以下三部分：
2.集中输水系统的型式 （1）短廊道输水 （2）直接利用闸门输水 （3）组合式输水 3.集中输水系统的消能措施 (1)消能室 (2)消力槛及消力齿 (3)消力梁 (4)消力栅 (5)消力墩 (6)挡板与遮板 (7)消力池 分散输水系统 1. 分散输水系统的水力特性 分散输水系统是通过设置在闸室墙或闸室底板内的纵向输水廊道，以及与之相连的分支 廊道和出水支孔，将水流灌入或泄出闸室的。与集中输水相比，分散输水系统的出水口沿一定长度分布，水流均匀进入闸室，可大大减少水流作用力，特别是波浪力。同时由于廊道较长，水流惯性力影响较大，导致各出水支孔出流不均匀，而且随流量和时间变化。在阀门开启初期水流为加速流，惯性阻滞流速的增加，使得各出水孔的出流沿水流方向依次减小。随着惯性逐渐减小，压力增加，在廊道断面及各支孔断面不变情况下，后面支孔出流逐渐增多并超过前面支孔。而后惯性的作用又转为阻滞流速的减小，后面支孔的出流更加得到加强。 2.分散输水系统的型式 （1）简单式：简单式分散输水系统是闸墙内设主廊道，在闸室的中段布置一系列支 孔或横向沟槽与闸室连接，其型式主要有侧墙少支孔、多支孔以及局部分散系统等。 （2）较复杂式：针对简单式存在的缺点，采用了便于水流在闸室内均匀分布、闸门单边开启影响较小的闸底廊道短支孔出水。其闸底廊道可以纵向或横向布置，输水支孔可以设在廊道顶部，也可以设在廊道两侧。前者的支孔或顶缝出口上采用盖板消能，而后者采用明沟消能。在布置上，较复杂输水型式仍采用与简单式相同的单区段供水或者简单的等惯性输水，因而各支孔的水流分布仍将受到水流惯性的影响，存在不均匀性，船舶仍受到一定的波浪力作用。 （3）复杂式：又称为全动力平衡系统，不但供水区段数较多，而且廊道水流惯性对各供水区段的影响基本相同，消除了各出水区段出流之间的差别。同时在水流分配上采用了较为复杂的立体交叉垂直分流的形式，保证了分流的均匀和稳定。因此，它对闸室分流条件及船舶停泊条件均有较大改善。目前这种形式的典型布置有闸墙廊道闸室中心进口垂直分流闸底八纵支廊道四区段出水以及闸底四纵支廊道二区段出水两种。前者适用于长宽比较大的闸室，而后者适用于长宽比较小的闸室。 3.闸室结构型式及其构造 闸室结构按其受力状态可分为整体式结构和分离式结构两大类。两侧闸墙和底板浇筑在 一起的为整体式结构；闸墙和闸底分别设置的为分离式结构。土基上的分离式闸室结构的闸墙可分为重力式、悬臂式、扶壁式、板桩式和地下连续墙等型式。 重力式闸墙：重力式闸墙是靠自身维持稳定，地基反力较大，且又承受有水平力，对地基承载能力要求较高，因此重力式结构只适应于较好的地基。 悬臂式闸墙：由闸墙、底板、和后悬臂组成。从船闸轴线分成两半的对称结构，在底板中缝处设有止水，形成不透闸底。 扶壁式闸墙：由立板、肋板和底板组成，底板分趾板和内底板。立板、肋板和底板等连接部位需设置斜托。 衬砌式及混合式：当基岩顶面高程高于闸墙顶高程时，可采用衬砌式闸室结构。 板桩式闸墙：由板桩、拉杆及锚碇结构等构成。其特点是依靠板桩入土部分的嵌固作用，通过锚碇结构把一部分荷载传至后方土体中来维持其稳定。 整体式闸室：由两侧闸墙和底板联结在一起的槽型结构，又称为坞式闸室结构。其工作状态如同弹性地基上的U形框架。 4.船闸闸首结构 闸首是将闸室和上、下游航道分隔开的挡水建筑物，其上一般设有输水廊道、闸门、阀 门、闸阀门启闭机械及其相应的设备等，以调整闸室内水位升降，使船舶通过船闸，克服水位落差。闸首由墩墙和底板所构成。布置及尺寸与所选用的闸门型式、输水系统及有无帷墙等有密切关系。 闸首结构按其受力状态分为整体式结构和分离式结构。在土基上为避免由于边墩不均匀沉降而影响闸门正常工作，一般采用整体式闸首结构；岩基上的闸首，则常采用分离式结构。当岩石较完整时，可不设底板，只有当岩石裂隙较多或岩石较软弱时，方加设底板或护底，必要时也可采用整体式结构。 |
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