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JTJ 306-2001 船闸输水系统设计规范 1

船闸输水系统设计规范

Design Code for Filling and Emptying

System of Shiplocks

1  总    则

1.0.1  为适应船闸工程建设的需要,统一船闸输水系统设计的技术要求,提高船闸设计水平,做到船舶航行过闸安全、通畅,提高船闸的经济效益,制定本规范。

1.0.2  本规范适用于新建、扩建和改建的I- VII级内河船闸,低于VII级的船闸、海船闸和筏闸的设计可参照执行。

1.0.3  船闸输水系统设计应从全局出发,在确保船舶、船队迅速、安全过闸的条件下,力求布置简单,并根据需要做到远近结合、留有余地。

1.0.4船闸输水系统设计应积极采用新技术、新型式,使设计经济合理、技术先进,并便于施工、管理和维修。

1.0.5  本规范应与船闸总体设计、船闸水工建筑物设计、船闸闸门和阀门设计、船闸启闭机设计以及船闸电气设计等配套使用。

1.0.6  船闸输水系统的设计,除应符合本规范外,尚应符合国家现行标准的有关规定。

2  基本规定

2.1输水系统的设计要求和分类

2.1.1  船闸输水系统应包括进水口、阀门段、输水廊道、出水口、消能工和镇静段等。

2.1.2输水系统的设计,应满足下列基本要求:

    (1)灌水和泄水时间;

    (2)船舶、船队在闸室内的停泊条件和引航道内的停泊和航行条件;

    (3)船闸各部位在输水过程中不至由丁水流冲刷、空蚀、振动等造成破坏。

2.1.3  对有双向水头、多线船闸或船闸与升船机共用引航道、多级船闸补溢水、设置中间渠道、省水、防咸等要求的船闸,除满足第2.1.2条规定外,尚应满足各自特殊的要求。

2.1.4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。输水系统的类型可根据判别系数按式(2.1.4)初步选定。当m>3.5时,采用集中输水系统;当m<2.5时,采用分散输水系统;当m为2.5~3.5时,应进行技术经济论证或参照类似上程选定。

JTJ 306-2001 船闸输水系统设计规范_1JTJ 306-2001 船闸输水系统设计规范_1

式中  m——判别系数;

      H——设计水头(m);

      T——闸室灌水时间(min)。

2.1.5船闸输水系统的设计,宜将水力计算分析和进行水工模型试验相结合。

2.1.6多级船闸的上、下游水位变幅较大且不同步时,应考虑闸室输水过程的补水和溢水措施。

2.2船舶停泊标准

2.2.1  闸室与引航道内停泊船舶的允许系缆力,可按表2.2.1采用。

船舶允许系缆力    表2.2.1

    船舶吨位(t)

 

允许系缆力(kN)

 

  3000

 

 

  2000

 

 

  1000

 

 

  500

 

 

  300

 

 

  100

 

 

    50

 

纵向水平分力

    46

    40

    32

    25

    18

    8

    5

    横向水平分力

    23

    20

    16

    13

    9

    4

    3

 

2.2.2船舶或顶推船队所受的作用力均应按一根系船缆绳承担考虑。顶推船队的允许系缆力,应按顶推船队中系缆的最小单船吨位计算。在使用固定系船设备的情况下,计算的允许系缆力,应乘以cosβ。

    注:β为系船缆绳与水平面的最大夹角。

2.3输水系统运转安全技术指标和要求

2.3.1  对只没有固定系船设备的船闸,闸窒灌泄水时的最大水面升降速度应不大于5~6cm/s,设有浮式系船柱时,可不受此限制。

2.3.2船闸灌泄水时,引航道内非恒定流的水面波动、比降及流

速等水力特性,除应满足引航道内船舶、船队停泊条件标准外,尚应满足船舶、船队在引航道内的航行条件和停靠码头的操作要求。引航道内水面的降低应保证航行船舶的富裕水深。上游引航道中最大纵向流速应不大于0.5~0. 8m/s,下游引航道中应不大于0.8~1. Om/so但在上游引航道码头处应不大于0.5m/s。

2.3.3船闸正常运转时,输水系统各部位不宜出现负压,在特殊情况下,其局部压力不宜产生超过3mH20的负压。

2.3.4输水廊道中的流速不宜大于15 m/s。当流速超过15m/s或含沙量较大的水流,应采取防护措施。

2.3.5当船闸闸室灌泄水时,闸室水面的最大惯性超高、超降值,在采取提前关闭输水阀门及水面齐平时开启闸门等措施后,不宜大于0.25m。

2.3.6输水系统进水口水面不应产生有危害性的串状吸气漩涡。

2.3.7多级船闸采用输水阀门兼作补水阀门时,应核算补水操作时阀门的工作条件以及闸室输水时间。采用闸室侧溢流堰作为溢水措施时,溢流孔口顶高程应低于船舶底部高程。同时在确定闸室下闸首阀门井顶部高程时,应考虑阀门前廊道水流动能恢复所导致的阀门井水位增高。

3  集中输水系统设计

3.1  集中输水系统的型式和适用范围

3.1.1  集中输水系统可分为短廊道输水、直接利用闸门输水和组合式输水,并分别包括下列内容:

    (1)短廊道输水包括无消能室、有消能室和槛下输水;

    (2)直接利用闸门输水包括三角闸门门缝、平面闸门门下和闸门上开小门输水;

    (3)组合式输水由上述某两种输水型式组成。

3.1.2集中输水系统的消能工应根据具体条件选用,其型式主要包括消能室、消力齿、消力槛、消力梁、消力格栅、垂直挡板、水平遮板、消力池和消力墩等。

3.1.3集中输水系统的消能措施按其有无消能工以及消能工的复杂程度可分为无消能工、简单消能工(图3.1.3~1 -图3.1.3~7)和复杂消能工(图3.1.3-8~图3.1.3-13)。

3.1.4集中输水系统上、下闸首断面最大平均流速可分别按下列近似公式计算:

上闸首:JTJ 306-2001 船闸输水系统设计规范_1

下闸首: JTJ 306-2001 船闸输水系统设计规范_1JTJ 306-2001 船闸输水系统设计规范_1

式中  JTJ 306-2001 船闸输水系统设计规范_1——对上闸首为灌水时闸室最大的断面平均流速;对下闸首为泄水时下闸首门后段最大的断面平均流速(m/s);

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图3.1.3-1  短廊道输水设消力槛示意图

l-隔墩;2-竖向槛;3-消力槛

Lc——闸室水域长度(m);

H——设计水头(m);

 T——闸室灌泄水时间(s);

Sc——槛上最小水深(m)。

3.1.5  集中输水系统消能工的类型可根据.上下闸首处断面最大

平均流速和水头按表3.1.5选用。

各类消能工的水力指标    表3.1.5

      消能工类型

          流速和水头

部位

无消能工

简单消能工

复杂消能工

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H(m)

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H(m)

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H(m)

上闸首闸室

0.25~0.45

≤4

0.45~0 65

4~7

0.65~0.9

7~11

下闸首闸室

≤0.8

≤4

0.8 ~1.9

4~8

1.9~2.3

8~ll

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图3.1.3-2短廊道输水设消力槛及消力池示意图

l-横拉门;2-顶横粱;3-消力池;4-消力槛

3.2集中输水系统的布置

3.2,1  集中输水系统及其消能工应布置在闸首及靠近闸首的闸室范围内。消能段后宜设镇静段,镇静段的长度可按式(3.2.1)计算。倒口消能室短廊道输水不设镇静段时,其布置应通过水,工模型试验确定。

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式中  L——镇静段长度(m);

      B——经验系数,与船闸输水消能型式有关,对无消能工取

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图3.1.3-3短廊道输水设简单消能室示意图

l-横拉门;2.消能室;3.消力槛

0.7~1.3;对简单消能工取0.3~0.7;对复杂消能工

取0.1~0.3。在各类内消能效果好的取小值;

Ep——理论最大比能(kW/m2),可通过计算求得。

3.2.2集中输水系统及消能工的布置应使水流能充分消能和均匀扩散,并不应妨碍输水系统的泄流能力,在平面上应和闸室或下游引航道的布置相适应,在立面上应按闸室或下游引航道最大断面平均流速出现时段的上、下游水位条件进行设计。

3.2.3短廊道输水的布置应符合下列规定。

  3.2.3.1  廊道进口的最小淹没水深应按下式确定,计算时应考

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图3.1.3-4槛下输水设简单消能工示意图

1-平面遮板;2-消力梁;3.消力齿

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图3.1.3-5闸门上小门输水设消力梁示意图

1-     闸门;2-平面阀门;3.消力梁

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图3.1.3-6 闸门上小门输水设导流板及消力槛和消力池示意图

1-平面阀门;2-闸门;3-导流板;4-消力槛;5.消力池

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图3.1.3-7短廊道输水设消力槛示意图

1.消力槛

虑灌水廊道进口前水面的降低。

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式中:h——最小淹没水深(m);

      vm——最大流量时廊道进口断面的平均流速(m/s);

      g——重力加速度(m/s2)。

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图3,1.3-8短廊道输水格栅式帷墙消能室示意图

1-横拉门;2-挡水板;3-消能室;4-格栅

  3.2.3.2廊道进口断面最大平均流速不宜大于4.Om/s。廊道进口应修圆,修圆半径可取0.10~0.15倍廊道进口宽度。

  3.2.3.3廊道进口转弯段中心线的平均曲率半径小小于0.9~1.0倍廊道转弯段的平均宽度。廊道内侧的曲率半径可取为o.15倍设计水头。廊道出口转弯段的平均曲率半径不小于1.0~1.4倍廊道转弯段的平均宽度。廊道内侧的曲率半径可取0.2~0.25

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图3.1.3-9短廊道输水封闭式帷墙消能室示意图

l-消能室;2-隔墙;3-导流墙;4-消力梁

倍设计水头。廊道其他部位转弯段中心线的平均曲率半径不小于廊道转弯段的平均宽度。

  3.2.3.4廊道出口的最小淹没水深,按表3.2.3确定。当不满足要求时,廊道出口宜压扁放宽。廊道出口断面宜扩大为廊道阀门处断面的1.2~1.6倍,自转弯段的起点至出口,应设置中间导墙。

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图3.1.3-10短廊道输水开敞式帷墙消能室示意图

1-     消力栅;2-消能室;3-消力槛

廊道出口最小淹没水深    表3.2.3

    船闸级别

    I、II

    III,IV

    V~VII

    最小淹没

    上闸首

    2.0

    1.5

    1.0

    水深(m)

    下闸首  ~

    1.5

    1.0

    0.5

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