２０１１年７月 第７期总第４５５期 水运工程 Ｐｏｒｔ＆Ｗａｔｅｒｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｕ１．２０１１ Ｎｏ．７ Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．４５５
泗阳三线船闸输水系统的设计
陈稚娟，王仙美 （江苏省交通规划设计院有限公司，江苏南京２１０００５）
摘要：在中低水头船闸采用局部分散输水系统，既具有结构工程量比分散输水形式少的优点，又具备分散输水系统水流 条件好、确保船舶在闸室内的泊稳条件、拜优于其他集中输水系统指标的一些特点，能降低工程造价。在不延长输水时间的 情况下，可以有效地减少船闸灌水时闸室内产生较大的波浪力，从而使闸室不设镇静段、提高船闸通过能力，具有较好的经 济效益和社会效益。局部分散输水系统对船闸输水系统设计方案提出了新的形式，可为（（船闸输水系统设计规范》的修订完 善作出补充，为类似工程设计参考。 关键词：泗阳三线船闸；输水系统；中低水头船闸 中图分类号：Ｕ ６４１．６ ３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２—４９７２（２０１１）０７—０１４１—０３
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｆｉｌｌｉｎｇ＆ｅｍｐｔｙｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｓｉｙａｎｇ ｔｈｉｒｄ－ｌａｎｅ ｌｏｃｋ
ＣＨＥＮ Ｚｈｉ－ｊｕａｎ，ＷＡＮＧ Ｘｉａｎ—ｍｅｉ （Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｐｌａｎｎｉｎｇ＆Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｊｉａｎｇｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｃａｌ ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ ｆｉｌｌｉｎｇ＆ｅｍｐｔｙｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｔｈｅ ｌｏｗ－ｍｅｄｉｕｍ ｈｅａｄ ｌｏｃｋ ｎｏｔ
ｏｎｌｙ ｈａｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｌｅｓｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｑｕａｎｔｉｔｙ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｋｅｅｐｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｆａｖｏｒａｂｌｅ ｆｌｏｗ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｇｕａｒａｎｔｅｅｉｎｇ ｔｈｅ ｂｅｒｔｈｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈｉｐｓ ｉｎ ｔｈｅ ｌｏｃｋ ｃｈａｍｂｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｏｓｔ ｉｓ ｌｏｗｅｒ．Ｉｔ ｃａｎ ｒｅｄｕｃｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｔｈｅ ｗａｖｅ ｆｏｒｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｌｏｃｋ ｃｈａｍｂｅｒ ｄｕｒｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｆｉｌｌｉｎｇ ｗｉｔｈｏｕｔ ｅｘｔｅｎｄｉｎｇ ｔｈｅ ｆｉｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｅｍｐｔｙｉｎｇ ｔｉｍｅ，ＳＯ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｎｏ ｎｅｅｄ ｏｆ ｓｅｔｔｉｎｇ ａ ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ ｓｅｇｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｃｈａｍｂｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｏｃｋ ｃａｐａｃｉｔｙ ｉｓ
ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ ｆｉｌｌｉｎｇ＆ｅｍｐｔｙｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｎｅｗ ｄｅｓｉｇｎ ｍｏｄｅ ａｎｄ ｍａｙ ｓｅｒｖｅ ａｓ ａ ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｖｉｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｄｅｆｏｒ Ｆｉｌｌｉｎｇ＆Ｅｍｐｔｙｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓｉｙａｎｇ ｔｈｉｒｄ—ｌａｎｅ ｌｏｃｋ；ｆｉｌｌｉｎｇ＆ｅｍｐｔｙｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ｄｅｓｉｇｎ
泗阳船闸位于泗阳县县城，是苏北运河自蔺
家坝船闸而下的第７个梯级船闸。该梯级现有三线
船闸，一线船闸建于２０世纪６０年代初，规模为
２３０ ｍｘ２０ ｒｅｘ５ ｍ（口门宽×闸室长度×槛上最小水 深）；二线船闸位于一线船闸北侧，相距１ １８．３ ｍ， 建于２０世纪８０年代，规模为２３０ ｍｘ２３ ｍｘ５ ｍ；
三线船闸闸位位于二线船闸以北，相距１００ ｍ，于
２０１０年１２月３１日通过竣工验收，规模为２６０ ｍｘ
２３ ｍｘ５ ｍ。一、二、三线船闸中心线平行，以跨 上闸首公路桥轴线对齐布置。
泗阳船闸承受的最大设计水头为７ ｍ，为京 杭运河苏北段沿线１ １个梯级船闸承受水头中最大 的一个。泗阳一、二线船闸均采用短廊道格栅消能 集中输水系统，从正常使用（水头差５．０～５．５ ｍ）
情况来看，闸室内的水力条件不尽理想：一线船 闸闸室内水面波动较大，近闸首处水流掺气及紊 动强烈影响船舶，尤其是小型船舶的停泊安全；
而二线船闸比一线船闸闸室宽３ ｍ，输水时的流 量系数较低，闸室充水时间较长（近１１ ｒａｉｎ），
不能满足船舶过闸时间快的要求；且闸室水位上 升时，因底流过大，近闸首处闸室内出现横轴漩 滚，船舶有被急剧吸向上闸首、冲撞闸门的不安
收稿日期：２０１１－Ｏ１—２８ 作者简介：陈稚娟（１９６８一），女，高级工程师，从事航道、港口、船闸设计及咨询工作。
・１４２・ 水运工程
全因素，尽管该问题在船闸大修时通过增设帷
墙，改善了消能室出口的消能工，但充水时间 较长，水流条件不够理想的问题仍然存在。三
线船闸的闸室长度比一、二线船闸闸室长度增加 ３０ ｍ，总长度达２６０ ｍ，如采用短廊道格栅消能
集中输水系统，将使闸室内的水力学条件更为不
利。
１输水系统形式选择 根据泗阳三线船闸的水位组合情况，其最大
设计水头 一＝７．０ ｍ；根据货运量的要求，参照京
杭运河沿线其它１０个梯级的使用情况，闸室灌水
时间拟定为 ＝８ ｖａｉｎ，根据ＪＴＪ ３０６－－２００１ 闸 输水系统设计规范））ＩＪ】，输水系统类型根据判别系
数计算确定 ‘， ｍ＝Ｔ／Ｈ （１） 式中：日为设计水头（ｍ）；Ｔ为闸室灌水时间 （ｍｉｎ）。该船闸ｍ＝３．０２。
根据规范，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２．５≤ｍ≤３．５
时，既可采用集中输水系统，也可采用分散输水
系统。由于泗阳船闸运行频繁，对水力指标（满
足闸室内的停泊条件、闸室灌水时间控制在８ ｒａｉｎ 内）要求亦较高，通过江苏省交通规划设计院有
限公司和南京水利科学研究院《中低水头船闸局
部分散输水系统研究报告》的研究成果，确定本
船闸采用局部输水系统形式。
２输水系统设计 ２．１局部分散输水系统布置 输水系统采用上闸首正面进水、闸室墙局部
廊道侧支孔出水，即水流从上闸首正面与顶面进水
后，转９０。弯后，进入布置在闸室段的输水廊道；
输水廊道在闸室墙头部两侧８个结构段（１４０ ｍ 闸室长度范围内）分别设置２８个进出水孔，经侧
面短支孔出水，出水段廊道支孑Ｌ断面的总面积与
该廊道断面面积相等。下闸首输水系统则采用水 平环绕简单消能工的对冲消能的平底板短廊道集 中输水系统【３１。 ２．２水力计算
２．２．１闸室内的停泊条件 当出现最大设计水头７ ＩＴＩ组合时，为最不利 计算工况。此时，闸室输水时间为７．７ ｍｉｎ，阀门
采取匀速开启方式，阀门开启总时间为６ ｍｉｎ，闸
室内船舶受力和闸室断面平均流速均最大。船舶
在闸室内承受的最大水流作用力为２８．０ ｋＮ，小于
２ ０００吨级船舶允许系缆力４０ ｋＮ，闸室内侧支孔
最大平均流速为０．４６ ｍ／ｓ，小于允许值０。８ ｍ／ｓ，
均满足规范要求。 ２．２．２阀门工作条件
在最大设计水头７．０ ｍ时，上闸首输水廊道 （其中廊道长度大于廊道高度的３倍）灌水过程
中，经计算，阀门后廊道顶部最小压力为一０．０８ ｍ 水柱，负压很小，阀门后不设检修阀门。且输水
阀门完全淹没在水下，阀门后的掺气现象能得到
控制。
２．２．３镇静段长度 由于采用局部分散输水系统形式，闸室内不
需要设镇静段。
２．２．４最小淹没水深 当上游为最低通航水位时，实际廊道进口淹
没水深为６．９ ｍ，大于０．４倍设计水头的计算值
２．８ ｒｎ。闸室墙内的廊道出口的实际淹没水深为 ４．３ ｍ，高于规范允许值最小淹没水深１．５ ｍ。下
闸首廊道出口实际淹没水深为１．６ ｍ，亦高于规范
允许值最小淹没水深１．５ １ＴＩ。 ２．３下游引航道条件改善措施ｌ ５】 根据《江苏泗阳三线船闸泄水水流条件模型
试验研究报告》可知，在承受最大设计水头７ ｍ
时，二、三线船闸下闸首阀门同时泄水时，为不
利运行工况；一线船闸下闸门在关闭状态所承受
的反向水头最大，可达０．４３ ｍ，并在一、二闸之 问的分隔堤堤头产生较大的横向绕流。为解决最 不利工况对一线船闸下闸门造成的不利影响，在
一、二线船闸之间的分隔堤（对应一线船闸３ ～ ｌ３ 靠船墩范围内），二线船闸临三线闸侧为１＃－７ 靠船墩范围内，开１５０ ｍ宽度缺口；为了消除因
开缺口产生横流影响，采用灌注桩之间加预制混 第７期 陈稚娟，王仙关：泗阳三线船闸输水系统的设计 ・１４３・
凝土格栅板结构。通过采取上述措施，可使得横 向流速控制在０．１５～０．１８ ｍ／ｓ，且最大横向流速出 现的时间在１ ｒａｉｎ以内，对行船影响不敏感；反
向水头维系在Ｏ．２２ ｍ／ｓ左右，属于可承受范围。
２．４局部分散输水系统特点 １）在船闸设计水头７ ＩＴＩ时，局部分散输水系 统灌水时间约为原有封闭效能形式的６２％。与倒口
出流消能室方案相比，灌水时间缩短约１．０ ｒａｉｎ，
每日过闸次数约提高１．７％；与封闭消能室方案相 比，灌水时间缩短约４．７ ｒａｉｎ，日过闸次数约提高
９．６％。 ２）采用局部分散输水系统，既具有结构工程
量比分散输水形式少的优点，又具备分散输水系 统水流条件好的一些特点，船舶在闸室内的停泊
条件优于其他集中输水系统指标。
３）采用局部分散输水系统，不需要设置镇静
段长度，从而使闸室有效停泊面积增加２３０ ｍｚ， 每闸次过闸船舶吨位比采用集中输水形式相同尺
度船闸约提高４％，年通过能力提高约５．７％；与 封闭消能室方案相比，年通过能力提高约１ １．８％，
产生的经济效益相当可观。
３同类技术的综合比较 泗阳三线船闸２００９年５月１９日交工验收通
航以来，船闸运行平稳安全，运行效率显著提高；
三线船闸成为该枢纽３座船闸中充水时间最短、
・消 ，电・ 通过能力最大、闸室船舶停泊安全性最好的一座 船闸；得到了船闸使用管理部门和船员的高度赞
扬。 徐洪河沙集船闸、松花江干流大顶子山航电 枢纽工程大顶子山船闸工程均采取长廊道分散输
水形式，工程造价比局部分散输水系统形式要高。
采用局部分散输水系统，既能确保闸室内泊稳条
件，又能降低工程造价，具有较好的经济效益和 社会效益，可为ＪｒｒＪ ３０６－－２００１《船闸输水系统设
计规范》的修订完善作出补充。
参考文献： 【１】ＪＴＪ ３０６－－２００１船闸输水系统设计规范［Ｓ】． ［２１江苏省交通规划设计院，南京水利科学研究院．中低水 头船闸局部分散输水系统研究报告［ｒｑ．南京：江苏省交 通规划设计院有限公司，２００５． 【３】江苏省交通规划设计院．京杭运河船闸扩容工程泗阳 三线船闸工程施工图设计［Ｒ１＿南京：江苏省交通规划设 计院有限公司，２００５． ［４］江苏省交通规划设计院．京杭运河船闸扩容工程泗阳 三线船闸工程初步设计［ｒｑ．南京：江苏省交通规划设计 院有限公司，２００３． 【５】河海大学，江苏省交通运输厅航道局．江苏泗阳三线船 闸泄水水流条件模型试验研究报告【Ｒ］．南京：河海大学， ２００４．
（本文编辑武亚庆）
世界最长跨海大桥青岛海湾大桥通车
６月３０日，中交股份公司设计并参建的世界最长跨海大桥——青岛海湾大桥建成通车。 青岛海湾大桥是国家高速公路网青岛至兰州高速公路的起点段，全长３６．４８ ｋｍ，为目前世界上已建 成的最长跨海大桥。大桥东起青岛东部城区海尔路，横跨胶州湾，西至黄岛红石崖；主线长２６．７ ｋｍ，其 中跨海大桥长２５．８８ ｋｍ；主桥中部建设互通立交桥与红岛相连，青岛、黄岛和红岛由此实现“品”形连 接。该桥按照双向六车道高速公路兼城市快速路八车道设计，行车时速８０ ｋｍ，桥梁宽３５ ｍ，设计基准 期１００年。 青岛海湾大桥建成通车后，将使东西两岸路程缩短约３０ ｋｍ，进一步奠定了青岛在山东半岛蓝色经济 区的龙头地位，对完善青岛市东西跨海交通联系，解决环胶州湾交通瓶颈，改善胶东半岛的投资环境， 加快青岛市经济和胶州半岛城市群的发展具有重要促进作用。
摘编自《中国交通建设股份有限公司新闻中心》