[发明专利]中高水头碍航船闸改扩建工程新旧船闸输水廊道衔接方法

说明书

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域的船闸输水系统衔接方法，具体的说是一种中高水头碍航船闸改扩建工程新旧船闸输水廊道衔接方法。

背景技术

随着我国经济的高速发展，水运的运输量也高速增长，如“十五”期间，我国水路运输货运量、货物周转量年均增长6.7％、6.6％。2005年，水路运输货运量和货物周转量占各种运输方式总运量的比重分别达到11.8％和61.9％。为了满足货物运量的增加，需要在提高原来通航设施通过能力的基础上，扩建新的通航建筑物。国外尤其是欧美国家，在建设通航枢纽时一般都规划有二线甚至三线通航设施的位置，或者先建设一个主船闸和一个或两个规模小一些的辅助船闸（其闸室宽度与主船闸一致，而长度要短于主船闸），等到货运量增长到一定程度后，再对辅助船闸进行扩建改造（主要是延长其闸室长度），使其规模与原主船闸一致从而达到扩能的目的。在我国，限于当时的技术和经济水平，有相当一部分工程和枢纽没有留下建设二线通航设施的位置（有些甚至就是碍航闸坝），对于这一类工程和枢纽是不能通过采用建设二线通航设施来提高其通过能力的。目前的做法之一是将老船闸改造为新船闸引航道的一部分，在老船闸上游或下游衔接一个新船闸。但由此而产生的难点问题是新船闸建设受到老船闸结构、尺度的限制，致使新老船闸输水系统衔接处体型复杂，特别对于中高水头船闸，容易产生空化问题。

研究表明，旧船闸改扩建工程输水廊道阀门空化问题主要存在于两个位置，一是阀门段本身，二是阀门前新旧船闸输水廊道衔接段输水廊道。对于阀门段本身空化问题，自20世纪80年代以来，我国针对不断兴建的高水头船闸，结合国内外船闸运行经验，采取了多种措施抑制阀门空化，取得了显著的效果。其主要措施包括两方面，一是主动防护措施，从提高阀门底缘空化数的角度出发，主动避免空化发生，如快速开启阀门、增大阀门处廊道淹没水深、优化阀门段廊道体型（突扩体型）等；另一方面是被动防护措施，即在有空化发生的情况下，采用通气方式（门楣通气、廊道顶通气、跌坎通气、升坎通气等）减弱空化溃灭冲击压力，达到保护阀门段廊道边界免遭空蚀破坏的目的。但是对于新旧船闸输水廊道衔接段，特别是中高水头船闸，其空化问题主要是由于新旧船闸输水廊道的衔接段的特殊体型造成，这对于船闸廊道防空化研究尚属新的课题，采用常规体型，先前防空化措施难以直接移用，对消除空化效果不明显。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对以上现有技术存在缺点，提出一种中高水头碍航船闸改扩建工程新旧船闸输水廊道衔接方法，能够适应闸室内船舶停泊条件，同时又可降低阀门段廊道施工难度，方便阀门段廊道检修，节约工程投资，降低运行成本。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

中高水头碍航船闸改扩建工程新旧船闸输水廊道衔接方法，旧船闸下闸首与新船闸上闸首廊道的衔接段在垂向采用垂向突扩方式，即旧船闸下闸首输水廊道末端底高程经衔接段直接突扩至新船闸上闸首工作阀门廊道底高程，新旧船闸输水廊道衔接段在平向上采用平面渐扩方式，渐扩扩散角小于等于30°。

旧船闸下闸首与新船闸上闸首廊道的连接段采用垂向突扩方式，将连接段高度由传统单倍廊道高度修改为连接段底部直接突扩至新闸首工作阀门廊道底高程，形成“大衔接池”；为使新旧船闸输水廊道衔接段水流平顺，避免产生螺旋流等恶劣流态，新旧船闸输水廊道衔接段在平面上采用“平面渐扩”，渐扩扩散角小于等于30°。

新旧船闸输水系统衔接段采用“平面渐扩”+“大衔接池”型式，即旧船闸下闸首与新船闸上闸首衔接段采用“大衔接池”衔接，代替常规船闸廊道衔接方式，同时旧闸室廊道与“大衔接池”顶面采用“平面渐扩”衔接方式。

“平面渐扩”与“大衔接池”均可降低衔接段廊道处的流速，提高空化数，从而实现抑制空化的目的；通过采用“大衔接池”，简化了新旧船闸输水廊道衔接段廊道结构，降低了阀门段廊道的施工难度，方便了廊道检修，从而可节约工程投资并降低运行成本；“大衔接池”型式增大了水流过水断面，有利于减小廊道内流速，增大廊道内压力，从而增大工作空化数；“平面渐扩”能够充分利用旧船闸下闸首有限的空间，渐扩段采用圆弧形设计能够改善廊道内流态，避免发生局部水流分离，抑制空化发生。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的中高水头碍航船闸改扩建工程新旧船闸输水廊道衔接方法，将旧船闸闸室作为新船闸引航道的一部分，旧船闸廊道下游出水口段改建为新船闸廊道进水口段。