CN111893978A - 上游下水式升船机过坝通航布置结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种上游下水式升船机过坝通航布置结构，该结构包括上闸首、升船机主体段、主提升设备、承船厢，升船机主体段包括升船机船厢室、筏形基础、全封闭筒体结构、平衡重井和主提升设备机房；主提升设备机房内设有主提升设备；平衡重井内设有作垂直升降运行的平衡重；升船机船厢室内设有承船厢；当承船厢处于升船机船厢室下限位时，平衡重恰好处于平衡重井上限位；当承船厢处于升船机船厢室上限位时，平衡重处于平衡重井下限位。本发明既能灵活布置通航线路，满足高水头拱坝枢纽的布置要求；又能适应高山峡谷地区枢纽工程中常见的水位变幅大、水位变率快等特点；同时能避免额外修建大规模的挡水建筑物及防渗系统。

Description

上游下水式升船机过坝通航布置结构

技术领域

本发明涉及水利、水运工程技术领域，尤其是涉及一种上游下水式升船机过坝通航布置结构。

背景技术

船闸、升船机等通航建筑物可以克服水头差，是保证梯级开发河流正常通航的重要设施。对于高水头过坝通航，得到广泛应用的建筑物型式主要为垂直升船机。根据承船厢的运行条件垂直升船机又分为全平衡式和下水式两种。全平衡式升船机船厢室为无水环境，运行时承船厢总重始终与平衡重的总重相同，具有运行成本低、技术成熟可靠等优点；下水式升船机的船厢室与引航道水域连通，由于浮力的变化承船厢在出入水运行过程中不可能始终与平衡重的重量保持平衡，为减小提升设备规模，只能采用部分平衡的方式，该型式的升船机运行成本较高，但能够适应引航道较大的水位变幅和较快的水位变率。

垂直升船机主要由上、下闸首、船厢室及上、下游引航道等建筑物组成。对于坝型为重力坝的高水头枢纽一般采用“挡水闸首+筒体结构”的穿坝布置方式来实现过坝通航功能，上闸首一般兼作挡水建筑物的一部分，为升船机主体结构抵挡上游库水，如三峡、隔河岩、高坝洲、亭子口、向家坝等枢纽的升船机工程。但对于采用拱坝、土石坝等坝型的枢纽工程，通航闸首不能与大坝结合兼作挡水建筑物的一部分，船舶无法采用穿坝的方式实现通航目标，同时考虑复杂的地形、河势条件可能使通航建筑物轴线很难近岸布置，因此只能在左右岸坝肩利用地形单独布置通航建筑物。对于高山峡谷地区，由于坝肩山体一般为单面山地形，如果采用全平衡式垂直升船机则需要专门修建挡水建筑物和防渗系统，工程投资较大，而在岩溶发育地区，防渗系统的实施更加困难。为适应上游水位变幅，垂直升船机采用常规运行方式其下游穿过山体的通航设施高程将低于上游最低通航水位，这将造成较大的坝肩山体开挖，甚至影响拱坝枢纽的坝肩稳定。另外，布置于上游的升船机施工工期可能会受枢纽蓄水发电时间节点制约，这要求升船机的实施尽量简单。

因此，研发一种可以适用于高山峡谷地区高水头拱坝枢纽的过坝通航布置结构是一项具有重要意义的工作。

发明内容

为解决背景技术中的问题，本发明提供一种上游下水式升船机过坝通航布置结构，该过坝通航布置结构既能灵活设计通航轴线，满足高水头拱坝枢纽的布置要求，又能适应高山峡谷地区枢纽工程中常见的水位变幅大、水位变率快等特点，同时能够避免额外修建大规模的挡水建筑物及防渗系统，施工难度较小，工程投资较低。

本发明采用的技术方案是：一种上游下水式升船机过坝通航布置结构，布置于枢纽工程坝肩山体上游,包括升船机上闸首、升船机主体段、主提升设备和承船厢，其特征在于：所述上闸首上游布置有能适应水位变幅的导航建筑物，下游设有升船机主体段；所述升船机主体段包括升船机船厢室、筏形基础、全封闭筒体结构、平衡重井和主提升设备机房；所述全封闭筒体结构将空间划分成升船机船厢室和平衡重井两类功能区域；所述平衡重井为与外部隔绝的封闭空间，对称布置在升船机船厢室两侧，其内均设有作垂直升降运行的平衡重；所述升船机船厢室与上游水库连通且内部设有承船厢，所述主提升设备机房内设有主提升设备，所述主提升设备驱动承船厢在升船机船厢室内垂直升降；当承船厢处于升船机船厢室下限位时，平衡重恰好处于平衡重井上限位，当承船厢处于升船机船厢室上限位时，平衡重恰好处于平衡重井下限位。

作为优选，导航建筑物采用导航浮堤和导航支墩。

作为优选，所述上闸首上设有检修闸门及门槽，顶部布置检修闸门启闭机。

作为优选，所述主提升设备包括卷筒、减速器、同步轴和润滑泵站。

作为优选，所述主提升设备机房上游出口处设置交通桥与上游水库岸边交通连接，满足设备安装、检修、运行管理以及消防疏散等方面的交通需求。

作为优选，所述升船机船厢室的两侧全封闭筒体结构的上下游各设置一道夹紧轨道，在承船厢升降运行时起导向作用。

作为优选，所述全封闭筒体结构的上、下游各设置一部室外疏散楼梯，以满足升船机运行过程中紧急情况下承船厢中人员疏散和检修使用的需求。

作为优选，所述升船机船厢室下游、两侧全封闭筒体结构之间设一道挡水墙，挡水墙与上游检修闸门以及两侧全封闭筒体结构一起形成封闭空间与上游水库隔绝，以便于将升船机船厢室中的水抽干利于检修升船机船厢室。

作为优选，所述升船机船厢室下游通过通航渡槽、通航明渠以及通航隧洞实现船舶过坝通航。

进一步的，在通航隧洞进口附近设置一道挡洪闸门，抵挡校核洪水位，防止洪水经过通航隧洞下泄。

进一步的，通航渡槽、通航明渠以及通航隧洞中的运行水位不低于上游最高通航水位，从而实现垂直升船机逆向运行，并适应上游较大的水位变幅和较快的水位变率。

作为优选，所述平衡重总重量小于承船厢加水的总重量，平衡重的配置使承船厢在水面以上升降时主提升设备的输出扭矩，与承船厢在水下时的输出扭矩相等，电机在水上以额定速度运行，在水下则通过调速以低速运行；

或平衡重的配置使承船厢在水上升降时主提升设备的驱动功率，与承船厢在水下时的驱动功率相等，电机在水下通过调速以低速运行，在水上则通过调速以高速运行。

本发明取得的有益效果是：

(1)在上游水库中布置下水式升船机并采用逆向运行方式，既能适应上游水位变幅，又不需要专门修建挡水建筑物及防渗系统，可以显著降低施工难度及工程投资，同时有利于缩短建设工期。逆向运行是指承船厢的运行方向与常规垂直升船机运行方式相反，即船舶下行时承船厢上升，船舶上行时承船厢下降。采用逆向运行方式，实现在上游水库中布置下水式升船机的目标；

(2)与常规通航建筑物布置相比，上闸首不再作为枢纽挡水建筑物的一部分，通航轴线的布置相对独立，因此也更加灵活，可以根据地形、河势条件合理布置航线；

(3)由于升船机逆向运行，穿过山体的渠道或隧洞需高于上游最高通航水位，因此布置于高程较高处，可减少大范围边坡开挖，将边坡或通航隧洞开挖对拱坝坝肩承载力、防渗等方面的不利影响降至最低；

(4)本发明实现了在上游水库中布置下水式升船机的目标，与常规的船闸或全平衡升船机方案相比能够更好地适应上游水位变幅。

附图说明

图1为本发明的平面布置图；

图2为图1的纵向断面图；

图3为图1的横向断面图；

图4为主提升设备的布置图；

附图标记：1、导航浮堤；2、导航支墩；3、上闸首；4、上游检修闸门；5、上游检修闸门启闭机；6、升船机船厢室；7、筏形基础；8、主提升设备机房；9、交通桥；10、承船厢(下限位置)；11、承船厢(上限位置)；12、平衡重井；13、平衡重(下限位置)；14、平衡重(上限位置)；15、全封闭筒体结构；16、主提升设备；161、卷筒；162、减速器；163、同步轴；164、润滑泵站；17、夹紧轨道；18、上游疏散楼梯；19、下游疏散楼梯；20、下游钢闸首；21、下游挡水墙；22、通航渡槽；23、通航明渠；24、通航隧洞；25、挡洪闸门；L、通航建筑物轴线；H1、上游最高通航水位；H2、上游最低通航水位；H3、校核洪水位；H4、通航隧洞运行水位。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施案例对本发明作更进一步的说明。

如图1-4所示，本发明的上游下水式升船机过坝通航布置结构布置于枢纽工程坝肩山体上游，包括升船机上闸首3、全封闭筒体结构15、升船机船厢室6、平衡重井12、筏型基础7、主提升设备机房8以及主提升设备16和承船厢10(11)(采用金属结构)，紧邻上闸首3上游布置可以适应较大水位变幅的导航建筑物，即导航浮堤1和导航支墩2，在上闸首3上设有上游检修闸门4及门槽，顶部布置上游检修闸门启闭机5。

升船机主体段包括设置在底部的筏形基础7、升船机船厢室6、设置在升船机船厢室6左右两侧的全封闭筒体结构15、设置在全封闭筒体结构15内部的平衡重井12以及设置在顶部的主提升设备机房8，全封闭筒体结构15将空间划分成升船机船厢室6和平衡重井12两种功能区域，升船机船厢室6与上游水库连通，供承船厢10(11)垂直升降运行；平衡重井12为与外部隔绝的封闭空间，对称布置在升船机船厢室6左右两侧，平衡重13(14)在平衡重井12内作垂直升降运行。当承船厢10(11)处于升船机船厢室6下限位时，平衡重13(14)正处于平衡重井12上限位；反之，当承船厢10(11)处于升船机船厢室6上限位时，平衡重13(14)处于平衡重井12下限位。

在全封闭筒体结构15顶部设置主提升设备机房8，内部布置主提升设备16，主提升设备16包括卷筒161、减速器162、同步轴163及润滑泵站164，如图4所示。

在主提升设备机房8上游出口处设置交通桥9与上游水库岸边交通连接，满足设备安装、检修、运行管理以及消防疏散等方面的交通需求。

在升船机船厢室6的两侧、全封闭筒体结构15的上下游各设置一道夹紧轨道17，在承船厢10(11)升降运行时起导向作用；在全封闭筒体结构15的上、下游各设置一部室外疏散楼梯(上游疏散楼梯18和下游疏散楼梯19)，以满足承船厢10(11)运行过程中紧急情况下承船厢10(11)中的人员疏散和检修使用的需求；在升船机船厢室6的下游、左右侧全封闭筒体结构15之间设一道挡水墙21，与上游检修闸门4以及两侧全封闭筒体结构6一起形成封闭空间与上游水库隔绝，以便于将升船机船厢室6中的水抽干利于检修升船机船厢室6。

在上游下水式升船机下游通过通航渡槽22、通航明渠23以及通航隧洞24等建筑物型式实现船舶过坝通航。在隧洞进口附近设置一道挡洪闸门25，抵挡校核洪水位H3，防止洪水经过通航隧洞24下泄。

通航渡槽22、通航明渠23以及通航隧洞24等建筑物中的运行水位H4不低于上游最高通航水位H1，从而实现垂直升船机逆向运行，并适应上游较大的水位变幅。这些建筑物的高程确定还应综合考虑抵御校核洪水位H3以及渡槽梁底支座高于设计洪水位的要求。

在承船厢10(11)出、入水的过程中受到的浮力会发生变化，平衡重13(14)总重量应小于承船厢加水的总重量，平衡重13(14)重量选定后，主提升设备16的提升力将随之确定。平衡重13(14)重量的选取有两种不同的原则，一种是“等扭矩”原则，另一种是“等功率”原则。所谓“等扭矩”，是指平衡重13(14)的配置使承船厢10(11)在水面以上升降时主提升设备16的输出扭矩，与承船厢10(11)在水下时的输出扭矩基本相等，电机在水上以额定速度运行，在水下则通过调速以低速运行；所谓“等功率”，是指平衡重13(14)的配置使承船厢10(11)在水上升降时主提升设备16的驱动功率，与承船厢10(11)在水下时的驱动功率基本相等，电机在水下通过调速以低速运行，在水上则通过调速以高速运行。也可以综合两种不同的原则选取平衡重13(14)，在保证主提升设备16规模不致过大的条件下，尽可能减小驱动电机功率。

本实施例中，升船机主提升设备16及承船厢10(11)与常规下水式升船机相同。上游下水式升船机在库水位以下部分被长期淹没，为避免平衡重井12进水，全封闭筒体结构15需要承担巨大的外水压力，结构设计应充分考虑该受力条件。

实施过程中应注意解决承船厢10(11)出、入水过程中的水力学问题。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要结构特征。本发明不受上述实例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种上游下水式升船机过坝通航布置结构，布置于枢纽工程坝肩山体上游,包括上闸首、升船机主体段、主提升设备和承船厢，其特征在于：所述上闸首上游布置有能适应水位变幅的导航建筑物，下游设有升船机主体段；所述升船机主体段包括升船机船厢室、筏形基础、全封闭筒体结构、平衡重井和主提升设备机房；所述全封闭筒体结构将空间划分成升船机船厢室和平衡重井两类功能区域；

所述升船机船厢室与上游水库连通且内部设有承船厢，所述主提升设备机房内设有主提升设备；所述平衡重井为与外部隔绝的封闭空间，对称布置在升船机船厢室两侧，其内均设有作垂直升降运行的平衡重；当承船厢处于升船机船厢室下限位时，平衡重恰好处于平衡重井上限位，当承船厢处于升船机船厢室上限位时，平衡重处于平衡重井下限位；

所述升船机主体段下游设有通航渡槽、通航明渠和通航隧洞，所述通航渡槽、通航明渠和通航隧洞中的运行水位H4不低于上游最高通航水位H1；

所述平衡重总重量应小于承船厢加水的总重量，平衡重的配置使承船厢在水面以上升降时主提升设备的输出扭矩，与承船厢在水下时的输出扭矩相等；或平衡重的配置使承船厢在水上升降时主提升设备的驱动功率，与承船厢在水下时的驱动功率相等。

2.根据权利要1所述的上游下水式升船机过坝通航布置结构，其特征在于：所述上闸首上设有检修闸门及门槽，顶部布置检修闸门启闭机。

3.根据权利要1所述的上游下水式升船机过坝通航布置结构，其特征在于：所述主提升设备机房上游出口处设置与上游水库岸边连接的交通桥，满足设备安装、检修、运行管理以及消防疏散等方面的交通需求。

4.根据权利要1所述的上游下水式升船机过坝通航布置结构，其特征在于：所述升船机船厢室的两侧全封闭筒体结构的上下游各设置一道在承船厢升降运行时起导向作用的夹紧轨道。

5.根据权利要1所述的上游下水式升船机过坝通航布置结构，其特征在于：所述全封闭筒体结构的上、下游各设置一部室外疏散楼梯，供紧急情况下承船厢上的人员疏散和检修使用。

6.根据权利要1所述的上游下水式升船机过坝通航布置结构，其特征在于：所述升船机船厢室的下游、两侧全封闭筒体结构之间设一道挡水墙。

7.根据权利要1所述的上游下水式升船机过坝通航布置结构，其特征在于：所述通航隧洞进口设置一道挡洪闸门。

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