CN112982354A - 一种船闸旁侧取水结构及其陆域施工方法和山体施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种船闸旁侧取水结构及其陆域施工方法和山体施工方法，包括引航道、输水廊道、取水口、隔流堤和浮式导堤，所述输水廊道沿着引航道设置，所述输水廊道的一端船闸上闸首相接且另一端与取水口相接，所述取水口设置在岸沿上，所述隔流堤设置在取水口和引航道之间，所述浮式导堤接设于隔流堤靠近取水口岸口一端。利用本发明技术方案设计的一种船闸旁侧取水结构及其施工方法，将取水口布置在岸域，可采用施工围堰等措施实现干地施工，从而降低施工难度、节约工程投资，同时，该取水方式可避免船闸灌水波对引航道水域的干扰，引航道最大波高可降低50%~70%，同时可避免引航道内出现泡漩水、回流等不良流态。

Description

一种船闸旁侧取水结构及其陆域施工方法和山体施工方法
技术领域
本发明属于船闸引航道及输水系统技术领域，尤其是涉及一种船闸旁侧取水结构及其陆域施工方法和山体施工方法。
背景技术
引航道是船闸闸首口门与主航道连接的一段航道，按流向分上下引航道，接上游高水位河道的连接段航道称为上引航道，接下游高低位河道的连接段航道称为下引航道。引航道用于船舶进闸前制动、待泊、编队进闸等，属限制性航道。引航道设计对船舶通航水流条件要求较为苛刻。船闸输水系统运行时，船闸从上引航道或主河道取水，用于调节闸室水位。大型船闸，因所需灌水量大，当船闸输水系统从引航道灌水时，在引航道内形成灌水波。灌水波对船舶航行安全、船舶停泊条件以及船闸闸门结构安全都有影响。
采用旁侧取水方式，因取水点远离引航道，可有效削弱灌水波对通航安全的影响。然而，在多数大型水库工程中，主河道水深大，水下施工难度高，因此旁侧取水方式难以实施，因此亟需一种能够方便施工的船闸旁侧取水结构。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种船闸旁侧取水结构及其陆域施工方法和山体施工方法。
实现上述目的本发明的技术方案为，一种船闸旁侧取水结构，包括引航道、输水廊道、取水口、隔流堤和浮式导堤，所述输水廊道沿着引航道设置，所述输水廊道的一端与船闸上闸首相接且另一端与取水口相接，所述取水口设置在岸沿上，所述隔流堤设置在取水口和引航道之间，所述浮式导堤接设于隔流堤靠近取水口岸口一端。
所述隔流堤包括桩基部和插板部，所述桩基部位于引航道的底高程D以下，所述插板部设置于桩基部的顶端。
所述取水口的顶高程D1等于或略高于引航道的底高程D，所述取水口的宽度B1不小于引航道的底宽Bq，所述取水口的底高程Dk通过二维非恒定流数学模型计算。
所述输水廊道设置于引航道的底高程D以下。
一种船闸旁侧取水结构的陆域施工方法，包括如下步骤：
a.在原陆域基础上建设施工围堰；
b.在船闸上闸首至施工围堰之间的陆域上开挖引航道；
c.沿着引航道浇注输水廊道和取水口；
d.回填引航道；
e.拆除施工围堰，建造隔流堤和浮式导堤。
所述步骤b中，开挖至所设计引航道的底高程以下。
所述步骤d中，回填至所设计引航道的底高程。
一种船闸旁侧取水结构的山体施工方法，包括如下步骤：
f.开挖所设计引航道路段的山体，保留所设计引航道末端至库区路段的山体；
g.沿着引航道浇注输水廊道、取水口，同时浇注隔流堤的桩基部；
h.回填引航道；
i.开挖步骤a中所保留的剩余山体，连通引航道和库区；
j.浇注插板部和浮式导堤。
所述步骤f中，开挖至所设计引航道的底高程以下。
所述步骤h中回填至所设计引航道的底高程。
利用本发明技术方案设计的一种船闸旁侧取水结构及其陆域施工方法和山体施工方法，其有益效果为：
1.本发明技术方案将取水口布置在岸域，可采用施工围堰等措施实现干地施工，从而降低施工难度、缩短取水渠长度、节约工程投资。
2.采用隔流堤将取水口与引航道隔离开，该取水方式可避免船闸灌水波对引航道水域的干扰，与常用的闸首处取水方式对比，引航道最大波高可降低50%~70%，同时可避免引航道内出现泡漩水、回流等不良流态。
附图说明
图1是旁侧取水结构平面布置图；
图2是附图1中A-A'典型断面示意图；
图3是旁侧取水结构单侧布置图；
图4是山体施工引航道明挖范围横断面示意图；
图5是山体施工引航道明挖范围纵断面示意图。
图中：1、引航道；2、输水廊道；3、取水口；4、隔流堤；5、浮式导堤；6、船闸上闸首；7、桩基部；8、插板部；9、施工围堰。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，如图1、2所示，一种船闸旁侧取水结构，包括引航道1、输水廊道2、取水口3、隔流堤4和浮式导堤5，所述输水廊道2沿着引航道1设置，所述输水廊道2的一端与船闸上闸首6相接且另一端与取水口3相接，所述取水口3设置在岸沿上，所述隔流堤4设置在取水口3和引航道1之间，所述浮式导堤5接设于隔流堤4靠近取水口3岸口一端，所述隔流堤4包括桩基部7和插板部8，所述桩基部7位于引航道1的底高程D以下，所述插板部8设置于桩基部7的顶端，所述取水口3的顶高程D1等于或略高于引航道1的底高程D，所述取水口3的宽度B1不小于引航道1的底宽Bq，所述取水口3的底高程Dk通过二维非恒定流数学模型计算，所述输水廊道2设置于引航道1的底高程D以下。
本发明中，该旁侧取水结构由取水口3处取水，经由输水廊道2进入船闸上闸首6，因此输水廊道2设置在引航道1的底高程D以下，避免影响引航道1上的船只停泊和通行；隔流堤4则设置在取水口3和引航道1，在取水时，隔流堤4能够降低灌水波对引航道1水域的干扰，同时，能够避免出现泡漩水、回流等不良现象；浮式导堤5则建设在隔流堤4靠近取水口3岸口的一端，能够降低灌水波对岸口处水流的影响，避免出现灌水波所引起的岸口处水流横向流速过大的状况。
隔流堤4整体包括桩基部7和插板部8两部分，插板部8设置在桩基部7的顶端，为了不影响船只的停泊和通航，桩基部7位于引航道1的底高程D以下，在施工时，桩基部7和插板部8既可以一同建设也可以分次建设；取水口3在建设时，取水口3的顶高程D1等于或略高于引航道1的底高程D，取水口3的宽度B1要不小于引航道1的底宽Bq，以此保证取水口3的取水效率，取水口3的底高程Dk则通过二维非恒定流数学模型计算。
旁侧取水结构设置要根据船闸的设计形式进行相应变化，具体的，双线船闸则需要双侧的取水结构，单线船闸则仅需要单侧的取水结构：
以双线船闸为例，取所设计引航道1的航宽B=140m，设计航深Dy=7m，双线船闸同时灌水时最大峰值流量Qmax=1360m3/s，则引航道1的底宽Bq=0.5B=70m，初步拟定水深Dq=2Dy=14m；
根据波高公式粗估设计参数：
按hmaxkm=α（0.5Qmax）/BqC计算引航道1口门处波高，得hmaxkm=0.206m>0.1m，其中，波速C=√（gDq），其中g为重力加速度，折减系数α=0.25。优选的hmaxkm要靠近0.1m，因此需要增加引航道1的航宽为Bq=140m，水深仍为Dq=14m，此时计算hmaxkm=0.102m，同时，施工过程中，取水口3紧贴施工围堰9布置，因此取水渠的长度Lp等于施工围堰9的宽度。
依据二维非恒定流数学模型对取水口3底高程Dk进行试算：
第一步试算:拟定取水口3底高程Dk1，按Dk1建立数学模型，计算引航道1内最大波高H1，若最大波高高于标准值（Hn1>H0）,则降低Dk1。若最大波高低于标准值（Hn1<H0）,则抬高Dk1；
Dk2=Dk1+Δ，其中调整值Δ=（H0-Hn1）；
接下来进行循环试算，试算i：拟定取水口3底高程Dki=Dk（i-1）+Δ，按Dki建立数学模型，计算引航道1内最大波高Hni，若最大波高高于标准值（Hni>H0）,则降低Dki。若最大波高低于标准值（Hn1<H0）,则抬高Dki；
最后，经多次试算，直到|Hn1-H0|<0.05m，则此时，Dk=Dki。
其中，H0取0.5m，则计算可得，Dk=130.5m，取水深的精确值Dq=E-Dk，其中E为实际水位，通过测量直接获得为E=140m，所以水深的精确值为Dq=E-Dk=14.5m。
综上所述，各设计参数分别为：Bq=140m，Dq=14.5m，由于取水结构双侧对称式设置，因此取取水口3宽度B1=2Bq=280m。
如图3所示，如果船闸形式为单线船闸，则该取水结构布置于引航道1的一侧，船闸灌水时最大峰值流量Qmax=680m3/s，为了保证取水效果效率，因此单侧设置取水结构中，取水口3的宽度B1为引航道1航道底宽Bq的1~1.5倍，即取水口3的宽度B1=（1~1.5）Bq=140~210m，初步拟定水深Dq为2~2.5倍的航深Dy，即Dq=（2~2.5）Dy=14~17.5m，取水口3底高程Dk仍旧依据二维非恒定流数学模型的方式计算。
以下为该旁侧取水结构的具体施工方法：
实施例1：一种船闸旁侧取水结构的陆域施工方法，包括如下步骤：
a.在原陆域基础上建设施工围堰9；
b.在船闸上闸首6至施工围堰9之间的陆域上开挖引航道1至所设计引航道1的底高程以下；
c.沿着引航道1浇注输水廊道2和取水口3；
d.回填引航道1至所设计引航道1的底高程；
e.拆除施工围堰9，建造隔流堤4和浮式导堤5。
如图1所示，该方法适用于在岸域建造该旁侧取水结构，因此在建设时，优先修建施工围堰9，施工围堰9的高度也要高于施工工期内可能出现的最高水位，随后可以在施工围堰9内排水，开挖基坑，便于建筑修建；
之后开挖船闸上闸首6和围堰之间的陆域，开挖至设计引航道1的底高程以下，便于后续浇注输水廊道2，随后便能地下结构，即输水廊道2和取水口3，浇注完成后需要将引航道1回填至所设计的底高程，随后拆除施工围堰9，最后再建造隔流堤4和浮式导堤5即可。
实施例2：一种船闸旁侧取水结构的山体施工方法，包括如下步骤：
f.开挖所设计引航道1路段的山体至所设计引航道1的底高程以下，保留所设计引航道1末端至库区路段的山体；
g.沿着引航道1浇注输水廊道2、取水口3，同时浇注隔流堤4的桩基部7；
h.回填引航道1至所设计引航道1的底高程；
i.开挖步骤a中所保留的剩余山体，连通引航道1和库区；
j.浇注插板部8和浮式导堤5。
如图4、5所示，该方法适用于拟建引航道1的位置为山体，由于山体地形的顶高程肯定高于所设计引航道1的顶高程，因此在建造时，首先需要开挖山体，在开挖时需要注意要预留所设计引航道1末端至库区路段的山体，以此阻隔库区水流，保证引航道1路段的施工是干地施工，随后在开挖段浇注输水廊道2、取水口3和隔流堤4的桩基部7，浇注完成后则回填开挖段至所设计引航道1的底高程，之后便能开挖之前预留的部分山体，打通引航道1和库区之间的连接，最后补齐隔流堤4的插接部和浮式导堤5即可完成修建。
利用本发明技术方案设计的一种船闸旁侧取水结构及其陆域施工方法和山体施工方法，将取水口布置在岸域，可采用施工围堰等措施实现干地施工，从而降低施工难度、缩短取水渠长度、节约工程投资，同时，采用隔流堤将取水口与引航道隔离开，该取水方式可避免船闸灌水波对引航道水域的干扰，与常用的闸首处取水方式对比，引航道最大波高可降低50%~70%，同时可避免引航道内出现泡漩水、回流等不良流态。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种船闸旁侧取水结构，其特征在于：包括引航道（1）、输水廊道（2）、取水口（3）、隔流堤（4）和浮式导堤（5），所述输水廊道（2）沿着引航道（1）设置，所述输水廊道（2）的一端与船闸上闸首（6）相接且另一端与取水口（3）相接，所述取水口（3）设置在岸沿上，所述隔流堤（4）设置在取水口（3）和引航道（1）之间，所述浮式导堤（5）接设于隔流堤（4）靠近取水口（3）岸口一端。
2.根据权利要求1所述的一种船闸旁侧取水结构，其特征在于：所述隔流堤（4）包括桩基部（7）和插板部（8），所述桩基部（7）为于引航道（1）的底高程D以下，所述插板部（8）设置于桩基部（7）的顶端。
3.根据权利要求1所述的一种船闸旁侧取水结构，其特征在于：所述取水口（3）的顶高程D1高于引航道（1）的底高程D，所述取水口（3）的宽度B1不小于引航道（1）的底宽Bq，所述取水口（3）的底高程Dk通过二维非恒定流数学模型计算。
4.根据权利要求1所述的一种船闸旁侧取水结构，其特征在于：所述输水廊道（2）设置于引航道（1）的底高程D以下。
5.一种权利要求1-4之一所述的船闸旁侧取水结构的陆域施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.在原陆域基础上建设施工围堰（9）；
b.在船闸上闸首（6）至施工围堰（9）之间的陆域上开挖引航道（1）；
c.沿着引航道（1）浇注输水廊道（2）和取水口（3）；
d.回填引航道（1）；
e.拆除施工围堰（9），建造隔流堤（4）和浮式导堤（5）。
6.根据权利要求5所述的一种船闸旁侧取水结构的陆域施工方法，其特征在于：所述步骤b中，开挖至所设计引航道（1）的底高程以下。
7.根据权利要求5所述的一种船闸旁侧取水结构的陆域施工方法，其特征在于：所述步骤d中，回填至所设计引航道（1）的底高程。
8.一种权利要求1-4之一所述的船闸旁侧取水结构的山体施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
f.开挖所设计引航道（1）路段的山体，保留所设计引航道（1）末端至库区路段的山体；
g.沿着引航道（1）浇注输水廊道（2）、取水口（3），同时浇注隔流堤（4）的桩基部（7）；
h.回填引航道（1）；
i.开挖步骤a中所保留的剩余山体，连通引航道（1）和库区；
j.浇注插板部（8）和浮式导堤（5）。
9.根据权利要求8所述的一种船闸旁侧取水结构的山体施工方法，其特征在于：所述步骤f中，开挖至所设计引航道（1）的底高程以下。
10.根据权利要求8所述的一种船闸旁侧取水结构的山体施工方法，其特征在于：所述步骤h中，回填至所设计引航道（1）的底高程。
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