常州新闸可研方案文档格式.docx

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常州新闸工程控制运用条件表

表1单位：

m

丹阳水位

常州水位

无锡水位

新闸控制状况

<

6.26

4.20

3.60

不控制

──

>

控制

4.50

3.6～4.0

控制泄流

4.2～4.5

4.0

防总统一调度

注：

控制泄流指控制大运河泄量基本维持在大运河现状泄量水平，约60m3/s左右。

常州新闸工程特征水位组合表

表2单位：

稳定

计算

水位

设计水位

上游

5.38

遇1969年雨型常州新闸规划水位

下游

3.82

遇1969年雨型常州规划水位

校核水位

5.98

历史最高水位（由1991年常州水位推得）

船闸

通航

上游水位

最高

最低

2.50

交通部门规定

下游水位

常州警戒水位

根据可研规划计算，在1969年型和1954年雨型下，船闸新闸分别需要控制9天和40天。

遇1991年雨型需要全控制20天，有控制泄水8天。

多年平均控制天数5～7天。

1986年《总体规划方案》中常州新闸枢纽规模定为16×

230m、23×

230m船闸两座和2×

20m宽节制闸一座。

1997年《可研报告》常州新闸枢纽规模定为23×

230m船闸2×

20m宽节制闸各一座。

本次可研考虑各方面要求，采用大型钢闸门挡水，汛期需要控制时闭门挡水，平水开门通航通水。

苏南运河现状河底高程0.0m（吴淞零点，下同），底宽40m，边坡1:

2.5，两岸直立墙距离60m。

因此初步拟定大型闸门孔口净宽为60m，孔口底部高程0.0m。

大运河常州站多年平均水位3.32m，目前常州附近沿江水闸如谏壁闸、魏村闸等排涝期和冬春航运期内河水位均要求控制在3.50m左右，因此常州新闸试运行设计定为3.50m。

三工程位置和工程地质

1997年《可研报告》选定常州新闸工程位置在新闸镇西北侧南童子河至得胜河之间2.2km范围内。

闸址选在该处，河道和枢纽拆迁量少，规划武宜运河与得胜港直通，经济上也合理。

经进一步现场查勘，结合工程布置，大运河南岸垃圾处理场以东为预留船闸位置，地形比较空旷，比较适合闸的布置，所以将闸的位置选在1＋400处。

江苏省工程勘测研究院于1997年10月～11月对常州新闸枢纽进行了节制闸加船闸方案的地质勘察工作，共完成技术孔9孔，标贯孔8孔。

场地区地面高程一般在6.80m左右。

从上往下可分为7层土，各层土的发布和物理力学指标如下：

第11层，粉质粘土，层底高程4.5～3.1m，N<

4击，C＝9kPa，φ＝8°

。

第21层，粉质粘土，层底高程0.5～0.3m，N＝13击，C＝48kPa，φ＝21°

，fk＝220kPa。

第22层，重粉质壤土，层底高程－0.1～－0.6m，N＝10击，C＝27kPa，φ＝14°

，fk＝160kPa。

第31层，轻砂壤土，层底高程－1.2～－1.6m，N＝8击，C＝10kPa，φ＝22°

，fk＝80kPa。

第32层，极细砂，层底高程－4.3～－5.6m，N＝14击，C＝10kPa，φ＝25°

，fk＝130kPa。

第33层，极细砂，层底高程－14.7～－15.3m，N＝25击，C＝0kPa，φ＝27°

，fk＝200kPa。

第4层，重粉质壤土，钻探未见底，N＝14击，C＝39kPa，φ＝20°

，fk＝210kPa。

四方案设计

参照荷兰新沃特伟赫阻浪闸，我们考虑了对开扇形门方案（方案二），由于该方案在运河两岸都建门库，根据现场查勘，运河岸存在公路改道及工厂拆迁问题，我们借鉴双扇对开扇形门形式，考虑了单开扇形门方案（方案一）。

此外我们借鉴船坞门形式，考虑了浮箱门方案（方案三）。

（一）单开扇形门方案（方案一）

1．闸门设计

（1）弧面半径

支铰中心至岸墙距离取5米。

闸门挡水时，外侧止水设在闸门岸墙接触处，内侧止水布置在岸墙内1米处，据此，闸门受力段平面高度61米。

参照弧形闸门的弧面半径一般为门高的1.2～1.5倍的关系，并考虑弧面半径对面板弧长、支铰受力的影响，弧面半径取80米。

（2）面板弧长

门库挡水门距岸墙2米，门槽宽1米，闸门进入门库后与挡水门之间留2米。

由于闸门全关、全开时齿条启闭机的水平位置不变，初估启闭机中心距门端2米，这样闸门面板伸进岸墙至少9米。

闸门每年汛前都要试运行一次,试运行水位按3.5米考虑。

由于运河中该水位不一定能保证，所以考虑闸门在门库内试运转，闸门入库后与挡水门之间再增加3米。

这样闸门面板伸入岸墙总计12米（按直线计算）。

据此计算，闸门外面板总弧长82.88米。

（3）高程

门库顶高程3.7m，闸门最低浮运水位取3.5m，闸门吃水深1.5，门底高程为2.0m，门底与底板之间留0.5m，由此推算门库底板高程1.5m。

闸门检修时，门库抽空，闸门支承于门库底板上，即门底高程1.5m，支臂底缘与门库顶部的间隙取0.2m，据此计算，支臂与面板系连接处中心高程5.1m，即距门底3.6m。

闸门挡洪时，门顶高程6.5m，门底高程0.0m，支臂与面板系连接处中心高程3.6m。

按支臂下缘距地面0.3m控制，支铰高程取5.1m。

（4）支臂

支臂按两岸止水之间的弧面段对称布置。

支臂按一端铰接于支铰、另一端固接于面板系的格构杆计算，主要荷载有：

由面板系传来的水压力，支铰反力、自重。

经计算，支臂可选用3根φ700×

12钢管组成的格构杆。

两根支臂及其他联系杆件重约167t。

（5）面板系

面板系纵向按支撑于两根支臂上的悬臂梁计算，对应于两支臂位置布置两道纵向强梁。

横向按支撑于两纵向强梁上的两端悬臂梁计算，布置顶、中、底三道主横梁。

结合浮箱要求，中、底主横梁用实腹梁；

顶主梁结合门中泄流门及门顶行走机构布置。

浮箱吃水深度按1.5m计算。

经初步计算，面板系厚度取5.0m，此时门重（包括门中设备）约400t，浮力约547t，计入支臂重量约100t，浮力富裕量47t。

（6）支铰

闸门总水压力作用宽度按两岸止水之间的弦长计算，闸门挡洪时，支铰最大径向力735t，最大轴向力约80t（主要由支臂自重引起）。

浮运或检修时，支铰最大径向力40t，最大轴向力约90t。

支铰水平方向最大旋转角度57.924度。

按最高浮运水位4.5m计算，支铰垂直方向最大旋转角度2.149度。

根据我们的了解，国内较大的几家水工轴承制造厂都没有球窝轴承。

目前弧形闸门支铰多采用球关节轴承，其制造、安装技术比较成熟。

弧门球关节轴承不仅能承受很大的径向力，也能承受较大的水平轴向力。

该闸门支铰径向受力状况与普通弧门相同，轴向力方向垂直向下，支铰轴向平面旋转角度比普通弧门支铰要大。

根据支铰受力状况，我们与有关轴承科研制造单位共同分析后，拟定支铰可以使用改造后的球关节轴承。

主要措施是：

a、增加轴承内环球台高度，以增加支铰在垂直平面内的旋转角度；

b、增加轴承外环厚度，并将轴承外环与铰链有效地连接起来，保证铰链上的垂直力有效地传递到轴承外环上；

c、增加轴承内环直径和轴向支承套环壁厚，以提高轴承内环垂直力的传递能力。

（7）行走机构

由于要求行走机构闸门上下浮动相适应，参照工程，拟采用布置于门顶的齿轮、齿条推进式顶台车。

此台车类似于横拉门启闭台车，但齿轮旋转时，台车相对位置不变，齿轮推动齿条行走。

台车通过连接于门库侧墩柱上的推拉杆固定，当闸门上、下浮动时，台车在水平方向作适当移动以适应闸门上下浮动。

齿条沿闸门长度方向通长布置，齿条在平面上呈弧线。

因此，齿轮、齿条均为角度很小的伞齿结构，加工、安装难度较大。

据了解，大型水工机械制造厂能够制造这种台车。

（8）泄流方式

为满足闸门挡洪时仍能过流60m3/s的要求，拟在扇形门上开3孔小门，门开在浮箱以上，不影响总浮力。

2．单开扇形门方案土建设计

（二）对开扇形门方案（方案二）

闸门设计思路与单开扇形门相同。

支铰中心至岸墙距离取3米。

闸门挡水时，外侧在河道中心与另一扇闸门接触，内侧止水布置在岸墙内1米处，据此，闸门受力段平面高度31米，弧面半径取38米。

由于运河中该水位不一定能保证，所以考虑闸门在门库内试运转，闸门入库后与挡水门之间再增加1米。

这样闸门面板伸入岸墙总计10米（按直线计算）。

据此计算，闸门外面板总弧长47.02米。

闸门检修时，门库抽空，闸门支承于门库底板上，即门底高程1.5m，支臂底缘与门库顶部的间隙取0.2m，据此计算，支臂与面板系连接处中心高程4.7m，即距门底3.2m。

闸门挡洪时，门顶高程6.5m，门底高程0.0m，支臂与面板系连接处中心高程3.2m。

按支臂下缘距地面0.3m控制，支铰高程取4.7m。

经计算，支臂可选用3根φ500×

8钢管组成的格构杆。

两根支臂及其他联系杆件重约62t。

面板系结构与单开扇形门相同，但门中不需布置泄流孔。

经初步计算，面板系厚度取5.0m，此时门重（包括门中设备）约227.5t，浮力约291.5t，计入支臂重量约36t，浮力富裕量47t。

闸门总水压力作用宽度按两岸止水之间的弦长计算，闸门挡洪时，支铰最大径向力385，最大轴向力约20t（主要由支臂自重引起）。

浮运或检修时，支铰最大径向力30t，最大轴向力约30t。

支铰水平方向最大旋转角度58.05度。

垂直方向最大旋转角度4.523度。

支铰结构与单开扇形门相同。

行走机构与单开扇形门相同。

通过控制两扇形门的开度控制泄流。

2．对开扇形门方案土建设计

（三）浮箱门方案（方案三）

1．闸门设计

（1）闸门结构

浮箱门参照常规坞门结构形式设计。

但由于闸门高度较低，闸门稳度控制要求无法按坞门设计规范取值（1米），我们参照船舶稳度要求，取用0.3米。

为便于浮箱门与门墩就位，并尽量抬高门库底板高程，浮箱门不采用比重计式构造，而采用平底板浮桶式构造。

浮箱门两端与门墩的支撑位置与河岸距离取4米，门总长70米，门高6.5米。

闸门水平方向布置3道主梁，中、底主梁结合浮箱及给排水系统需要，采用实腹梁结构（或称为甲板），顶主梁可桁架结构。

闸门沿长度方向通过纵向隔板分成7个水舱。

经初步计算比选，闸门厚度取7米，吃水深取2.7米，方能满足自身稳度要求。

此时，闸门结构自重332.5t（包括给排水等设施），需配铸铁压重块860t，闸门总浮力1186.6t，稳度为0.374米。

考虑浮箱门底缘与门库底板之间留0.8米，门库底板高程为0.0米，即与运河河底等高。

（2）闸门浮运就位

由于行程很长，普通卷扬式启闭机或液压启闭机不适用。

闸门顺水流方向可能的偏移较大，而且两端偏移量不等，因此齿轮齿条推进式行走机构也不适用。

我们考虑使用拖轮牵引，并在闸门上系四根钢丝绳，通过布置运河对岸的四个带缆桩引导闸门就位。

由于闸门没有任何支承，浮运时受水流影响很大，浮运较困难。

2．浮箱门方案土建设计

两岸各设一门墩，每个门墩承受的最大水平推力为360t，

五方案比选

附图

图1单开扇形门总体布置图

图2单开扇形门闸门总图

图3双开扇形门总体布置图

图4双开扇形门闸门总图

图5浮箱门总体布置图

图6浮箱门闸门总图

图7扇形门支铰构造图