常州新闸可研方案.docx

常州新闸可研方案.docx

《常州新闸可研方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《常州新闸可研方案.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

常州新闸可研方案

太湖流域湖西引排工程

常州新闸工程可研方案

江苏省XXXXXXX研究院

xxx年xxx月

太湖流域湖西引排工程

常州新闸工程可研方案

一兴建缘由

太湖湖西地区位于太湖流域西北部，西以茅山为界，北以长江大堤为界，南以宜溧山区为界，东滨太湖，东北以一道控制线和武澄锡低片接壤，总面积7815km2。

湖西地区以东为武澄锡低片，两片地面高程相差2m左右。

且武澄锡低片东西两翼均为高片，洪涝压力很大。

根据洪涝分开的原则，我省要求“在低片两侧建控制线”。

1986年太湖流域管理局编报的《太湖流域综合治理总体规划方案》将湖西引排工程列为太湖治理十大骨干工程之一。

1997年5月由江苏省太湖水利设计研究院编报的《太湖流域湖西引排工程可行性研究报告（97修订本）》将常州新闸工程列为湖西引排工程的骨干工程。

京杭运河自西向东贯穿湖西、武澄锡高低两片。

苏南运河拓浚前，运河洪峰下泄流量60m3/s，苏南运河按四级航道实施后，预测洪峰下泄流量会增加到120m3/s以上。

而1999年夏太湖出现超历史的洪水位，苏南运河常州、无锡、苏州的洪峰下泄流量超过300、200、100m3/s，严重加剧了苏锡常地区的洪涝灾害，因此苏锡常地区迫切要求兴建常州新闸工程。

二工程规模和任务

常州新闸工程是武澄锡西控制线上的主要工程。

是苏锡常三市的关键性防洪工程。

根据预测《太湖流域湖西引排工程可行性研究报告（97修订本）》分析计算，遇1969、1954、1991年雨型分别可减少运河下泄水量1.16、4.52、3.32亿m3，武澄锡低片和常州、无锡城市的防洪压力将大为减轻，无锡、常州水位要降低0.15～0.61m。

常州新闸控制运用条件、和特征水位组合见表1、表2。

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

<6.26

──

>3.60

控制

<6.26

>4.20

──

控制

>6.26

<4.20

<3.60

不控制

>6.26

<4.50

3.6～4.0

控制泄流

>6.26

4.2～4.5

<4.0

控制泄流

>6.26

──

>4.0

防总统一调度

>6.26

>4.50

──

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：

m

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

上游

5.98

历史最高水位（由1991年常州水位推得）

下游

3.82

遇1969年雨型常州规划水位

船闸

通航

水位

上游水位

最高

5.38

遇1969年雨型常州新闸规划水位

最低

2.50

交通部门规定

下游水位

最高

4.50

常州警戒水位

最低

2.50

交通部门规定

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）

1．闸门设计

闸门设计思路与单开扇形门相同。

（1）弧面半径

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。

（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。

（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。

（4）支臂

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。

（5）面板系

面板系结构与单开扇形门相同，但门中不需布置泄流孔。

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227.5t，浮力约291.5t，计入支臂重量约36t，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。

（7）行走机构

行走机构与单开扇形门相同。

（8）泄流方式

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