超级军网新建三峡井式船闸，破解长江三峡航运困局
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/04/28 09:11:39
新建三峡井式船闸，解决长江航运困局
其实，井式船闸不是什么新鲜事物。最早是针对高坝通航问题，中国工程院院士汪胡桢先生首先创造性地提出了一个使江船一步升降137米水位差的井式船闸的设想。具体到现实中，其实就是下图（鱼缸图）
比较正规的学术用语和图示如下：
结合到三峡工程，就是规模宏大的一个井式船闸（下游接一个5万kw左右的电站用来承接船闸泄水时候的能量）
船闸工作顺序为：
1：下游船只进入船闸后，封闭下游人字门；
2：开始抬升水位，参照三峡升船机，估计40分钟到上游水位高度
3：打开上游闸门，下游船只出闸。
4，上游船只进闸，关闭上游闸门；
5：降低水位。（同时井式船闸内的水开始通过水轮机发电）
6：估计40分钟降低到下游水位，打开下游人字门，船只出闸。
完成一次上下游互通。
并没有浪费水资源。对于升船速度，不会更快。因为安全限制。这个时候，求稳比求快要优先
井式船闸俯视图。为了实现一次性通过尽可能多的船只，不妨把井式船闸设计的大一些
广室（箱）船闸 闸首口门宽度小于闸室宽度的船闸，即为广室（箱）船闸。可分三种型式： （1）对称式：口门轴线与闸室轴线重合；（2）反对称式：口门轴线分别位于闸室轴线的两侧； （3）锁式：口门轴线位于闸室轴线的同一侧。适用于特殊地形
①单级船闸：沿船闸纵向只有一个闸室的船闸。
特点：
（1）过闸时间短，通过能力大；
（2）运行管理方便（建筑物及设备集中）；
（3）闸阀门及起闭机械少，可靠性高；
（4）占地少，便于布置（长度小）
（5）耗水多，结构复杂，对地质条件要求高（水头高）
（6）对输水系统要求高
人字门的设计制造与施工，三峡五级船闸已经有了足够的经验
而井式船闸下游的闸门，是受力最集中的区域。需要参考向家坝等工程的泄洪闸门的施工制造经验
而三峡的人字门，应该可以稍加改动，就可以应用于井式船闸的下游闸门。
井式船闸的闸门的支撑臂，是活动的，在闸门开启的时候，支撑臂没入水下，不阻碍航行。当船只全部进闸室后，支撑臂抬起，顶托闸门。
起初提供拉力使得闸门与闸墙密闭；当闸室内水位升高到一定程度后，由于闸门受压变形，支撑臂给与闸门的力为0，再往后随着闸室内水位的逐渐上升，支撑臂开始给闸室以支撑力来顶托闸门
闸门用时20分钟开启完毕，船只进入船闸耗时1小时，然后船闸20分钟关闭，开始充水，1个小时充水到175米，上游闸门5分钟开启，船只驶出耗时1小时。总计用时3个小时以内
闸室合适的位置布置500kw-3000kw的电动绞盘，对出入闸室的船闸提供牵引力，可以大幅提高船闸出入闸室的效率：把船只拉进闸室，并且把船只拉出闸室。船只在闸室内关车。安全，也无污染。对于出闸的船只，电动绞盘还可以提供初始速度，减少船只的油耗和污染
三峡人字门依靠自身结构强度承受水压；
而井式船闸下游闸门的受力完全不同，因为是整体没入水下，所以闸门只是起封闭作用（依靠闸门进行封闭），将水压力传递给坝体
由参数可以知道，三峡五级船闸的人字门已经是38.5米高，20.2米宽，厚度3.04米。
那么，井式船闸要实现：
50米高（水上30米（南京长江大桥净空30.03米），水下10米，与坝体接触面大概需要10米（上下各5米）必要的话，闸门中部区域需要加额外的可活动/隐蔽支臂结构以改善闸门受力）溪洛渡支臂最大设计规格为18.397米×3.631米×2.600米(长×宽×高)
25米宽，可以通过“江夏文”标准的万吨轮（“江夏文”号长128米、宽21.6米）
这样的话，井式船闸下游闸门，仅仅比现有的三峡人字门高了11.5米，增幅29%（可能实际只高10米，增幅26%），宽度仅增加5米。增幅25%
具体到井式船闸的下游闸门，其简略图大概为（要考虑防水和防渗）
每级闸室有效尺寸为1000×130×10M（长×宽×坎上最小水深）。
人字门单扇结构尺寸为20.5×3×37.5M（门宽×门厚×门高），单扇重达800T，。该门的结构形式为工字型主横梁式，每扇门叶共设24根主横梁和7道纵向加劲筋（详见附图一）。
该门的止水设计如下：闸门通过闸门周边的不锈钢止水带与闸墙上的橡胶带压缩止水
闸门关闭后，先通过外部机械力量，密闭闸门与闸墙，此时主要通过机械力使闸门挤压闸墙上的橡胶进行止水。在闸门整体没入水下1米的时候，是橡胶止水为主（依靠橡胶变形来密闭止水）；当闸门没入水下超过一米，闸门受力主要来自于水压，主要依靠闸门边柱钢止水（依靠钢板的变形来密闭止水）
就是说，井式船闸的闸门的支撑臂，起初提供拉力使得闸门与闸墙密闭；当闸室内水位升高到一定程度后，由于闸门受压变形，支撑臂给与闸门的力为0，再往后随着闸室内水位的逐渐上升，支撑臂开始给闸室以支撑力来顶托闸门
其实，现在的三峡人字门，迎水面是密封的，而背水面是裸露的。这样其实不利于防腐。而井式船闸的最低水面以下部分，要全密封。这样不但可以提供额外的支撑力以利于闸门的启闭移动，还有利于闸门的防腐
就是把现有三峡人字门的背面的部分进行密封处理
在闸洞上左右和上部设置3组动作筒。当闸门移动到关闭位置时，动作筒勾住闸门，对闸门施加拉力，使得闸门与闸墙通过橡胶密封区紧密贴合，防水渗漏；此时，开始提升闸室水位，并且支撑臂抬起，顶住闸门中部，为闸门提供支撑以改善闸门的受力
有两个选择，两个单闸门进出船只
或者两组对开闸门
闸门受力分析简图
井式船闸内的船舶只有一次起停，所以完全可以使用闸墙上的电动设备对船舶进行进出闸室进行牵引与制动，既安全高效，又节能环保。因为是广室船闸，并且规模巨大，要容纳近10-20艘船舶。如果仅仅是靠船舶自身的动力进出闸室，并且还要按部就班，那安全性很难保证，并且效率极其低下，还造成巨大的污染（闸室相当于半密闭空间）。所以需要借鉴巴拿马运河的一些经验，动用外部力量，对船舶进行牵引，控制和制动。这样，不但极大的提高了船舶进出闸室的安全性，也大幅度的提高了进出闸室和停泊到位的效率，还节能环保。
比如，在下游闸门水平位置布置一组牵引装置（5000kw左右。参考巴拿马运河经验），把待闸区域的船舶快速拉进闸室，高效制动并且迅速就位。这个时间远比依靠船舶自身动力调整来得快的多。全部船舶进入闸室就位，大概需要1个小时；然后关闭下游闸门，再用1个小时抬升水位到175米。
打开上游闸门后，依然动用牵引装置，把闸室内的船舶逐一快速拉出闸室。这样既有利于闸室快速清空，也有利于出闸船舶的继续航行
三峡升船机金属结构量大，复杂，且造价高昂，运维成本极高，并且使用寿命有限。
1.三峡升船机金属结构量大。这个应该没有疑问。整个升船机几乎全部都是金属构件，自然要耗费大量金属。这不是问题，但是是问题的基础。
2.三峡升船机金属构件复杂。这个不是吹的。其零部件品种与数量，肯定要以“万”来计量。并且动辄就是世界级难题。根据墨菲定律“会出错的事总会出错”。那么如此复杂的金属构件组合成的升船机，很难保证其工作效率。
3.且造价高昂，运维成本极高。这个应该也没有疑问。金属构筑物比混凝土建筑造价高，并且后期维护量大，是路人皆知的。不需赘述。
4.使用寿命有限。这个应该也没有问题。混凝土建筑的寿命，要远大于金属构件。金属构件的疲劳，腐蚀，磨损等等
新建三峡井式船闸，解决长江航运困局
其实，井式船闸不是什么新鲜事物。最早是针对高坝通航问题，中国工程院院士汪胡桢先生首先创造性地提出了一个使江船一步升降137米水位差的井式船闸的设想。具体到现实中，其实就是下图（鱼缸图）
1.jpg (37.39 KB, 下载次数: 6)
下载附件 保存到相册
鱼缸图
比较正规的学术用语和图示如下：
3.jpg (32.65 KB, 下载次数: 6)
下载附件 保存到相册
井式船闸2
结合到三峡工程，就是规模宏大的一个井式船闸（下游接一个5万kw左右的电站用来承接船闸泄水时候的能量）
4.jpg (45.53 KB, 下载次数: 6)
下载附件 保存到相册
横截面
船闸工作顺序为：
1：下游船只进入船闸后，封闭下游人字门；
2：开始抬升水位，参照三峡升船机，估计40分钟到上游水位高度
3：打开上游闸门，下游船只出闸。
4，上游船只进闸，关闭上游闸门；
5：降低水位。（同时井式船闸内的水开始通过水轮机发电）
6：估计40分钟降低到下游水位，打开下游人字门，船只出闸。
完成一次上下游互通。
并没有浪费水资源。对于升船速度，不会更快。因为安全限制。这个时候，求稳比求快要优先
井式船闸俯视图。为了实现一次性通过尽可能多的船只，不妨把井式船闸设计的大一些
广室（箱）船闸 闸首口门宽度小于闸室宽度的船闸，即为广室（箱）船闸。可分三种型式： （1）对称式：口门轴线与闸室轴线重合；（2）反对称式：口门轴线分别位于闸室轴线的两侧； （3）锁式：口门轴线位于闸室轴线的同一侧。适用于特殊地形
5.jpg (39.28 KB, 下载次数: 6)
下载附件 保存到相册
俯视图
①单级船闸：沿船闸纵向只有一个闸室的船闸。
特点：
（1）过闸时间短，通过能力大；
（2）运行管理方便（建筑物及设备集中）；
（3）闸阀门及起闭机械少，可靠性高；
（4）占地少，便于布置（长度小）
（5）耗水多，结构复杂，对地质条件要求高（水头高）
（6）对输水系统要求高
人字门的设计制造与施工，三峡五级船闸已经有了足够的经验
6.jpg (28.2 KB, 下载次数: 6)
下载附件 保存到相册
人字门
而井式船闸下游的闸门，是受力最集中的区域。需要参考向家坝等工程的泄洪闸门的施工制造经验
7.jpg (92.93 KB, 下载次数: 6)
下载附件 保存到相册
井式船闸3
而三峡的人字门，应该可以稍加改动，就可以应用于井式船闸的下游闸门。
井式船闸的闸门的支撑臂，是活动的，在闸门开启的时候，支撑臂没入水下，不阻碍航行。当船只全部进闸室后，支撑臂抬起，顶托闸门。
起初提供拉力使得闸门与闸墙密闭；当闸室内水位升高到一定程度后，由于闸门受压变形，支撑臂给与闸门的力为0，再往后随着闸室内水位的逐渐上升，支撑臂开始给闸室以支撑力来顶托闸门
闸门用时20分钟开启完毕，船只进入船闸耗时1小时，然后船闸20分钟关闭，开始充水，1个小时充水到175米，上游闸门5分钟开启，船只驶出耗时1小时。总计用时3个小时以内
闸室合适的位置布置500kw-3000kw的电动绞盘，对出入闸室的船闸提供牵引力，可以大幅提高船闸出入闸室的效率：把船只拉进闸室，并且把船只拉出闸室。船只在闸室内关车。安全，也无污染。对于出闸的船只，电动绞盘还可以提供初始速度，减少船只的油耗和污染
19.jpg (21.79 KB, 下载次数: 6)
下载附件 保存到相册
牵引
三峡人字门依靠自身结构强度承受水压；
而井式船闸下游闸门的受力完全不同，因为是整体没入水下，所以闸门只是起封闭作用（依靠闸门进行封闭），将水压力传递给坝体
11.jpg (471.5 KB, 下载次数: 6)
下载附件 保存到相册
进闸口
由参数可以知道，三峡五级船闸的人字门已经是38.5米高，20.2米宽，厚度3.04米。
那么，井式船闸要实现：
50米高（水上30米（南京长江大桥净空30.03米），水下10米，与坝体接触面大概需要10米（上下各5米）必要的话，闸门中部区域需要加额外的可活动/隐蔽支臂结构以改善闸门受力）溪洛渡支臂最大设计规格为18.397米×3.631米×2.600米(长×宽×高)
25米宽，可以通过“江夏文”标准的万吨轮（“江夏文”号长128米、宽21.6米）
这样的话，井式船闸下游闸门，仅仅比现有的三峡人字门高了11.5米，增幅29%（可能实际只高10米，增幅26%），宽度仅增加5米。增幅25%
具体到井式船闸的下游闸门，其简略图大概为（要考虑防水和防渗）
9.jpg (53.47 KB, 下载次数: 6)
下载附件 保存到相册
三峡人字门照片
10.jpg (43.32 KB, 下载次数: 6)
下载附件 保存到相册
人字门描述
每级闸室有效尺寸为1000×130×10M（长×宽×坎上最小水深）。
人字门单扇结构尺寸为20.5×3×37.5M（门宽×门厚×门高），单扇重达800T，。该门的结构形式为工字型主横梁式，每扇门叶共设24根主横梁和7道纵向加劲筋（详见附图一）。
该门的止水设计如下：闸门通过闸门周边的不锈钢止水带与闸墙上的橡胶带压缩止水
闸门关闭后，先通过外部机械力量，密闭闸门与闸墙，此时主要通过机械力使闸门挤压闸墙上的橡胶进行止水。在闸门整体没入水下1米的时候，是橡胶止水为主（依靠橡胶变形来密闭止水）；当闸门没入水下超过一米，闸门受力主要来自于水压，主要依靠闸门边柱钢止水（依靠钢板的变形来密闭止水）
就是说，井式船闸的闸门的支撑臂，起初提供拉力使得闸门与闸墙密闭；当闸室内水位升高到一定程度后，由于闸门受压变形，支撑臂给与闸门的力为0，再往后随着闸室内水位的逐渐上升，支撑臂开始给闸室以支撑力来顶托闸门
8.jpg (58 KB, 下载次数: 6)
下载附件 保存到相册
闸门
其实，现在的三峡人字门，迎水面是密封的，而背水面是裸露的。这样其实不利于防腐。而井式船闸的最低水面以下部分，要全密封。这样不但可以提供额外的支撑力以利于闸门的启闭移动，还有利于闸门的防腐
20.jpg (454.5 KB, 下载次数: 6)
下载附件 保存到相册
浮力
就是把现有三峡人字门的背面的部分进行密封处理
在闸洞上左右和上部设置3组动作筒。当闸门移动到关闭位置时，动作筒勾住闸门，对闸门施加拉力，使得闸门与闸墙通过橡胶密封区紧密贴合，防水渗漏；此时，开始提升闸室水位，并且支撑臂抬起，顶住闸门中部，为闸门提供支撑以改善闸门的受力
有两个选择，两个单闸门进出船只
12.jpg (11.71 KB, 下载次数: 6)
下载附件 保存到相册
单面门
或者两组对开闸门
13.jpg (8.88 KB, 下载次数: 6)
下载附件 保存到相册
双面门
闸门受力分析简图
14.jpg (23.01 KB, 下载次数: 6)
下载附件 保存到相册
压力
井式船闸内的船舶只有一次起停，所以完全可以使用闸墙上的电动设备对船舶进行进出闸室进行牵引与制动，既安全高效，又节能环保。因为是广室船闸，并且规模巨大，要容纳近10-20艘船舶。如果仅仅是靠船舶自身的动力进出闸室，并且还要按部就班，那安全性很难保证，并且效率极其低下，还造成巨大的污染（闸室相当于半密闭空间）。所以需要借鉴巴拿马运河的一些经验，动用外部力量，对船舶进行牵引，控制和制动。这样，不但极大的提高了船舶进出闸室的安全性，也大幅度的提高了进出闸室和停泊到位的效率，还节能环保。
比如，在下游闸门水平位置布置一组牵引装置（5000kw左右。参考巴拿马运河经验），把待闸区域的船舶快速拉进闸室，高效制动并且迅速就位。这个时间远比依靠船舶自身动力调整来得快的多。全部船舶进入闸室就位，大概需要1个小时；然后关闭下游闸门，再用1个小时抬升水位到175米。
打开上游闸门后，依然动用牵引装置，把闸室内的船舶逐一快速拉出闸室。这样既有利于闸室快速清空，也有利于出闸船舶的继续航行
三峡升船机金属结构量大，复杂，且造价高昂，运维成本极高，并且使用寿命有限。
1.三峡升船机金属结构量大。这个应该没有疑问。整个升船机几乎全部都是金属构件，自然要耗费大量金属。这不是问题，但是是问题的基础。
2.三峡升船机金属构件复杂。这个不是吹的。其零部件品种与数量，肯定要以“万”来计量。并且动辄就是世界级难题。根据墨菲定律“会出错的事总会出错”。那么如此复杂的金属构件组合成的升船机，很难保证其工作效率。
3.且造价高昂，运维成本极高。这个应该也没有疑问。金属构筑物比混凝土建筑造价高，并且后期维护量大，是路人皆知的。不需赘述。
4.使用寿命有限。这个应该也没有问题。混凝土建筑的寿命，要远大于金属构件。金属构件的疲劳，腐蚀，磨损等等
2015-2-13 16:29 上传
高边坡的稳定性，在中国三峡集团的施工经验与成果中，应该已经汗牛充栋了。问题应该不大了
LZ是做这个专业的么？看起来挺可行的，不过具体要计算才知道。
我觉得现在还是研究怎么能让海轮通过长江中下游的那些跨江大桥，比如南京长江大桥，突破桥高限制更为现实和重要。
fxk 发表于 2015-2-14 12:14
我觉得现在还是研究怎么能让海轮通过长江中下游的那些跨江大桥，比如南京长江大桥，突破桥高限制更为现实和 ...
别在桥上打主意了，南京以上的桥都那个限高建了，要拆得全拆
船型更新，搞江海通用型就行了，武汉每年丰水期是有万吨轮到武钢卸矿石的
我觉得现在还是研究怎么能让海轮通过长江中下游的那些跨江大桥，比如南京长江大桥，突破桥高限制更为现实和 ...
别在桥上打主意了，南京以上的桥都那个限高建了，要拆得全拆
船型更新，搞江海通用型就行了，武汉每年丰水期是有万吨轮到武钢卸矿石的
fxk 发表于 2015-2-14 12:14
我觉得现在还是研究怎么能让海轮通过长江中下游的那些跨江大桥，比如南京长江大桥，突破桥高限制更为现实和 ...
桥太多，去改造这些桥，难度太大。现实的选择只能是参照“江夏”万吨轮，来设计制造新的万吨级别的江海直达的万吨轮标准
我觉得现在还是研究怎么能让海轮通过长江中下游的那些跨江大桥，比如南京长江大桥，突破桥高限制更为现实和 ...
桥太多，去改造这些桥，难度太大。现实的选择只能是参照“江夏”万吨轮，来设计制造新的万吨级别的江海直达的万吨轮标准
fxk 发表于 2015-2-14 12:14
我觉得现在还是研究怎么能让海轮通过长江中下游的那些跨江大桥，比如南京长江大桥，突破桥高限制更为现实和 ...
海轮通过长江中下游的那些跨江大桥，这个其实问题不大。以江夏万吨轮为参照，对其进行优化设计制造，万吨轮通过现有长江大桥抵达武汉不是很困难.
“江夏文”号长128米、宽21.6米，长度比一个正规足球场还长，宽大的甲板上可起降直升机。最令人称奇的是船深有9.4米，近三层楼高，因此，舱容达14591立方米，这次只装载了12060吨铁矿粉.......“江夏文”号船高30.47米，装满铁矿粉后，水面以上高23.33米，还有3.02米给卡住了！此时，该船“尖板眼”发挥威力——可拆卸桅杆，现场拆卸后，可降低4.68米的高度，这样顺利过桥了
我觉得现在还是研究怎么能让海轮通过长江中下游的那些跨江大桥，比如南京长江大桥，突破桥高限制更为现实和 ...
海轮通过长江中下游的那些跨江大桥，这个其实问题不大。以江夏万吨轮为参照，对其进行优化设计制造，万吨轮通过现有长江大桥抵达武汉不是很困难.
“江夏文”号长128米、宽21.6米，长度比一个正规足球场还长，宽大的甲板上可起降直升机。最令人称奇的是船深有9.4米，近三层楼高，因此，舱容达14591立方米，这次只装载了12060吨铁矿粉.......“江夏文”号船高30.47米，装满铁矿粉后，水面以上高23.33米，还有3.02米给卡住了！此时，该船“尖板眼”发挥威力——可拆卸桅杆，现场拆卸后，可降低4.68米的高度，这样顺利过桥了
海轮进江，拉倒吧，不要以为海轮吨位大速度快在江里行驶效率高。河流与大海完全不一样，城市里面有许多10米宽的街道，按说两辆大卡车完全可以并行，但卡车都挤进这样街道会成什么样。