1、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1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
2、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
3、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2低 0.150.61m。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3.60 控制4.20 控制6.26 6.26 6.26 4.24.5 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
4、 单位：m上游 5.38 遇 1969 年雨型常州新闸规划水位设计水位下游 3.82 遇 1969 年雨型常州规划水位上游 5.98 历史最高水位（由 1991 年常州水位推得）稳定计算水位 校核水位下游 3.82 遇 1969 年雨型常州规划水位最高 5.38 遇 1969 年雨型常州新闸规划水位上游水位最低 2.50 交通部门规定最高 4.50 常州警戒水位船闸通航水位 下游水位最低 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3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
5、7 天。1986 年总体规划方案中常州新闸枢纽规模定为 16230m、23230m 船闸两座和 220m 宽节制闸 一座。1997 年可研报告 常州新闸枢纽规模定为23230m 船闸 220m 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，
6、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 1400 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
7、布和物理力学指标如下：第 11层，粉质粘土，层底高程 4.53.1m，N4 击， C9kPa，8。第 21层，粉质粘土，层底高程 0.50.3m，N 13 击，C48kPa，21，4fk220kPa 。第 22层，重粉质壤土，层底高程0.10.6m，N 10 击，C27kPa ，14，fk160kPa。第 31层，轻砂壤土，层底高程1.21.6m，N 8 击，C10kPa，22，fk80kPa 。第 32层，极细砂，层底高程4.35.6m，N 14 击，C10kPa，25，fk130kPa 。第 33层，极细砂，层底高程14.715.3m，N 25 击，C0kPa，27，fk200kPa 。第
8、 4 层，重粉质壤土，钻探未见底，N14 击，C39kPa， 20 ，fk210kPa 。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 1.21.
9、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5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
10、 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，
11、支臂可选用 3 根 70012 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。6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
12、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
13、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，
14、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。7（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
15、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
16、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。8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 5008 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
17、 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9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
18、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
