长江和西江大型船闸通航运行关键技术研究与展望

保障长江和西江大型船闸通航枢纽的畅通、安全、高效意义重大。针对闸-船-航道三要素影响因素多、耦合性强,航道水流非定常,水位变幅高、变率快等难题,研究大型船闸通过能力多维分析建模与仿真、非恒定流下船闸航道水动力学特性分析、多约束非定常船-闸水动力学精细化建模等方法,攻克了复杂多变条件下船闸中间航道通航、新标准船型与船闸协同下快速过闸、大型船闸扩能建设工程设计等船闸通过能力提升关键技术,以及大型船闸联动安全控制、关键设备运行智能监测、通航安全风险防控等联动运行安全控制关键技术,构建长江和西江大型船闸高效安全通航工程技术体系,并建立通航调度与安全一体化管控平台。从多尺度动力学、数字孪生、智能化与国产化和绿色生态技术等方面,展望大型船闸通航运行科技发展的方向。

大型船闸主动式安全拦阻方案研究

针对现有防撞拦阻系统与船舶大型化发展不相适应的问题,进行主动式安全拦阻方案的相关研究。通过机械臂自主套缆,阻拦索上的拉力通过刹车带、导带轮传递至摩擦吸能单元,由摩擦吸能单元上的摩擦制动器在制动距离内逐渐吸收船队的动能等系列方法,保障船队过闸期间安全停靠,消除船舶失速、超速撞击船闸人字门的安全风险。同时通过数值模拟仿真验证拦阻方案的可行性和有效性。结果表明:该方案可满足8 750 t(空载)~3万t(满载)载质量排水量范围的成组过闸船队,0.5 m/s进闸航行速度,在20 m制动距离内减速制动,安全停船,有效保证船闸人字门和成组过闸船队安全。

大型船闸反弧门运行状态检测方案

目前船闸反弧门启闭位置控制主要依赖于开度检测装置和位移传感器,由于船闸反弧门在高水头下动水启闭频繁,当吊杆连接轴及轴套磨损后,会造成反弧门启闭位置误差逐渐增大,使得反弧门存在超关现象,进而对反弧门门体、止水、底坎埋件造成破坏。针对此问题,从提高启闭控制系统的精度方面对船闸反弧门运行状态检测方案进行研究。分析了反弧门位置控制系统存在的问题,采用在反弧门门体内部安装倾角传感器的方式对启闭位置角度信息进行检测,提高了启闭位置控制精度。2021年在葛洲坝三号船闸右充反弧门实施了运行状态检测装置的安装施工与测试,验证了反弧门运行状态在线检测系统的技术可行性以及检测水平的先进性。

大型船闸闸室墙移动模机云检测技术研究

宿州市灵璧船闸对改善新汴河航道,加强安徽省内河船闸建设,推动引江济淮工程具有重要意义;船闸闸室墙结构为对称坞式结构,闸室总长240 m,净宽23.0 m,边墙顶高程24.4 m。根据工程特点分析实际施工过程中的重难点,并提出了闸室墙移动模机云监测施工新技术,采用有限元软件MIDAS对施工全过程进行了仿真模拟。研发了针对闸室墙移动模机结构的云平台数据监控、传输和预警系统,说明了云平台及相关监测设备的工作原理,根据有限元计算结果确定了监控点位置,并与监控测量结果进行对比。研究结果表明:在闸室墙施工过程中,移动模机各构件变形和应力均在设计范围值之内,满足规范要求,证明了闸室墙移动模机云监测施工技术适用于宿州市灵璧船闸闸室墙的施工,采用云平台监测技术可以保证施工过程的合理性和安全性。研究成果可为类似工程提供参考依据。

大型船闸开挖预裂爆破累积损伤特性及隔振效果分析

针对大型船闸预裂爆破开挖时中隔墩振动与损伤控制的问题,依托现场爆破试验,对比分析了不同段主爆孔诱发振动的峰值,采用数值模拟的方式,研究了不同段主爆孔的爆破累积损伤特性,分析了不同损伤范围下预裂缝的隔振效果,并对船闸爆破开挖方案进行了优化。研究结果表明:预裂爆破开挖中主爆孔爆破会对预裂缝附近岩体产生累积损伤,但会增强对后续主爆孔的隔振效果;随着预裂缝附近岩体累积损伤的增加,其隔振效果逐渐增强,并最终稳定在50%左右;爆破振动峰值(PPV)衰减幅度随着损伤宽度的增加而增加,当损伤宽度达到4 cm后,衰减幅度趋于平缓。大型船闸开挖中应综合考虑预裂爆破累积损伤特性及其隔振效果,可采用先拉槽增加侧向临空面与设置施工预裂缝的爆破开挖优化方案,进而保证开挖效果,并降低对保留岩体的扰动。

施工安全风险评估在大型船闸工程的运用

文中简要地介绍了国内外安全风险评估技术发展与运用情况,阐述了此项技术在大船闸工程中运用的必要性,结合富春江船闸扩建改造工程特点和安全管理工作中的难点,从安全风险评估方法选择到具体运用分别进行论述,对降低和减少大型船闸施工阶段的安全风险进行了有效地尝试。

高水头大型船闸人字门门库布置

船闸人字门门库布置关系到人字门启闭过程的局部水流结构及水体交换是否通畅,直接影响人字门启闭力及动水阻力矩的大小,对高水头大型船闸尤为重要。通过数学模型分析人字门启闭过程中的局部水流特征,论证门库各项边界条件对动水阻力矩的影响,进而提出高水头大型船闸人字门门库布置技术,给出科学合理的人字门门库体型及特征尺寸,可显著降低人字门启闭初期与末期的动水阻力矩峰值,从而解决高水头大型船闸人字门及启闭设备的设计难题,有利于人字门安全可靠运行。

大型船闸人字闸门的塑性疲劳和脆性断裂

大型船闸人字门往往在运行一定时间后局部结构会出现疲劳开裂。甚至在运行还不到2年,顶枢拉杆突然断裂。分析认为,这是塑性疲劳和脆性断裂的表现。造成塑性疲劳和脆性断裂的因素很多,为此着重分析了应力集中和焊接残余应力对结构开裂的影响并提出相应的对策。要控制塑性疲劳和脆断,必须从合理采用冲击韧性较好的钢材,精心设计接头细部,消除焊接残余应力,提高制造安装的质量,加强质量检测等多方面着手,提高人字闸门抗塑性疲劳和脆断的寿命。

大型船闸反弧门顶止水固定方案改进研究

为解决大型高水头船闸反弧门顶止水装置失效频繁的问题,通过分析目前反弧门顶止水的安装固定方式存在的主要问题及产生的原因,研究提出了满足实际需要的顶止水安装固定改进方案,并在某船闸反弧门顶止水更换检修中应用,提高了反弧门顶止水安装的便捷性和可靠性,减少了反弧门顶止水座板失效螺纹孔修复工作,提高了反弧门顶止水更换检修效率,延长了顶止水的使用寿命。

浅谈大型船闸人字闸门背拉杆预应力张拉技术控制要点

大型船闸人字闸门的安装、调试及后续检修时，需对人字闸门背拉杆进行张拉调试，通过背拉杆的张拉，使人字闸门门体结构尺寸符合设计要求，所以在人字闸门背拉杆预应力张拉过程中对它的应力监测工作就显得尤为重要。它是船闸人字闸门背拉杆张拉调试时最直观的依据，影响着整个船闸人字闸门的安装或检修工作。本文主要总结描述了在背拉杆预应力张拉调试时应力监测过程中常见的一些问题以及需注意的几个方面。

大型船闸混凝土支撑梁拆除施工技术浅析

分析了三种支撑梁拆除技术的特点,突出了高大满堂支撑梁拆除技术的优势,并阐述了高大满堂拆除技术在工程实例中的应用,期望为大型船闸或水工建筑基坑支护拆除施工提供参考。

大型船闸土方施工工艺分析

根据土方工程施工的各个环节,分析研究大型船闸土方施工中的各种施工工艺,并分析对比特殊地基的处理方法,然后提出一些新型的土方施工方法,解决大型船闸的土方施工过程中存在的工作量大,时间紧迫,旱挖施工难度大等问题。对我国大型船闸土方施工起到了一定的理论指导意义。

光纤开度仪在大型船闸中的应用

采用两大先进技术—光纤传感技术与可编程控制技术 ,研制出了一种新型的光纤开度仪。将其应用于大型船闸闸门 (特别是多级船闸 )的开度测控 ,实现了光测光传 ,提高了检测中的自动化程度。该套系统测量范围宽、测量精度高 ,重复测量稳定性好及抗干扰能力强 。

大型超高水头船闸输水系统型式研究与展望

高水头船闸输水水流携带巨大能量,可能对船闸输水系统运行安全及闸室内船舶停泊安全产生危害,选择合理的输水系统型式对保障工程安全至关重要。随着大型超高水头单级船闸——大藤峡船闸的开工建设,研究发现目前已成功运行的输水系统型式不能满足该工程需要,亟需消能效果更好的输水系统。结合大藤峡船闸工程相关研究,参考国内外已建高水头船闸输水系统布置的成功经验,总结了高水头船闸不同输水系统型式与船闸运行水头和闸室尺度规模的匹配关系,介绍了适应大藤峡船闸工程特点的自分流全闸室出水4区段等惯性输水系统型式,提出了消能效果更好的带内消能工的输水系统新体型,可供类似超高水头大型船闸的设计和研究借鉴。

船闸输水阀门运行工艺现场测试优化

通过高水头船闸输水阀门运行工艺优化,改善闸室内船舶停泊条件及输水廊道阀门段水流条件,这是解决过闸船舶大型化导致系缆力超过设计值等问题的重要技术方法。结合某大型船闸输水阀门运行实例,通过动水关(开)阀开度调整、动水关阀剩余水头等不同工况的输水阀门运行工艺,开展水力学现场测试,选定充泄水时间、惯性超高(降)均满足设计及规范要求的充泄水阀门优化运行工艺。现场测试表明:采用推荐的输水阀门运行工艺,可有效地改善闸室内船舶停泊及输水廊道水力学条件,双边充水时船舶最大系缆力比现状工况降低近39.3%,人字门开启时船舶最大系缆力比现状工况降低近59%。

船闸超大型人字闸门制造安装关键技术研究及应用

结合工程实例,介绍船闸超大型人字闸门制造安装几项关键技术,包括门叶制作采用大组件的制作技术,超大型人字门H梁焊接工艺改进,平衡梁式预应力拉杆拉伸调节装置的研制与应用,环氧树脂易拆装封堵技术,可在同类项目中推广使用。

大藤峡船闸关键水力学问题研究

大藤峡船闸闸室有效尺寸为280 m×34 m,最高通航水头为40. 25 m,是世界上首个水头超过40 m的大型超高水头单级船闸。单级船闸的特性以及闸室规模、工作水头和输水时间要求决定了其单次输水水体、输水最大流量以及进入闸室的能量,超过闸室尺度相近的三峡多级船闸,借鉴三峡船闸输水系统体型的初设方案闸室内船舶停泊条件问题突出。为此开展了1∶30比尺船闸整体模型试验,结合减压及局部模型试验与数模计算,通过输水系统体型创新、输水系统阻力及阻力分配调整和阀门运行方式优选,解决了大藤峡船闸闸室内船舶停泊条件及输水系统水流空化等关键水力学问题。研究获得的新型自分流全闸室出水输水系统布置型式,很好地解决了闸室高效输水和船舶停泊安全问题,显著拓展了等惯性输水系统对水头的适应性,其成果可供超高水头大型船闸设计借鉴。

裕溪一线船闸扩容改造工程关键技术研究

裕溪一线船闸扩容改造工程首次将三角闸门的应用口门宽度提高至34m,工程具有明显的创新和挑战。本文重点介绍了裕溪新建大型船闸在输水系统和三角闸门结构设计方面的关键技术问题及开展的相关优化研究工作,取得的研究成果为工程建设提供了重要依据。

船闸通航状态感知系统设计

在分析船闸通航安全状态监控与感知现状基础上,总结目前船闸通航安全感知的技术需求,设计船闸通航状态感知系统总体框架及数据交互与管理方式。针对目前船闸通航安全状态感知关键技术问题,分别对闸室船舶超速监测与报警技术、闸室船舶越线停船监测与报警技术、船闸水域船舶航行状态监控技术,以及船闸气象监测技术提出解决方案。

超高水头大型分散3级船闸输水系统研究

分散3级船闸方案作为三峡水运新通道的比选方案之一,具有闸室尺度大、水头高、运行方式独特的特点,综合水力指标极高.通过工程类比分析与计算,参考国内外已建高水头船闸输水系统布置的成功经验,确定了较适合的自分流全闸室出水输水系统的布置格局以及输水系统关键部位尺寸;通过计算分析获取了较优的阀门联合运行方式和阀门段埋深.闸室输水水力特性计算结果表明,相关水力指标满足规范及设计要求,确定的船闸输水系统布置及阀门运行方式是合适的.