三峡船闸设计及重要组成部分

三峡船闸位于长江上游距宜昌市38km的三斗坪镇附近，是三峡水利枢纽的重要组成部分。该船闸为目前世界上设计水头最高、工程规模最大的大型船闸，船闸闸室有效尺寸280m×34m×5.0m。规划最大船队12000t。年单向货运量5000万t。

三峡船闸自1993年动工兴建，2003年6月投入试运行，2004年6月通过国务院验收组验收，正式投入运行。三峡水利枢纽的建成，将根本改善长江的通航条件，为发展长江航运事业，推动沿江各省、市和全国国民经济发展起到十分关键的作用；三峡船闸的设计、建设，将世界船闸技术推向了新的水平。

3.7.1.1 船闸分级和水级划分

三峡船闸设计总水头113m，级间输水水头45.2m，远远超过目前世界上已建和在建的多级船闸最高总设计水头72.8m，船闸最高输水水头36.4m的水平。船闸采用对水头进行分级的多级船闸方案解决特高水头闸室输水问题。按照目前世界高水头船闸水力学技术能够达到的水平、大型闸门和阀门的设计制造水平、船闸分级后的布置方式、船闸是否考虑采取节水措施、船闸施工和维修管理的条件、船闸的通过能力和船舶（队）过闸的耗水量等因素，结合我国修建葛洲坝船闸的经验，吸收国内外高水头大型船闸的建设经验，对三峡船闸不同的分级方案和相应的布置方式，进行全面的技术经济比较。

三峡船闸通过对带蓄水池的连续3 级、普通的连续4级和5 级、分开布置的3 级、分开布置的两个2级和是否采用节水措施等，不同级数、不同布置方案进行比较研究，最后经对不采用节水措施的连续布置的5 级船闸与分开布置的3 级船闸两种方案深入比较，由于连续5 级船闸方案在解决高水头船闸水力学问题、闸阀门及启闭设备的技术难度、工程施工的难度和工期、管理和维护、耗水量和年通过能力、工程量和投资等方面，均较分散3 级船闸方案明显优越而被采用。

连续5 级船闸的水级划分方式，按照枢纽上、下游水位变化的特点、坝址的地形地质条件、工程的技术难度、三峡工程蓄水位的分期、船闸的工程量造价、船闸运行和管理的条件等因素，考虑各级闸室的水头是否等分和闸室充（泄）水时、是否考虑补水和溢水，按照尽可能减小工程的技术难度、工程量、造价以及运行管理方便等，船闸的水级，采用把船闸水头等分成5 级并连续布置，级间的最大工作水头45.2m，根据上、下游水位变化，可以分别按5 级、4级和3 级运行，只在库水位蓄水或消落过程中，少数时间需要进行补水，全年不需要溢水，基本不补不溢的水级划分方式。

3.7.1.2 船闸总体布置

三峡船闸采用双线，上游通航水位：最高为175.0m，最低为135.0m；下游通航水位：最高为73.8m，最低为62.0m；最大通航流量：万吨级船队双向运行为45000m3／s，3000t级船队单向运行为56700m3／s。

船闸线路布置在坝址左岸制高点坛子岭左侧，主体结构位于深切开挖的岩槽内，每线船闸包括6 个闸首5 个闸室。边坡最大开挖深度170m，开挖岩槽下部在船闸结构范围内采用直立开挖，最大开挖高度68m。基础岩石完整、坚硬，为减少开挖和混凝土工程量、节省工程投资、降低施工强度和缩短施工工期，船闸结构按与岩体共同受力进行设计，在确保与结构协同工作岩体稳定的前提下，闸首、闸室采用了全衬砌式结构，部分基岩面较低部位的闸首、闸室采用上部的重力式和下部的衬砌式相结合的混合式结构。

两线船闸在第一闸首的左右两侧，各布置有5 个挡水坝段，分别与右侧185 平台和左侧山体相连接，并在中隔墩上布置有1 个挡水坝段。

上游导航墙采用浮式结构，布置在第1 闸首上游引航道左、右两侧，每侧总长250m，两侧共有8 个重力式支墩和8 节钢筋混凝土囤船，能适应水库135～180.4m水位变化。上游辅导墙布置在第1 闸首中隔墩前端，采用混合式透水结构。

上游引航道左、右两侧各布置一排靠船墩，每排9 个，间距25m，布置总长度200m，墩顶高程177.5m，左右侧靠船墩在纵向错开150m布置。

下游导航墙布置在第6 闸首下游引航道左、右两侧，每侧总长196m，顶部高程77.5m。靠上游长16m部分，为重力式结构，设有基础排水泵井和浮式检修门槽；导墙靠下游长180m部分，为墩板式结构，设10个重力式支墩和10 跨导航板。在第6 闸首中隔墩下游端，与浮式检修门门库结合布置下游辅导墙，顶部高程77.5m。

下游引航道停靠段两侧均布置9 个靠船墩，间距25m，布置总长度200m，墩顶高程76.3m。

三峡船闸输水系统直接在上游引航道内正向取水。在每线船闸两侧山体内对称布置主输水隧洞、闸室底部布置8分支输水廊道4区段等惯性出水加盖板消能，在下游采用主廊道旁侧泄水入长江，并在6 闸首附设短廊道向下游引航道泄水。

为保证一线船闸充水时，另一线船舶（队）进出闸的通航水流条件和在泥沙淤积下进水口的长期运用，输水系统的进水箱涵分为4 支，垂直于船闸轴线布置在闸前引航道底部，每支进水廊道分别与一条隧洞相连，每支廊道两侧设分散进水口，呈高低错开布置。进水廊道为矩形变断面钢筋混凝土结构。

输水系统的主输水廊道轴线与同线船闸闸室中心线距离为43.75m，南北边坡内主廊道为单洞，在中隔墩内，两线船闸开挖一条隧洞后，用混凝土衬砌再分隔成两条各自独立的输水廊道。

每条输水主廊道采用上圆下方的门洞形断面，在上下两级闸室部位为斜井，在每一级闸室中部，有支洞与闸室底部输水廊道相连，在阀门井段按阀门最小淹没深度26m进行布置。中间级船闸阀门段的体形在廊道顶部以1∶10的坡比逐渐扩大，廊道底部则在阀门底缘处突然向下扩大3.1m。

每条输水廊道布置有6 组反向弧型工作阀门井，每道工作阀门在上、下游各配有一个平板检修门井和一个检修排水泵井。阀门井深度60～80m，南北坡输水主廊道，在阀门段将相距较小的工作阀门井、上游检修门井和水泵井合并开挖成一个竖井，再用混凝土隔墙分隔成3 个竖井。中隔墩将两条输水主廊道上的工作阀门井、上游检修门井和水泵井合并开挖成一个竖井，再用混凝土隔墙分隔成6 个竖井。南北坡每条主廊道的下游检修门井单独开挖。中隔墩两条主廊道的下游检修门井合并开挖成一个竖井后，再用混凝土隔墙分隔成两个竖井。在竖井上部及其与隧洞交连部位的岩壁上，布置有普通锚杆。

三峡船闸下游旁侧泄水廊道，在每线船闸第6 闸首下游合并成一条泄水涵管，两线船闸的两条泄水涵管相邻布置，沿下游引航道向下游延伸并向右拐，穿过升船机引航道和下游隔流堤，将船闸耗水泄入长江。泄水箱涵断面为双管矩形结构，标准段单管泄水断面尺寸为9.6m×9.6m。在6 闸首左、右边墩上对称布置的辅助泄水廊道，在泄水过程末期开启，以解决闸室水位与下游引航道水位齐平的问题。

三峡船闸输水系统的充泄水时间小于12min。

三峡每线船闸自上游至下游依次布置的金属结构与设备有：为在由初期运行转入后期运行时加高第一闸首事故检修门与工作门门槛的封堵门（只设门槽，闸门借用第一闸首的事故检修闸门和叠梁门），第一闸首事故检修闸门、叠梁门及其桥式启闭机，第一至第六各闸首人字闸门及其液压启闭机，第六闸首浮式检修闸门。输水廊道布置有进水口拦污栅，各级闸室输水廊道工作阀门及其液压启闭机和上下游检修闸门，第六闸首辅助泄水廊道工作阀门及其启闭机和上游检修闸门，以及各部位廊道检修门的移动式启闭机。另外，每个闸室布置有11 对浮式系船柱，在第二、三闸首还布置有人字闸门的防撞警戒装置。

三峡船闸人字闸门是世界上同类闸门中规模最大的闸门之一。人字门具有受力明确、运转灵活可靠、使用经验多等特点。

人字门按门轴线与船闸横轴线间呈22.5°夹角布置，闸门高度第一、第二、第三和第四闸首为38.5m，第五、第六闸首为37.5m，闸门宽度和厚度均为20.2m和3.0m。人字闸门一律采用主横梁结构。

第一闸首人字门在枢纽运行初期135.00～156.00m水位时不投入运行。因此该门按后期运行水位145.00～175.00m设置，待闸首底槛由131.00m回填至139.0m后投入运行，闸门最大淹没水深36.0m。第2闸首人字门及启闭机须适应前后期运行水位要求安装在131m。在初期运行完毕过渡到后期运行前，对人字闸门及启闭机进行改装。

人字闸门的启闭机械，均采用卧缸直推式液压启闭机。各级闸首人字工作门的启闭机械，布置在闸顶的人字门启闭机房内。闸门底枢采用了自润滑材料。

三峡船闸中间级阀门孔口尺寸为4.2m×4.5m，选用横梁全包式反向弧形门。

阀门面板弧面半径8.2m，门叶厚均为720mm，下游面板采用不锈钢复合钢板，阀门顶止水采用半圆平板橡皮，阀门两侧止水采用Ω形圆头包以氟塑的止水橡皮。底止水采用不锈钢板条止水。

输水阀门均由布置在阀门井顶部的竖缸式液压启闭机通过铰接刚性吊杆组操作，吊杆总长最大达72.48m。(www.xing528.com)

第一闸首布置封堵门和事故检修门门槽各一道，其中封堵门槽在运行初期水位高于152.4m时还需短时作为工作门运用，两道门槽共用一组叠梁门和平板门，平板门和叠梁门均由2×2500kN桥式启闭机操作。

平板闸门的门页分为上、下两节，上、下节门高分别为7.0m和4.5m，节间由吊板铰接。止水布置在上游侧，侧止水为P型橡胶水封，底止水和节间止水为橡胶平板水封。

叠梁的外形尺寸为36m×3.8m×6.0m（宽×高×厚），8 节叠梁按能承受的水头分为3组设计。各组叠梁的结构型式、外型尺寸、吊点中心基本一致。止水布置在叠梁的上游面，侧止水为P型橡胶水封，底止水为平板橡胶水封。双线船闸共有2扇事故检修门，16节叠梁门，可互为备用。

三峡船闸第一闸首人字门液压站配有5 台容量75kW 电机（其中1 台备用），其他人字门液压站配有5 台容量45kW电机（其中1 台备用），输水阀门液压站均配有4 台容量75kW电机（其中1 台备用）。

三峡船闸分别在第一、第二、第三、第五闸首中隔墩上共设置有4个供电变电所。采用两级电压供电，高压侧为10kV，低压侧为0.4kV。供电线路均为电缆线路，敷设在电缆廊道、竖井中，或通过支廊道、电缆沟与用电设备相连。

接地网将船闸中的所有闸门门槽，人字门门体，各闸室底板及闸墙钢筋混凝土的面层钢筋，输水廊道混凝土的面层钢筋和充、泄水阀门门槽等金属结构件，作为自然接地体与电器连接成一体。各部位接地体与设在船闸两侧管线廊道内贯通整个船闸的接地干线连接，并与左厂的接地网干线联成一体。

为适应不同的运行要求，三峡船闸配备了先进可靠的监控系统。三峡船闸监控系统分现地监控和集中监控两个层次。现地控制站在每线船闸的各闸首两侧各设一个，互为热备，接受集控或现场控制命令，操作本闸首人字门、输水阀门、信号灯等设备，并将现场信息和执行结果上送集控站。相邻子站之间的闭锁采用冗余的快速以太网通讯和电缆硬连接，能确保子站设备即使在集控站或集控网络发生故障时仍能各自独立地进行有闭锁保护的现地单机控制。集控站分为监控层和信息管理层，由配置2台PLC的集中控制单元、1台数据及通讯服务器、2台冗余操作员站、1 台工程师站、1 台培训站以及其他外围设备组成。系统软件包括计算机操作软件、支持软件、系统开发软件和专为三峡船闸监控系统开发的应用软件。系统的网络结构第一层为双冗余快速光纤以太网，用于集控站设备和子站之间的信息交换；第二层为快速交换式以太网，用于船闸管理信息和多媒体信息的交换和传输，并通过数据及通讯服务器实现集中控制层和信息管理层的信息交换。

三峡船闸信号检测装置包括：水位检测、人字门和输水阀门开度及位置检测、液压站系统信号检测、防撞警戒装置行程及位置检测等。为保证船闸安全和正常运行，还布置了工业电视监视系统设备、消防报警及联动控制设备、航行标志、信号灯、广播和无线电通讯设备以及灯光照明设备等。

船闸抽排水系统包括输水廊道工作阀门检修排水、闸室检修排水和渗漏排水廊道排水等。

每个输水廊道工作阀门段设有2 台额定容量为220m3／h的深井泵和1 台额定容量为190m3／h的潜水排污泵；每线船闸第五闸室设有3 台额定容量为1000m3／h的大容量深井泵和1 台额定容量为260m3／h的潜水排污泵；每线船闸底部基础排水廊道下游集水井安装2台潜水排污泵，额定容量为250m3／h，在排渗漏水的同时也能排污，1 台工作，1 台备用。为基础排水廊道在每级闸室中部的20 个凹槽排水，设有20 套手提移动式潜水排污泵。根据“突出重点，兼顾全面，统一规划，分期实施”的原则，三峡船闸按关键监测部位（断面）、重要监测部位（断面）、一般监测部位（断面）3 个层次布置了大量的监测仪器和设备，主要监测内容有变形监测、应力应变监测、渗流监测、水力学监测等。三峡船闸总体布置，见图3-96。

图3-96 三峡船闸总体布置示意图

（a）纵剖面图；（b）平面图

3.7.1.3 船闸结构

按照总体设计选定的保留中隔墩岩体的方案，岩体中隔墩宽度主要取决于中隔墩的稳定、整体刚度，确定中隔墩宽度为60m，其中保留岩石隔墩底宽为57m，两线船闸中心线相距94m。较突出的问题是按照输水系统两侧对称布置主廊道的要求，在中隔墩内需要平行布置两条输水隧洞及其阀门竖井，如按常规的布置要求，中隔墩的宽度将进一步加宽，从减少中隔墩宽度和隧洞开挖对中隔墩稳定影响考虑，采用了两条输水廊道开挖成一个隧洞后用钢筋混凝土分隔成两条廊道的方案。

三峡船闸基岩为完整坚硬的花岗岩，强度高、变形小，船闸结构适合采用受力条件好的分离式结构，在底板上顺水流方向设两条纵缝将底板与边墩分开，因此闸首结构布置的关键是闸首边墩的布置。大型船闸闸首的门龛段和支持体段，根据各级闸首可利用岩石的地质情况，三峡船闸第一、第二、第三、第四闸首边墩选用分离式衬砌式结构，第五、第六闸首边墩为分离式混合式结构。除第一闸首外，混合式闸首门龛段与支持体段设结构缝分开，门龛段与闸室墙一样，为薄衬砌结构，支持体段为厚衬砌式结构，其尺寸根据结构和设备布置需要确定，与背后及下游侧岩石共同承受巨大的门推力。

第一闸首兼有三峡枢纽挡水前缘和船闸闸首双重功能，建基面高程125m，闸顶高程与大坝相同为185m，全长70m，分块浇筑，通过过缝钢筋和接缝灌浆形成整体。在第一闸首及其两侧的挡水坝段底部设防渗帷幕，防渗帷幕下游设排水孔。闸首边墩底宽14m（含伸入底板2m的悬臂），上部宽度为20m，边墩在过船一侧的迎水面为垂直面。为适应水库运行水位分期的要求，第一闸首底槛高程初期为131m，后期加高至139m。

第二、第三、第四闸首闸顶高程分别为179.0m、l60.0m、139.0m，闸首高度分别为66.25m、67.80m和67.55m。闸首的支持体长18.7m，宽14m（含底板部位2m悬臂）。岩石开挖时每15m为一梯段，预留30cm的施钻小平台，同时根据人字门顶枢和启闭机等设备布置需要，支持体顶部上游11m范围，扩宽开挖至18.4m。人字门底槛高程第二闸首初期为131m，后期加高至139m，第三、第四闸首分别为119.25m和98.50m。

第五、第六闸首闸顶高程为116.67m和96.42m。第五闸首北侧支持体长43.2m，左侧略短，支持体底宽14m，上部重力墙底宽30m，顶宽20m。第六闸首支持体长39.29m，边墩底宽为16m，上部重力墙最大底宽亦为30m，顶宽为20m。

船闸的第一至第五级闸室的闸顶高程分别为179.0m、160.0m、139.0m、116.67m和96.42m，各级闸室底板顶面高程分别为130m、119.25m、98.50m、77.75m、57.00m，闸室底板厚度分为5.5m 和6.3m 两种。各级闸室结构段长度分别为265m、263.5m、265.5m和265.5m和254.2m。

闸室采用闸墙与底板分开的分离式结构。闸墙主要采用钢筋混凝土薄衬砌结构形式，可利用岩体低于闸顶高程的部分闸墙段，采用混合式闸墙结构。

薄衬砌墙在闸室高水位时，依靠墙后岩体共同承受水压力；闸室低水位或检修时，通过高强度结构锚杆将薄衬砌墙与墙后岩体联成整体，协同受力，为降低墙后水压力，在墙背设置了排水管网，将渗水排到沿底板两侧纵缝下部布置的4条自上游基础灌浆廊道至下游导航墙集水井的基础排水廊道，由水泵将渗漏水抽排入下游引航道。

薄衬砌闸室墙厚度，根据锚杆在墙体中的布置需要确定。为改善墙体温度应力条件，衬砌墙在纵向每12m设1 条竖向缝，在竖向每隔15m左右设1 条水平缝。

闸室底板宽度均为30m，分4种形式，分别为实体混凝土底板，含2条出水分支廊道的底板，含2条分支廊道和1 条纵支廊道的底板，分流口底板。

船闸输水主廊道标准断面为门洞形，宽5m，高5.4m，主廊道阀门段为矩形断面，尺寸为4.2m×4.5m。廊道每8～12m长设一分缝，缝间设一道止水。

船闸主体段长1621m，闸首和闸室结构，需在左岸深切开挖花岗岩山体的岩槽中进行修建，船闸两侧岩质高陡边坡一般高100～160m，最大坡高170m，其下部按船闸衬砌结构轮廓要求开挖成高50～70m的直立坡。两线闸室槽间为宽55～57m、高50～70m的直立岩体中间隔墩。中隔墩及两侧边坡岩体内各开挖有贯穿整个主体段的输水隧洞，各闸首部位开挖有阀门竖井与输水洞相连。

船闸区基岩为前震旦纪闪云斜长花岗岩，间含少量岩脉。自上而下分为全、强、弱、微4个风化带，以微新岩体为主。微新岩体较完整，岩石湿抗压强度高。确保开挖边坡稳定和控制边坡变形以满足船闸结构及运行要求，是高边坡设计中的关键问题。根据船闸布置与地质条件，在大量地勘、试验与科研的基础上，采用了较合理的开挖轮廓，在山体表面设置防渗护面，在山体内开挖排水洞、对边坡设置系统锚索，对局部岩体采用锚索锚杆加固支护及规定合理的开挖施工程序和采用合理的爆破工艺，以及布置必要的安全监测设施等技术措施，有效控制了边坡的稳定与变形。图3-97 为三峡船闸鸟瞰图。

图3-97 三峡船闸鸟瞰图