船闸与升船机设计：丹江口

4.5.3.1 概述

丹江口升船机位于汉江丹江口水利枢纽上，升船机随枢纽分期修建，初期规模适应68.5m水位落差和上游27m、下游5.75m的水位变幅，采用上游移动式垂直升船机、下游下水式斜面升船机相结合的型式，承船架尺寸33.24m×10.72m（长×宽），入水时架上水深1.2m，干舷高0.6m；船舶过坝采用干运、湿运两种方式，最大可干运通过1×150t驳船，亦考虑300t驳船减载干运过坝的要求。木船和其他机动船湿运过坝的承船厢有效尺寸为24m×10.7m×0.9m（长×宽×水深）。

工程于1968年8月正式动工兴建，1973年11月建成投入运行。

4.5.3.2 总体布置

升船机从上游到下游，依次为上游浮式防浪导航堤、移动式垂直升船机、中间渠道、下水式斜面升船机和下游引航道，线路总长1093m。

丹江口垂直升船机与一般的垂直升船机不同，承船厢除能垂直升降外，还能平移跨越挡水坝；在两座升船机之间，设有错船中间渠道，斜面升船机采用下水式，分别与中间渠道和下游航道连接。

升船机规划考虑了与远期相结合的要求，基础按照湿运300t级方案一次建成，土建结构和机电设备初期按干运1×150t实施。

升船机主要技术经济指标见表4-5。

表4-5 升船机主要技术指标表

4.5.3.3 上游浮式防浪导航堤

上游浮式防浪导航堤，与大坝上游挡水面连接，布置在上游引航道左侧，可随上游水位变化进行升降，由2艘长67m、宽10m、高3m、吃水深1.5m的钢筋混凝土浮船组成，总长135.64m。两艘钢筋混凝土浮船之间，设有支垫结构并用2φ19.5mm和2φ60.5mm钢丝绳弹性连接，上游端用2φ77mm和2φ46mm锚链定位，下游端用2φ57mm锚链和支架与升船机在坝面承重支墩上游面凹槽内的滑动构架相连接。由于船舶干运船厢没入水下，为挡外侧水域风浪影响船舶的定位，同时作为上、下浮堤的交通道，在上游左侧支墩与大坝上游面之间，设置有一艘长33.42m的钢结构小浮堤。

4.5.3.4 移动式垂直升船机

垂直升船机设计水头35.3m，由承重结构、桥式提升机、提升架（厢）和电气控制设备等组成。

（1）承重结构。由12个钢筋混凝土支墩与10根厢形简支钢梁组成5 孔栈桥。支墩分别布置在大坝上、下游及坝上，横向净距22.9m，墩顶架设钢梁，梁顶铺设QU120 钢轨，轨道总长129.48m，轨距26m，轨顶高程172m。厢形简支钢梁用16 锰低合金钢制作，跨度有30.5m、18m、16m3 种，最大截面尺寸为3.566m×1.2m。钢梁采用弧形和辊轴铸钢支座。

（2）桥式提升机。桥式提升机由桥架结构、提升和行走机构3 部分组成。

桥架结构主承重体系由2根主纵梁和6 根主横梁，根据设备布置的要求辅以纵、横次梁构成，其上铺设花纹钢板，形成桥机平台，均为焊接结构。

提升机构为多绳、多吊点的卷扬机构，4 个吊点分别布置在左、右两侧，8 个卷筒分设在4个吊点的上方，每2个卷筒为一组，同侧的两组卷筒用1 台500kW 直流电动机驱动，通过双出轴的ZL2—170 减速器及开式齿轮与同步轴连接，使两侧卷扬机构同步运行。

行走机构为4个支承台车组，每组台车由8φ800mm的双缘轮组成。台车组通过两级平衡梁由铰支座与提升机架的主纵梁连接。每一主动台车由1 台19kW 的直流电动机驱动，总功率为152kW。

（3）承船结构。干运承船架主要由2 根主纵梁和2 根主横梁组成，考虑湿运船只需要，在承船架底部和侧壁的梁系之间铺设有6mm厚的钢板，在两端设有卧倒门。在承船架主横梁的4个端部设置吊耳，通过动滑轮组缠绕钢绳，由桥式提升机起吊。吊点间距横向19.60m，纵向21.20m。另外，在承船厢两侧还布置了宽1m的人行走道，左侧走道下游端布置有操作室，室内设有闸门液压启闭机操作平台。在走道上设有4对φ125mm系缆桩，控制驳船准确地停泊在承船厢的承重结构上。

（4）供电。提升机采用直流供电。变流机组、配电设备，布置在坝顶的变、配电间内，通过移动式供电装置，向提升机的直流电机供电。移动式供电装置，为一垂直补偿铝母线的钢滑线。提升机其他辅助的电气、照明、通信、控制电路，则采用软式电缆组成帘式拉线装置供电。提升机与承船厢间的电气连接和馈电方式采用电缆卷筒。

（5）其他。升船机调度室设在坝顶，考虑安全及交通需要，在坝前支墩内侧和坝顶支墩设有交通楼梯，坝顶与坝后123m高程平台及下游斜面升船机房的交通，则利用坝上的电梯。(www.xing528.com)

移动式垂直升船机总体布置，见图4-49。

图4-49 移动式垂直升船机总体布置图

4.5.3.5 中间渠道

中间渠道总长约410m，其中上段48.9m布置垂直升船机支墩，下段80.5m布置斜面升船机的上游斜坡道，中间280.6m 为船只错船的渠道。中间渠道通航水位变幅为121.7～122.5m，渠底高程120m，最小底宽35m。实际开挖宽度，可满足后期的船只在渠道水域内调度进出之用，中间渠道设有牵引船舶专用的港作轮。中间渠道的补水，由坝段的高速水流试验用的φ600mm水管供给。在挡水坝和曹家小沟土堤上，设有溢水堰，兼排老虎沟流域面积内暴雨降水。另在挡水坝旁边高程约115m处设φ500mm排水管，必要时可将中间渠道排干。渠道由挡水坝、老虎沟土坝、山体和曹家小沟土堤等围成，左岸设有3.5m宽的垂直升船机和斜面升船机之间的交通道路。

4.5.3.6 下水式斜面升船机

下水式斜面升船机设计水头34.0m，采用双驼峰、上下游两面坡、高低轮和高低轨相结合的布置型式。由斜坡道、驼峰室、绳道、斜架车、牵引卷扬机及其机房、摩擦驱动装置和直流电气控制系统等组成。

（1）斜坡道和斜架车。斜坡道以峰室为分水岭分成上游和下游两段，坡比均为1∶7。上游斜坡道长80m，伸入中间渠道，设有高低轨各2条，外侧为高轨道，轨距11.2m，内侧为低轨道，轨距8.5m，高低轨间的高差3m。下游斜坡道末端高程，按下游最低通航水位时船只进出承船厢的需要设计，为81.05m。下游斜坡道长315m，设有2 条轨距8.5m的轨道。斜架车由承船结构、牵引和行走机构3 部分组成，设计标准与垂直升船机承船厢相同。承船结构根据适应上、下游斜坡道的布置条件，斜架车采用高低轮组合式结构。斜架车使用前低轮、后高轮在下游斜坡道运行；斜架车使用前、后面高轮在上游斜坡道运行。

（2）驼峰室。驼峰室布置在斜坡道的上、下两驼峰之间，平面尺寸6.6m×8.0m，高4.2m，顶面一般高程为122.90m，上、下游斜坡道的轨道在此相接，其轨顶高程123.05m。驼峰室顶面中部设置摩擦驱动装置，驱动轮中线设在分水岭处。在其左右侧为2组（每组2个轮）钢丝绳导向轮（天轮）。4根钢丝绳绕天轮穿过顶板的绳孔，绕过驼峰室底板高程117.50m上与天轮成60°夹角的导向轮（地轮），上卷扬机卷筒。驼峰布置纵剖面，见图4-50。

图4-50 驼峰布置纵剖面图

（3）机房。机房布置在驼峰室的右侧，为钢筋混凝土单层结构，根据卷扬机、检修场地和电器设备布置的需要，其平面尺寸为30.48m×15m，室内地面高程为125.30m，净空高度为8.0m，设有跨度为13.50m的8t单梁吊车一台。

（4）绳道。绳道是连接驼峰室和机房的U形结构，顶部采用预制盖板。绳道内设有钢丝绳托辊，分别悬吊在绳道顶盖的托辊梁上和安设在底板上。

（5）牵引卷扬机。牵引卷扬机由2套传动系统、2个卷筒组成。每个卷筒缠绕2 根钢丝绳，2个卷筒的出绳方向相反，通过大齿轮互相啮合，以保持同步。钢丝绳的安全系数取为8.35。在钢丝绳与斜架车连接的连接处，设有液压平衡装置。液压平衡装置系4 个互相连通的密封液压缸，以此始终保持缸内压力相等，通过液压缸的调整作用，使钢丝绳受力均匀。液压平衡装置备有一套供油装置，需要时可对液压缸进行补油。

（6）摩擦驱动装置。该装置是为解决斜架车过驼峰时，斜面牵引卷扬机的钢丝绳，由收绳转为放绳，在钢丝绳的收放转换时，卷扬机有一个减速、停车、反转加速的过程，而不能连续匀速牵引斜架车运行，改由摩擦驱动装置驱动斜架车渡过驼峰。摩擦驱动装置系由电机—减速器—摩擦轮等组成的一套传动系统，装设在一根平衡杠杆上。当斜架车运行至压在摩擦驱动装置的摩擦轮上时，通过平衡重的作用，保证在轨道和摩擦轮之间产生定值轮压力，借助摩擦轮对斜架车产生的摩擦力，驱动斜架车越过驼峰。在平衡重下面，设有弹簧缓冲装置，用以削减斜架车轨道接触摩擦轮时产生的瞬时冲击力和脱离接触时平衡重产生的突然下冲力。

（7）直流控制系统。提升绞车的两个卷筒分别由1 台200kV、220V直流电动机驱动。两台直流电动机串联连接，协同电机的放大机和测速电机，组成死循环的速度自动调节系统，速度给定由平面控制器完成，系统采用按钮控制，在发生事故时，可采用指令控制器接入电阻进行快速制动。供电系统的变流机组由1 台6kV、550kW 的鼠笼式电动机和2台470kW、440V的直流发电机同轴连接组成，两台发电机互为备用。当卷扬系统中有一台电动机发生故障时，由另一台电动机控制斜架车下放到最低位置。

4.5.3.7 下游引航道

下游引航道全长230m，斜坡道伸入引航道底部，底宽由导航段的21m增至导航墙下游末端为41m，至出口处为45m。在引航道左侧设置混凝土导航墙，以拦阻枢纽泄洪水流，并为上、下船架的船只导航。导航墙为混凝土重力式结构，墙顶高程94.5m，顶部设有系船桩和船只停靠标志、航行信号和照明等设施，墙的两端设有扶梯。此外，在斜坡道左侧，在建成后按照抵御1%洪水的要求，加修建了一道隔流墙。

图4-51 为丹江口升船机鸟瞰图。

图4-51 丹江口升船机鸟瞰图