南京市宁海中学 江苏省南京市 210024
摘要：因高坝或运河水位差的阻隔对通航建筑的需求，船闸及升船机是常用的通航建筑，介绍该两类通航建筑一般适用水头；从三峡通航建筑规模、设计方式等详细介绍了我国三峡通航建筑；根据船闸所处位置、省水、闸室对船闸分类，按照牵引驱动方式、承船厢运行线路分别对升船机进行分类，并介绍了几处具有特色及代表性的船闸和升船机。
关键词：通航建筑；船闸分类；升船机分类；三峡枢纽
1 概述
图1 通航水头示意图
运河及高坝通航建筑物常见有船闸和升船机两大类。船闸是一厢形构筑物，由上、下游引航道与上、下游闸首连闸室组成。升船机是用机械方法将船舶从一水位河段提升或下降至另一水位河段的一种通航建筑物。上下游水位差（常称为水头，如图1所示）是通航建筑物类型选择主要前置
条件，对于高水头（40m～80m）或超高水头（大于80m），往往考虑采用多级船闸或升船机方案。目前，最高水头的单级船闸为前苏联在额尔齐斯河上修建的石山口船闸（哈萨克斯坦东北境乌斯季卡缅诺戈尔斯克），总水头42m；级数最多的多级船闸是苏联卡马河上的六级船闸；最高水头的多级船闸为长江三峡水利枢纽工程中的双线五级船闸[1]，总水头113m。
由于升船机具有过坝时间短、适应水头大，投资小及节水等优点，近几十年来，伴随着机械制造和自动控制技术的发展，在国内外高坝通航建筑物中升船机的建设规模越来越大，形式亦越来越新颖，技术更为先进。
2 三峡通航建筑
三峡水利枢纽工程通航建筑有双线五级船闸及全平衡齿轮爬升式垂直升船机。三峡船闸是三峡水利枢纽发挥防洪、发电、通航三大效益的主要建筑物之一，如图2所示，船闸在坝址左岸深切开挖的岩槽中修建，开挖边坡的最大高度达170m，两线船闸中间留有底宽为57m的岩体隔墩，五级船闸各闸室有效尺寸为280m×34m×5m（长×宽×槛上最小水深）。
垂直升船机是三峡水利枢纽的永久通航设施之一，其主要作用是为客货轮和特种船舶提供快速过坝通道。三峡升船机采用齿轮齿条爬升平衡式垂直升船机，为国内首次应用该技术[2]，其过船规模为3000t级，最大提升高度113m。三峡升船机实景如图3所示
图4 省水船闸（a：设计示意图，b：德国埃尔郎根的省水船闸）
3 船闸面面观
船闸按照所处位置可分为海船闸、河船闸和运河船闸，根据沿船闸轴线方向的闸室数目可分为单级船闸、双级船闸和多级船闸（又称单室船闸、双室船闸和多室船闸），以单级船闸使用最广，根据同一枢纽中布置的船闸数目可分为单线船闸、双线船闸和多线船闸。通常情况下一个枢纽一般只布置一个船闸，即单线船闸。过闸运量较大时，可布置双线船闸或多线船闸，通常待运量增加后再陆续增建。目前线数最多的船闸是莱茵河上荷兰境内的福耳克腊克四线船闸。
除普通船闸外，还有一种省水船闸，如图4。省水船闸是在船闸闸室的一侧或两侧建有贮水池，暂时贮存闸室泄水时泄出的部分水量，待闸室需要灌水时，再将贮存的水灌入闸室，以节省过闸用水量。省水船闸一般建造在水源不足的地区，目前建造较少，主要为联邦德国所采用，如图4-b为德国埃尔郎根的省水船闸。
4 升船机面面观
升船机，是指为船舶通过航道上集中水位落差而设置的一种“通航建筑物”，由上、下闸首，承船厢（承船车），支承导向结构和驱动装置等组成。升船机按承船厢运行线路，分为垂直升船机和斜面升船机两类。
承船厢沿垂直方向升降为垂直升船机，主要有平衡式、浮桶式和水压式；平衡重式垂直升船机在垂直构架上部装设有绕以钢丝绳的滑轮，钢丝绳的一端连接承船厢，另一端装有平衡重，组成一个平衡系统，一上一下，彼此作方向相反的运动。浮筒式垂直升船机建有浮筒井，井内装设浮筒。浮筒顶部与承船厢底部相连，利用浮筒的浮力平衡和支持承船厢的重量。水压式垂直升船机是利用水压机的活塞支承承船厢。
承船厢沿斜坡轨道运行为斜面升船机，可分为纵向斜面升船机和横向斜面升船机。按牵引驱动方式分为齿轮齿条式、钢丝绳卷扬驱动、水力重力式驱动，如图5所示。
以垂直升船机为例，船舶向上游行驶，船舶通过升船机的程序一般为：首先承船厢停靠在下闸首，船舶由下游航道进人船厢，然后关闭闸首和船厢闸门，泄去厢头门与闸首工作门之间缝隙水，在驱动装置作用下，承船厢随即上升，并停靠在上闸首，待完成承船厢与上闸首拉紧、密封、充缝隙水后，打开船厢与闸首闸门，船舶随即驶进上游航道。等待下行船舶随即可进人承船厢，依次上述程序反向操作，船舶即可由上游航道进人下游航道[3]。
图5 按牵引驱动方式升船机分类（a齿轮齿条爬升式，b钢丝绳卷扬式，c水力重力式）
斜面式升船机是载运船舶的承船厢沿斜坡轨道升降的升船机。斜面升船机的一种特殊形式是水坡式升船机，就其运行线路来说，也是采用斜面形式。水坡式升船机的斜坡道为斜坡水槽，挡水闸门可以沿槽移动，闸门间楔形水体相当于承船厢水体。用牵引设备移动闸门，推动水体上升或下降，从而把船舶从一河段送至另一河段，目前仅在法国蒙特施和枫斯拉诺各建有一座水坡式升船机，如图6-a、b分别为法国斜面式升船机和水波式升船机。
图6 法国斜面式升船机（a：Meselle斜面升船机，b：Montech水波式升船机）
机智的苏格兰人在两条落差25米的运河之间，由RMJM建筑设计事务所负责设计的福尔柯克轮（Falkirk Wheel）旋转式升船机，于2002年开始运营，如图7所示。它是世界上第一个，也是目前为止的唯一旋转升船机。旋转升船机连接福斯河（Forth）、克莱德河（Clyde）和联盟运河（The Union Canals），使苏格兰中部连接大西洋和北海的水道为畅通[4]。
图7 苏格兰旋转船闸
参考文献：
[1]朱虹，邓润兴.三峡升船机总体布置设计[J].人民长江，2009，第40卷（23期）
[2]钮新强，宋维邦.三峡船闸的主要技术特点[J].湖北水力发电，2007，第5期
[3]马广文．交通大辞典：上海交通大学出版社，2005.01
[4]http：//www.360doc.com/content/16/1023/16/26166517_600750617.shtml，2016-10-23
论文作者:雷博阳
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/14
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