船闸控制

船闸控制（共12篇）

船闸控制 篇1

1 船闸运行控制方式

船闸运行控制分为集中控制和分散控制两种, 集中控制是在监控中心实现的程序运行, 分散控制是指运行人员在上下游闸首操作台上分别实现闸阀门的程序运行、单项运行及闸阀门的单侧点动运行。这两种控制都是由可编程控制器PLC完成的, 脱离PLC的手动应急操作系统 (如急停等) 是在调试和紧急情况时使用。正常单向过闸程序如图1所示。

(1) 闸、阀门启闭机液压系统的控制。通过采集限位开关及压力、温度、位移等传感器的实时信号对液压系统的变频器、电机、电磁阀及辅助的电加热、润滑泵等设备进行实时控制。两台电机柱塞泵可切换, 当一台泵损坏时, 可以启用另一台泵, 从而保证了船闸的正常运行。控制程序和技术标准符合液压系统提出的要求。

(2) 交通信号灯的控制。交通信号灯随程序运行实现自动控制, 保证船舶的安全畅通。

(3) 集控室控制。集控室可根据航道船舶和进出闸船舶及一、二线船闸灌泄水对三线闸的影响, 人工干预三线闸的运行操作。

2 控制系统设计

2.1 上位机

上位机采用研华公司的监控组态软件Webaccess, 其主要功能为:①实时数据采集及显示, 包括闸室内外实时水位、闸/阀门实时开度、直流稳压电源的电压、电机回路电压及电流、泵站油压状态、液压泵站电磁阀状态等;②动态图形显示船闸运行画面, 包括船闸水位曲线图、闸门运行状态图、闸首机房液压泵站运行图和闸首机房电机回路运行图等;③多种控制方式选择, 即手动/自动;④船闸运行过程中的实时数据和历史数据的管理, 包括船闸运行及操作、船闸水位、电机电流和故障报警;⑤统计报表管理, 包括日报表、月报表等;⑥系统管理, 包括操作员操作自动登记、操作员密码管理、系统网络自检;⑦系统故障报警, 包括故障分类报警 (提示类故障、停机类故障、工艺内故障) 和报警自动记录。

2.2 下位机

下位机由施耐德公司的Unity编程软件和TSX Quantum模块组成, 整个系统由Schneider的2套PLC分别实现对上下游闸、阀门等机械设备的控制, 每套PLC系统由一个主站和一个远程站组成。其中, 主站采用Schneider TSX Quantum系列的PLC, 远程站采用Schneider TSX Quantum系列的RIO, 两者通过专用电缆相连。另外, 在每座船闸上、下游闸首机房设有自动和手动操作的控制系统触摸屏和操作台。此外, 还在各闸首机房内控制柜上设计了应急控制按钮, 供船闸维修调试情况下使用。系统网络图见图2。

3 控制系统功能

船闸上位机共分为开机画面、监控界面、网络拓扑、液压电气状态、液压系统状态和船闸数据报表6大部分。

3.1 开机画面

软件开机画面如图3所示, 其主要功能是界面切换。

3.2 监控界面

操作控制界面图如图4所示, 实时监视和控制系统的运行情况。

3.2.1 最上一排显示窗口

(1) 本侧/对侧:本侧只对北侧闸阀门进行控制, 对侧只对南侧闸阀门进行控制, 本侧、对侧分别用两个矩形框颜色显示, 绿色为执行, 棕色为未执行。

(2) 上行/下行:上行矩形框显示为绿色表示目前是上行操作。

(3) 集中/应急:集中矩形框为绿色, 表示目前是集中操作。

(4) 自动/手动:自动就是通过触摸屏对闸门与阀门进行自动操作;手动就是通过操作台 (柜) 对闸门和阀门进行点动操作, 这种控制没有连锁关系, 各闸门与阀门都设有手动控制按钮, 便于维护和调试。手动矩形框为绿色, 显示当前是手动操作。

3.2.2 最下一排按钮

(1) 开闸门/关闸门按钮:对上、下游闸门进行控制。

(2) 开阀门/关阀门按钮:对上、下游阀门进行控制。

(3) 运行/暂停按钮:运行即对各闸门与阀门进行连锁控制, 暂停即对正在运行的系统暂时停止运行。

(4) 停机按钮:停止PLC系统对外所有的输出, 断掉油泵电机、润滑泵电机和加热器等。

(5) 故障复位按钮:当机电系统出现故障排除后, 应按一下此按钮, 恢复之前的操作程序。

(6) 强落阀按钮:通过油泵强行落阀。

(7) 进闸信号灯按钮:人为地把进闸红灯转换为进闸绿灯 (因为在闸室船舶出闸时, 进闸信号灯为红色) , 上游操作和下游操作可以相互切换, 各种操作之间互锁。

3.2.3 中间部分

中间部分为闸阀门等运行动画显示, 例如实时显示闸阀门的开门动画、油缸油压、上下游照明灯控制、闸阀门开度记录和水位数值显示等。

3.2.4 其他部分

其他部分包括上下游闸阀门关到位矩形框显示、操作流程文字说明图、报警显示 (红色为存在故障) 等。

3.3 网络拓扑界面

网络拓扑界面包括集中监控室;上北、上南闸首机房;下北、下南闸首机房, 并实时显示设备运行状态。

3.4 液压电气状态

图5为液压电气原理图, 包括上北闸首、上南闸首、下北闸首、下南闸首液压电气。主要显示设备的运行状态和设备运行时间记录, 同时记录三相电压数值。设备启动, 用绿色表示;设备未启动, 用棕色表示。

3.5 液压系统状态

图6为液压泵站设备运行状态, 包括油缸油量动画、电磁阀状态、加热器选择、液位状态、电机M1和M2选择。

(1) 切换按钮分为上北闸首、上南闸首、下北闸首和下南闸首液压, 可以通过4个按钮查看相应位置的液压系统状态。

(2) 根据闸门、阀门的开度实时显示闸门、阀门油缸油量的多少。

(3) 9个电磁阀DT1~DT9在电磁阀信号为0时显示棕色、为1时显示绿色, 能根据PLC信号实时变化。

(4) 液压油温度显示:立式棒图显示油温高低, 油温值呈绿色时表明油温正常, 黄色时表明油温偏高或偏低, 红色时自动报警。

3.6 船闸数据报表

图7为数据库界面, 包括日报查询、月报查询、操作记录、报警记录、运行记录、实时趋势和历史趋势。

4 结束语

目前该系统运行良好, 随着科学技术的进步, 该系统将会得到进一步的改进和完善。

参考文献

[1]李新胜, 张德江, 曹公正.基于MCGS和PLC监控系统在电机变频调速中的应用[J].长春工业大学学报, 2008 (6) :68-69.

[2]席爱民.计算机控制系统[M].西安:西安科学技术出版社, 1994.

[3]邹伯敏.自动控制原理[M].北京:机械工业出版社, 2004.

[4]郁汉琪.电气控制与可编程序控制器应用技术[M].南京:东南大学出版社, 2004.

船闸控制 篇2

2012年8月我从重庆交通大学港口航道与海岸工程专业毕业，进入重庆市铜梁船闸管理处生技科工作，成为了一名船闸新兵，主要负责各种船闸生产技术资料整理归档，协助参与船闸检修工程等工作。一开始我发现对船闸管理还一窍不通,学校里所学的专业知识非常有限，于是我虚心地向老同志们请教，深入基层一线实践操作,熟悉船闸大修竣工资料，各种零配件，施工图纸等，逐渐熟悉和掌握了船闸管理专业技术方面的知识，工作循序渐近步入正轨。

从象牙塔里的学生到职场新兵，就像是蚕蛹经历了一场蜕变，这个过程让我认识到工作与学校的差别，在学校学习，有老师的监督，有作业的督促，有考试的“逼迫”，是一种被动学习的过程，而走到工作岗位后，需要变被动学习为主动实践，积极发挥自身的能动性和主动性，只有不断的学习，不断的充实自己，才能适应日新月异的新时代。

工作三年多来，我多次参加船闸维修、抢修，积极完成中和站、关溅站船闸标准化建设、大庙船闸阀门维修、蒲吕船闸上门门库板整修、安溪船闸堡坎抢修及大坝堵漏、新增各站的警示牌等船闸设施设备的维护工作。从实际工作中我学到了许多船闸专业知识，由衷地钦佩老前辈们吃苦耐劳、无私奉献的精神。

近年来，全国各地大力兴建公路、航空的基础设施，四通八达的交通网络，让各个村镇百姓出行及物资交流都更加依赖方便高效的陆路和空路，对水路的需求正在逐步减少，加之我处辖区内小安溪及琼江河两条河流内航行的船舶日益减少，单位的业务量正在逐渐萎缩。要改变只有创新，作为一个船闸新兵，以我的愚见，把中和、关溅两座仍有船舶通行的船闸作为工作重点，采取疏浚、改善引航道，规范船闸过闸秩序，优化运行调度，提前预约过闸等措施，提高人性化服务水平，使船闸运行更加高效、方便、快捷，继续为航运事业发挥光和热。

三峡船闸未达设计要求 篇3

货船在三峡船闸长时间待闸和滞留已成了家常便饭，有车主告诉《瞭望东方周刊》，等待上滚装船的车辆，有时一等就是几天，长长的车队有的一排就是几公里，经常把公路堵死。

在船闸验收报告上签完字的10余位专家的忧虑是：从试运行情况看，三峡船闸通过能力离设计要求显然还有一定差距，而这恰恰是未来数十年内长江能否重现昔日“黄金水道”风采的关键所在。

据《瞭望东方周刊》了解，现在，平均每天都有30多条船舶在船闸上下积压。待闸时间最长的一次，让900多艘滚装船等了整整5天5夜，致使水果、肉类等一些鲜货变质，个别船方由此赔偿损失一次性高达3万元以上。一些货车司机担心车上货物被偷被抢，整天整夜守着车子和货物，不敢随便走动。

万般无奈之下，许多船舶运输公司不得不重新选择翻坝转运的应急之策，甚至弃水登陆。于是，与长长的待闸船队相呼应，三峡沿岸又出现了长长的车队。

三峡船闸实际运行效率远未达到设计水平的尴尬现实，已经使许多有识之士对长江“黄金水道”的美好前景产生了种种质疑。

最尖锐的矛头指向了设计方案。今年“两会”前夕，长江三峡通航管理局向交通部递交了一份紧急报告。报告称：“两线船闸在正常运行的前提下，每日仍会有一定数量的船舶待闸，而且船闸日均运行闸次离设汁指标有较大差距。”

截至今年5月，双线船闸日均运行25闸次，日均通过船舶222艘次，日均运行效率仅相当于设计水平的57％。监测还显示：目前船闸实际进闸间隔时间为116分钟，这比设计的59，7分钟整整慢了56．3分钟，接近一倍。

三峡通航符理局的报告认为，导致三峡船闸目前口运行闸次与没计值存在较大差距的根源，还在于工程设计问题，船闸工程输水条件变化的进闸时间延长、一闸首突出部碍航、二闸首液压设备选型不同这三大因素的影响度达到了60，75％，而现行船舶(队)与设计船舶(队)存在差别的影响度相对而言则要低很多。

尽管有关方面强调设计方案着眼的是长江航运的未来，即“设计前提是2030年后长江上船舶已经标准化”，但若仍由现状持续下去，其间20多年的经济损失无法估量。

船闸试运行一年多了，主竹部门仍没有找到解决船闸提速问题的万全之策。业内人上认为，在长江航运快速发展的背景下，二峡船闸对长江航运的瓶颈制约将进一步加剧。

交通部水运司副司长徐光接受《瞭望东方周刊》专访晌表示，由于受到当前运行条仆的限制，三峡船闸通过能力大幅度提高的可能性不大，必须采收综合掐施来提高三峡大坝的综合通过能力，以满足船舶过坝的现实需求，这将是长江航运在未来一段时间内面临的首要课题。

经过初步沦证，专家们已提山了一些针对性措施：一是加强运行管理，提高船闸通过潜能；二是启动船舶标准化，既从尺寸上充分保证船闸空间利用率，又鼓励新建船只尽可能向大吨位发展，三是将本来作为特殊时期使用的翻坝转运长期化，并规定滚装船将全部走翻坝转运，而客船在高峰期时也将选择这一手段，

船闸土建工程质量控制要点浅析 篇4

船闸土建工程中出现的一些主要的质量通病反映在主体工程及引航道工程中,本文简要介绍主体工程施工中出现的质量通病及防治方法。下面先分部位介绍主要的质量通病,然后从监理的角度介绍船闸主体工程中质量通病的控制措施。

1 主要的质量通病

1)封底工程:封底高程偏差较大,尺寸不合适。2)底板工程:封底高程偏差较大、止水漏水、钢筋保护层合格率较低、底板表面裂纹、倒角预埋钢筋位置不正确。3)倒角工程:钢筋保护层合格率较低、产生裂缝、混凝土表面缺陷(气泡、蜂窝、麻面、沙斑、沙线)、倒角处闸室净宽超标、倒角顶混凝土平整度控制不好、倒角与底板交接处渗水。4)闸室墙工程:墙身出现裂缝、混凝土表面缺陷(气泡、麻面、沙斑、沙线)、垂直度不合格、与倒角的交接处渗水、对拉杆孔渗水、止水漏水、闸室墙在回填土后前倾、闸室净宽超标。5)封铰工程:新老混凝土结合面渗水、表面有裂纹。6)闸首廊道工程:产生裂缝、混凝土表面缺陷。7)闸首空箱及边墩工程:临水面垂直度不好、预埋件漏放、拉杆孔渗水、后浇带渗水。

2 采取的控制措施

2.1 封底工程

封底高程超过规范要求时将直接影响混凝土底板的厚度,出现厚度不足的现象;还可能影响底板顶面钢筋保护层的厚度,因为钢筋的下料加工是根据图纸进行的,尺寸是固定的。封底的尺寸小了,将影响底板模板的支立,一般要预留一定的支立模板的空间。所以在此应要求施工单位用水准仪及时控制混凝土顶面高程,监理人员对高程进行复核,监督施工单位预留足够的立模空间。封底高程低了,对于结构影响不大,主要是要求施工单位采取垫高的措施,但对于承包人来说是不经济的。

2.2 底板工程

1)止水漏水:监理检查时,应对止水材料的品种、规格、质量是否符合设计要求,止水上是否有打眼、割口或用钉子固定止水带,止水带道数和安装位置是否符合设计要求等进行检查。2)钢筋保护层合格率较低:监理在检查时应严格控制钢筋顶面高程(用经纬仪测)、侧面尺寸(用卷尺量),要求承包人对钢筋保护层垫块进行加固,对顶层钢筋网片增加必要的支撑,确保可以承受住施工荷载而不塌陷。3)倒角的预埋钢筋位置不正确:现场监理人员应从事前、事中、事后这三个过程进行控制,事前要求承包人进行计算,扣除保护层后钢筋的实际绑扎位置,然后进行两端测放,钢筋施工时带线进行操作。在混凝土浇筑时,要求施工人员避免对插筋进行扰动、破坏。

2.3 倒角工程

1)倒角部位的钢筋保护层合格率较低:监理人员主要控制插筋的位置,施工前要求承包人对不合格的钢筋进行调整,要尽量调整到位并进行加固,必要时可采用植筋的方法,以纠正部分严重偏位的钢筋。监理人员要下到仓内用卷尺测量保护层的控制情况,不合格的严格要求其整改到位。2)表面易产生气泡、蜂窝、麻面、沙斑、沙线:监理要把好材料关,选择适当的水灰比;高度重视混凝土的振捣;确保模板硬度,且模板不露浆,涂抹适当厚度的脱模剂;目前在施工倒角时,也有采用在模板上贴一层模板布(一种专用的土工布)的方法来控制倒角上一些表面缺陷的产生,收到了预期的效果,主要是因为该模板布可透水透气但不漏浆。但是,在倒角与底板的结合面处,还有一些缺陷存在,有待采取改进措施。3)倒角的前沿线控制不严,闸室净宽超标:监理人员要采用如下的措施进行控制:a.严格控制模板的前沿线坐标。b.浇筑之前,现场监理人员要检查模板的稳定性,检查斜面模板是否有足够的拉筋及支撑以防止跑模。c.混凝土成型之后,监理测量人员再次检查前沿线的坐标,以校核浇筑过程中模板的变化情况,为下一块倒角的浇筑提供参考资料。4)倒角口的混凝土平整度控制不好:将直接影响上节闸室墙的混凝土浇筑质量。监理控制措施如下:模板的制作过程中,现场监理人员要监督其制作的质量,模板口要有足够的抗拉刚度,防止立模时对拉螺栓将其拉变形,而造成不平整。5)与底板交接处出现渗水现象:a.要检查倒角处的打毛是否彻底,要做到100%的打毛,并且要求承包人用清水清洗干净,不留残渣。混凝土浇筑前要求承包人进行洒水湿润并先摊铺一层2 cm左右的高标号砂浆。b.建议承包人可以在倒角的范围内浇筑成一个陡坎的形状,以增加水的渗流长度,并且该种形状也有利于新老混凝土的结合。c.在回填土之前,要求承包人一定要对墙后的接缝进行处理。

2.4 闸室墙身工程

1)墙身表面缺陷参照倒角工程进行控制。2)垂直度不合格:浇筑之前监理人员要严格检查大模板的垂直度,每面墙至少检查3处,即左、中及右,每一处上下检查4个点;浇筑完成之后,在同一处重新测量一次,以判断在浇筑过程中模板的变化情况,以此推断下一块模板的后倾预留量。在考虑后倾预留量时,应同时考虑浇筑混凝土时模板的变化及回填土后对闸室墙的影响,一般来说回填土对扶壁结构影响较小而对坞式结构影响较大。闸室墙垂直度在规范中是不允许出现前倾的,监理人员除了上面讲的要求承包人适当增加闸室墙的后倾量外,还要求承包人控制墙后回填土的速率,不能过快,否则会在短时间内加大土的主动土压力,造成墙体变形过大;在回填土时还要求施工单位进行测量观测,以随时掌握闸室墙的变形。3)渗水:主要有拉杆孔、裂缝及新老混凝土结合面渗水。修补工作要在墙后、墙前同时进行。拉杆孔的修补建议采取以下措施:首先,往混凝土里面打深5 cm,塞入水膨胀橡皮塞(木塞或其他材料均可),然后用环氧砂浆(丙乳砂浆或其他材料)进行修补,其中要加入部分微膨胀剂,外面再刷一层沥青,最后贴上油毡。新老混凝土结合面及裂缝的修补参照倒角的方法。墙前修补:以闸室墙整体颜色效果为重。新老混凝土结合面渗水的处理参照上面倒角与底板渗水处理进行。对于裂缝渗水主要采用压浆的方法,一般前后都要进行处理,压浆后还要用环氧树脂或环氧砂浆进行表面处理,最后用沥青及油毡处理。4)闸室净宽超标:在倒角浇筑时就要控制闸室的净宽,监理测量人员要控制前沿线,一对倒角浇筑完成后,监理现场人员要用卷尺测量闸室的净宽,测量人员对前沿线进行重新复核。

2.5 封铰工程

在封铰之前,首先要检查是否满足封铰的条件(图纸中有规定);另外,确保地下水位控制在底板以下;浇筑之前要求承包人进行混凝土掺加膨胀剂的效果试验,确保达到良好的膨胀效果;打毛工作要彻底,冲洗要干净;浇筑之前要求承包人先涂刷一层水泥浆;浇筑时振捣要确保混凝土密实;浇筑完成后要注意养生工作,在混凝土未达到一定强度(2.5 MPa)之前要保持地下水位控制在底板以下,防止在混凝土未达到一定强度时,地下承压水头通过渗径慢慢地、细微地侵蚀新老混凝土的结合面而造成漏水。

2.6 闸首工程

1)预埋件、预留孔或洞工程。

闸首工程预埋件、预留孔或洞的数量较多,稍不注意可能被遗漏掉,造成后期施工的困难,所以监理人员应详细地审图,吃透图纸中每个预埋件、预留孔或洞的位置及尺寸。一般来说闸首工程包括的预埋件、预留孔或洞主要有:闸阀门、启闭机、电气、房建、公路桥、工作桥及挡浪板等的埋件,此外还有钢包角、钢护面、钢护栏、防撞块、水尺、爬梯、钢盖板、扶手、楼梯、预留井预埋角钢及钢板、沉降钉、推拉杆墩内的埋件等。预留孔主要有:排气孔、电缆孔、油管孔、排水孔及检修人孔等。监理人员在检查前要把所检查部位的所有预埋件、预留孔或洞的数量位置记录下来,检查的过程中对照记录逐一检查。

2)混凝土工程。

a.廊道混凝土:设计中往往在廊道的部位预留后浇筑带,如果只是预留了一条,监理人员可建议施工单位在廊道应力较集中的地方(每侧)再预留两条后浇筑带,这样往往可以减少裂缝产生或裂缝的数量。b.渗水:主要指裂缝、后浇带及新老混凝土的结合面渗水,除了采取前面介绍的方法外,对于后浇带的施工要注意老混凝土应打毛彻底,浇筑混凝土之前要刷浆处理,混凝土中要掺入适量的膨胀剂,混凝土的和易性要好,振捣及养护工作要到位。

摘要：结合工程实践,分析了船闸土建工程中主要的质量通病,从监理的角度介绍了船闸主体工程施工中质量通病的控制措施,以完善船闸施工工艺,提高船闸土建工程的质量。

关键词：船闸,土建工程,质量通病,控制措施

参考文献

船闸消防安全工作自查情况 篇5

2016年，船闸将消防工作作为常抓不懈的一项重要工作，牢固树立“安全第一，责任重于泰山”的观念，确保船闸安全稳定运行。为认真贯彻落实《中华人民共和国消防法》，遵照上级指示，对船闸范围重点部位消防安全进行了自查，现将自查情况报告如下：

一、消防安全管理工作：

建立健全消防组织机构，落实消防安全责任制。明确各岗位消防安全职责，消防安全责任人。

建立、完善和落实消防安全规章制度，完善消防基础设施。组织职工进行《中华人民共和国消防法》、灭火自救互救技能、消防设备设施使用等安全知识的学习。对操作室、配发电房等重点部位消防设备设施的配备情况进行检查，检查灭火器、消防栓等是否有效，对过期、报废的灭火设施进行处理、更换。

二、认真做好各项检查、填写好消防安全记录：

按规定，定期开展消防安全工作检查，每日一小查、每周大查、每月一总结，重点排查危险源点。同时，对检查结果做好记录，完善消防台账，杜绝各项火灾隐患。开展“消防演练”桌面推演及现场演练活，进一步强化火灾自救互救能力。目前为止，船闸未发生任何消防安全事故。在今后的工作中，船闸会继续加强消防宣传工作力度，进一步提高职工消防意识，认真开展防火值班和安全检查工作，杜绝火灾的发生。

船闸管理处

船闸控制 篇6

【关键词】船闸；深井降水井；抽水试验

0.概述

引江济汉工程是一条引长江水到汉江的特大型干渠，是南水北调中线一期工程的一个组成部分。引江济汉通航工程依托于引江济汉干渠，两端另辟有进出口和连接河段（引航道）。进出口处分别布置一座Ⅲ级船闸，船闸最大通航船舶为2×1000t级船队。

进口船闸布置在长江左岸的荆州市李埠镇龙洲垸，与引水干渠取水口相邻，通航渠道的进口布置在引水干渠进口的下游1500m处。龙洲垸船闸最大基坑深度为20.8米，本文通过现场单井和群井试验，确定水文地质参数和渗透系数等参数，对其它大型船闸基坑具有重要的借鉴作用。

1.水文地质情况

1.1水文地质

工程区位于长江的一级阶地，主要有两个含水岩组，上部为全新统粘土、粉质粘土孔隙潜水含水岩组，下部为粉细砂、砂卵石孔隙承压水含水岩组。

1.1.1孔隙潜水

主要分布于上层粉质粘土中，含水层厚度一般为2～5m，水量不丰富，地下水埋深一般较浅，多为0.5～2.5m，局部地带在某一时段（一般为丰水期）具有弱承压性。其补给来源主要为大气降水的入渗直接补给和长江丰水期河水补给，随季节性变化，雨季地表水补给地下潜水，潜水水位升高，旱季潜水排泄于长江之中，潜水水位随之降低。排泄途径主要为蒸发和补给河湖水。受含水层分布不稳定及地形地貌的影响，其迳流条件较复杂，迳流方向各异。

1.1.2孔隙承压水

主要赋存于下部的粉细砂、砂砾石层中，埋藏于相对隔水的粘性土层之下。含水层厚度随下部砂层及砂砾卵石层的厚度不同而不同，多大于30.0m。其顶板埋深多为5～15m，含水量丰富。承压水的补给来源主要是长江水及上部地表潜水的越流补给。排泄途径主要是枯水期渗入长江和越流补给上部潜水。其承压性随长江水位的影响而变化，随长江水位的升高而增大，距长江由近至远，承压性逐渐降低，水力坡度约为0.07%。

1.2主要工程地质问题

闸基土体由极微透水等级的粘性土和中等-强透水等级粉细砂和卵石构成，所含的承压水对基坑开挖产生极大的影响。承压水的水头压力能顶裂或冲毁基坑底板，造成突涌现象。基坑突涌将会破坏地基强度，并给施工带来很大的困难，因此，必须采取降水措施，确保基坑的干施工。

2.抽水试验方法

2.1试验目的

（1）确定含水层的水文地质参数：主要为渗透系数K、影响半径R等。

（2）通过测定井孔涌水量及其与水位下降（降深）之间的关系，分析确定含水层的富水程度、评价井孔的出水能力。

（3）为降水工程设计提供所需的水文地质数据，如影响半径、单井出水量、单位出水量、井间干扰出水量、干扰系数等，依据降深和流量选择适宜水泵型号。

（4）确定水位下降漏斗的形状、大小及其随时间的增长速度；直接评价降水工程的涌水量。

2.2降水井施工工艺流程（如图1）

图1 降水井施工工艺流程图

2.3抽水试验孔及观测孔的选择

如图2，选择68、69、70、60、59、58号井为试验井，单井抽水试验选择60号井为抽水主井，58、59两井与68、69、70号三井为两条垂直向观测井，以观测不同径流方向的降深情况，群井抽水试验以69、60、58号井为抽水主井，68、70、59为观测井。

图2 降水井布置图

2.4水井施工

2.4.1成井

成井施工设备：采用两台CZ-150型冲击钻。

计划成井深度及孔径：40m、ф500mm

成井工艺：井口埋设ф600mm护筒，采用CZ-150型冲击钻冲击成孔，冲击成孔过程中拟采用泥浆护壁，当一个回次冲击约2m时采用捞渣桶或泥浆泵清理孔底於渣，如此反复，直至成井深度达到设计要求。

2.4.2井管选择及安装

井孔施工完成后进行下一步工序：井管的安装

井管的选择：拟选用ф300mm、壁厚≥3mm的无缝钢管作为井管使用，各类型水井的井管结构参见表1。

表1

过滤管孔眼的加工，根据《供水管井技术规范》（GB50296-99）及场地的地质条件，网眼设计规格可选为：单个孔眼缝直径16-18mm，各孔眼中心距为40mm，孔隙率≥15%，梅花形布设。滤管外用80目的尼龙网包缠2～3层。

井管的安装：采用起重设备分节安装，安装前第一节井管底部用5mm厚圆钢板（或混凝土塞）封底，两节井管间用电焊焊接，焊接时要确保两节井管对齐且在同一轴线上，下沉井管时用对中器定出井孔中心，确保井管居中，井管安放到设计位置后固定，进行填砾及管外封闭。

2.4.3填砾及管外封闭

井管安装完后应及时进行填砾。

滤料的选取：滤料规格为1-3mm，成份为粗砂及细砾，磨园度要好，其不均匀系数应小于2。

滤料填设厚度及高度：滤料填设厚度为100mm，填设高度应大于滤管高度0.5m。

封孔：井口下至滤管以上0.5m用风干粘土球（直径3～5cm）止水。

图3 降水井结果示意图

2.4.4 洗井

下管填砾后，及时进行洗井，采用间断抽水或活塞洗井法，直至水清、砂净，可能持续时间2～4小时，直至含砂量小于1/10万（重量比），并及时观测静止水位。

2.5抽水试验方案

2.5.1观测内容、方法

观测内容：主要为水位，包括抽水井中的静止、动水位及流量，观测井的静止水位、历时水位变化等。

观测方法：水位观测采用电测深水位计，流量观测采用水表。

2.5.2抽水试验方法

单井抽水试验以60号井为抽水主井，58、59两井与68、69、70号三井为两条垂直向观测井，根据需要记录时间与井管出水量绘出降深曲线，群井抽水试验以69、60、58号井为抽水主井，68、70、59为观测井，得出抽水井和观测井之间情况。

2.5.3涌水量及水位变化

在稳定延续时间内，涌水量和动水位与时间关系曲线在一定范围内波动，而且没有持续上升或下降的趋势。当水位降深小于10m，水位波动值不超过5cm，一般不应超过平均水位降深值的1%（以最远观测孔的动水位判定），涌水量波动值不能超过平均流量的3%。

2.5.4观测频率及精度

（1）水位观测时间在抽水开始后第1、3、5、10、20、30、45、60、75、90min进行观测，以后每隔30min观测一次，稳定后可延至1h观测一次。水位读数在抽水井中精确到厘米（cm），在观测井中精确到毫米（mm）。

（2）涌水量观测应与水位观测同步进行；水表读数应准确到0.001 m3。

2.5.5恢复水位观测要求

停泵后立即观测恢复水位，观测时间间隔与抽水试验要求基本相同。若连续3h水位不变，或水位呈单向变化，连续4h内每小时水位变化不超过1cm，或者水位升降与自然水位变化相一致时，即可停止观测。

试验结束后应测量孔深，确定过滤器掩埋部分长度。淤砂部位应在过滤器有效长度以下，否则，试验应重新进行。

3.抽水试验资料整理及参数确定

试验期间，对原始资料和表格及时进行整理。试验结束后，进行资料分析、整理，作出抽水试验报告。试验报告应包括：水位和流量过程曲线、水位和流量关系曲线、水位和时间（单对数及双对数）关系曲线、恢复水位与时间关系曲线、抽水成果、钻孔平面位置图等。

根据水文地质参数计算模型选择水文地质参数计算公式为：

3.1渗透系数计算公式：

K=

式中：K——渗透系数（m/d）；

Q——稳定抽水流量（m3/d）；

r1——观测井1与抽水孔距离（m）；

r2——观测井2与抽水孔距离（m）；

ζ——抽水孔1非完整井补充水流阻力值系数；

ζ——抽水孔2非完整井补充水流阻力值系数；

M——含水层厚度（m）；

S——观测孔1中水位降深（m）；

S——观测孔2中水位降深（m）。

3.2影响半径计算公式：

R=10S

式中：R——影响半径（m）；

K——渗透系数（m）；

S——主井水位降深（m）；

4.结束语

通过抽水试验结果可以得出本工程水文地质情况和地下水位的渗透系数及每口井的影响范围，为后续本工程降水施工的井数确定，提供有利的数据。 [科]

【参考文献】

[1]刘正峰主编.水文地质手册.地质出版社，1978.

船闸控制 篇7

船闸机电设备由电器设备、机械设备和控制线路组成。一旦出现故障往往是综合性的, 因此。其维修和保养是一项技术性很强的工作, 需要工作人员有极其扎实的理论知识和丰富的实践经验, 并在实际工作中长时间摸索和总结, 这样才能找到和掌握故障的一般规律和解决的方法。

1 船闸控制电器的维修原则

船闸常用控制电器包括控制按钮、行程开关、自动空气开关等, 它们处于船闸电气设备的最前沿位置, 直接掌控着闸阀门的运行。貌似简单, 但作用非凡, 同时它们也是由专业人员和非专业人员共同操作最频繁的控制电器, 因而对此类电器的使用方法、工作环境、故障排查都提出很高要求。

首先, 要了解设备的结构组成、技术参数、使用要求和所起的作用, 需要扎实的理论知识指导和丰富的实践经验储备才能熟练掌握排除故障的有效方法。这就要求维护人员能对故障现象进行深入理性的分析, 做出正确合理的判断, 明确查找问题的方向, 提出切实可行的解决方案, 而不可盲目凭借老经验、老方法、主观臆断、乱拆乱调, 否则可能使原故障还未排除却又派生出新的故障。其次, 在遇到复杂疑难问题时应冷静思考、开阔思路, 理清故障的来龙去脉, 制定出多种解决方案, 并从中优选出最合理的方案。根据船闸一线维修人员的故障排查经验, 本文总结出以下快速解决电气设备的故障的科学维修原则: (1) 先询问后维修; (2) 先外部后内部; (3) 先机械后电气; (4) 先静态后动态; (5) 先清洁后维修; (6) 先电源后设备; (7) 先普通后特殊; (8) 先附属后主机; (9) 先直流后交流; (10) 先故障后调试。

2 船闸控制电器的常见故障排查

船闸常用控制按钮, 行程开关, 自动空气开关等电器元件看似简单, 易被疏忽, 但产生的故障现象确纷繁复杂, 如不及时解决故障将被扩大, 究其原因大致分为因元件自身质量造成的, 过负荷造成的和人为使用因素造成的故障。只有对故障现象进行认真分析, 找出其产生的原因, 才能采取针对性措施, 准确迅速地排除故障。笔者着重谈谈船闸最常用控制电器如控制按钮、行程开关、自动空气开关等常见故障成因及排除方法。

2.1 控制按钮

2.1.1 按下按钮, 系统无反应

故障原因: (1) 受控电器或线路故障; (2) 按钮触点接触不良, 接线松脱。

排除方法: (1) 检查受控电器及线路; (2) 清洁按钮触点, 拧紧接线。

2.1.2 触碰按钮有触电感觉

故障原因: (1) 按钮外壳金属部分与连接导线芯接触; (2) 按钮帽缝隙间有导电杂物, 或安全间距变小。

排除方法: (1) 检查连接导线; (2) 清洁按钮; (3) 检查接地线是否可靠。

2.1.3 松开按钮, 不能复位

故障原因: (1) 复位弹簧失效; (2) 内部卡阻。

排除方法: (1) 更换同型号弹簧; (2) 清洁内部杂物, 消除卡阻。

操作使用不当是控制按钮产生故障重要原因之一, 为此本人多次向操作员指出其错误的操作方式及可能造成的危害, 并传授正确的使用方法, 如按动按钮力度应适中而有效, 正确操作两次而系统仍无反应及时报修, 从而使此类故障大为降低。

2.2 自动空气开关

2.2.1 不能合闸, 或合闸即跳开

故障原因: (1) 开关容量小; (2) 热脱扣器热元件未冷却复原; (3) 锁簧和搭钩连接处磨损, 合闸时滑脱; (4) 杠杆或搭钩卡阻。

排除方法: (1) 更换合适容量开关; (2) 待热脱扣器冷却后再行合闸; (3) 更换锁簧及搭钩; (4) 消除卡阻障碍。

2.2.2 开关温升过高

故障原因: (1) 触头磨损, 接触不良; (2) 触头接触压力变小; (3) 接线端子松动; (4) 超负荷。

排除方法: (1) 更换同型号触头; (2) 调整触头压力; (3) 紧固接线端子; (4) 检查负载变化原因或更换合适开关。

2.2.3 电流达整定值时开关不能断开

故障原因: (1) 热脱扣器损坏; (2) 电磁脱扣器线圈损坏; (3) 主触头烧熔粘连不能分断。

排除方法:因为此类故障危及整个电路安全, 应更换同型号开关。

2.2.4 电流未达整定值, 开关误动作

故障原因: (1) 整定电流设定有误; (2) 锁链及搭扣磨损。

排除方法: (1) 按实际需要调整整定电流值; (2) 更换磨损部件。

2.2.5 开关不能断开

故障原因: (1) 触点烧熔; (2) 脱扣器失效; (3) 脱扣线圈损坏。

排除方法: (1) 更换触点, 并查找触点烧熔原因; (2) 更换同型号脱扣器及线圈。

实例:某船闸出现故障, 上游阀门刚提1米时停车, 控制按钮不再起作用, 阀门电机不工作, 交通信号灯无显示。而闸门上升的基本条件都具备, 各阀件均能正常工作。询问操作员后得知上下水位差超过4米, 考虑可能是因水位差较大, 阀门受阻电机超负荷引起动力电源部分出现故障。检查发现确系动力电源自动空气开关过载跳闸所致, 更换按钮, 仔细检查电机无误后重新合上空气开关恢复正常。

2.3 行程开关

2.3.1 行程开关撞块工作但触点未工作

故障原因: (1) 触点动作机构失效; (2) 撞块和开关虚假碰撞; (3) 行程调节螺钉过短。

排除方法: (1) 更换或检修触点动作机构; (2) 调整开关位置, 使撞块有效碰撞开关; (3) 调节螺钉长度。

2.3.2 触点不复位

故障原因: (1) 复位弹簧失效; (2) 内部异物卡阻; (3) 调节螺钉过长, 阻碍开关复位。

实例:某船闸水系复杂, 涨落水完成后, 闸内外水位看似水平, 而实际闸室内外经常存在回水水流, 加上闸门时有轻微漂移, 致使水平信号行程开关频繁工作, 水平信号断断续续, 影响闸门正常开启。可根据船闸特点重新设计行程开关触碰装置, 且建议在PLC程序上加以改进, 从而消除此类故障。

3 常用控制电器的正确使用

船闸操作员正确使用控制电器不仅能延长电器的使用寿命, 还能有效地减少故障的产生, 传授操作员正确的操作方法是养护人员的义务。

对控制按钮而言, 提倡操作力度适中而有效, 在系统无反应时切不可急躁用力连续猛按。因为故障点有可能不在按钮, 应及时报修, 防止故障扩大。

行程开关在没被触碰到时, 不可人为使其动作, 个别操作员为抢时间违反操作规程人为使行程开关送信号, 殊不知此时闸阀门有可能因障碍物阻碍而导致行程不到位, 强行送信号可导致闸阀门启闭机基座被拉毁、高压油管爆裂、阀门漏水, 造成事故。

实例:某船闸下游曾出现右阀门距落终还有约1米时停止, 操作员多次强落亦无反应, 而阀门在1米以上却能正常降落, 强落。这就初步排除泵站阀件故障, 分析可能是因阀门轨道镶面板损坏后卡阻阀门所致, 而此时多次强落可能导致活塞杆压弯或油管爆裂, 造成事故。通过与操作员进行沟通, 提示其如再遇此类故障应及时报修而非盲目操作。阀门在轨道镶面板更换后恢复正常。

4 常用控制电器的日常巡查保养

日常巡查保养是减少故障产生的关键, 是将故障消灭在萌芽状态的最有效手段。电器元件在运行过程中, 都会经历磨损、老化、灰尘污染, 特别是在高温高湿的夏季, 易产生漏电、短路、接触不良等故障。通过日常巡查保养可有效避免此类故障。

日常巡查保养主要包括以下内容: (1) 除尘除污垢、消除漏电、短路隐患; (2) 检查各元件导线连接状况; (3) 检查机件磨损和机件疲劳是否在允许范围内; (4) 清洁运动件, 并润滑; (5) 检查已更换的元器件工作状况。

实例:在日常巡查保养过程中, 保养人员发现某闸上右机房正在运行的交流接触器输出端有轻微打火现象, 不经仔细观察无法察觉, 检修后证实是因交流接触器震动导致接线松动所致, 从而避免了一起烧毁电机事故的发生, 这也从一个侧面证明日常保养巡查工作的重要性。

5 结语

船闸电气的好坏直接影响到船闸的安全运行, 由于船闸电气逐步向高端方向发展, 不断有新科技运用到船闸电气自动化中, 电气在使用过程中会出现各种各样的故障。这就对机电维修人员提出了更高的要求, 平时应注重经验积累, 自觉地多学习新知识、新技术, 将实践经验与理论知识有机融合不断提高自己的业务技能。建议加强对养护人员的业务培训和技术交流, 增进技术合作, 从而提高养护人员技术水平和工作效率, 为船闸安全畅通尽绵薄之力。

参考文献

[1]王松波.常用低压控制电器的选择和使用[J].科协论坛, 2011 (4) :26~27.

船闸控制 篇8

1 PLC的基本工作原理

PLC对用户程序的执行过程,是通过处理器的周期循环扫描,并采用集中采样,集中输出的方式完成的。当PLC开始运行时,首先清除输入输出寄存器状态表中的原有内容,然后进行自诊断,自检处理器I/O接口,确认其工作正常后,开始循环扫描,循环扫描分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。

PLC经过三个阶段的工作过程,称为一个扫描周期。完成一个周期后,又重新执行上述过程,扫描周而复始地进行,由于采用周期循环扫描,集中采样、集中输出的工作方式,使PLC在运行中的绝大部分时间实质上和外部设备是隔离的,因此大大地提高了系统的抗干扰能力和系统的可靠性。

又由于PLC循环扫描,连续逐条执行程序,即在任一时刻只能执行一条指令,避免了继电器控制的触点竞争和时序失配问题。

2 船闸PLC控制系统的维护

现在,船闸上电气控制系统全都采用PLC控制系统,对其进行日常维护和定期检查,是确保PLC控制系统正常运行,从而降低故障发生率,延长使用寿命。

1)日常维护。a.每天在日巡查工作中,注意观察交流电压的波动情况,严禁电压忽高忽低,使其保持在PLC的工作范围内。b.经常清除PLC上及其周围的灰尘,严禁灰尘进入PLC内部,以防元器件短路而烧毁PLC模块。密切关注温控器的温度变化。夏季高温,应对PLC进行通风降温防止死机,冬季应对其进行保温,防止超过规定的低温产生误动作。c.关于PLC电池。由于存放用程序的随机存储器、计数器和具有保持功能的辅助继电器等均用锂电池保护,当锂电池的电压下降到一定程度时,PLC上的电压指示灯亮,提醒用户注意,需要及时更换电池。

2)定期检查。PLC是一种工业自动化控制系统,应用到船闸上在可靠性、安全性、抗干扰性等都得到了一定的保证,使用效果良好。但在超高温或超低温的工作环境中对PLC的影响还是很大的,所以,通常每半年应对PLC进行定期检查,使其在规定内的环境下工作。

3 PLC控制系统的故障类型

因为PLC本身的故障可能性极小,系统的故障主要来自外围的元部件,所以它的故障可分为如下几种:1)输入故障,即操作人员的操作失误。2)传感器故障。3)执行器故障。4)PLC软件故障。这些故障都可以用合适的故障诊断方法进行分析和用软件进行实时监测,对故障进行预报和处理。

4 船闸PLC控制系统故障诊断方法

PLC控制系统故障诊断技术的基本原理是利用PLC的逻辑和运算功能,把连续获得的被控过程的各种状态不断地与所存储的理想状态进行比较,发现它们之间的差异是否在所允许的范围内。因此,作为机电维修人员,必须懂得逻辑电路、电子电路等基础理论知识,掌握可编程序控制器梯形图,能够用组态软件进行编写修改程序。并会运用流程方框图分进行析,查找故障点,从而一步步地排除故障。主要的诊断方法如下:

1)指示灯诊断法。当PLC出现自身故障或外围设备故障,都可用PLC上具有的诊断指示功能的发光二极管的亮、灭来查找。2)流程图诊断法。当PLC系统发生问题时,可以通过现象,根据流程图找出故障的大方向,逐步找出具体的故障点,然后进行排除。3)万用表诊断法。对于PLC故障的排除,可以用万用表检测,对输出输入模块数据值测量并与正确值进行比较,从而判断故障点。4)模块替换法。通过各种检测,在确保外设以及连线正确的情况下,可以用同型号的PLC模块进行替换来排除故障。5)工作经验诊断法。根据以往的工作经验对相同的故障现象进行处理,这种方法有时能快速排除故障,有时也许会走弯路。最好是把经验法与其他诊断法相结合,效果会更好。

5 船闸PLC控制系统故障排除

PLC控制系统的故障多种多样,维修人员要根据具体环境具体情况进行分析,逐步通过故障现象进行逻辑推理判断找出故障点进行排查。在以上的诊断方法中,本人认为指示灯诊断法对于判断船闸PLC故障是比较简单和实用的,现举例如下:

1)闸门不关。现为下行程序,即,下闸首左右两侧闸门处于关终位,上下闸首阀门处关终位,上闸首左右两侧闸门处于开终位。现在需要关上闸首左右两侧的闸门,按下关闸门启动按钮,左右两边的闸门未动作。按照PLC指示灯法进行诊断,通过仔细观察,发现PLC输入模块上不应发光的二极管亮了,经过检查得知是外设故障,原因是开阀行程开关没有复位。行程开关摇臂不灵,更换后恢复正常。

2)闸门不开。a.通过PLC诊断法进行诊断,PLC输入输出模块中各种指示正常,各种条件都满足,从而判断PLC控制系统正常。经过检查发现,主电路无动力电。动力空气开关跳闸,检查没有其他故障,重新合闸后正常。b.现为上行程序,下闸首左右两侧闸阀门全部关终,上闸首左右两侧闸门关终,上闸首左右两侧阀门已经开终,闸室内水位已与上游水位齐平,按动开闸门启动按钮,闸门不动作。用PLC控制系统诊断法进行诊断,发现PLC输入模块水平指示灯不亮,证明无输入信号,通过万用表检测,查得水平限位开关损坏,更换后恢复正常。c.各种条件都满足要求,经检查PLC运行正常,水平信号正常显示,开闸门却不动作。通过诊断,很快发现PLC模块上的暂停指示灯发亮,从而轻易地排除了故障。

6 结语

以上是本人近年来在实际工作中对于PLC控制系统维护和故障排除的心得体会,没有发现PLC控制系统大的故障,遇到的只是PLC外设故障。如果PLC控制系统发生故障,也是多种多样的,需要机电维修人员去认真分析仔细排查,不断总结经验教训,积累成功的经验,加强专业知识和技术的学习,才能把工作做得更好。

摘要：随着船闸自动化水平的逐步提高,对自动化控制技术提出了更高的要求。由于PLC控制系统可靠性高,通用性较强,编程容易,使用、维修方便,体积小、功耗低,抗干扰性能力强等优点,被普遍运用到船闸控制系统中,并发挥着十分重要的作用。本文就根据平时工作的实际情况,对PLC控制系统维护与故障排除进行简单阐述。

船闸控制 篇9

工程简介

泗洪站枢纽工程是南水北调东线工程的第四梯级泵站, 设计流量120m3/s, 枢纽位于江苏省泗洪县境内。泗洪站枢纽工程包括泵站、排涝调节闸、徐洪河节制闸、泗洪船闸及引河等调水、排涝、挡洪、航运交通建筑物。

船闸综合自动化控制系统主要由船闸计算机监控子系统、船闸交通指挥系统、通航信号交通指挥系统及低压开关柜及其电气设备组成。

船闸计算机监控系统包括:上位机程序自动控制、上位机单项控制、现地自动控制、现地手动控制。

监控系统的结构和功能

南水北调东线第一期工程泗洪船闸工程计算机监控系统, 采用基于Windows操作系统跨平台的全分布开放系统结构Wonderware监控系统软件。

1、系统结构 (图1系统结构图)

泗洪船闸自动化系统主要由船闸计算机监控系统、LCU现地控制系统、交通信号灯、广播系统等组成。

2、监控系统的功能

(1) 计算机监控系统能实时、准确、有效地完成对被控对象的安全监控。其主要功能如下:

(1) 数据采集和处理

(2) 安全运行监视

(3) 事件顺序记录

(4) 事故、故障报警及记录

(5) 控制操作

(6) 人机接口

(7) 数据通信

(8) 历史数据库

(9) 系统自诊断与冗余切换

(10) 操作培训

计算机监控系统由船闸主控级计算机和现地控制单元级组成。现地控制级配置一套LCU, 执行受控设备等的实时监控。LCU既作为船闸监控系统的现地监控设备, 向主控级上行发送采集的各种数据和事件信息, 接受主控级的下行命令对设备进行监控, 在主控级设备或网络故障时又能独立工作。在系统总体功能分配上, 数据采集和控制操作的主要功能均由LCU完成。其它的功能如船闸运行监视、事件报警、与外系统通讯、统计记录等功能则由主控级计算机完成。

船闸计算机监控系统控制方式分为主控级控制及现地控制。

正常运行时, 由主控级监控系统对船闸进行远方实时控制、安全监视及调度管理。

现地控制单元设有“现地/远方”切换开关。在现地控制方式下, 现地控制单元只接受通过现地级人机界面、现地操作开关、按钮等发布的控制及调节命令。主控级只能采集、监视来自现场的运行信息和数据, 而不能直接对现场的控制对象进行远方控制与操作。

控制方式的优先级依次为现地控制级、主控级。

计算机监控系统具有多种调控方式, 以满足运行的需要。为了保证控制的正确、可靠, 操作步骤按“选择-返校-执行”的方式进行, 并且每一步骤都有严格的软件校核、检错和安全闭锁逻辑功能, 硬件方面也有防误措施。

(2) 主控级的功能主要由主计算机/操作员工作站完成。有以下功能:

●数据采集和处理

●统计与计算

●安全运行监视及事件报警

●运行指导

●设备运行统计记录及生产管理

●人机联系

●监控系统异常监视

●通信功能

●自诊断和自恢复

(3) 现地控制单元 (LCU) 功能

现地控制单元LCU主要通过接受来自现地设备的信号反馈和操作员工作站下达的指令, 完成现场设备的自动顺序控制, 包括断路器分、合, 设备启、停等, 并将有关位置、状态、故障等开关量信号上传后台工作站, 在监控系统故障状态下, 能够独立维持现场设备的正常运行, 并通过接受人工就地操作指令完成相应控制程序。

LCU向上通过PLC中内置的100M快速以太网口与主控级上位机通讯。LCU配备有现地操作按钮和指示元件及12寸触摸屏, 当与上位机系统脱机时, 仍具有的监视和控制功能。PLC与触摸屏通过RS485串口通信。

LCU主要完成本单元的数据采集及预处理功能, 同时也具有控制、操作及监视功能。其设计保证当它与系统脱离后仍能实现对现地设备必要的监视和控制功能, 而当其与系统恢复联系后又能自动地服从上位机系统的控制和管理。具有以下功能:

●数据采集;●数据处理;●安全运行监视;●控制操作;●人机接口;●数据通信;●系统诊断;●监控系统操作功能

1、双击监控系统桌面启动图标, 启动船闸计算机监控画面, 见图2所示。

2、进入船闸控制界面, 需要登录监控系统;

3、在窗口的左上角显示主机和从机, 当操作的计算机显示为主机时系统才允许进行操作, 从机作监视, 不参与控制。当主机退出系统或网络中断, 从机自动切换成主机;由窗口的右上侧主/从机图标区分;

4、画面菜单包括:监控画面、测点一览、曲线查询、报表查询、事件查询、报警查询、状态查询;

5、在该画面上可以实现对上下闸首油泵电机、人字门以及阀门进行监视和控制, 启停步骤为:根据实际通航要求, 开启相应的油泵和人字门, 由计算机进行操作闸门为双侧门同时控制;在画面上对液压系统工作参数、闸门开度、船闸水位等进行了直观的显示;当有信号变位或数据数值变化通过画面字体颜色变换提醒操作人员, 同时伴有语音提示;闸门开启和关闭过程中可由计算机随时下发停门命令保证船闸运行安全;需要注意的是人字门开启关闭不设有开度控制, 只有全开和全关设置, 见图3所示。

6、闸门工作中和动作后需要查询各项记录, 及时对船闸监控系统运行情况进行诊断, 确保系统不带病工作;

7、阀门控制和闸门控制雷同, 见图4所示。

8、报警查询

报警查询分为状态查询和历史查询, 见图5所示。

从查询画面中可以判断出目前系统各设备运行工况, 是否具备自动化操控条件, 蓝色闪烁说明该信号动作。

历史数据查询需要打开历史数据库服务器, 把运行的数据存储在服务器中, 供查询, 对故障分析, 事故诊断等提供数据支持。

系统特点:

船闸监控系统采用开放式、分层分布式设计;采用容错设计, 保证不会因为任何一个器件发生故障而引起系统误操作;采用网络结构和成熟的标准汉化系统。

采用开放系统总线式网络, 既便于功能和硬件的扩充, 又能充分保护用户的投资。

软件模块化、结构化的设计, 使系统更能适应功能的增加和规模的扩充。

现地控制单元 (LCU) 采用施奈德Premium系列PLC, 采用模块化结构, 具有自诊断功能, 即使主控制级计算机发生故障, 仍可通过LCU的触摸控制屏、控制开关等对各现地设备进行监控。

系统实时性好, 抗干扰能力强, 适应船闸的现场环境。

船闸控制 篇10

关键词：人字门,焊接工艺,变形控制

1 概述

某水利工程在船闸上下闸首布置人字闸门, 每套门由两扇门组成, 每扇门由6~9节门叶现场拼装、焊接而成。节间通过现场焊接连接, 板材主要厚度为:ξ12-ξ50等9种规格。门叶制作所用板材材质有:DH32, DH36, Q345B, Q345D 4种。单节门叶最重:78.811t。几何尺寸:长×宽×高为20.2 m×2.98 m×3.20 m, 单扇门总重达450.51 t, 几何尺寸:长×宽×高为20.2 m×2.98 m x24.9 m。

人字门拼焊最终应达到的技术要求:a.从全开到全关过程中旋转门叶时斜接柱上任意一点的跳动量≤15 mm:b.底横梁在斜接柱一端的下垂度≤4.0mm;c.门轴柱侧面直线度≤4.0mm, 斜接柱直线度≤5.0 mm, 门轴柱斜接柱侧面直线度≤5.0 mm;c.门叶横向直线度≤4.0m, 门叶竖向直线度≤6.0mm。

2 焊接结构特点分析

焊接是整个人字门安装中工作量最大, 耗时最多, 工艺最为繁杂的一道关键工序。由于人字门尺寸和重量都非常大, 必须分节运抵安装现场进行直立组焊。每扇人字门门叶节间有6条安装焊缝, 每条焊缝总长约34 m, 焊接工作量大、强度高, 而且门体结构复杂、材料等级高, 焊接接头型式多样, 技术控制工艺要求严格。门体现场拼焊质量的好坏, 不仅关系到是否能保证门体垂直, 而且关系到内在质量的好坏, 关系到人字门门体是否能承受巨大水压力并将压力可靠向支持体传递;其次门叶在厚度方向的不对称, 必然引起门叶焊接收缩的不均匀, 使门体产生焊接变形。因此, 必须制定焊接变形控制措施并严格执行;再则由于工地焊缝不具备整体消应的条件, 但仍要求对边柱推力隔板与主梁腹板组合焊缝、端板对接焊缝、纵向加肋板与主梁下翼板对接焊缝等板厚超过36 mm的部位进行局部消除应力热处理, 热处理必然也会对门体结构的变形及应力分布产生影响。因此, 热处理工艺的制定和落实至关重要。

3 焊接工艺评定与要求

3.1 焊接工艺评定

根据设计和规程规范要求, 针对人字门的材质、板厚、接头型式等制定如下焊接工艺评定方案 (见表1) 。

3.2 焊接方法及工艺要求

根据安装现场实际, 焊接方法采用焊条电弧焊, 主要设备为逆变焊机, 工艺要求如下:

3.2.1要焊透;

3.2.2清根方式:采用碳棒气刨;

3.2.3焊缝表面平凹凸≤2.5 mm;

3.2.4焊高/焊脚高:8 m~12 mm;

3.2.5焊缝类别:I, Ⅱ, Ⅲ;

3.2.6探伤方式、比例:磁粉、超声;

3.2.7层间清理:气铲及毛刷;

3.2.8层间消应:气铲;

3.2.9加热方式:履带式加热板、温控柜。

4 焊接参数及焊接工位安排

4.1焊接参数

结合焊接工艺评定与焊接工艺要求, 在人字门焊接中各参数应进行严格把关 (详见表2) 。

4.2焊接顺序及工位安排

4.3焊接顺序及工位安排

人字门两端柱正、侧向垂直度是焊接变形控制的重点, 但从减小焊接应力考虑, 应先焊横向收缩较大的焊接接头, 此时门体自由度较大, 不致于引起较大的焊接应力。因此, 在焊接变形、焊接应力这对矛盾统一体中要综合考虑。结合焊接工艺评定方案和现场实际情况, 具体应遵循如下原则:

4.3.1焊接由两端到中间、由内到外的顺序。由于门体结构的特点及安装精度要求, 先焊两端柱, 后焊门体中间部位, 因门体中部上游焊缝多于下游面, 先焊下游面待门体达到一定的刚度后, 再焊上游面焊缝。

4.3.2对称焊接的同时, 对影响门体变形的焊接顺序、焊工工位安排尽可能少, 并尽可能焊挡板或先焊小的立焊。

4.3.3加强每个焊接流程的监控, 根据监控结果适时调整焊接顺序, 加强工序间的传递。根据上述原则, 制定了焊接流程及8名焊接工位的布置:端板推力隔板推力隔板加劲板及端隔板-中间竖隔板-后翼缘立焊-后翼缘-前翼缘立焊→面板帖角焊-面板对接焊及前翼缘焊。

5 焊接变形分析与控制

5.1 纵向收缩变形

工件在热源作用下产生沿焊缝长度方向的纵向膨胀, 此膨胀受外部拘束而被限制即产生纵向压缩塑性变形, 在冷却过程中该塑性不能完全回复而产生纵向收缩变形。在实际施工中, 由于纵向长焊缝主要是面板对接缝和贴角缝;下游面为空格结构, 纵向焊缝较少, 因此纵向收缩变形可不考虑。

5.2 横向收缩变形及角变形

工件在热源作用下产生垂直于焊缝方向的横向膨胀, 此膨胀受外部拘束而被限制即产生横向压缩塑性变形, 在冷却过程中该塑性不能完全回复而产生横向收缩变形。低合金钢对接、角焊缝每米引起的横向收缩量△B为:对接焊△B=1.2×10.5qv/δ;角焊缝衄=1.2×10.5qv/δ;其中δ为厚板。

通过计算沿高度方向每条焊缝平均收缩2.0mm, 因人字门板厚及结构的变化, 在实际施工中焊缝收缩量为1.8~2.3 mm。由于焊缝横向收缩力大小及力到门体惯性中心距的不同, 产生的力偶大小也不同。这势必使门体向上游方向倾斜。通过理论公式初步计算出每米倾斜大小△A及方向:每米向上游倾斜0.3~0.6 mm间。对于角变形的控制:为考虑到门体厚度、刚度大, 加之通过合理的安排焊接顺序, 因此没有预留焊接反变形。对出现稍向上游倾斜时, 可在下一节门拼装中将面板不进行定位焊, 只用“马尖”压紧, 使上游面处于较自由的状态。这样焊接后翼缘时可使门体每米可向下游倾斜1.5 mm左右, 相当于预留了焊接反变形。

5.3 焊接监控

焊接时监测门体的倾斜方向及大小, 就要选好基准点。并始终以这一基准点为测量依据。根据门体制作时由3个单元 (两柱及中间部位) 组成, 在施工中通过悬挂3条重锤的方法进行测量:两端柱中心各挂一重锤, 面板半宽方向挂重锤。每一个焊接流程结果, 待焊缝冷却后进行测量, 并与拼装及上一流程的测量结果作比较, 若变形较大则适时调整工序。但焊缝未冷却或加热时, 测量的结果往往与实际相反, 不能以此测量数据作依据, 误导后续焊接顺序及工位安排。

5.4 焊接残余应力及热处理

低合金钢冷裂敏感性较大, 拘束强度也较大, 致使焊后应力较大。特别是板厚δ≥32mm主要是端板, 推力隔板和端柱后翼板, 要求在焊前预热、焊层加热、焊后热处理工艺措施。热处理采用的设备为温控柜带远红外履带加热板进行加热, 使用热电偶测温仪及红外线测温枪测控温度。消应为局部处理, 而且热处理必然对门叶焊接变形控制产生影响, 同时温度附加应力与原焊接残余应力叠加也会使整体应力分布变得复杂。考虑到各种因素的影响, 热处理采用以下两种方案:

5.4.1将热处理分两步进行, 在端板对接缝及推力隔板与主梁腹板组合焊缝焊接完成后先进行消应, 然后再焊接剩余焊缝, 最后进行其它需消应焊缝的热处理。这种方案的优点是可以有效避免消应过程中附加温度应力的产生和转移, 缺点是施工环节多, 对焊接变形影响较大。

5.4.2在门体全部焊接完成后按热处理曲线进行热处理, 这种方案的优点是施工安排较为简单, 对焊接变形影响较小, 缺点是由于局部消应时门叶处于拘束状态, 消应效果不好, 对不需消应的焊缝也会产生附加的温度应力。门体除端板, 推力隔板和端柱后翼板等部位外均采用这种消应方法。

6 效果分析

船闸控制 篇11

【关键词】 三峡；船闸；船舶；吃水

0 引 言

三峡工程蓄水后，库区港口、航道等通航条件得到了较大改善。2003年三峡船闸开始投入运行，加速推进了沿江经济的快速发展，过闸货运量以年均16.6%的速度增长；2011 年三峡船闸过闸货物运量突破亿t，实现设计的目标值。得益于船型标准化政策，过闸船舶大型化发展明显提速，过闸货船平均载质量从2003年的 t/艘，提高到2012年的 t/艘。过闸大型船舶所占比例增加，吨级以上船舶所占比例由2003年的不足1%，增长到2012年的49.3%；吨级以上船舶自2008年以来呈现连年成倍增长的趋势。随着船舶大型化的发展，船舶吃水深度也在增加。吨级以上船舶满载吃水普遍超过3.7 m，吨级以上船舶满载吃水一般超过4.3 m；最大的干散货船载质量已达 t，其满载吃水达6 m。这些变化对船舶通过船闸时的吃水控制管理提出了新的要求。

船闸是通航河流枢纽的重要组成部分，是用以保证船舶顺利通过航道上集中水位落差的箱形水工建筑物。只有根据航道管理规范[1]，合理确定允许过闸船舶的最大吃水，留足富余水深，为过闸船舶的配载提供指导和参考，才能保证船舶过闸和船闸运行的安全。

1 影响过闸船舶最大吃水确定的主要因素

过闸船舶吃水的增加将产生两大风险：（1）船舶富余水深的减少可导致船舶擦底，危及船舶和船闸的安全；（2）船舶在闸室充水过程中受到水动力作用的增大，危及船舶停泊和船闸设施安全。因此，在确定允许过闸船舶的最大吃水时，应同时保证富余水深及满足闸室停泊条件的要求。

1.1 船闸门槛水深

在不同的闸室门槛水深条件下，允许通过船舶的吃水有所不同。三峡船闸运行过程中，船闸门槛水深和船闸的运行方式与上下游水位密切相关，三峡船闸上下游水位的变化呈现一定的规律性，目前已有参数为三峡船闸上下游水位的门槛水深计算模型。[2]

1.1.1 上游水位

自2010年三峡水库首次蓄水至175 m以来，船闸上游水位变化规律与规程[3]要求基本一致。船闸上游水位一般在每年的1月底开始下降，至5月30日前水位升至155 m以上，6月1日至10日快速下降至汛限水位145 m，6月10日至9月15日为汛期，维持在145 m运行。汛末提前蓄水，通常每年的9月10日左右起蓄水，并进行蓄水过程控制，9月底一般不超过165 m，10月底蓄水至最高水位175 m以后保持高水位运行。

1.1.2 下游水位

现有通航调度规程[4]规定，三峡船闸下游水位按枯水期不低于62.5 m、汛期不低于63 m控制。根据统计资料，三峡船闸运行以来坝下水位没有低于规程规定的记录。

1.1.3 门槛水深计算

由图1可知，每年大体可分为4个时段，分别为： 10月17日～次年4月8日的174天期间，门槛水深不低于6 m； 4月9日～5月31日的53天内，门槛水深为5.125 m； 6月1日～9月30日的122天内，门槛水深为5.5 m； 10月1日～10月16日的16天内，门槛水深为5.125 m。

1.2 船舶航行下沉量

船舶在深水区航行时，与之相对运动的水流是从船的两舷和底部由船首流向船尾的三元水流；当船舶驶入浅水区时，由于流入船底的水流受到限制而被推向船舶的左右两侧，使船底过水断面减小，流速增加，作用于船底的压力降低，致使船体下沉和产生纵倾。对于深水区域和浅水区域的划分，目前尚无统一标准，但从水深影响船体阻力的相关研究成果来看，通常水深与吃水之比小于4时，为浅水区域。目前，过闸船舶吃水普遍在3 m以上，相比于三峡船闸的门槛水深，船舶过闸被认为是在限制水域内的浅水航行过程，此过程中的船舶航行下沉量不可忽略。

1.3 安全富余量

安全富余水深除考虑船舶航行下沉量、水位波动影响、纵倾等外，为避免船舶触底和增加船舶的可操控性，也应考虑航道的底质特性、运营特性、船舶操作特性等因素。针对三峡船闸闸首、闸室底面结构、过闸船舶特性及船舶触底后果等因素，综合考虑过闸船舶触底受损的可能性，触底安全富余量取值0.3 m。若在水动力作用下因安全富余量偏低而危及船舶停泊安全和船闸设施安全时，需要在实船试验的基础上合理增加安全富余量。

2 允许过闸船舶最大吃水的计算

对外公布的允许过闸船舶最大吃水必须有一定的稳定性，能有效地维持一段时间，才能对过闸船舶配载发挥真正的指导作用。从图1可以看出，全年三峡船闸门槛水深均不低于5.125 m，门槛水深7 m的时间仅为1个月左右，且分布零散，稳定性不强， 5.5 m和6 m的门槛水深持续时间相对较长。因此，分别以5.125 m、5.5 m和6 m典型门槛水深为参考，确定允许过闸船舶的最大吃水。

2.1 普通船舶允许过闸的吃水

2.1.1 计算参数的选取

（1）航速 根据现有通航管理办法[5]等有关法规规定，过闸船舶进出闸最大航速为1 m/s，在闸室间移泊的航速不得超过0.6 m/s。取过闸船舶对岸速度1 m/s计算，按照观测数据，船闸口门处存在约0.3 m/s的回流，因此，选取计算吃水控制标准的速度为1.3 m/s。

（2）闸室水下横断面面积 闸室有效尺度稳定不变（34 m），水下横断面面积S为34€譎 （m2）。

（3）船舶中断面的水下部分面积 将H为5.125 m、5.5 m和6 m分别代入公式（3），得出船舶最大下沉量的s值分别为115.4、125.8和139.8 m2。

2.1.3 满足水动力作用下安全停泊的吃水要求

三峡船闸系船柱设计纵向系缆力为8 t，横向系缆力为5 t （允许的合力值约为9.43 t）。实船测试结果表明，实载 t以下船舶闸室停泊条件可以满足设计要求，而吃水4.5 m的实载5 000 t大型船舶系缆力普遍超过10 t，超过浮式系船柱的设计极限，威胁到船舶停泊及闸室结构的安全，须进一步增加安全富余量。因此，水动力作用下安全停泊的吃水要求为当船闸门槛水深6 m时，允许过闸船舶的吃水可按4.5 m控制，但实载必须小于 t。

2.2 危险品船舶允许过闸的吃水要求

近年来，危险品船舶过闸流量快速增加，船舶大型化现象亦日趋显现。为确保危险品船舶过闸安全，相关管理规定对危险品船舶过闸提出了特殊要求。吃水控制管理方面，《船舶航行长江富余水深规定（试行）》提出了“装载危险货物时另加0.1 m”的要求。因此，为保证过闸安全，按照这一要求，危险品船舶允许过闸的吃水须在普通船舶基础上减小0.1 m。

3 结 语

根据管理规范，结合模型研究，科学分析三峡船闸门槛水深、船舶航行下沉量及安全富余水深的要求，合理地确定允许过闸船舶的最大吃水，为对外公布吃水控制标准提供依据，进而为过闸船舶配载发挥指导和参考作用。

参考文献：

[1] 中华人民共和国建设部.内河通航标准（GB 50139―2004）[S].北京：中国计划出版社，2004.

[2] 张义军，杜嘉立.多级船闸槛上水深计算模型[J].大连海事大学学报，2012，38（4）：23-25.

[3] 国务院三峡建设委员会.三峡（初期运行期）―葛洲坝水利枢纽梯级调度规程[S].2007.

[4] 长江三峡通航管理局.三峡（初期运行期）―葛洲坝水利枢纽通航调度规程[S].2006.

[5]交通部长江航务管理局.三峡工程初期运行期通航管理办法[S].2006.

【摘 要】 针对三峡船闸过闸需求增加和船舶大型化发展对允许过闸船舶的最大吃水需求的问题，在相关管理规范基础上结合模型研究，分析三峡船闸门槛水深、船舶航行下沉量及安全富余水深要求，以三峡船闸门槛水深5.125 m、5.5 m和6 m为参考，分别确定该水深期间允许过闸船舶的最大吃水，为对外发布吃水控制标准提供依据，对过闸船舶配载发挥指导和参考作用。

【关键词】 三峡；船闸；船舶；吃水

0 引 言

三峡工程蓄水后，库区港口、航道等通航条件得到了较大改善。2003年三峡船闸开始投入运行，加速推进了沿江经济的快速发展，过闸货运量以年均16.6%的速度增长；2011 年三峡船闸过闸货物运量突破亿t，实现设计的目标值。得益于船型标准化政策，过闸船舶大型化发展明显提速，过闸货船平均载质量从2003年的 t/艘，提高到2012年的 t/艘。过闸大型船舶所占比例增加，吨级以上船舶所占比例由2003年的不足1%，增长到2012年的49.3%；吨级以上船舶自2008年以来呈现连年成倍增长的趋势。随着船舶大型化的发展，船舶吃水深度也在增加。吨级以上船舶满载吃水普遍超过3.7 m，吨级以上船舶满载吃水一般超过4.3 m；最大的干散货船载质量已达 t，其满载吃水达6 m。这些变化对船舶通过船闸时的吃水控制管理提出了新的要求。

船闸是通航河流枢纽的重要组成部分，是用以保证船舶顺利通过航道上集中水位落差的箱形水工建筑物。只有根据航道管理规范[1]，合理确定允许过闸船舶的最大吃水，留足富余水深，为过闸船舶的配载提供指导和参考，才能保证船舶过闸和船闸运行的安全。

1 影响过闸船舶最大吃水确定的主要因素

过闸船舶吃水的增加将产生两大风险：（1）船舶富余水深的减少可导致船舶擦底，危及船舶和船闸的安全；（2）船舶在闸室充水过程中受到水动力作用的增大，危及船舶停泊和船闸设施安全。因此，在确定允许过闸船舶的最大吃水时，应同时保证富余水深及满足闸室停泊条件的要求。

1.1 船闸门槛水深

在不同的闸室门槛水深条件下，允许通过船舶的吃水有所不同。三峡船闸运行过程中，船闸门槛水深和船闸的运行方式与上下游水位密切相关，三峡船闸上下游水位的变化呈现一定的规律性，目前已有参数为三峡船闸上下游水位的门槛水深计算模型。[2]

1.1.1 上游水位

自2010年三峡水库首次蓄水至175 m以来，船闸上游水位变化规律与规程[3]要求基本一致。船闸上游水位一般在每年的1月底开始下降，至5月30日前水位升至155 m以上，6月1日至10日快速下降至汛限水位145 m，6月10日至9月15日为汛期，维持在145 m运行。汛末提前蓄水，通常每年的9月10日左右起蓄水，并进行蓄水过程控制，9月底一般不超过165 m，10月底蓄水至最高水位175 m以后保持高水位运行。

1.1.2 下游水位

现有通航调度规程[4]规定，三峡船闸下游水位按枯水期不低于62.5 m、汛期不低于63 m控制。根据统计资料，三峡船闸运行以来坝下水位没有低于规程规定的记录。

1.1.3 门槛水深计算

由图1可知，每年大体可分为4个时段，分别为： 10月17日～次年4月8日的174天期间，门槛水深不低于6 m； 4月9日～5月31日的53天内，门槛水深为5.125 m； 6月1日～9月30日的122天内，门槛水深为5.5 m； 10月1日～10月16日的16天内，门槛水深为5.125 m。

1.2 船舶航行下沉量

船舶在深水区航行时，与之相对运动的水流是从船的两舷和底部由船首流向船尾的三元水流；当船舶驶入浅水区时，由于流入船底的水流受到限制而被推向船舶的左右两侧，使船底过水断面减小，流速增加，作用于船底的压力降低，致使船体下沉和产生纵倾。对于深水区域和浅水区域的划分，目前尚无统一标准，但从水深影响船体阻力的相关研究成果来看，通常水深与吃水之比小于4时，为浅水区域。目前，过闸船舶吃水普遍在3 m以上，相比于三峡船闸的门槛水深，船舶过闸被认为是在限制水域内的浅水航行过程，此过程中的船舶航行下沉量不可忽略。

1.3 安全富余量

安全富余水深除考虑船舶航行下沉量、水位波动影响、纵倾等外，为避免船舶触底和增加船舶的可操控性，也应考虑航道的底质特性、运营特性、船舶操作特性等因素。针对三峡船闸闸首、闸室底面结构、过闸船舶特性及船舶触底后果等因素，综合考虑过闸船舶触底受损的可能性，触底安全富余量取值0.3 m。若在水动力作用下因安全富余量偏低而危及船舶停泊安全和船闸设施安全时，需要在实船试验的基础上合理增加安全富余量。

2 允许过闸船舶最大吃水的计算

对外公布的允许过闸船舶最大吃水必须有一定的稳定性，能有效地维持一段时间，才能对过闸船舶配载发挥真正的指导作用。从图1可以看出，全年三峡船闸门槛水深均不低于5.125 m，门槛水深7 m的时间仅为1个月左右，且分布零散，稳定性不强， 5.5 m和6 m的门槛水深持续时间相对较长。因此，分别以5.125 m、5.5 m和6 m典型门槛水深为参考，确定允许过闸船舶的最大吃水。

2.1 普通船舶允许过闸的吃水

2.1.1 计算参数的选取

（1）航速 根据现有通航管理办法[5]等有关法规规定，过闸船舶进出闸最大航速为1 m/s，在闸室间移泊的航速不得超过0.6 m/s。取过闸船舶对岸速度1 m/s计算，按照观测数据，船闸口门处存在约0.3 m/s的回流，因此，选取计算吃水控制标准的速度为1.3 m/s。

（2）闸室水下横断面面积 闸室有效尺度稳定不变（34 m），水下横断面面积S为34€譎 （m2）。

（3）船舶中断面的水下部分面积 将H为5.125 m、5.5 m和6 m分别代入公式（3），得出船舶最大下沉量的s值分别为115.4、125.8和139.8 m2。

2.1.3 满足水动力作用下安全停泊的吃水要求

三峡船闸系船柱设计纵向系缆力为8 t，横向系缆力为5 t （允许的合力值约为9.43 t）。实船测试结果表明，实载 t以下船舶闸室停泊条件可以满足设计要求，而吃水4.5 m的实载5 000 t大型船舶系缆力普遍超过10 t，超过浮式系船柱的设计极限，威胁到船舶停泊及闸室结构的安全，须进一步增加安全富余量。因此，水动力作用下安全停泊的吃水要求为当船闸门槛水深6 m时，允许过闸船舶的吃水可按4.5 m控制，但实载必须小于 t。

2.2 危险品船舶允许过闸的吃水要求

近年来，危险品船舶过闸流量快速增加，船舶大型化现象亦日趋显现。为确保危险品船舶过闸安全，相关管理规定对危险品船舶过闸提出了特殊要求。吃水控制管理方面，《船舶航行长江富余水深规定（试行）》提出了“装载危险货物时另加0.1 m”的要求。因此，为保证过闸安全，按照这一要求，危险品船舶允许过闸的吃水须在普通船舶基础上减小0.1 m。

3 结 语

根据管理规范，结合模型研究，科学分析三峡船闸门槛水深、船舶航行下沉量及安全富余水深的要求，合理地确定允许过闸船舶的最大吃水，为对外公布吃水控制标准提供依据，进而为过闸船舶配载发挥指导和参考作用。

参考文献：

[1] 中华人民共和国建设部.内河通航标准（GB 50139―2004）[S].北京：中国计划出版社，2004.

[2] 张义军，杜嘉立.多级船闸槛上水深计算模型[J].大连海事大学学报，2012，38（4）：23-25.

[3] 国务院三峡建设委员会.三峡（初期运行期）―葛洲坝水利枢纽梯级调度规程[S].2007.

[4] 长江三峡通航管理局.三峡（初期运行期）―葛洲坝水利枢纽通航调度规程[S].2006.

[5]交通部长江航务管理局.三峡工程初期运行期通航管理办法[S].2006.

【摘 要】 针对三峡船闸过闸需求增加和船舶大型化发展对允许过闸船舶的最大吃水需求的问题，在相关管理规范基础上结合模型研究，分析三峡船闸门槛水深、船舶航行下沉量及安全富余水深要求，以三峡船闸门槛水深5.125 m、5.5 m和6 m为参考，分别确定该水深期间允许过闸船舶的最大吃水，为对外发布吃水控制标准提供依据，对过闸船舶配载发挥指导和参考作用。

【关键词】 三峡；船闸；船舶；吃水

0 引 言

三峡工程蓄水后，库区港口、航道等通航条件得到了较大改善。2003年三峡船闸开始投入运行，加速推进了沿江经济的快速发展，过闸货运量以年均16.6%的速度增长；2011 年三峡船闸过闸货物运量突破亿t，实现设计的目标值。得益于船型标准化政策，过闸船舶大型化发展明显提速，过闸货船平均载质量从2003年的 t/艘，提高到2012年的 t/艘。过闸大型船舶所占比例增加，吨级以上船舶所占比例由2003年的不足1%，增长到2012年的49.3%；吨级以上船舶自2008年以来呈现连年成倍增长的趋势。随着船舶大型化的发展，船舶吃水深度也在增加。吨级以上船舶满载吃水普遍超过3.7 m，吨级以上船舶满载吃水一般超过4.3 m；最大的干散货船载质量已达 t，其满载吃水达6 m。这些变化对船舶通过船闸时的吃水控制管理提出了新的要求。

船闸是通航河流枢纽的重要组成部分，是用以保证船舶顺利通过航道上集中水位落差的箱形水工建筑物。只有根据航道管理规范[1]，合理确定允许过闸船舶的最大吃水，留足富余水深，为过闸船舶的配载提供指导和参考，才能保证船舶过闸和船闸运行的安全。

1 影响过闸船舶最大吃水确定的主要因素

过闸船舶吃水的增加将产生两大风险：（1）船舶富余水深的减少可导致船舶擦底，危及船舶和船闸的安全；（2）船舶在闸室充水过程中受到水动力作用的增大，危及船舶停泊和船闸设施安全。因此，在确定允许过闸船舶的最大吃水时，应同时保证富余水深及满足闸室停泊条件的要求。

1.1 船闸门槛水深

在不同的闸室门槛水深条件下，允许通过船舶的吃水有所不同。三峡船闸运行过程中，船闸门槛水深和船闸的运行方式与上下游水位密切相关，三峡船闸上下游水位的变化呈现一定的规律性，目前已有参数为三峡船闸上下游水位的门槛水深计算模型。[2]

1.1.1 上游水位

自2010年三峡水库首次蓄水至175 m以来，船闸上游水位变化规律与规程[3]要求基本一致。船闸上游水位一般在每年的1月底开始下降，至5月30日前水位升至155 m以上，6月1日至10日快速下降至汛限水位145 m，6月10日至9月15日为汛期，维持在145 m运行。汛末提前蓄水，通常每年的9月10日左右起蓄水，并进行蓄水过程控制，9月底一般不超过165 m，10月底蓄水至最高水位175 m以后保持高水位运行。

1.1.2 下游水位

现有通航调度规程[4]规定，三峡船闸下游水位按枯水期不低于62.5 m、汛期不低于63 m控制。根据统计资料，三峡船闸运行以来坝下水位没有低于规程规定的记录。

1.1.3 门槛水深计算

由图1可知，每年大体可分为4个时段，分别为： 10月17日～次年4月8日的174天期间，门槛水深不低于6 m； 4月9日～5月31日的53天内，门槛水深为5.125 m； 6月1日～9月30日的122天内，门槛水深为5.5 m； 10月1日～10月16日的16天内，门槛水深为5.125 m。

1.2 船舶航行下沉量

船舶在深水区航行时，与之相对运动的水流是从船的两舷和底部由船首流向船尾的三元水流；当船舶驶入浅水区时，由于流入船底的水流受到限制而被推向船舶的左右两侧，使船底过水断面减小，流速增加，作用于船底的压力降低，致使船体下沉和产生纵倾。对于深水区域和浅水区域的划分，目前尚无统一标准，但从水深影响船体阻力的相关研究成果来看，通常水深与吃水之比小于4时，为浅水区域。目前，过闸船舶吃水普遍在3 m以上，相比于三峡船闸的门槛水深，船舶过闸被认为是在限制水域内的浅水航行过程，此过程中的船舶航行下沉量不可忽略。

1.3 安全富余量

安全富余水深除考虑船舶航行下沉量、水位波动影响、纵倾等外，为避免船舶触底和增加船舶的可操控性，也应考虑航道的底质特性、运营特性、船舶操作特性等因素。针对三峡船闸闸首、闸室底面结构、过闸船舶特性及船舶触底后果等因素，综合考虑过闸船舶触底受损的可能性，触底安全富余量取值0.3 m。若在水动力作用下因安全富余量偏低而危及船舶停泊安全和船闸设施安全时，需要在实船试验的基础上合理增加安全富余量。

2 允许过闸船舶最大吃水的计算

对外公布的允许过闸船舶最大吃水必须有一定的稳定性，能有效地维持一段时间，才能对过闸船舶配载发挥真正的指导作用。从图1可以看出，全年三峡船闸门槛水深均不低于5.125 m，门槛水深7 m的时间仅为1个月左右，且分布零散，稳定性不强， 5.5 m和6 m的门槛水深持续时间相对较长。因此，分别以5.125 m、5.5 m和6 m典型门槛水深为参考，确定允许过闸船舶的最大吃水。

2.1 普通船舶允许过闸的吃水

2.1.1 计算参数的选取

（1）航速 根据现有通航管理办法[5]等有关法规规定，过闸船舶进出闸最大航速为1 m/s，在闸室间移泊的航速不得超过0.6 m/s。取过闸船舶对岸速度1 m/s计算，按照观测数据，船闸口门处存在约0.3 m/s的回流，因此，选取计算吃水控制标准的速度为1.3 m/s。

（2）闸室水下横断面面积 闸室有效尺度稳定不变（34 m），水下横断面面积S为34€譎 （m2）。

（3）船舶中断面的水下部分面积 将H为5.125 m、5.5 m和6 m分别代入公式（3），得出船舶最大下沉量的s值分别为115.4、125.8和139.8 m2。

2.1.3 满足水动力作用下安全停泊的吃水要求

三峡船闸系船柱设计纵向系缆力为8 t，横向系缆力为5 t （允许的合力值约为9.43 t）。实船测试结果表明，实载 t以下船舶闸室停泊条件可以满足设计要求，而吃水4.5 m的实载5 000 t大型船舶系缆力普遍超过10 t，超过浮式系船柱的设计极限，威胁到船舶停泊及闸室结构的安全，须进一步增加安全富余量。因此，水动力作用下安全停泊的吃水要求为当船闸门槛水深6 m时，允许过闸船舶的吃水可按4.5 m控制，但实载必须小于 t。

2.2 危险品船舶允许过闸的吃水要求

近年来，危险品船舶过闸流量快速增加，船舶大型化现象亦日趋显现。为确保危险品船舶过闸安全，相关管理规定对危险品船舶过闸提出了特殊要求。吃水控制管理方面，《船舶航行长江富余水深规定（试行）》提出了“装载危险货物时另加0.1 m”的要求。因此，为保证过闸安全，按照这一要求，危险品船舶允许过闸的吃水须在普通船舶基础上减小0.1 m。

3 结 语

根据管理规范，结合模型研究，科学分析三峡船闸门槛水深、船舶航行下沉量及安全富余水深的要求，合理地确定允许过闸船舶的最大吃水，为对外公布吃水控制标准提供依据，进而为过闸船舶配载发挥指导和参考作用。

参考文献：

[1] 中华人民共和国建设部.内河通航标准（GB 50139―2004）[S].北京：中国计划出版社，2004.

[2] 张义军，杜嘉立.多级船闸槛上水深计算模型[J].大连海事大学学报，2012，38（4）：23-25.

[3] 国务院三峡建设委员会.三峡（初期运行期）―葛洲坝水利枢纽梯级调度规程[S].2007.

[4] 长江三峡通航管理局.三峡（初期运行期）―葛洲坝水利枢纽通航调度规程[S].2006.

船闸控制 篇12

关键词：旋喷桩,施工工艺,质量控制

高压旋喷桩施工技术是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进土层的预定位置后, 以高压设备使浆液或水、 (空气) 成为20~40MPa的高压射流从喷嘴中喷射出来, 冲切、扰动、破坏土体, 同时钻杆以一定速度逐渐提升, 将浆液与土粒强制搅拌混合, 浆液凝固后, 在土中形成一个圆柱状固结体 (即旋喷桩) 。根据喷射方法的不同, 喷射注浆可分为单管法、二重管法和三重管法。高压旋喷注浆法处理地基具有增加地基强度、提高地基承载力、止水防渗等多种功能, 在我国得到了广泛的应用, 相关的施工设计规范在不断实践中得到了完善。本文通过对徐家船闸所在位置工程地质情况分析、高压旋喷桩设计和施工参数的选定、施工工艺及效果等方面就高压旋喷桩施工技术的应用进行了分析。

(一) 工程地质概况

徐家船闸位于桃花江市区段的鲁家村附近, 枢纽主要建筑物包括壅水橡胶坝和船闸, 其中船闸按单级、双线、省水、溢洪布置在桃花江右岸一级阶地及前缘岸边地带。阶地高程148.8~151m, 阶面宽50~60m, 阶地后缘与峰林平原或峰林相连接, 左侧坝址位于桃花江堰坝上, 河谷为宽浅型, 河宽84m, 接地土层具有二元结构, 底层为红粘土层, 以灰岩为基座, 坝址区被第四系底层所覆盖, 为全新统河流冲积层, 基岩面附近局部分布有残坡积、溶余堆积粘性土及红粘土, 厚度3~15m, 下覆基岩岩性为泥盆系上统融县组厚层状灰岩, 粉屑结构, 岩面起伏奇偶阿达, 溶沟、溶槽发育, 岩层内溶洞发育。从地质勘察资料来看, 船闸场地内土层类型较多且厚度变化较大, 地层结构较复杂, 基岩面起伏较大, 岩土层均匀性较差, 属不均匀地基, 基岩中岩溶较发育, 存在岩溶塌陷等工程地质问题。

1. 工程地基承载力条件

船闸基础置于淤泥质粉质粘土、中砂和松散圆砾底层上, 承载力特征值为140kpa, 下卧持力层为软塑粉质粘土圆砾、软流塑红粘土, 承载力特征值为60kpa~100kpa, 承载力较低, 闸室的位置处于上、下闸首之间的溶槽内, 基岩下覆岩体溶洞层状发育, 溶槽内软土分布, 对场地稳定不利。

2. 存在的主要地质问题

由于船闸地基持力层土软弱, 强度低, 厚度不均匀, 并存在软下卧层, 各土层物理力学指标差异较大, 均匀性差。存在地基强度低和不均匀沉降问题, 另外, 船闸基础置于中等透水的中砂和圆砾底层上, 下覆溶槽、溶洞发育, 存在闸基渗漏变形以及岩溶塌陷等工程地质问题。

(二) 高压旋喷桩工程设计

根据本工程的地质特点, 此次基础加固、防渗设计采用二重管法进行高压旋喷桩的施工, 旋喷桩直径与现场土质、土体强度和喷射压力、流量、提升速度和浆液稠度等诸多因素有关, 其主要设计参数如下:

1. 布置形式:

桩的平面布置形式根据加固的目的给予考虑, 分离布置的单桩可用于基础的承重, 排桩、板墙可用作防水帷幕, 整体加固则常用于防止基坑底部的涌土或提高土体的稳定性, 水平封闭桩可用于形成地基中的水平隔水层。地基处理采用高压喷射注浆法 (旋喷桩) , 桩径为1m, 桩距为2.5m, 有效桩顶高程139.8m。旋喷桩兼构筑物防渗墙, 桩间距为0.833m, 有效桩顶高程139.9m。

2. 设计要求:

旋喷桩桩底须打至基岩面 (桩长和桩底高程可据实际开挖情况予以调整) , 桩身强度不小于3MPa, 单桩承载力不小于750KN, 复合地基承载力不小于130KPa。旋喷桩的固化剂选用强度等级为42.5级的普通硅酸盐水泥。水泥掺量及水灰比等参数须通过试验确定。根据地质条件及试验可选用具有早强、速凝等作用的外掺剂, 但应避免污染环境。施工顺序为从上游向下游依次施打。

(三) 施工控制参数及工艺

1. 主要施工技术参数

(1) 浆液压力20~40MPa, 压缩空气压力0.7~0.8MPa。

(2) 配合比选择。一般水灰比取1.0~1.5, 为改善水泥土的性能、防沉淀性能和提高强度, 可适当掺入水玻璃等外掺剂。若试验之前土样的含水量发生了变化, 则调整为天然含水量。

(3) 固化剂。采用普通硅酸盐425#水泥, 外掺剂:改性高效减水剂和早强剂, 每米桩长水泥喷浆量为241kg, 水泥浆液水灰比W/C=1.0,

(4) 钻杆的转速控制在20~25r/min左右, 提升速度为0.1~0.20m/min, 高压泵压力控制在25~30MPa, 高压泵流量为70~100L/min, 成桩50~60m/台班。

2. 施工工艺

(1) 钻机定位。移动旋喷桩机到指定桩位, 将钻头对准孔位中心, 同时整平钻机, 放置平稳、水平, 钻杆的垂直度偏差不大于1%~1.5%。就位后, 首先进行低压 (0.5MPa) 射水试验, 用以检查喷嘴是否畅通, 压力是否正常。

(2) 制备水泥浆。桩机移位时, 即开始按试验确定的配合比拌制水泥浆。首先将水加入桶中, 再将水泥和外掺剂倒入, 开动搅拌机搅拌10~20分钟, 而后拧开搅拌桶底部阀门, 放入第一道筛网 (孔径为0.8mm) , 过滤后流入浆液池, 然后通过泥浆泵抽进第二道过滤网 (孔径为0.8mm) , 第二次过滤后流入浆液桶中, 待压浆时备用。

(3) 插管。当采用旋喷注浆管进行钻孔作业时, 钻孔和插管二道工序可合而为一。当第一阶段贯入土中时, 可借助喷射管本身的喷射或振动贯入。其过程为:启动钻机, 同时开启高压泥浆泵低压输送水泥浆液, 使钻杆沿导向架振动、射流成孔下沉;直到桩底设计标高, 观察工作电流不应大于额定值。在插管过程中, 为防止泥砂堵塞喷嘴, 可用较小压力 (0.5~1.0MPa) 边下管边射水。

(4) 提升喷浆管、搅拌。喷浆管下沉到达设计深度后, 停止钻进, 旋转不停, 高压泥浆泵压力增到施工设计值 (20~40MPa) , 坐底喷浆30s后, 边喷浆, 边旋转, 同时严格按照设计和试桩确定的提升速度提升钻杆。在达到设计深度后, 接通高压水管、空压管, 开动高压清水泵、泥浆泵、空压机和钻机进行旋转, 并用仪表控制压力、流量和风量, 分别达到预定数值时开始提升, 继续旋喷和提升, 直至达到预期的加固高度后停止。

(5) 桩头部分处理。当旋喷管提升接近桩顶时, 应从桩顶以下1.0m开始, 慢速提升旋喷, 旋喷数秒, 再向上慢速提升0.5m, 直至桩顶停浆面。

(6) 若遇砾石地层, 为保证桩径, 可重复喷浆、搅拌:按上述4步骤重复喷浆、搅拌, 直至喷浆管提升至停浆面, 关闭高压泥浆泵 (清水泵、空压机) , 停止水泥浆 (水、风) 的输送, 将旋喷浆管旋转提升出地面, 关闭钻机。

(7) 清洗。向浆液罐中注入适量清水, 开启高压泵, 清洗全部管路中残存的水泥浆, 直至基本干净。并将粘附在喷浆管头上的土清洗干净。

(8) 移位。移动桩机进行下一根桩的施工。

(9) 补浆。喷射注浆作业完成后, 由于浆液的析水作用, 一般均有不同程度的收缩, 使固结体顶部出现凹穴, 要及时用水灰比为1.0的水泥浆补灌。

3. 质量控制要点

(1) 正式开工前应认真作好试桩工作, 确定合理的施工技术参数和浆液配比。

(2) 旋喷过程中, 冒浆量小于注浆量的20%为正常现象, 若超过20%或完全不冒浆时, 应查明原因, 调整旋喷参数或改变喷嘴直径。

(3) 钻杆旋转和提升必须连续不中断, 拆卸接长钻杆或继续旋喷时要保持钻杆有10~20cm的搭接长度, 避免出现断桩。

(4) 在旋喷过程中, 如因机械出现故障中断旋喷, 应重新钻至桩底设计标高后, 重新旋喷。

(5) 制作浆液时, 水灰比要按设计严格控制, 不得随意改变。在旋喷过程中, 应防止泥浆沉淀, 浓度降低。不得使用受潮或过期的水泥。浆液搅拌完毕后送至吸浆桶时, 应有筛网进行过滤, 过滤筛孔要小于喷嘴直径1/2为宜。

(6) 在旋喷过程中, 若遇到孤石或大漂石, 桩可适当移动位置 (根据受力情况, 必要时可加桩) , 避免畸形桩或断桩。

(7) 旋喷过程中, 按要求作好施工记录。

(四) 效果分析

高压旋喷桩施工完毕后, 对高压旋喷桩分别进行了复合地基承载力和单桩竖向承载力静荷载试验。其中:单桩复合地基静载试验用压板为方板, 压板面积为6.54m2, 最大加载值不小于设计值130kpa的两倍, 试验最大加载值取1710KN, 加载分级分9级, 每级190KN, 首次加载值为分级值的2倍, 卸载均分三级进行;单桩竖向承载力试验, 试验用压板为圆板, 面积与单桩截面积基本相同, 最大加载值不小于设计值750KN的两倍, 试验最大加载值取1530KN, 加载分级分9级, 每级170KN, 首次加载值为分级值的2倍即340KN, 卸载均分三级进行。

根据试验结果绘制的荷载与沉降Q-S曲线、沉降与时间对数S-lgt曲线图 (见图1) 均为平缓的光滑曲线, 按相对变形值来确定各地地质承载力特征值, 则经高压旋喷桩处理后场地复合地基承载力特征值为131kpa, 单桩竖向承载力特征值为765KN, 均满足设计要求, 同时经开挖对高压旋喷桩桩身的胶结程度观察为密实坚硬的水泥土固结体, 且在试压过程中, 桩头未发现损伤, 根据现场观察、静荷载试验判断该高压旋喷桩桩身强度亦满足设计要求。通过以上分析, 在淤泥质粉质粘土、中砂和松散圆砾地区采用高压旋喷桩进行加固防渗是一种切实有效的施工技术, 达到了预期设计的加固防渗效果。

参考文献

[1]宋志彬, 张金昌, 等.防渗加固高压旋喷注浆技术的研究与应用[J].探矿工程, 2003, (1) .