胡亞安，潘明鴻，王常義，陸 陽，江耀祖，劉本芹

（1.南京水利科學(xué)研究院，210029，南京；2.廣西大藤峽水利樞紐開發(fā)有限責(zé)任公司，530200，南寧；3.中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，130021，長春；4.長江水利委員會長江科學(xué)院，430019，武漢）

一、工程概況與研究背景

大藤峽船閘是大藤峽水利樞紐三大主體工程之一，是國家西南水運(yùn)出海通道中線、北線控制性節(jié)點(diǎn)，航運(yùn)地位至關(guān)重要。大藤峽船閘最大設(shè)計(jì)水頭為40.25 m，是目前世界水頭最高的單級船閘。閘室有效尺寸為280 m×34 m×5.8 m（長×寬×門檻水深），設(shè)計(jì)通行3000 t級單船和2×2000 t頂推船隊(duì)。大藤峽船閘下閘首單扇人字門寬20.2 m、高47.5 m，居世界之最。輸水閥門加吊桿系統(tǒng)總重124.8 t，在船閘輸水閥門中排名前列。船閘輸水系統(tǒng)快速輸水與閘室船舶停泊安全、超高水頭輸水閥門防空化及大型人字門運(yùn)行安全等，是大藤峽船閘建設(shè)需要解決的重大技術(shù)難題。

國內(nèi)多家科研、設(shè)計(jì)和建設(shè)運(yùn)行單位針對上述關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，采用理論分析、物理模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬仿真以及工程原型試驗(yàn)與反饋分析相結(jié)合的方法，歷時(shí)10多年，攻克了大藤峽船閘一系列技術(shù)難題，取得了多項(xiàng)創(chuàng)新成果。

二、大藤峽船閘輸水系統(tǒng)布置研究

輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)劣直接影響船閘過閘船舶安全及通過能力，是高水頭船閘設(shè)計(jì)要重點(diǎn)解決的難題之一。大藤峽船閘輸水系統(tǒng)從方案比選、輸水系統(tǒng)布置與水力學(xué)研究，到方案論證、最終方案確定與優(yōu)化設(shè)計(jì)，先后經(jīng)歷了數(shù)年時(shí)間。國內(nèi)多家科研單位同步開展了省水、非省水方案研究，在確定采用非省水方案后開展了等慣性二區(qū)段、等慣性四區(qū)段等多種輸水系統(tǒng)方案研究，最終選用四區(qū)段八支廊道頂支孔蓋板消能輸水方案。

1.省水方案

大藤峽船閘閘室平面有效尺度280 m×34 m，最大水頭40.25 m，船閘一個(gè)閘次耗水量達(dá)41.7萬m3。為提高水資源綜合利用率，減少船閘運(yùn)行用水量，對省水船閘方案開展了研究（見表1）。省水方案設(shè)3 級省水池，船閘單次輸水作用水頭從40.25 m 降低到16.1 m，船閘理論省水率為60%。閘首輸水閥門開啟時(shí)間為4～5 min、省水池廊道閥門開啟時(shí)間為2.0～2.5 min 時(shí)，輸水最大流量、水面升降最大速度及廊道最大流速等指標(biāo)分別降低18%～42%、20%～43%和20%～35%，有利于改善引水航道水流條件，保障船舶在引水航道內(nèi)的停泊和航行安全，但充水或泄水過程總時(shí)間比非省水方案延長5.0～6.5 min。考慮大藤峽船閘航運(yùn)地位重要，經(jīng)多方論證，采用了輸水效率更高、輸水時(shí)間更短的非省水方案。

表1 省水方案各輸水過程的水力特征值與指標(biāo)變化

2.兩區(qū)段四支廊道側(cè)支孔出水明溝消能輸水系統(tǒng)方案

在大藤峽船閘工程可行性研究階段，針對該輸水系統(tǒng)特點(diǎn)，系統(tǒng)研究高水頭船閘閘室側(cè)支孔出水明溝消能特性和消能效果，探明了側(cè)支孔流量沿程先遞減后階梯式遞增的分配演變規(guī)律，揭示了明溝消能機(jī)理。通過1∶30輸水系統(tǒng)物理模型，首次系統(tǒng)論證了40 m級高水頭巨型船閘采用閘室兩區(qū)段四支廊道輸水系統(tǒng)的可行性，研究解決了高水力指標(biāo)下的進(jìn)水口、分流口、出水孔段等關(guān)鍵技術(shù)難題，獲得了平穩(wěn)的閘室水流條件，閘室不同位置橫剖面流速分布見圖1。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用兩區(qū)段四支廊道側(cè)支孔出水明溝消能輸水系統(tǒng)方案（圖2）時(shí)，輸水水力特征值與安全運(yùn)行多年的葛洲壩1 號船閘處于同一量級，小于三峽船閘中間級對應(yīng)條件，輸水時(shí)間滿足設(shè)計(jì)要求，閘室停泊條件尚有一定富余空間。

圖1 閘室橫剖面流速分布（Q=500 m3/s）

圖2 閘室兩區(qū)段四支廊道側(cè)支孔出水明溝消能輸水系統(tǒng)

3.四區(qū)段八支廊道頂支孔蓋板消能輸水系統(tǒng)方案

大藤峽船閘四區(qū)段八支廊道+頂支孔蓋板消能輸水系統(tǒng)方案布置與三峽船閘、葛洲壩1 號船閘的輸水系統(tǒng)布置基本類似。該系統(tǒng)在閘室第二分流口采用了空腔自分流創(chuàng)新布置形式（圖3），減小了分流口長度，提高閘底出水孔布置分散度，大幅度降低輸水比能。第二分流口為該輸水系統(tǒng)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，通過1∶20的第二分流口常壓、減壓物理模型試驗(yàn)，對第二分流口流態(tài)特征、空化特性及自分流體型優(yōu)化開展了系統(tǒng)研究，針對原體型泄水過程中出現(xiàn)較為紊亂的漩渦水流結(jié)構(gòu)、產(chǎn)生間歇性游移的漩渦空化氣泡等問題，提出了增加人工導(dǎo)流脊等優(yōu)化措施。優(yōu)化后的輸水系統(tǒng)（圖4）從全局著眼通過調(diào)整各區(qū)段輸水水流線路阻力實(shí)現(xiàn)等慣性輸水，結(jié)合變截面出水廊道創(chuàng)新體型，保障了大分散度多支孔出水的均勻性。

圖3 閘室輸水廊道第二分流口

圖4 閘室四區(qū)段八支廊道頂支孔出水蓋板消能輸水系統(tǒng)

三、閥門結(jié)構(gòu)與水動力學(xué)關(guān)鍵技術(shù)

船閘輸水閥門運(yùn)轉(zhuǎn)頻繁，工作條件復(fù)雜，在非恒定高速水流條件下閥門的水動力學(xué)問題較為突出。大藤峽船閘充、泄水閥門工作水頭高達(dá)40.25 m，最大輸水流量超過800 m3/s，高水頭閥門空化振動是需要妥善解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。為保障閥門安全可靠運(yùn)行，對閥門段廊道體型、水動力學(xué)荷載及空化特性、閥門結(jié)構(gòu)及啟閉力特性、閥門防空化技術(shù)等進(jìn)行了深入研究探討。

1.閥門段廊道體型優(yōu)化及防空化措施

大藤峽船閘輸水系統(tǒng)研究成果推薦閥門中慢速開啟充水和快速開啟泄水運(yùn)行方式，充、泄水閥門開啟速度差別較大，因此，針對充、泄水閥門分別開展了1∶14 的常壓和減壓模型試驗(yàn)研究。經(jīng)過系統(tǒng)研究，提出了充、泄水閥門后廊道均采用“頂部突擴(kuò)+底部突擴(kuò)+高次曲線升坎”型式，如圖5 所示。對推薦廊道體型的閥門底緣、跌坎、升坎、下檢修門槽空化特性進(jìn)行了深入研究，探討了開門速率、動水關(guān)閉、事故停機(jī)、廊道埋深對空化特性的影響，提出了門楣自然通氣（必備措施）抑制門楣和底緣空化、跌坎強(qiáng)迫通氣（后備措施）抑制跌坎和升坎空化的工程措施，獲得了較好的改善效果，可有效解決大藤峽船閘閥門空化難題。

圖5 泄水閥門段廊道體型

2.閥門結(jié)構(gòu)動特性與啟閉力特性

大藤峽船閘輸水閥門孔口尺寸達(dá)5.0 m×5.5 m（寬×高），超過了三峽船閘中間級閥門孔口尺寸（4.2 m×4.5 m）。在三峽船閘反弧門成功應(yīng)用的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)開展了閥門結(jié)構(gòu)、水動力學(xué)、流激振動及啟閉特性研究，提出了大藤峽船閘輸水采用適應(yīng)高水頭動水啟閉、抗振性能良好的雙面板支臂全包反向弧形閥門。

通過1∶14 的閥門水力學(xué)模型試驗(yàn)，掌握了閥門各種運(yùn)行工況條件下的動水荷載特性，提出閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按水動力荷載系數(shù)不小于1.8 考慮。建立比例為1∶9 的輸水閥門彈性模型，通過閥門結(jié)構(gòu)動特性試驗(yàn)及三維有限元數(shù)值分析，掌握了大藤峽船閘輸水閥門吊桿耦合體系的自振特性，獲得考慮吊桿影響的門體自振基頻為13.46 Hz，自振頻率較高，已脫離動水激勵(lì)的高能區(qū)，正常情況下吊桿及門體不會發(fā)生劇烈的流激振動。綜合閥門結(jié)構(gòu)受力特性、自振特性，提出支臂面板厚度可適當(dāng)減薄的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)建議。研發(fā)制作1∶14 水彈性相似閥門模型，流激振動試驗(yàn)表明閥門啟閉運(yùn)行過程平穩(wěn)，振動響應(yīng)與三峽船閘閥門振動相當(dāng)且略小。通過閥門重力相似模型啟閉特性試驗(yàn)研究，在推薦的6 min 開啟、3 min 關(guān)閉的運(yùn)行方式下，充水閥門最大凈動水啟門力為880 kN，最小凈動水閉門力為-300 kN，為閥門啟閉機(jī)設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。

3.高水頭閥門門楣自然通氣技術(shù)

高水頭船閘輸水閥門除閥門底緣較易發(fā)生空化外，閥門開啟過程中因閥門面板與門楣形成的縫隙形狀猶如文丘里管，而作用水頭接近于上下游水位差，門楣縫隙段高速射流更易發(fā)生空化（稱為頂縫空化或門楣空化）。其空化類型屬剪切型，強(qiáng)度遠(yuǎn)超底緣空化，噪聲譜中高頻能量突出，空化潰滅所產(chǎn)生的空蝕破壞作用較強(qiáng)。為妥善解決門楣空化問題，我國發(fā)明了門楣自然通氣技術(shù)，巧妙利用閥門縫隙段負(fù)壓和高速射流實(shí)現(xiàn)自然通氣，摻氣水流順面板直達(dá)底緣，同時(shí)解決門楣空化和底緣空化，門楣自然通氣技術(shù)已成為高水頭閥門防空化必備措施。

已有研究表明，門楣自然通氣效果受門楣線型、門楣與面板間隙、摻氣挑坎尺寸、頂止水位置等影響較大。大藤峽船閘閥門門楣體型不能照搬已建船閘工程，為解決技術(shù)難度更大的大藤峽船閘閥門頂縫空化和閥門底緣空化問題，采用南京水利科學(xué)研究院研發(fā)的高速高壓縫隙流試驗(yàn)裝置，開展了多個(gè)方案門楣1∶1切片試驗(yàn)對比研究。切片試驗(yàn)揭示了門楣自然通氣防空化機(jī)理及門楣體型參數(shù)對通氣效果的影響，門楣通氣可顯著改變縫隙段的壓力分布，不僅可以削弱喉口空化的影響，同時(shí)也改善縫隙段的壓力條件，避免面板空化、水流氣核低壓空化。門楣通氣后，振動強(qiáng)度降低70%～80%，減振效果顯著；喉口及縫隙寬度變化對門楣自然通氣條件影響不大，縫隙寬度減小對通氣更有利，縫隙段長度對臨界通氣條件沒有明顯影響，但對通氣量有一定影響，縫隙段長度不宜過短?；谇衅囼?yàn)研究，提出適應(yīng)大藤峽船閘40 m級水頭的閥門門楣體型，并給出了門楣空化與自然通氣范圍。當(dāng)充水閥門雙邊4～8 min開啟時(shí)，最大通氣量接近0.6 m3/s，平均摻氣濃度超過14%，高于葛洲壩1 號船閘原型觀測數(shù)據(jù)7%，自然通氣效果較佳。

4.高水頭閥門頂止水工作特性與改善措施

三峽和葛洲壩船閘運(yùn)行實(shí)踐表明，船閘反弧門頂止水損壞頻繁，已成為影響船閘運(yùn)行可靠度的主要問題。閥門頂止水破壞與工作水頭密切相關(guān)，水頭越高壽命越短，主要原因歸結(jié)于復(fù)雜的水力作用，研究高水頭船閘閥門頂止水水力破壞機(jī)理，提出有效的改進(jìn)措施，對于大藤峽船閘長期安全可靠運(yùn)行具有重要意義。針對大藤峽船閘反弧門工作條件，研發(fā)了頂止水1∶1切片試驗(yàn)裝置及多種不同配方的頂止水材料，制作了與原型相同的頂止水試件，開展了反弧門頂止水安裝變形和不同水頭作用下變形特性試驗(yàn)、小開度運(yùn)行時(shí)頂止水窄縫射流水動力學(xué)試驗(yàn)、頂止水射流空化自激振動試驗(yàn)等研究。掌握了不同安裝扭力下不同配方止水安裝變形特性，揭示了頂止水窄縫射流空化發(fā)生發(fā)展過程、止水表面動水時(shí)均壓力分布規(guī)律和脈動壓力能量分布特征。

研究表明，射流空化是引起閥門開啟初期沖擊性振動的原因，窄縫射流空化在頂止水下表面產(chǎn)生頻帶較寬的高頻壓力脈動，主頻受上下游壓力影響明顯，在20～80 Hz 變化；上部受較大的正壓壓縮，下部受負(fù)壓拖拽，引起止水向前下方發(fā)生較大變形，壓力脈動易引起柔性止水大變形失穩(wěn)，產(chǎn)生自激振動，易造成止水水力破壞和閥門劇烈振動；止水自激振動呈現(xiàn)平穩(wěn)的周期性大振幅特性，自激振動頻率與其硬度（彈模）呈正相關(guān)關(guān)系。基于系列研究成果，提出了延長頂部壓板以減小止水的受力變形，采用合適硬度的止水材料配方以縮小止水自激振動的發(fā)生范圍，同時(shí)提出止水安裝新工藝以控制止水變位，避免止水整體翻卷脫落。

四、船閘人字門結(jié)構(gòu)與水動力學(xué)關(guān)鍵技術(shù)

大藤峽船閘下閘首人字門尺度、工作水頭、淹沒深度等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)遠(yuǎn)超已有水平。隨著閘門尺度及淹沒水深的加大，人字門啟閉運(yùn)行過程中受巨大的水壓力和動水阻力作用，無論對啟閉機(jī)阻力矩峰值，還是對頂樞錨桿的受力都有較大影響。在總體布置、結(jié)構(gòu)型式、制造工藝等諸方面技術(shù)復(fù)雜，無直接經(jīng)驗(yàn)可循。為了保證閘門設(shè)計(jì)的安全性、科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性和合理性，多家單位聯(lián)合攻關(guān)，對大藤峽船閘下閘首人字門結(jié)構(gòu)受力變形特性、疲勞破壞機(jī)理與性質(zhì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、啟閉力特性與啟閉方式優(yōu)化以及大型人字門應(yīng)對漂移綜合技術(shù)措施等，進(jìn)行了全面詳細(xì)的研究與論證分析。

1.人字門結(jié)構(gòu)優(yōu)化

針對大藤峽船閘下閘首大高寬比巨型人字門，采用三維有限元數(shù)值分析方法，對各種荷載組合工況下的閘門受力變形進(jìn)行計(jì)算分析，對兩層背拉桿方案和三層背拉桿方案進(jìn)行充分論證，確定了人字門三層背拉桿方案。對人字門結(jié)構(gòu)疲勞相關(guān)問題展開了科學(xué)研究，掌握了閘門在不同工作條件下的應(yīng)力、應(yīng)變和位移的變化規(guī)律，揭示了人字門疲勞破壞機(jī)理和性質(zhì)。通過人字門局部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，對背拉桿施加一定預(yù)應(yīng)力，保障人字門的變形和應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求，保證船閘每天運(yùn)行25次，一年運(yùn)行335天，運(yùn)行50年不產(chǎn)生疲勞破壞，即壽命大于4.1875×105次。通過優(yōu)化最終確定的下閘首人字門結(jié)構(gòu)布置見圖6。

2.高水頭大型船閘閘門門庫布置技術(shù)

船閘人字門門庫布置關(guān)系到人字門啟閉過程的局部水流結(jié)構(gòu)及水體交換是否通暢，直接影響人字門啟閉力及動水阻力矩大小，對高水頭大型船閘尤為重要。基于此，建立了高水頭大型船閘人字門啟閉運(yùn)行三維數(shù)值模擬方法，準(zhǔn)確模擬分析人字門啟閉過程流態(tài)特征與空間水流結(jié)構(gòu)，如圖7所示，揭示了水流與閘門相互作用機(jī)理、閘門動水阻力特性及其隨邊界條件影響因子的變化規(guī)律。創(chuàng)新提出了基于門庫尺度、門底間隙、門庫與閘墻連接形式等多因素控制下的高水頭船閘大型人字門門庫布置技術(shù)，解決了開關(guān)門初期和末期水流不暢問題，有效減小了動水阻力。

圖7 人字門啟閉過程流態(tài)特征與空間水流結(jié)構(gòu)

給出了大藤峽船閘人字門邊界條件設(shè)計(jì)參數(shù)（圖8），全開位閘門與門庫間隙為1.5 m，門頭與上游閘墻距離為3.7 m，門底間隙為1.5 m。推薦門庫體型與最初布置方案相比，人字門啟閉運(yùn)行各階段的動水阻力矩峰值均獲得不同程度的降低，最大降低51%。

圖8 大藤峽船閘推薦門庫體型

3.人字門啟閉運(yùn)行方式

高水頭大型船閘閘門啟閉力大，影響因素多，優(yōu)化難度大，給閘門啟閉設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造帶來極大挑戰(zhàn)。通過1∶20 大藤峽船閘下閘首人字門物理模型，研究了勻速運(yùn)行和變速運(yùn)行條件下的人字門啟閉力和動水阻力矩變化規(guī)律，得到了人字門啟閉過程A、B桿受力變化特性以及存在水位差開門時(shí)的水動力及啟閉特性。當(dāng)啟閉機(jī)勻速運(yùn)行時(shí)，人字門并不作勻速運(yùn)動，閘門的角速度過程線是兩端大、中間小的凹形曲線，實(shí)際運(yùn)行中閘門需在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到某一角速度，其角加速度就會非常大。當(dāng)啟閉機(jī)變速運(yùn)行時(shí)，在運(yùn)行始、末階段有加速和減速過程，初始和末了角速度有所減小，角加速度也會相應(yīng)減?。辉趩㈤]時(shí)間相同的前提下，變速時(shí)間越長，啟閉機(jī)活塞桿加速度越小，相應(yīng)的閘門角加速度也越小（圖9）。

圖9 啟閉機(jī)活塞桿勻速與變速運(yùn)行時(shí)的人字門角速度理論曲線

研究提出了大型人字門啟閉機(jī)不對稱無級變速運(yùn)行控制技術(shù)，給出了大藤峽船閘人字門優(yōu)化后的變速運(yùn)行方式：①開門方式為全開時(shí)間3 min，開門初增速時(shí)間90 s，開門末減速時(shí)間60 s；②關(guān)門方式為全關(guān)時(shí)間3 min，關(guān)門初增速時(shí)間60 s，關(guān)門末減速時(shí)間90 s。與勻速運(yùn)行相比，推薦開門初、開門末、關(guān)門初和關(guān)門末各階段的動水阻力矩峰值降低幅度分別為56%、23%、68%和39%，解決了啟閉機(jī)設(shè)計(jì)難題，保障人字門安全可靠運(yùn)行。

4.大型船閘人字門應(yīng)對漂移的綜合技術(shù)措施

船閘人字門只能承受單向水頭，在受到反向水壓的作用時(shí)，閘門啟閉機(jī)會受到較大推力，當(dāng)啟閉機(jī)持住力小于反向水壓力時(shí)，會出現(xiàn)閘門漂移現(xiàn)象。船閘運(yùn)行中發(fā)生動態(tài)漂移故障不僅會影響自動程序的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在關(guān)閥保護(hù)程序失效或出現(xiàn)電氣故障情況下，還有可能會產(chǎn)生十分嚴(yán)重的后果。

針對大藤峽船閘大型人字門可能面臨的漂移問題，系統(tǒng)分析了人字門產(chǎn)生漂移的影響因素，主要包括環(huán)境、反向涌浪及液壓啟閉機(jī)系統(tǒng)等方面。在此基礎(chǔ)上研究船閘動水關(guān)閥各參數(shù)指標(biāo)范圍及樞紐發(fā)電、泄洪運(yùn)行的最大流量變率指標(biāo)，提出應(yīng)對人字門漂移的啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)及電氣自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)對策。建立船閘輸水?dāng)?shù)學(xué)模型，研究船閘充、泄水慣性水頭變化特性及閥門動水關(guān)閥方式，提出了動水關(guān)閥各參數(shù)指標(biāo)范圍。模擬計(jì)算樞紐發(fā)電、泄洪調(diào)度運(yùn)行工況下的人字門附近非恒定流波動特性及反向涌浪特征值，提出了樞紐發(fā)電、泄洪運(yùn)行最大流量變率指標(biāo)。通過1∶20 的物理模型，復(fù)演下游引航道內(nèi)反向涌浪波高在25.5～50.0 cm 范圍時(shí)的人字門漂移現(xiàn)象，研究了不同反向涌浪條件下人字門所受的反向水頭水壓力、漂移行程等指標(biāo)隨反向涌浪波動要素的變化特性。

通過綜合研究，從船閘運(yùn)行方式、樞紐調(diào)度運(yùn)行方式、啟閉機(jī)持住力設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)及電氣程序自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等多方面，提出了大藤峽船閘應(yīng)對人字門漂移的綜合措施。相關(guān)成果與技術(shù)措施也可推廣應(yīng)用到其他類似大型船閘工程人字門。

五、船閘水力學(xué)原型觀測

原型觀測是檢驗(yàn)工程建成后各項(xiàng)性能的重要技術(shù)手段。大藤峽船閘建成后，隨著水庫分階段蓄水，相應(yīng)開展了多個(gè)階段的船閘水力學(xué)原型觀測，尤其在船閘剛建成時(shí)，設(shè)備調(diào)試周期短、任務(wù)重，在新冠肺炎疫情最嚴(yán)重期間完成無水調(diào)試、有水調(diào)試和試通航實(shí)船試驗(yàn)，為船閘運(yùn)行提供了科學(xué)、高效的技術(shù)支撐，保證了大藤峽樞紐2020年3月31日順利通航。

1.特殊條件下的船閘安全高效輸水技術(shù)

大藤峽船閘試通航初期，上游引航道水位低于設(shè)計(jì)最低通航水位，導(dǎo)致上游引航道通航水深減少，船閘充水過程上游引航道非恒定流波動十分顯著。通過現(xiàn)場觀測和調(diào)試，提出輸水閥門間歇開啟結(jié)合動水關(guān)閉的優(yōu)化運(yùn)行方式，使船閘充水時(shí)引航道波高降低50%。針對樞紐圍堰尚未完全拆除，下游引航道與樞紐主河道間出現(xiàn)近2 m的水位差，泄水時(shí)間偏長的問題，提出利用慣性超泄降低輔助泄水閥門工作水頭以縮短輔助泄水時(shí)間的方法，使船閘泄水時(shí)間縮短了34%，保障船閘試通航復(fù)雜運(yùn)行條件下的輸水安全，顯著提高輸水效率。

2.高水頭工況船閘運(yùn)行特性

在工作水頭36.64 m（上游水位58.23 m、下游水位21.59 m）條件下，對船閘充泄水水力學(xué)、閘閥門啟閉運(yùn)行、閥門空化等進(jìn)行觀測。船閘雙邊充水工況（閥門以tv=4.33 min 速率開啟，剩余2.9 m 水頭，動水關(guān)閥到0.33 開度），最大充水流量887 m3/s，輸水時(shí)間761 s（12.68 min）。閘室水面上升平穩(wěn)、流態(tài)良好，上游左側(cè)進(jìn)水口有局部表面旋渦，對船閘輸水無影響，上游靠船墩處水面波動較小。充水閥門及吊桿啟閉運(yùn)行平穩(wěn)，閥門最大啟門力約1961 kN，發(fā)生在閥門0.3 開度附近。上閘首人字門啟閉振動較小，運(yùn)行狀態(tài)良好，開門瞬時(shí)左側(cè)啟門力峰值約848 kN，并隨人字門開度增大而減小。

船閘雙邊泄水工況（閥門以tv=2.40 min速率開啟，閘室與下游引航道剩余1.9～3.0 m 水頭，動水關(guān)閥至全關(guān)，隨后輔助泄水閥門以tv=2.30 min速率開啟），泄水過程最大流量857 m3/s，閘室水面下降平穩(wěn)、流態(tài)良好。閥門最大啟門力約2300 kN，在0.3開度附近。下閘首人字門運(yùn)行平穩(wěn)、狀態(tài)良好，開門瞬時(shí)左側(cè)啟門力峰值約556 kN，并隨人字門開度增大而減小。目前大藤峽船閘每天正常通航約16個(gè)閘次，每閘次貨運(yùn)量最大可達(dá)2.5萬t。截至10月31日，2023年已過閘船舶30 306艘次，航運(yùn)效益顯著。

六、結(jié) 語

大藤峽船閘作為目前世界水頭最高的單級船閘，歷經(jīng)10 多年的研究和實(shí)踐，在大型船閘輸水系統(tǒng)布置、高水頭閥門防空化技術(shù)、大型人字門設(shè)計(jì)、現(xiàn)場調(diào)試技術(shù)等方面取得了大量創(chuàng)新成果，成功解決了40 m單級船閘設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行難題，在基礎(chǔ)理論和核心技術(shù)上實(shí)現(xiàn)新的突破。未來船閘規(guī)模更大、水頭更高，船閘水頭由40 m級提高至60 m級，通航單船達(dá)到10 000 t，特別是一系列跨水系運(yùn)河的建設(shè)需求，將給船閘科研、設(shè)計(jì)和建設(shè)帶來新的挑戰(zhàn)，船閘復(fù)雜輸水系統(tǒng)高效輸水、適應(yīng)大水位變幅省水船閘、大型船閘服役性能提升與增韌等需要進(jìn)一步突破。