本发明所说的船闸，是一种过坝通航设施，用来协助轮船过坝。
背景技术
船闸是用以保证船舶顺利通过江河航道上集中水位落差的水工建筑物，多建筑在河流和运河上。如巴拿马运河、葛洲坝水电工程枢纽都使用了船闸。船闸由船闸由闸首、闸室、输水系统、闸门、阀门、上下游引航道、导航靠航建筑组成。通过调节闸室内水位使闸室内船舶升降至上下航道高程，实现船舶上行下行。
在上下游水位差大于20～25m时，大多使用多级船闸，这是因为船闸闸门难以承受过高的水压。
本发明提供一种新型船闸，可以实现仅一级船闸跨越几米至几百米内任意落差，避免多级船闸的繁杂和施工复杂度；可以为地形限制无法修建多级船闸的大坝提供通航；可以将多级船闸的多闸室空间合并为一个超大闸室装载更多船舶过坝，大幅度提高船闸运能；闸室注水泄水可以发电节约水能；降低船闸的工程难度和投资，降低运行费用。
技术实现要素：
解决方案是：闸室建设为无盖箱型结构，该箱体高度和大坝高度相同，底部在下游水下位置。闸室下端做门洞安装闸门，也就是说该闸室下侧不再是一个从底到顶的直立闸门，而是和闸室侧面一样是钢筋混凝土结构墙体，只是在该墙体下端安装闸门，下游船只通过该闸门进出闸室。
下游最低水位高程为来l米最高水位高程为h米，预留船只吃水深度为s米，船只水上净高预留g米，过闸船只最大宽度为k米，船只进闸左右安全距离各3米，下闸门门洞（高拱形）门框下端和门体重合2米，门体下预留滚轴和巨型槽钢安装空间2米。则闸室底部标高为l-s-4米，闸门门洞底宽k+6米，门洞拱顶高为s+g+h-l米；闸门门洞下边沿标高是l-s米，门洞拱顶标高为h+g米。
下闸门使用推拉门，也可以使用人字门，但考虑到人字门密封性能和受压能力、开合运动稳定性都远不如推拉门，我们着重考虑推拉门。
推拉门门体为单扇钢制，没有空腔，以实现最大结构强度最大耐压强度。因为船只要从该门洞穿行，故而该闸门门体为超大钢门，钢门放置在大型滚轴上，考虑水下防锈需要可以使用不锈钢或钛合金材质滚轴。钢门用钢索牵引开合，也可以用齿轮液压驱动。闸门门框做成实钢或包钢的，这样门框强度更大，闸门关上后因内部注水，水压压力让大门紧贴门框，不会漏水。也可以在门框内侧做一定厚度的橡胶贴层，进一步防止漏水。
滚轴安置在下闸门门洞内侧下部，滚轴下方可设置大型槽钢，让滚轴在槽钢内滚动。门体安放在滚轴上左右移动开合，门体上端可用导轨限位。闸门门体要比门洞大一圈，闸门关上后门体和门洞的层叠部位有一定的宽度，也就是闸门关闭后是从内向外盖在门洞上，以承受闸室内的水压。
这里使用高拱形门洞而非常见的矩形门，这是因为矩形门洞上沿是超长横梁，而且长度几十米，受力性能很差。而拱形门洞受力性能更好，结构强度更优秀，且拱形门洞上部没有超长横梁。高拱形门洞下部不会因为下游水位上升的变窄，更为实用。使用拱形门洞还是高拱形门洞可以根据实际需求选择。
而门体使用三角形闸门构型，优先选择等腰三角形，配合高拱形门洞则使用腰线比较长的等腰三角形。因为三角形的稳定性原理，三角形门体更结实；三角形门体重心低，在滚轴上滚动更平稳，上端导轨限位也更容易更结实。三角形门体盖在高拱形（或拱形）的门洞上，三个角和墙体重叠部分更长，耐压性能更好。
安装在大型滚轴上的三角门体，可以做的很重，甚至可以使用几千吨的超级钢门。但闸门需要进出大型船只，门洞必须很大，门洞大门体自然就更大。门体增大抗压性能会指数级减小，如果门体很大而上下游水位差很高，很可能上述三角形钢门仍然不能承受。
针对单个钢门无法承受高水头水压问题，在闸室下闸墙外修建蓄水分压夹层。分压夹层是个和船闸下侧结构墙体一体连接的夹层。分压层外墙下部是和闸室外墙一样的闸门机构，安装同样大小形状的钢门，钢门前后对齐。根据实际水压大小和钢门的耐压能力，可以修建多个分压层，多个闸门前后对齐排列，以便于船只出入。
每个分压夹层都有独立的阀门和注排水系统，分压层在方便下端滚轴和闸门安装运行检修的前提下，设计的越窄越好，较窄的分压层可以更快捷的调整水位。
分压夹层的运行原理，是在内（前）侧闸门承受水压或者压差过高的时候，在该分压层注水，这样该闸门就受到内外两侧水压压力，不再独立承受闸室内的超高水压，只承受两侧水压差。通过调节该分压层水深，就可以保持前（内）侧闸门始终工作在耐压范围内。多级分压层是多个分压层协同工作，保障下侧所有闸门都在承压范围内工作。
使用一个或者多个分压层，实现单个下闸门无法承受的高压由两个或多个闸门分担，这是实现超高船闸的关键方法。使用这种方法，也可以用多个轻型闸门，实现一个重型闸门的功能。
需要注意，单侧承压和承受同样数值的压差的同一个闸门，其受力状况大不相同。我们用一个高度为40米的闸门来举例说明：在单侧受压50米状态下，该门体下端所受压强为50米，而门体上端所受压强只有10米；而在承受50米压差且两侧水位均高于门体上端时，该门体任何部位两侧水位差均为50米，均承受50米压强，整个门体所有部位均承受50米压强。
基于这个水力学原理，如果是单侧承压工况，闸门可以做成下端强度大上端强度小、上下端强度渐变的a型闸门。本发明除了使用a型闸门，还需要很使用承压差能力强的b型闸门，其门体各部位强度都很大，门体各部位都能承受相同的高水压。
船闸一般使用a型闸门（例如三峡船闸所有人字门），本发明中带分压层的船闸，船闸上游闸门和下游最外侧分压闸门也使用a型闸门，而除最外侧闸门外的所有下闸门，使用b型闸门，因为这些闸门需要工作在两侧注水水位都高过门体的工况下。
当船闸和夹层泄水至下游水位时，此时下端所有闸门都处于无压状态，同时开启下端所有闸门，出闸船只一次性通过所有闸门进入下方航道，然后上行船只一次性反向经过所有闸门直接进入闸室。这样船只进出闸门速度极快，也避免了多级船闸的多次换闸室，多次停靠固定导致的效率损失。
单级超高船闸注水泄水集中，可以让注水泄水经过发电机，节约水能，协助卸能。
另外，如果上下游水位季节性差别较大，本发明也有解决方案。
如果上游游水位高程变化较大，一般是尽量修建单侧耐压能力比较强的较高闸门。受制于工程技术水平，高度超过40米的闸门是难以实现的。
我的方案是使用前面所述的推拉门系统，但门体形状为梯形，其耐压特征为单侧耐压能力强的a型闸门。而上闸门门洞仍然是矩形沟槽结构，梯形门合上后梯形上角要在沟槽之外，也就是能堵住沟槽避免漏水。使用这个方法是可以建造更大更高的闸门，提高上闸门通航水位范围。
如果使用超高梯形推拉门，仍然不足以解决上游大水位落差问题，可以在梯形门侧下方设门洞，修建上首低位闸门系统（简称低位闸门），低位闸门系统也有分压层，实施方法类似前文所述闸室下端带分压层的闸门系统。但其中的分压夹层侧墙上端要和大坝同高（本身低位闸门系统也在大坝坝体内），以避免闸室高水位时向分压层灌水，分压层上端是露天敞口的，否则无法完成分压工作。
当上游水位在梯形推拉门工作范围内，低位闸门系统处于水下或者上端露出水面，处于关闭状态，此时根据上游水位高度调节分压层水位，保证所有闸门安全且关闭严实。上游水位低于梯形门通航水位范围，上首低位闸门的上端已经在上游水面以上，无需分压，此时分压门可以始终开启，使用前端闸门即可完成上闸门的工作。
如果梯形门和一套低位闸门的通航水位范围仍然不足能覆盖上游水位变动范围，可以在不同高程修建多套低位闸门系统。
而大坝下游水位，因为有大坝的控制故而水位变动较小。但也有大坝下边是海洋湖泊的情况，也就是出现坝下水位波动范围较大的，这时候在闸室下方不同高程修建两套或者多套闸门系统就是了，不再赘述。
不考虑上下游多套闸门情况，以下通过实例对本发明作进一步说明。
我们假设大坝上端水位210米，下端水位60米，所有闸门的单侧承压能力50米，承压差能力也是50米。那么修建2个分压层，我们用f0表示闸室，闸室下闸门是z0，自内向外分压层和该分压层闸门分别是f1、z1；f2、z2。我们将f0、f1、f2的墙壁墙顶高程分别修建为213米、160米、110米，底部高程均为50米；z0、z1、z2底部高程均为55米。该船闸运行过程如下（为了叙述方便，55米~60米的水压忽略不计）：
第一步：f0、f1、f2水位等高且和下游平齐，同时开启z0、z1、z2，f0内的船只顺序通过z0、f1、z1、f2、z2进入下游航道，继而上行船只依次通过z2、f2、z1、f1、z0进入f0，关闭z0、z1、z2。
第二步：f0、f1、f2注水，f2水位跟随f1，f1水位跟随f0，水位从60米上升至110米。
z0、z1两侧水位相随增高两侧水压相同，不承受压差。z2因f2水位升高承受向外水压，压力随f2水位升高增加，至f2水位110米时z2承担50米的单侧水压。
第三步：f0、f1注水，f1水位跟随f0，水位从110米上升至160米，f2不予注水水位维持110米不变。
z0两侧水位相随增高两侧水压相同，不承受压差。z1因f1水位高于f2水位，承受向外水压压差，压差随f1水位升高增加，至f1水位160米时z1承担50米的压差。而z2因为两侧水位没有变化受力状况不变，维持50米单侧受压状态。
第四步：f0注水，水位从160米上升至210米，f1、f2不再注水水位分别维持160米、110米不变。
z0因f0水位高于f1水位，承受向外水压压差，压差随f0水位升高增加，至f0水位210米时z1承担50米的压差。z1因两侧水位没有变化受力装况不变维持50米压差承受状态，z2因两侧水位没有变化受力装况不变，维持50米单侧受压状态。
至此z0、z1承担50米的压差、z2承担50米的单侧水压，都工作在承压范围内。
第五步：f0水位已经到达上游水位210米，开启船闸上游闸门，船舶驶出f0，下行船舶进入f0。
第六步：f0泄水，水位从210米下降到160米；f1、f2既不注水也不泄水，分别保持160米、110米水位不变。
因为f0水位下降而f1水位不变，z0两侧水位差减少承受压差下降，至f0水位160米时z0两侧水位等高，为0压差承受状态。z1因两侧水位没有变化维持50米压差承受状态，z2因两侧水位没有变化维持50米单侧受压状态。
第七步：f0、f1泄水，f0水位跟随f1，水位从160米下降至110米；f2既不注水也不泄水，保持110米水位不变。
因f0、f1水位相随下降，z0两侧水位始终同高，维持0压差承受状态；随着f1泄水而f2水位不变，z1两侧水位差减少所承受压差减小，至f1水位110米时z1两侧水位同高，为0压差承受状态；z2因两侧水位没有变化维持50米单侧受压状态。
第八步：f0、f1、f2泄水，f0水位跟随f1，f1水位跟随f2，水位从110米下降至60米。
因f0、f1、f2水位相随下降，z0、z1两侧水位始终同高，维持0压差承受状态；随着f2泄水z2承受水压减小，至f2水位60米时z2两侧无水不承受水压，为0水压承受状态。
第九步：至此已经完成泄水流程，此时z0、z1、z2皆为0压差0水压承受状态。回到第一步，进入下一个工作循环。