А) полного профиля б) неполного профиля в) отсутствие прорези

Каналы третьей группы почти совершенно не подвержены внешним воздействиям. В последнем случае приходится считаться исключительно с волнообразованием и размывающими волнами, возникающими вслед­ствие прохождения судов. Морские каналы можно классифицировать также соответственно их пропускной способности.

Класс канала Судооборот в сутки

I >5 судов

II 2-5 судов

III 2 судна

Рассмотрим несколько примеров технических характеристик неко­торых важных для судоходства каналов применительно к перечислен­ным выше основным трем категориям.

Незащищенные каналы обычно имеют сравнительно пологие откосы, но в то же время характеризуются большой заносимостью по отношению к первоначальному объему выемки. Известно, что в песчаных грунтах канал перехватывает до 20%, а в песчано-илистых - до 10% всего количества наносов, поступающих со стороны.

Примером открытых каналов с весьма малой заносимостью может быть подходный канал порта Санкт-Петербург. Незначительное количество на­носов в нем объясняется относительной чистотой отстоявшихся в Ла­дожском озере вод и удачным расположением трассы канала.

Защищенные каналы обычно значительно меньше подверже­ны заносимости по сравнению с каналами незащищенными, хотя в том случае, когда их трасса проходит в устьевых участках рек, в местах об­разования перекатов в естественном режиме реки заносимость может быть довольно значительной (например, на перекатах низовьев Дона, в нижнем течении Волги и т. д.). В некоторых случаях для предохране­ния канала от течений, волнения и заносимости создается искусствен­ное прикрытие с одной, наиболее угрожаемой стороны в виде односто­ронней дамбы, как, например, на некоторых участках Калининградско­го канала, на подходе к Суэцкому каналу со стороны Средиземного моря и др.

Шлюзованные каналы, как правило, не подвержены суще­ственному волнению и заносимости. Однако в бьефах больших размеров (например, на Цимлянском море Волго-Донского соединения, на о. Выг на Беломорско-Балтийском соединении, на о. Гатунском на Панамском канале) может возникать сильное волнение, а на подходах к шлюзам при шлюзовании создаются довольно значительные продольные течения. Наличие искусственных сооружений (шлюзов, плотин, насосных стан­ций) сопряжено с большими затратами средств на строительство и со­держание каналов.

Их устройство оправдывается необходимостью преодоления значительного подъема рельефа (водораздела) путем поднятия уровней воды (водораздельных бьефов). В результате такого подъема удается сокра­тить объемы земляных работ. Однако в некоторых случаях, как, напри­мер, в Кильском или Панамском канале, необходимость шлюзования объясняется наличием более или менее существенной разности уровней в соединяемых акваториях, что могло бы при отсутствии шлюзов вы­звать значительные продольные течения.

Основные элементы судоходных каналов

Основными элементами морских каналов являются план трассы, продольный и поперечный профили.

План трассы включает, как правило, прямолинейные и криволиней­ные участки. Прямолинейные участки большей или меньшей длины свя­заны между собой криволинейными участками, описанными обычно по дуге круга. Общее направление канала должно удовлетворять ряду про­тиворечивых требований: оно должно обеспечивать по возможности кратчайшее расстояние между заданными крайними точками при мини­мальном объеме работ, в то же время приходится учитывать устойчи­вость грунтов, направление течений и волн и другие факторы, опреде­ляющие заносимость. Стремление к уменьшению заносимости, что осо­бенно важно в открытых каналах, заставляет иногда проектировать трассу, значительно отличающуюся от кратчайшей. По этим же сообра­жениям желательно располагать трассу канала таким образом, чтобы ее направление возможно ближе совпадало с направлением равнодейст­вующей движения волн.

При устройстве каналов в дельтах рек часто выбирают не самый полноводный рукав, а относительно маловодный. Количество переноси­мых рекой наносов обычно пропорционально жидкому расходу рукава, поэтому рукава с меньшим расходом обычно несут меньше наносов и прорези держатся в них лучше. Важно при этом, чтобы устройство про­рези не вызвало перераспределения расходов и не привлекло бы боль­ше наносов в углубляемый рукав. Для этого иногда приходится возво­дить специальные регуляционные сооружения. Несмотря на некоторое увеличение первоначального объема работ, в этом случае часто дости­гается значительное сокращение заносимости канала и, как следствие, уменьшение суммарных затрат. Закругления канала должны иметь ра­диус, назначаемый в зависимости от наибольших размеров проходящих по каналу судов, скорости их хода, скорости течения, ширины и длины самого закругления. Радиус закругления составляет обычно от 1000 до 2000 м. В новых каналах его назначают обычно больше (до 3000 м), при очень широких каналах радиус закругления может быть сокращен до 400-300 м.

Поперечное сечение канала (рис.6), имеющее обычно форму трапеции, должно удовлетворять двум требованиям. С одной стороны, необходимо, чтобы сечение было просторным для удобного и безопас­ного прохода судов с небольшим гидродинамическим сопротивлением, с другой, строительство канала должно быть связано с наименьшими объемами работ. При меньшем сечении каналов уменьшаются также и затраты на его содержание. На основании специальных исследований и практических данных обычно считают, что наименьшее (при низком го­ризонте) подводное сечение канала должно быть в 4-5 раз больше под­водной части миделя судна или судов, проходящих одновременно в од­ном сечении канала, а на участках, подверженных волнению, эта вели­чина должна быть еще больше. Кроме того, при определении ширины канала должны быть строго соблюдены величины навигационных и тех­нического запасов глубин под килем.

Рис. 6 Поперечное сечение канала

В зависимости от ширины наибольших судов и требуемого соотношения сечения миделя и живого сечения канала оп­ределяется и ширина канала на прямом участке. При встречном движе­нии следует считать, что расстояние в свету между двумя встречными судами в канале не должно быть меньше двух-трехкратной ширины наи­большего судна по миделю. При расчетах необходимой ширины канала различают:

а) навигационную ширину канала, которая представляет наимень­шую гарантированную в течение года сквозную проходную ширину ка­нала. Навигационная ширина изме­ряется на уровне, соответствующем грузовой осадке расчетного судна, отсчитываемой от минимального расчетного судоходного горизонта;

б) проектную ширину дноуглубительной прорези, которая опреде­ляет необходимую для навигации ширину, ширину выемки по дну и по­верху с учетом устойчивого заложения откосов;

в) рабочую ширину дноуглубительной прорези, которая определя­ет действительную среднюю рабочую ширину прорези с учетом местных изменений рельефа и грунтовых характеристик, а также условий работы дноуглубительного снаряда.

Глубина канала характеризуется следующими основными пока­зателями:

а) программная, или проектная глубина участка кана­ла, представляющая его навигационную глубину плюс запас на заносимость;

б) рабочая глубина участка канала, которая слагается из программной глубины и запаса на допустимый перебор глубины дно­углубительными снарядами из-за невозможности точной выемки грун­та по проектной горизонтальной плоскости дна канала, а также из-за «просора» грунта из шаланд и заносимости за период между дноуглу­блением и сдачей работ. Величина запаса зависит от характеристики дноуглубительного снаряда и способа производства дноуглубительных работ. Для многочерпаковых снарядов в зависимости от грунтовых ус­ловий допускают перебор 0,15-0,3 м, для землесосов, работающих траншейным способом 0,3-0,5 м. Эти глубины отсчитываются от низ­кого расчетного уровня, который должен обеспечить беспрепятственный проход судов. Расчетный уровень, согласно указаниям СНиП (П-И-2-62), назначается на основе графика многолетней продолжитель­ности стояния фактических уровней за навигацию с обеспеченностью 90-98%, в зависимости от напряженности судооборота глубокосидя­щих судов. В некоторых случаях, в основном в ливных морях, при срав­нительно небольшом судообороте и сложности поддержания гарантиро­ванных глубин отсчет производят от назначаемого по графику приливно-отливных колебаний более высокого горизонта.

Крутизна откосов зависит от характера грунтов, слагающих дно, и динамических факторов (волнения, течения и т. д.). Она нахо­дится чаще всего в пределах от 1: 3 до 1: 20. В мелкозернистых и или­стых грунтах принимаются значительно более пологие откосы (до 1: 50).

Подводные откосы подходных каналов остав­ляются обычно без всякой обделки. В каналах, име­ющих берега, надводные откосы, а также части подводных откосов до глубины 2 и даже 3 м, за­щищаются от размыва специальной одеждой, вы­ше уровня вскатывания волны - одерновкой, рас­садой кустарника, реже каменной или железобе­тонной облицовкой, ниже уровня - фашинами, ка­менной наброской, бетон­ными и железобетонными плитами и т. д.

Продольный профильканала получает различ­ные характерные очертания в зависимости от того, является ли канал незащищенным, защищен­ным или шлюзованным.

В незащищенном морском канале его дно на всем протяжении де­лается горизонтальным в соответствии с установленными глубинами.

В защищенном канале, проложенном в устьевом участке реки, дно его может быть также горизонтальным, если естественный уклон водной поверхности невелик (не более 0,000001); при наличии же заметного уклона свободной поверхности дну канала также придают уклон, со­ответствующий уклону свободной поверхности меженных вод, от кото­рых отсчитывается проектная глубина канала.

В шлюзованных каналах с разделением на ступени - бьефы - дно часто оставляют в естественном состоянии при достаточной глубине под­пертого бьефа; частично же формируются искусственные выемки с гори­зонтальным дном или очень незначительным уклоном (на случай опо­рожнения участка канала при необходимости ремонта).

Определение основных размеров каналов

Исходными характеристиками судов являются их наибольшая осад­ка, длина между перпендикулярами и ширина по миделю. Размеры ка­нала назначаются исходя из расчетных (наибольших) габаритных раз­мерений судов, обслуживаемых каналом.

Важнейшей задачей является правильное определение отсчетного уровня воды. Он назначается по данным многолетних наблюдений за колебаниями уровня. При малых колебаниях в качестве отсчетного принимается наинизший уровень. При больших колебаниях уровней или малом числе судов, имеющих расчетные размерения, отсчетный уровень рекомендуется определять на основании технико-экономичес­ких расчетов.

Канал может быть спроектирован с одно- или двусторонним движе­нием, а также с односторонним движением и станциями расхождения для судов. Канал с односторонним движением обычно принимается при соблюдении условия

L_k /V_max < 24 /Q_c (5)

где: L_k -длина канала;

V_max - расчетная скорость судна;

Q_c - среднее число судов, проходящих в сутки в наиболее напря­женный месяц.

При выборе типа канала и его глубины должны учитываться уве­личение стоимости канала при переходе от одностороннего к двусторон­нему движению и затраты на простои судов, причалов и оборудования порта, вызванные невозможностью пользования каналом при низком положении горизонта воды и необходимостью простоя судов на стан­циях расхождения.

На прямолинейных участках ширина канала устанавливается из следующих соображений. Канал с односторонним движением по шири­не делится на три полосы: средняя навигационная - маневровая поло­са и две боковые полосы, примыкающие к откосам канала (рис. 7а). Расчетная ширина канала определяется по дну. Ширина маневровой полосы при благоприятных условиях движения по каналу складывает­ся из ширины судна В и дополнительного запаса, устанавливаемого в зависимости от управляемости судна. При интенсивном воздействии ветра, течений или волнения, действующих под углом к направлению движения судна, возможны снос и дрейф судна. В этом случае прихо­дится дополнительно уширять среднюю навигационную полосу. Та­ким образом, ширину средней навигационной полосы устанавли­вают в зависимости от управляемости судна в пределах от 2 до 5 В. Полосы, прилегающие к откосу, должны способствовать уменьшению возможности размыва откосов винтами и их оползания, предотвратить аварии судов из-за возможных ошибок в определении положения от­коса и включить некоторый запас на заносимость. Ширина этих полос может составлять от 0,5 до 1,5 В. Таким образом, общая ширина одно­путного канала составляет от 3 до 8 В.

канала расстояние между расходя­щимися судами, в связи с наличием запасов, оказывается значительно большим ширины судна В. Это очень важно из-за весьма неблагопри­ятного гидродинамического взаимодействия между расходящимися судами, выражающегося во взаимном притяжении, приводящем иногда к аварии, если только между судами не выдержано достаточное рас­стояние.

Для обеспечения удобства и безопасности навигации изменение направления трассы канала должно, как правило, производиться по плавным кривым, окружностям достаточно большого радиуса R от 5 до 14 L, где L - длина судна. В на­стоящее время рекомендуется при­нимать радиус закругления R в пределах от 8 до 12 L, при этом ве­личина угла поворота оси канала к не должна быть больше 30°.

Навигационная глубина на канале:

Н = Т + Z₁ + Z₂ + Z₃ + Z₀ (6)

где:

Т - расчетная осадка судна по основную летнюю марку с поправ­кой DT на изменение солености воды;

Z₁ - минимальный запас под килем, обеспечивающий нормаль­ную управляемость судна. Эта величина обычно устанавли­вается в зависимости от осадки судна Т и грунтов дна канала и принимается: для илистых грунтов - 0,04 Т, для грунтов средней плотности -0 0,05 Т и для плотных и скальных грунтов - 0,06 Т;

Z₂ - запас на волну, который рекомендуется принимать ее в зависи­мости от высоты и длины судна. Крупнотоннажные суда даже при значительных волнах испытывают сравнительно не­большие вертикальные колебания - до 0,5 м. Суда меньших размеров подвергаются более интенсивным воздействиям, и поэтому запас на волнение в этом случае увеличивается в 2 - 3 раза;

Z₃ - скоростной запас. При движении судна в канале, имеющем ограниченное поперечное сечение, при скорости хода 4 - 12 уз (2 - 6 м/с) осадка судна увеличивается на величину Z₃ = 0,2 - 1,2 м. При двустороннем движении и расхождении судов с указанными скоростями величина запаса Z₃ должна быть увеличена примерно в 2 раза;

Zo - запас на крен судна, не должен быть меньше 0,5 м и принимается равным в долях от В:

-для танкеров - 0,017;

-для сухогрузных судов - 0,026;

-для лесовозов - 0,044;

Полная глубина в канале:

Н_о = Н_н + Z_к (7)

где:

Z_к - запас на заносимость, принимаемый в зависимости от мест­ных условий, но обычно не менее 0,4 и не более 1,2 м.

Весьма важным для обеспечения нормальной эксплуатации кана­лов является также правильное назначение крутизны откосов. Слиш­ком крутые откосы приводят к быстрому их оползанию, слишком пологие - к значительному увеличению объема дноуглубительных ра­бот. Обычно крутизна откосов каналов назначается в зависимости от грунтов дна и естественных (забровочных) глубин. Для илистых и глинистых грунтов в текучем состоянии откосы должны быть не круче 1:20 - 1:30, для более плотных илов - 1:10 - 1:20, для песчаных грун­тов - не круче 1:5 - 1:10 и для плотных глин - в пределах 1:2 - 1:3.

С течением времени под влиянием течения и волнения, а также воз­действия проходящих судов откосы делаются более пологими, так что к концу межремонтного периода заложения откосов увеличиваются в 1,5 - 2 раза, а их крутизна соответственно уменьшается.

Поиск по сайту: