Глава 25
Судоходные шлюзы
§ 25—1. ШЛЮЗОВАНИЕ РЕК И СУДОХОДНЫЕ КАНАЛЫ
Рис. 25—1. Разбивка реки на бьефы.
В тех случаях, когда в естественных условиях не обеспечиваются в реке гарантированные, требуемые для судоходства, глубины и они не могут быть достигнуты с помощью дноуглубительных и выправительных работ, приходится прибегать к шлюзованию рек*. Этот способ увеличения судоходных глубин состоит в строительстве плотин, разделяющих реку на ряд подпертых участков — бьефов. Места расположения плотня и их высоту подбирают так, чтобы подпор от нижележащей плотины доходил до вышележащей и глубина воды в нижнем бьефе каждой плотины была не меньше заданном судоходной глубины.
При шлюзовании уровни воды на продольном профиле реки принимают ступенчатый вид (рис. 25—1).
Предполагая грубо приближенно, что подпор от плотины распространяется горизонтально, величину подпора 11, создаваемую каждой плотиной, можно найти из зависимости:
(25-1) где i — средний уклон реки;
L — расстояние между плотинами;
h — глубина реки до шлюзования;
Т — судоходная глубина.
Строительство крупных гидроэлектростанций на больших реках — Волге, Каме, Днепре, Иртыше и т. д. — предусматривает комплексное использование энергии рек. Поэтому на больших и средних реках при плотинах ГЭС возводят судоходные шлюзы, обеспечивающие транспортную связь на шлюзованных участках реки.
В целях лучшего использования воды на ГЭС целесообразно зарегулирование стока реки путем создания водохранилищ, для чего требуется возведение плотин высотой 15—20 м и выше. В этих условиях по образованным ими озеровидным водохранилищам резко изменяются условия плавания судов по сравнению с условиями плавания на реках.
В зависимости от расположения объектов гидротехнического строительства на внутренних водных путях определенного класса (сверхмагистрали, магистрали, пути местного значения) СН и П Н-И. 1-62 устанавливают для гидротехнических сооружений на этих путях четыре класса капитальности. Каждому классу водного мути соответствуют определенные типы наибольших расчетных судов.
* Н. Н. Джунковский, А. Р. Березинский. Внутренние водные пути. Стройиздат, 1948.
Рис. 25—3. Поперечное сечение судоходного канала.
Крупные ирригационные каналы могут быть использованы, помимо непосредственного их назначения, также для движения небольших судов по ним. Судоходство, например, распространено по магистральным и крупным оросительным каналам, вытекающим из р. Аму-Дарьи, а также на Каракумском канале.
§ 25-2. ТИПЫ И ОСНОВНЫЕ РАЗМЕРЫ СУДОХОДНЫХ ШЛЮЗОВ
Судоходными шлюзами называют гидротехнические сооружения, которые служат для перевода судов из одного бьефа в другой. Перевод судов осуществляется посредством камер, уровни в которых последовательно выравнивают с уровнями воды в верхнем и нижнем бьефе или наоборот. Процесс проводки судов через шлюз называют шлюзованием их. В России первые камерные шлюзы были построены при Петре в 1701 г. на Вышневолоцкой судоходной системе.
Камерный судоходный шлюз состоит из камеры, в котором размещаются суда во время шлюзования, и замыкающих ее со стороны верхнего и нижнего бьефов голов шлюза (верхней и нижней). Камера образуется двумя продольными стенами и двумя шлюзными воротами, размещенными в головах шлюза, открываемыми и закрываемыми для пропуска судов в камеру или из камеры (рис. 25—4). Наполнение и опорожнение камер шлюзов производят по специальным водопроводным устройствам, которые соединяют камеру с верхним и нижним бьефами и называются системой питания шлюза. Порог днища (флютбета) в пределах голов называют королем шлюза. Разность между максимальным уровнем верхнего бьефа и минимальным горизонтом нижнего составляет напор шлюза. Процесс шлюзования судов происходит следующим образом: положим, что судно шлюзуется из нижнего бьефа в верхний (рис. 25—5). Затворы обеих голов закрыты. Первоначально уровень воды в камере сравнивают с уровнем воды нижнего бьефа (если этот уровень не был ранее установлен). Для снижения уровня в камере открывают отверстия нижних водопроводных галерой и спускают воду из каморы по галереям в нижний бьеф.
Рис. 25—4. Камерный судоходный шлюз.
Рис. 25—5. Схема шлюзования судна в камерном шлюзе:
а — судно пошло в камеру со стороны нижнего бьефа; б — уровень воды в камере поднят, затвор верхней головы опущен и судно может выйти из камеры; в — план шлюза.
По выравнивании уровней затворы водопроводных галерей закрывают, открывают ворота нижней головы, и судно входит в камеру (рис. 25—5, а). После закрытия нижних ворот открывают отверстия водопроводных галерей, соединяющих камеру с верхним бьефом, и по ним поступает вода, повышающая уровень воды в камере до отметки уровня верхнего бьефа. Одновременно с повышением уровня поднимается находящееся в камере судно. Когда уровни поды сравняются, закрывают затворы верхних водопроводных галереи, открывают затвор верхней головы, и судно покидает шлюз (рис. 25—5, б). Подобным образом происходит и шлюзование судов из верхнего бьефа в нижний. Если подряд несколько шлюзований происходит в одном направлении, т. е. снизу вверх или сверху вниз, то такое шлюзование называют односторонним; если же шлюзование производится попеременно — то вниз, то вверх — его называют двусторонним, или встречным. Размеры камер шлюзов должны обеспечивать размещение в них составов судов, которые будут плавать на данном водном пути и проходить через шлюзы. Судоходные шлюзы по числу камер разделяют па: однокамерные (рис. 25—6); однокамерные с промежуточной головой (воротами), позволяющие при пропуске судов малых размеров пользоваться частью камеры (для уменьшения объема воды, требуемого на шлюзование и сокращения времени шлюзования) (рис. 25—6, а); многокамерные (или многоступенчатые), состоящие из 2—3 и большего числа последовательно располагаемых камер (рис. 25—6, б и в); парные (параллельные). Однокамерные шлюзы возводятся при создаваемых плотиной напорах 10—12 м. При напорах более 13—17 м строят многокамерные шлюзы. Например. для преодоления напора Днепровской плотины, равного 37,2 м, устроен трехкамерный шлюз. Парные шлюзы действуют независимо один от другого: их делают для обеспечения большой пропускной способности шлюзов (например, на плотине Рыбинской ГЭС). При напорах 25 — 30 м и более для уменьшения высоты нижних ворот устраивают над ними поперечную забральную стенку камеры, а взамен низовых ворот устанавливают плоский затвор, поднимающийся кверху. Такие шлюзы носят название шахтных (рис. 25—7).
При недостатке в реке воды, расходуемой на шлюзование, применяют шлюзы со сберегательными бассейнами. В таких шлюзах рядом с камерой устраивают несколько бассейнов, имеющих дно на различном уровне и соединенных с камерой. При опорожнении камеры вода из нее
