Глава тринадцатая
СУДОХОДНЫЕ СООРУЖЕНИЯ
13.1. Основные направления проектирования судоходных сооружений
В СССР работы по созданию Единой глубоководной системы европейской части страны (рис. 13.1) в основном завершены. Это позволило улучшить судоходные условия на важнейших водных путях рек Волги, Камы, Днепра, Дона и других водных магистралей и соединений.
В дальнейшем воднотранспортное гидротехническое строительство будет интенсивно развиваться за счет промышленного освоения восточных районов, намечаемой переброски части стока северных рек, использования для судоходства крупных каналов водохозяйственного назначения (Северо-Крымский и Волго-Уральский), усовершенствования Единой глубоководной системы европейской части СССР.
Рис. 13.1. Единая глубоководная система европейской части СССР.
Предполагается построить значительное число как низконапорных судоходных сооружений (до 40 м), по которым имеется значительный опыт проектирования, строительства и эксплуатации, так и высоконапорных сооружений, по которым такой опыт отсутствует.
В практике проектирования, строительства и эксплуатации судоходных сооружений можно отметить следующие тенденции: максимально сокращается протяженность трасс судоходных сооружений, включая подходы; наиболее предпочтительными считаются одноступенчатый подъем и русловые или полурусловые компоновки, которые позволяют ускорить пропуск судов и снизить стоимость строительства и эксплуатации, а также обеспечить временное судоходство в строительный период при перекрытии русла гидроузлов.
Многокамерные шлюзы из-за низких технико-экономических и эксплуатационных показателей в проектах почти не разрабатываются. Основными недостатками многокамерного шлюза по сравнению с однокамерным являются: низкая судопропускная способность, что приводит к простоям флота в бьефах и, как следствие, к дополнительным эксплуатационным затратам на флоте; для исключения простоев следует предусматривать строительство второй нитки шлюза; необеспеченность судоходства через створ гидроузла с момента перекрытия русла. Это обстоятельство часто приводит к необходимости иметь в составе гидроузла временный шлюз, что существенно удорожает стоимость комплекса судоходных сооружений, тем более что в последующем временный шлюз консервируется и омертвляются капиталовложения; в однокамерном шлюзе временное судоходство осуществляется с пониженным порогом верхней головы и устройством временного верхового подходного канала к шлюзу; значительное увеличение протяженности трассы судоходных сооружений, числа ворот, затворов и механизмов, что снижает гарантию надежности эксплуатации многокамерного шлюза и приводит к увеличению численности эксплуатационного персонала.
Приведенные недостатки многокамерных шлюзов послужили причиной, по которой XXI Международный конгресс по судоходству рекомендовал для гидроузлов любых напоров, включая высоконапорные, отдавать предпочтение шлюзам с одноступенчатым спуском-подъемом. При значительном грузообороте для обеспечения расчетной пропускной способности проектируют однокамерные многониточные шлюзы с короткими камерами, которые позволяют создавать большие скорости судопропуска и высокую пропускную способность. Так, пропускная способность двухниточного шлюза с камерами, вмещающими по одному судну, примерно на 30—40% выше, чем однониточного, рассчитанного на пропуск двух судов. Кроме того, двухниточные шлюзы создают гарантию работы судоходных сооружений в случае выхода из эксплуатации одной из ниток.
Сокращение затрат по гидроузлу при оптимальной его компоновке иногда достигается при конструктивном и функциональном совмещении судоходных сооружений с другими сооружениями гидроузла. Примером такого совмещения является шлюз Павловской ГЭС на р. Уфе, который при катастрофических паводках может выполнять функции водосброса, а камера шлюза выполняет роль устоя, сопрягающего здание водосливной гидроэлектростанции с земляной плотиной (рис. 13.2). При небольшом грузообороте в створе гидроузла судоходные сооружения могут совмещаться с рыбопропускными сооружениями (Усть-Манычский гидроузел).
Эффективность судоходных сооружений может быть повышена за счет сокращения времени ввода судов в камеру и выхода их из камеры, поскольку на эти операции затрачивается до 50% полезного времени на шлюзование. Такое сокращение времени достигается за счет следующих мероприятий: увеличения глубин на королях голов и камер шлюзов, а также устройства специальных отверстий в стенках камер и устоев голов для уменьшения влияния «поршневого эффекта», возникающего при входе и выходе судов; применения механической тяги при проводке судов и плотов, устройств для бокового перемещения судов в подходных каналах, которые позволяют сократить простой входящего в камеру судна в ожидании выхода встречного судна; внедрения автоматического контроля и управления процессами шлюзования. Разработка приспособлений для автоматической швартовки судов и усовершенствование отбойных и предохранительных устройств также направлены на улучшение условий шлюзования.
Рис. 13.2. Совмещенная компоновка судоходного шлюза-водосброса со зданием ГЭС.
1 — водосливная ГЭС; 2 — правобережная грунтовая плотина; 3 — левобережная грунтовая плотина; 4 — совмещенный шлюз-водосброс; 5 — верховой подход к шлюзу; 6 — причально-ограждающие стенки; 7 — низовой подход шлюзу.
При проектировании судоходных сооружений необходимо уделять больше внимания сокращению численности обслуживающего персонала и улучшению условий его труда: предусматривать лифты, специальное оборудование для выполнения ремонтных работ, улучшенные производственно-бытовые помещения, особое освещение.
Для продления навигации необходимо продолжить исследования для обеспечения нормальной эксплуатации судоходных сооружений в условиях пониженных температур воздуха. Дальнейшего изучения и развития требуют вопросы, связанные с проектированием подходов к судоходным сооружениям. Необходимо обосновать требования к защищенности аванпортов от волнения с учетом тенденции развития современного флота, разработать рациональные конструкции причальных и ограждающих сооружений для глубоководных акваторий при больших колебаниях навигационных уровней воды в бьефах, выработать рекомендации по созданию хороших судоходных условий на входных участках подходных каналов и предотвращению их заносимости. Для улучшения условий движения и отстоя судов в подходных каналах следует по возможности избегать забора из них для наполнения камер и особенно сброса в них расходов воды при опорожнении.
Широкое распространение на реках СССР получили скоростные пассажирские суда (на подводных крыльях, полуглиссирующие и на воздушной подушке). Пропуск скоростных судов, развивающих скорость на водном пути до 0,028 км/с, через судоходные сооружения значительно осложняет работу последних и крайне нерентабелен из-за больших потерь времени на шлюзование. В связи с этим возникла необходимость строительства для пропуска скоростных судов специальных сооружений на существующих и на вновь строящихся гидроузлах Малая масса и большая прочность скоростных судов позволяют осуществлять их перемещение в створе гидроузла насухо с большой скоростью. Для этого разрабатываются проекты малогабаритных подъемников вертикального кранового типа и наклонного на рельсовом или пневматическом ходу. Существует также предложение снабдить скоростные суда убирающимися шасси, которые выдвигаются при движении скоростных судов по специально оборудованным путям и убираются при движении по водному пути. В настоящее время для пропуска скоростного и маломерного флота строится специальное судоходное сооружение на Константиновском гидроузле и намечается строительство -аналогичного сооружения на Николаевском и Кочетовском гидроузлах.
