На внутренних водных путях основным методом обеспечения заданных габаритов судовых ходов и улучшения судоходных условий являются дноуглубительные работы. Дноуглубительные работы выполняются с помощью землечерпательных снарядов (земснарядов), которые извлекают и удаляют грунт с затруднительных для судоходства участков речного русла.
Углубляемый земснарядами участок дна водного объекта называют дноуглубительной (судоходной) прорезью. В результате дноуглубительных работ на перекатах, подходах к портам, затонах и их акваториях поддерживаются гарантированные габариты судовых ходов.
Дноуглубительные работы, выполняемые на внутренних водных путях, подразделяются на транзитные и внетранзитные.
Транзитные дноуглубительные работы выполняют для поддержания или увеличения габаритов водного пути на существующих или вновь открываемых судовых ходах.
Внетранзитное дноуглубление, выполняемое за пределами транзитных судовых ходов, предусматривает выполнение работ по углублению подходов к портам, пристаням и причалам, разработку затонов и отстойных пунктов, устройство котлованов гидротехнических сооружений, траншей под дюкерные переходы, намыв территорий и сооружений.
Транзитные дноуглубительные работы по своему назначению подразделяются на капитальные и эксплуатационные.
Капитальные работы выполняют для коренного улучшения судоходных условий на затруднительных участках рек. Основная цель капитального дноуглубления – создание нового судового хода, более удобного для судоходства и менее подверженного заносимости.
Капитальные дноуглубительные работы предусматривают создание нового судового хода путем спрямления пойменных извилин, отторжения побочней или углублением развивающихся второстепенных рукавов. Перенос судового хода в новое положение выполняют при неблагоприятных судоходных условиях на существующем судовом ходу (малый радиус закругления судового хода, его недостаточная просматриваемость, наличие свального течения) или для того, чтобы снизить объемы эксплуатационного дноуглубления.
Капитальные работы могут выполняться и в пределах существующих судовых ходов для их значительного углубления и расширения, а также для обеспечения их устойчивости путем закрепления размываемых берегов и подвижных русловых образований (побочней, осередков, островов).
Эксплуатационные дноуглубительные работы выполняют на существующих судовых ходах для поддержания заданных габаритов пути и обеспечения безопасности судоходства.
Эксплуатационные дноуглубительные работы в свою очередь подразделяются на восстановительные и ремонтные.
Восстановительные работы выполняют для удаления с судового хода наносов, отложившихся на перекатах во время весеннего половодья. Их цель – восстановить на перекатах судовые глубины и тем самым подготовить к межени существующий судовой ход.
Ремонтные дноуглубительные работы проводят на реках в период низкой водности (в межень) для ликвидации меженной заносимости судовых ходов.
Как уже отмечалось, дноуглубительные работы включают разработку судоходных прорезей в русле реки земснарядами. Судоходные прорези, в соответствии с видами транзитных дноуглубительных работ, подразделяется на капитальные и эксплуатационные (восстановительные и ремонтные).
П
Рис. 7.1. Схема дноуглубительной прорези:
а – план переката; б – поперечное сечение;
в – продольный профиль
ри разработке земснарядами судоходной прорези создается подводный канал заданной глубины и ширины через гребень переката, глубины на котором недостаточны для движения судов и составов. На рис. 7.1 показаны план, поперечный и продольный профили русла с глубиной h1 при проектном уровне. После разработки прорези с заглублением в речное дно на величину hсл глубина на участке прорези h2, получилась равной
(7.1)
где: d z – понижение уровня воды в реке, вызванное разра-боткой прорези.
При малом поперечном сечении прорези по сравнению с живым сечением реки величина δz мала, и ее можно не учитывать. В остальных случаях величину понижения уровня δz необходимо определять расчетом, т.к. при значительном снижении уровня может возникнуть угроза срыва судоходных глубин на выше расположенных перекатах.
Боковые границы прорези на уровне проектного дна принято называть кромками (см. рис. 7.1,а). Направление прорези определяют от нижней ее границы соответственно ориентировки корпуса земснаряда грунтозаборным устройством против течения. Поэтому правой кромкой прорези называют границу, расположенную у левого берега, левой кромкой – у правого берега. Верхняя и нижняя границы прорези определяются изобатами проектной (в большинстве случаев гарантированной) глубины. Однако для упрощения производства работ и учета показателей их выполнения границы обозначают прямыми линиями, нормальными к кромкам. Иногда верхнюю и нижнюю границы образуют ломаными линиями соответственно расположению проектной изобаты.
Углубление судового хода в пределах прорези производится до отметки проектного дна (см. рис.7.1,б), соответствующей гарантированной глубине водного пути Tг при проектном уровне. В связи с особенностями разработки грунта различными грунтозаборными устройствами для достижения проектного дна на всей площади прорези приходится извлекать определенный объем грунта ниже этой отметки. Среднее по всей прорези технологическое переуглубление дна называют запасом на неровность выработки hн.
Слой грунта, удаляемый до отметки проектного дна, называют полезным hп. Для эксплуатационных прорезей характерен тонкий полезный слой удаляемого грунта, в среднем по всей прорези даже на крупных реках он редко превышает 0,5 м. В связи с неровной поверхностью дна толщина полезного слоя в пределах прорези изменяется в широких пределах.
Судоходные прорези должны отвечать следующим основным требованиям: 1) иметь установленные габаритные размеры (глубину, ширину, радиус закругления) не ниже гарантированных габаритов судового хода; 2) быть удобными и безопасными для движения судов и составов; 3) иметь малый объем заносимости, чтобы повторные ремонтные работы были минимальными; 4) иметь наименьший возможный объем выемки, чтобы затраты средств на разработку прорези и сроки производства работ были минимальными; 5) способствовать (вместе с отвалом) общему улучшению переката.
При устройстве прорези в условиях конкретного переката выполнить все перечисленные требования бывает не всегда возможным. Некоторые из этих условий могут оказаться противоречащими друг другу. Поэтому основными во всех случаях являются требования судоходства – удобство и безопасность плавания.
Для соблюдения требований судоходства прорези делаются прямыми. Лишь в отдельных случаях длинные прорези допустимо составлять из двух-трех прямых колен с малыми углами между ними. При этом стремятся, чтобы подходы к прорези сверху и снизу имели, возможно, большие закругления; на прорези и на подходе к ней отсутствовали свальные (поперечные) течения, а скорость течения при входе в прорезь и выходе из нее изменялась плавно. Для создания плавных подходов к прорези ведется подрезка побочней и осередков или уширение концевых участков прорези путем излома одной из ее кромок. Переуглублением концевых участков прорези добиваются плавного изменения скорости по длине участка реки. Чтобы не допустить образования свальных течений, направление прорези, по возможности, проектируют совпадающим с направлением весеннего и меженного потоков. При этом особое внимание уделяют выбору местоположения отвала грунта.
На внутренних водных путях производством дноуглубительных работ руководит производитель путевых работ (прораб). Основным руководящим документом для прораба при планировании дноуглубления на плёсе является производственно-оперативный план путевых работ на навигацию. На основе этого плана с учетом фактических гидрологических условий и русловых переформирований, прораб путевых работ осуществляет расстановку земснарядов по плёсу и распределяет объемы дноуглубления по видам и периодам навигации.
Дноуглубительные работы на свободных реках, у которых половодье наступает весной вследствие таяния снегов, выполняют в три периода: весенний, подготовительный и меженно-осенний (рис. 7.2)
Рис. 7.2. Периоды путевых работ на реках с весенним половодьем:
1 – весенний период; 2 – меженно-осенний; 3 – ледостав
Весенний период начинается с открытия навигации (после прохождения весеннего ледохода) и заканчивается на спаде половодья при наступлении рабочих уровней дноуглубления, когда глубина опускания грунтозаборных устройств земснарядов (Нч) достаточна для разработки прорезей до проектного дна. В этот период выполняют внетранзитные работы, а также разрабатывают капитальные прорези.
Подготовленный период дноуглубительных работ продолжается с момента наступления рабочих уровней дноуглубления и завершается при уровнях, превышающих проектный на величину, равную 25% гарантированной глубины (Тг), но не менее 0.25-0.5 м. В подготовительный период разрабатывают восстановительные прорези, а также капитальные прорези. Подготовительный период является основным в транзитном дноуглублении. В этот период затруднительные перекаты подготавливают к наступлению низких меженных уровней.
Меженно-осенним периодом путевых работ считается время от конца подготовительного периода и до окончания навигации (до начала осеннего ледохода). В этот период выполняют в основном ремонтные работы, т.е. подчистку ранее разработанных капитальных и восстановительных прорезей, а также внетранзитные работы. Очередность разработки прорези по срокам устанавливается с учетом времени лимитирования перекатов по глубинам и с учетом минимальной потери времени на буксирование земснарядов с одного переката на другой. Во всех случаях разработка дноуглубительных прорезей предусматривает обеспечение заданных гарантированных габаритных размеров водного пути.
