Закрытыми называют такие соединительные или подходные каналы, которые отделены от моря (речного русла) подпорными (оградительными) сооружениями со шлюзами. Вход судов в закрытые каналы и выход из них осуществляются только через шлюзы. Закрытие канала шлюзами только у входов в него обеспечивает поддержание в канале постоянного уровня воды и защищает канал от разрушительных действий моря, когда уровни моря у
концов канала колеблются значительно и неодинаково.
На рис. 32 показана максимальная амплитуда колебаний уровня воды с внешних сторон шлюзов Кильского канала, вызываемых совокупными действиями приливов с нагонами и отливов со стонами. Наличие этих колебаний вызвало необходимость постройки Кильского канала закрытым.
Внутренние шлюзы, делящие канал на ступенчатые бьефы, устраивают обычно для уменьшения глубины выемки грунта при прохождении трассы канала через возвышенности (Панамский канал и др.), а также для преодоления перепада уровней воды в соединяемых каналом бассейнах (каналы Волго-Донской, Беломорско-Бал- тийский и др.).
|
|
Судоходные каналы, не огражденные от моря (реки) подпорными сооружениями со шлюзами, называют открытыми. К числу таких каналов относится ряд соединительных каналов, проложенных через сушу (Суэцкий, Коринфский), через недостаточно глубокие проливы (Керчь-Еникальский и др.) и большинство подходных каналов к морским портам. В СССР все подходные каналы к морским портам сооружены открытыми. Открытые каналы менее сложны по своему устройству и суда не теряют время на шлюзование. Однако поддержание навигационных (гарантируемых габаритов открытых каналов значительно сложнее, так как они постоянно подвергаются заноси- мости. Поэтому требуется проводить постоянный контроль за состоянием глубин таких каналов и иметь необходимое количество дноуглубительного флота для поддержания их навигационных габаритов.
Однако целесообразность строительства закрытого или открытого канала определяется экономическими расчетами.
Открытыми огражденными принято называть каналы или участки каналов, имеющие двустороннее или одностороннее ограждение в виде молов, ряжевых или земляных дамб. Такие ограждения устраивают на участках, наиболее подверженных заносимости с целью ее снижения.
Участок открытого морского канала, примыкающий к входу в гавани порта, огражденный двусторонними ряжевыми дамбами, показан на рис. 33.
К числу открытых огражденных каналов относятся: баровый участок канала, примыкающий к юго-западному рукаву реки
Миссисипи, огражденный парными молами; баровая часть Су- линского канала, огражденная парными дамбами; второе колено подходного канала к Одесской нефтегавани, огражденное со стороны моря волноломом; подходной канал к Порт-Саиду, огражденный двусторонними молами неодинаковой длины; Волго-Каспийский и Азово-Донской каналы, частично огражденные земляными дамбами, намытыми при производстве дноуглубительных работ и др.
|
|
Открытыми неогражденными называют такие каналы, которые на всем своем протяжении не имеют защитных оградительных молов или дамб.
К их числу относятся баровый канал Вентспилсского порта, приемное и баровое колено подходного канала к порту Нарьян- Мар, подходной канал к Бердянскому порту и др.
Глава XVI
ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ МОРСКИХ КАНАЛОВ
§ 48. Трасса канала
Основными элементами, характеризующими расположение и состояние канала, являются его трасса, глубина, ширина и величина заложения откосов. Трасса канала определяется расположением его оси в плане. Высотное положение трассы соединительного канала, проходящего через повышенный водораздел, характеризуется продольным профилем. Для наблюдения за состоянием канала по всей его длине закрепляют постоянную сеть промерных профилей (пикетов), положение которых на оси канала геодезически привязано к береговым навигационным знакам.
Выбор трассы канала при его проектировании имеет весьма важное значение, так как от этого во многом зависят: величина затрат на сооружение канала; последующие эксплуатационные расходы; обеспеченность нормальных условий плавания судов. Выбору трассы канала должны предшествовать подготовительные работы по тщательному изучению топографии местности и рельефа дна, гидрометеорологических и геологических условий в намечаемом районе сооружения канала, составление наиболее подробного плана района с изобатами и горизонталями. Основные принципы выбора трассы канала определены «Техническими условиями на проектирование морских каналов» (ВСН 24—71), разработанными Союзморниипроектом и введенными в действие с 1 декабря 1971 г.
Трасса подходного канала должна выбираться с таким расчетом, чтобы:
затраты на сооружение и содержание канала в эксплуатации были по возможности минимальными;
обеспечивались удобства и безопасность прохода судов по каналу и захода их в порт;
обеспечивалась возможность наивыгоднейшей компоновки оградительных сооружений порта;
учитывалась возможность перспективного развития порта.
Для соблюдения указанных условий требуется, чтобы:
объемы выемки были по возможности наименьшими, а грунты дна по трудности разработки — относительно легкими и, вместе с тем, обеспечивали устойчивость откосов прорези;
обеспечивалась возможность выбора наиболее удобного и дешевого способа транспортировки и отвала вынутого грунта применительно к проектируемым типам дноуглубительных снарядов и способу производства работ;
было возможно расположить свалку грунта в месте, достаточно близком к каналу, и в то же время исключающем ощутимый возврат вывезенного на свалку грунта в канал;
сопряжение трассы канала с генеральным направлением тече
ний и перемещений наносов позволило рассчитывать на относительно минимальную заносимость канала и, вместе с тем, на максимальный относ в сторону от канала сливаемой пульпы при использовании самоотвозных землесосов;
трасса канала была по возможности прямолинейной, а при необходимости устройства поворотов — углы поворота должны быть острыми, а радиусы закругления — наибольшими;
генеральное направление трассы было близким к направлениям господствующих по частоте ветров и течений (как показывает практика такое направление трассы вызывает наименьшую заносимость);
|
|
было возможно обеспечить оптимальный разнос знаков на местности по оси канала так, чтобы они не проектировались на какие-либо возвышающиеся над ними сооружения, деревья и т. п. и хорошо просматривались с судна;
на участках примыкания подходного канала к воротам порта и за воротами, на расстоянии не менее длины тормозного пути расчетного судна, не было поворотов и направление канала на этом участке было близким или совпадало с осью входных ворот порта.
При проектировании каналов на устьевых участках рек и на речных барах желательно соблюдение следующих дополнительных требований: расходы воды и наносов в рукаве, по которому прокладывается трасса канала в период высоких паводковых вод, должны быть относительно других рукавов наименьшими как до, так и после сооружения канала, когда живое сечение рукава будет увеличено; мероприятия по защите берегов от корабельных волн должны сводиться к минимуму.
Следует избегать прорытия канала в малоустойчивых илистых грунтах, вызывающих большую заносимость канала за счет оплывания в него жидкого ила с забровочных пространств. На выходе из устья направление барового канала должно совпадать с направлением русла реки, а дальше трасса канала должна ориентироваться в направлении господствующих ветра и течения.
Прорытый в конце XIX в. подходный канал шириной 100 м к аванпорту Ждановского порта имел направление трассы поперек господствующих ветров, течения, волнения и движения наносов. Заносимость этого канала оказалась катастрофической. Для уменьшения заносимости судоходной части было произведено уширение канала до 320 м между пикетами 0—1,5 км и до 213 м — между пикетами 1,5—3,5 км. Однако и это не обеспечило поддержание требуемой глубины канала. В 1926—1927 гг. по проекту инженера И. И. Воронова был прорыт новый подходной канал с входом в порт через угольную гавань. Трасса этого канала проложена в более плотных грунтах, направлена она под острым углом к направлению господствующих ветров и течения и заносимость канала значительно уменьшилась. Строительная стоимость нового канала была несколько выше чем у старого, но дополнительные затраты окупились снижением эксплуатационных расходов.
|
|
В ряде случаев по условиям местности трассирование канала в направлении господствующих ветров и течения может оказаться
невозможным. В таких случаях должны прорабатываться варианты устройства вдоль трассы канала защитных сооружений от за- носимости.
Пример Ждановского канала показывает, что вариант трассирования канала в направлении господствующих ветров и течения оказался более выгодным в сравнении с вариантом наиболее полного использования естественных глубин и наиболее короткого пути.
Варианты наиболее полного использования естественных глубин и естественных водоемов находят положительное применение при прохождении трассы канала через сушу. Беломорско-Балтий- ский канал, проходящий через повышенный водораздел между Белым морем и Онежским озером, имеет общую длину 227 км. Из них только 37 км проходят в искусственной выемке, а на остальном протяжении канал проходит по естественным озерам и рекам, сток которых зарегулирован подпорными сооружениями.
Положительные результаты использования рельефа местности, естественных глубин и имеющихся водоемов достигнуты также при сооружении каналов Волго-Балтийского, Волго-Донского, Панамского, Суэцкого и др.
§ 49. Ширина канала
Размерения судоходного канала в его поперечном сечении характеризуются глубиной, шириной, величиной заложения откосов и площадью поперечного сечения. Решениями международных судоходных конгрессов установлено, что подводное сечение морского канала должно превосходить не менее чем в 4 раза подводное миделевое сечение наибольшего судна, которое будет плавать по каналу. При этом всегда должно быть обеспечено превышение глубины канала в 1 м но отношению к наибольшей осадке судов.
В СССР впервые разработаны нормы технологического проектирования морских каналов (ВСН 19—70). Эти нормы введены в действие Министерством морского флота с 1 декабря 1970 г. Они являются обязательными для проектирования новых и реконструкции действующих каналов.
По расположению прорези канала относительно уровня воды и по условиям плавания судов нормы проектирования каналов различают:
каналы полного профиля, у которых боковые откосы выходят до уровня воды или выше его (рис. 34, а);
каналы неполного профиля, у которых боковые откосы прорези расположены ниже уровня воды (рис. 34,6);
мелководье, представляющее собою прибрежную отмель с глубинами, равными или близкими к глубине канала (рис. 34, в).
Под воздействием волн, течений и работы движителей проходящих судов форма поперечного сечения открытого канала (ширина, глубина, откосы) все время меняется и канал подвергается заносимости. Правила технической эксплуатации гидротехниче
ских сооружений и акваторий морских портов Министерства морского флота предусматривают осуществление постоянного контроля за состоянием габаритов канала и акватории порта. Организация этого контроля возложена на главного инженера порта. Под- дерясание навигационных габаритов прорези должно обеспечиваться на весь период навигации. О всех случаях срыва навигационных габаритов канала или акватории порта и их восстановлении даются экстренные извещения судовладельцам и судам, пользующимся услугами порта. Одновременно порт принимает меры к восстановлению навигационных габаритов и созданию запаса на заносимость.
сы определяют для судна в грузу и в балласте. Для одностороннего движения в качестве расчетной принимается большая из них. Для двустороннего движения расчет ширины маневровых полос делается в двух вариантах: расхождение расчетных судов в грузу и одного — в грузу, другого — в балласте. Принятие того или иного варианта обосновывается технико-экономическими расчетами. При этом проверяют экономическую целесообразность устройства канала с односторонним движением и со станциями (уширениями) для расхождения встречных судов.
Для определения суммы углов сноса и дрейфа судна под действием течения и ветра используют многолетние данные гидрометеорологических наблюдений за направлениями и скоростями течений и ветра, действующих в районе проектируемого капала и на его отдельных участках. В качестве расчетного выбирается ветер, обусловливающий максимальный дрейф судна, однако не сильнее ветра, при котором удержание судна на курсе становится невозможным. В последнем случае нормами проектирования не рекомендуется допускать, чтобы угол сноса и угол дрейфа в сумме превышали 25°.
Величина суммарного угла сноса и угла дрейфа судна находится в обратной зависимости от его расчетной скорости хода. Чем больше скорость хода судна, тем меньше суммарный угол его сноса и дрейфа. Меньшему суммарному углу сноса и дрейфа соответствует меньшая ширина маневровой полосы.
Расчетная скорость хода судна по каналу нормами проектирования каналов назначается из соотношения
Критической считается скорость, начиная с. которой дальнейшее увеличение числа оборотов движителей практически не приводит к увеличению скорости хода судна. Расчетная скорость в указанных пределах назначается с учетом необходимости обеспечения безопасности движения, сохранения устойчивости грунта па откосах и по возможности при наименьшей ширине канала. Величина критической скорости зависит от формы и площади поперечного сечения прорези канала, в том числе от ширины канала. Поэтому вначале ширину канала определяют для трех скоростей хода судна (например, 5, 8 и 12 узлов), охватывающих весь возможный диапазон скоростей хода расчетного судна. Соответственно для каждой из этих скоростей хода судна определяют углы сноса и дрейфа и предварительные значения ширины канала. Нормами технологического проектированияморских каналов установлены табличные значения углов сноса и углов дрейфа Значение углов сноса определяют по табл. 27 в зави-
Значение углов дрейфа определяют по табл. 28 в зависимости от курсового угла кажущегося ветра (ветра, измеренного на движущемся судне) и от соотношения скорости кажущегося ветра и скорости хода судна. Вектор скорости кажущегося ветра определяют как сумму векторов скорости истинного ветра (измеренного на метеостанции) и скорости судна с обратным направлением.
При обратном соотношении указанных величин канал рассчитывают на двустороннее движение. При этом затраты на дноуглубительные работы по уширению канала для двустороннего движения должны быть меньше затрат транспортного флота и порта, вызванных простоями судов в ожидании прохода по каналу одностороннего движения. Если эти условия не соблюдаются, проверяют экономическую целесообразность устройства канала с односторонним движением и со станциями для расхождения судов. Расстояние между этими станциями должно быть не менее
§ 50. Глубина канала и портовой акватории
Отсчетный уровень назначают на основе многолетнего графика обеспеченности уровня моря за весь навигационный период, включая время навигации с ледоколом. Обеспеченность отсчетно- го уровня в процентах назначают в зависимости от разницы между уровнем 50%-ной обеспеченности и минимальным наблюденным уровнем
Отсчетные уровни для различных участков устьевых каналов назначают с учетом поверхностного уклона реки. При больших, чем указано выше, разностях уровней воды или при относительно малом судообороте порта (одно расчетное судно за несколько суток) отсчетный уровень назначают на основании технико-экономического расчета. При этом сопоставляют расходы на дноуглубительные работы и затраты транспортного флота и порта, обусловленные простоями или переадресовками судов из-за недостаточных глубин на канале. Для приливных морей проверяют возможность и целесообразность принятия в качестве отсчетного такого приливного уровня, у которого продолжительность стояния вод достаточна для пропуска в обоих направлениях расчетных судов, подошедших к каналу ко времени наступления такого уровня.
Приливной отсчетный уровень используют на многих каналах, в том числе на Архангельском и Нарьян-Марском баровых каналах, на Онежском подходном канале.
Навигационную глубину канала (акватории порта) Нп и глубину проектную Н0 определяют по формулам:
На каналах полного профиля и акваториях портов волновой запас принимают равным нулю.
Таблица 31
Волновой запас при встречном или попутном волнении, м |
Нормы допускаемого перебора по глубине |
§ 51. Боковые откосы канала
Величина заложения боковых откосов морского канала зависит: от механических свойств грунта, в котором проложена прорезь канала, а также от наносного грунта, формирующего откосы; от механического воздействия на откосы канала морских волн, течений, движущихся по каналу судов; от периода формирования откоса.
Числовое значение величины заложения откоса выражается формулой
При проектировании каналов определяют:
величину заложения откосов, сформировавшихся в процессе работы земснаряда к моменту производства исполнительных промеров (m0);
величину заложения откосов, сформировавшихся в межремонтный период к началу выполнения очередных ремонтных дноуглубительных работ, определяемых по предварительным промерам (m1).
Нормирование величины заложения откосов проектной прорези выполняют в зависимости от типа и состояния грунтов, в которых она прокладывается (табл. 35) (ВСН — 19—70).
Из приведенных в таблице для каждого типа грунта значений — меньшие принимаются для прибрежных участков канала (с малыми забровочными глубинами), большие — для его мористых участков (с большими забровочными глубинами). При наличии надежного аналога и для действующих каналов величину заложения откосов принимают по фактическим данным. Величину заложения откоса m2 сформировавшегося к концу межремонт-
В данном случае изменение величины заложения откоса только на единицу дает прирост (уменьшение) объема выемки на 9000 м3, а на всем диапазоне почти вдвое. Занижение величины заложения откоса ухудшает условия поддержания гарантируемых (навигационных) габаритов прорези, так как откос будет формироваться в зоне навигационной ширины канала, а не за ее пределами. Для бесперебойного обеспечения гарантируемого габарита канала потребуется чаще выполнять ремонтные дноуглубительные работы или дополнительно уширить канал соответственно фактической величине заложения откоса.
При прорытии земснарядами глубоких выемок с большими слоями извлекаемого грунта разработка прорези должна проектироваться послойной. Рабочую ширину прорези в каждом слое назначают дифференцированно, из расчета ступенчатого формиро-
вания откоса. При этом обеспечивается наиболее производительное использование земснарядов, так как при разработке большого слоя грунта (больше оптимальной величины) в процессе дноуглубления периодически возникают местные обвалы грунта и папиль- онажный земснаряд по существу почти все время работает на подборе обвалов с пониженной производительностью. В практике имелись случаи серьезных поломок земснарядов, вызванные обвалом грунта.
§ 52. Определение ширины и глубины канала
Глава XVII
ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ КАНАЛОВ
§ 53. Характеристика иностранных соединительных каналов
Из зарубежных соединительных каналов наиболее важное международное значение имеют Суэцкий, Панамский и Кильский каналы. Суэцкий канал является одним из наиболее крупных соединительных каналов. Через него проходит кратчайший морской путь из Европы в порты Индийского океана и Дальнего Востока. Канал соединяет между собою бассейны Средиземного и Красного морей. Начало строительству Суэцкого канала было положено в 1859 г. Первые небольшие суда прошли по всей длине канала в 1865 г. Окончание строительства и официальное открытие канала для судоходства состоялось в ноябре 1869 г.
Трасса канала проложена по территории Арабской Республики Египет (АРЕ) через низменный Суэцкий перешеек, разделяя его с севера на юг в наиболее узкой части (рис. 39). Общая длина канала, включая углубленные подходы со стороны Средиземного и Красного морей, составляет 174 км, в том числе по перешейку между конечными пунктами канала 161 км. На протяжении около 100 км канал проходит по морским лагунам и озерам, из которых наиболее крупными являются озеро Тимсах, Большое и Малое Горькие озера. На протяжении около 45 км канал проходит по восточному берегу озера Мензале.
Основными пунктами канала являются: Порт-Саид — у входа со стороны Средиземного моря, порт Суэц — у входа со стороны Красного моря, порт Исмаилия — административный центр управления Суэцкого канала, расположенный в средней части канала у озера Тимсах, и г. Эль-Кантара — конечный пункт железной дороги на восточной части перешейка.
После постройки в 1869 г. канал имел глубину 8 ж и ширину 22 м. В дальнейшем соответственно росту судооборота габарит канала постоянно увеличивали и к 1967 г. он обеспечивал проход судов с осадкой 11,6 м. Канал имеет пункты расхождения встреч-
ных караванов судов. Подходный канал к Порт-Саиду в Средиземном море на протяжении 9,2 км прорезает прибрежную отмель до изобаты, превышающей глуби |
ну канала. Этот канал огражден от заноснмости молами с запада по длине 7,3 км, с востока— по длине около 3 км. Западный мол защищает канал от наносов, перемещаемых вдоль берега от устья реки Нила. По мере накопления наносов молы удлиняют. Намечается дальнейшее увеличение габарита канала для пропуска судов в первую очередь с осадкой 16,2 м и во вторую очередь до 20,4 м. Допускаемая скорость хода судов по каналу
5. км/ч. Навигационное оборудование канала обеспечивает судоходство круглосуточно. Среднее время прохождения судов по каналу составляет
6. ч, минимальное—11,3 ч. Проводку судов по каналу обеспечивает лоцманская служба.
Канал построен открытым (нешлюзованным). Бесперебойное движение судов по каналу поддерживается высоким уровнем гарантии в обеспечении прохода судов на объявленную осадку. Гарантируемую глубину поддерживают от самых низких уровней воды, наблюдавшихся в различных пунктах канала. В южной половине канала между озером Тимсах и Суэцким заливом во время действия северного и северо-западного ветров наблюдается значительное понижение уровня воды, особенно если ветер совпадает с отливом в Суэцком канале. Одностороннее понижение уровня создает сильное течение в канале, что несколько усложняет плавание судов, но не прекращает его.
По грузообороту Суэцкий канал занимает первое место в мире.
/
По каналу проходит свыше 170 млн. т грузов в год, из которых около 60% составляют нефтепродукты, идущие из стран Ближнего и Среднего Востока в Европу. Судооборот канала 18—20 тыс. судов в год, плавающих под флагами 46 государств мира. После открытия Суэцкого канала путь из портов Европы в порты Индийского океана и Дальнего Востока сократился на 6—14 тыс. км. Наибольшее сокращение пути получают суда, следующие из Черного и восточной части Средиземного морей в Индийский и Тихий океаны. По сравнению с путем вокруг Африки сокращение пути на некоторых линиях составляет (тыс, км):
Одесса — Бомбей................................................... 14,2
Одесса — Владивосток.......................................... 10,8
Лондон—-Кувейт.................................................. 10
Марсель — Бомбей................................................ 8,4
Гамбург — Бомбей................................................ 8
Лондон — Гонконг................................................. 7,1
Ливерпуль — Иокогама........................................ 5,9
Трасса Панамского канала проложена в Центральной Америке по наиболее низкой части Панамского перешейка через повышенный водораздел между Карибским морем в Атлантическом океане и Панамским заливом в Тихом океане (рис. 40). Предварительные высотные отметки доходили до 87 м (в районе Кулеб- ры). Канал шлюзованный со ступенчатыми бьефами. Концевые участки канала (подходы к шлюзам) со стороны Карибского моря и Панамского залива открытые огражденные. Общая длина канала между глубокими водами 81,6 кж, в том числе закрытая часть канала 57,3 км. Минимальная ширина канала 91,5 м, глубина 12,2 м. Длина каждой шлюзовой камеры 305 м, ширина 33,5 м, глубина на пороге 12,5 м.
Проводки судов через шлюзы производят электровозами, движущимися поверх стенок шлюзовых камер по зубчатым рельсам. На остальных участках канала суда идут своим ходом. Движение по каналу круглосуточное в течение всего года. Шлюзы канала парные, что позволяет шлюзовать суда одновременно в обоих направлениях. Канал на всем протяжении рассчитан на двустороннее движение. Среднее время прохождения одного судна по каналу составляет 10 ч, минимальное 4 ч 10 мин. Максимальная пропускная способность канала за сутки 48 судов (около 17 тыс. судов в год).