Сетка стандартных значений полезных размеров камеры шлюза РФ

 

Отношение полезной ширины камеры шлюза, к полезной длине
Глубина на порогах шлюза	6,0 5,5 5,0 –	6,0 5,5 5,0 –	6,0 5,5 5,0 –	5,5 5,0 4,5 4,0	5,5 5,0 4,5 4,0	5,5 5,0 4,5 4,0	4,0 3,5 3,0 –	3,0 2,5 2,0 –	3,0 2,5 2,0 1,5	3,0 2,5 2,0 1,5	2,0 1,5 1,0 –

 

    При согласовании с Министерством Транспорта РФ и с другими органами, регулирующими судоходство, допускается полезную длину и ширину камеры принять нестандартную, а для шлюзов на приморских окончаниях ВВП с учетом пропуска морских судов.

    Размеры поперечного сечения камеры шлюза докового типа для случая отсутствия водопроводных галерей в днище (рис. 3.3):

· глубина воды в камере, отсчитываемая от расчетного наинизшего судоходного уровня,

(3.7)

где а_п – возвышение порога нижней головы над днищем камеры, принимаемое 0,0 ÷ 1,0 м;

· высота стенки

.

(3.8)

 

Рис. 3.3. Поперечный разрез камеры шлюза:

 

1 – стенка; 2 – плавучий рым; 3 – днище;

а – возвышение верха стенок над расчетным наивысшим уровнем, принимаемое не менее 2,0 м для сверхмагистральных водных путей (глубина 3,2 м и более), 1,0 м – для магистральных (глубина от 1,5 до 3,2 м) и 0,5 м – на путях местного значения (глубина менее 1,5 м);  - расчетный напор на камеру;  - высота стенки камеры.

 

· Толщина стенки на отметке верха днища и толщина днища определяются по результатам статического расчета; при предварительных расчетах их толщину можно принимать:

при < 15 м – 0,18 , а при   ≥ 15 м – 0,22 .

Классификация шлюзов

По признаку функционального назначения гидротехнические сооружения шлюзы подразделяются на следующие виды:

· судоходные шлюзы, предназначенные для шлюзования судов;

· шлюзы – водосбросы, обеспечивающие, помимо судопропуска, сброс паводковых вод (Павловский шлюз на р. Уфе с напором 33 м);

· лесопропускные шлюзы, служащие для спуска древесины из верхнего бьефа в нижний бьеф;

· рыбопропускные шлюзы, предназначенные для пропуска ценных проходных пород рыб из нижнего бьефа в верхний бьеф;

· шлюзы – регуляторы, обеспечивающие перераспределение воды для различных водохозяйственных целей.

      Судоходные шлюзы классифицируются по типу систем питания, напору, по расположению в плане, а также по способу сбережения воды.

      Системы питания подразделяются:

· по способу подачи воды в камеру и выпуска воды из нее на

o сосредоточенные (чаще всего головные);

o распределительные;

o комбинированные.

· по способу забора воды из верхнего бьефа и выпуска её в нижний бьеф

o забор из верхнего подходного канала и выпуск в нижний подходной канал;

o боковой забор и выпуск воды вне подходных каналов.

    Головные системы питания шлюзов условно разделены на две основные группы:

o безгалерейные;

o с короткими обходными галереями.

В безгалерейных системах питания наполнение и опорожнение камер шлюзов может производиться через отверстия в воротах (клинкеты), через отверстия под воротами (полноповоротные сегментные затворы, плоские подъемно - опускные сегментные) или над затворами при использовании плоских опускных ворот.

В системах питания с короткими обходными галереями наполнение и опорожнение камер производится через водоводы, расположенные в днище или в устоях голов шлюза.

    Распределительные системы питания судоходных шлюзов характеризуются тем, что подача воды и выпуск ее из камер производятся через множество отверстий (выпусков), соединяющих камеру шлюза с продольными галереями, расположенными в днище или в стенках камеры. При этом выпуски могут располагаться по всей длине или только на части длины камеры шлюза.

По конструктивному признаку распределительные системы питания разделены на простые и сложные, или улучшенные. Наиболее сложные системы питания, обеспечивающие равномерное распределение поступающего в камеру расхода воды на разные ее участки, иногда называют эквиинерционными.

    Комбинированное питание камер судоходных шлюзов может осуществляться на основе использования, как головных, так и распределительных систем питания. Конструктивные решения комбинированных систем питания могут быть самыми разнообразными. Так, в распределительных системах питания при более высоких уровнях воды в камере можно дополнительно использовать головное питание, позволяющее существенно ускорить процесс шлюзования.

Наиболее простой схемой комбинированного головного питания камер шлюзов малого напора, осуществленной на практике, является система наполнения через короткие обходные галереи и через отверстия в воротах (клинкеты). При головном наполнении камер шлюзов среднего напора с помощью плоских опускных ворот, например, можно осуществить одновременное поступление воды в камеру через отверстие, образующееся при их опускании под воротами, и с одновременным переливом воды через верх ворот.

Применение комбинированных систем питания позволяет улучшить гидравлические показатели работы судоходных шлюзов, в особенности шлюзов с головными системами наполнения камер.

    В гидравлическом отношении системы питания камер судоходных шлюзов должны удовлетворять следующим основным требованиям:

· обеспечивать необходимое время наполнения и опорожнения камер в соответствии с заданной пропускной способностью шлюза;

· обеспечивать в течение необходимого времени безопасные условия для шлюзуемых судов в камере и для судов, ожидающих в это время шлюзования у причальных стенок подходных каналов;

· при заданных режимах наполнения и опорожнения камер не допускать разрушений отдельных конструкций шлюза, размывов дна подходных каналов, явлений кавитации, вибрации ворот и затворов водопроводных галерей и других негативных явлений, затрудняющих нормальную эксплуатацию шлюзов.

    В зависимости от напора на камеру судоходные шлюзы в соответствии со СНиП 2.06.07-87 разделены на три группы:

· низконапорные – <10 м;

· средненапорные – 10< < 30 м;

· высоконапорные – >30 м.

    В зависимости от числа последовательно расположенных камер шлюзы подразделяются на однокамерные (одноступенчатые), двухкамерные (двухступенчатые) и т. д., а по числу параллельно расположенных камер – на однониточные, двухниточные и т. д.

    В однокамерном (одноступенчатом) шлюзе, устройство которого было рассмотрено выше (рис. 3.2), суда преодолевают весь напор воды на гидроузле, находясь в одной камере. Однокамерные шлюзы нашли широкое применение не только в России, но и за рубежом. Иногда для уменьшения объема воды сливной призмы  и сокращения времени шлюзования одиночных судов однокамерные шлюзы могут возводиться с промежуточной головой (рис. 3.4, а).

    При напоре на камеру шлюза, превышающем расчетный подмостовой габарит, часто строят шлюз шахтного типа. Он отличается от традиционного шлюза наличием напорной стенки над судоходным пролетом на нижней голове, позволяющей уменьшить высоту ее ворот. Эту стенку называют забральной балкой (см. рис. 3.4, б). При восприятии воротами нижней головы всего напора на камеру шлюза стенка становится балкой-затяжкой. Эти балки обеспечивают дополнительную прочность нижней головы в поперечном сечении и часто ее конструкцию используют в качестве неразводного моста через шлюз.

Высоконапорные шахтные шлюзы обычно возводят на скальном основании. В этом случае стенки камеры являются облицовкой скалы.

 

Рис. 3.4. Схемы шлюзов:

 

а – продольный разрез однокамерного шлюза; б – продольный разрез шахтного шлюза;

в – продольный разрез трехкамерного шлюза; г – план шлюза со сберегательными бассейнами; д – план двухниточного шлюза; е –  план шлюза с коротким разъездным бьефом; 1 – верхние ворота;2 – средние ворота;3 – нижние ворота;4 – забральная балка;

  5– сберегательные бассейны;6 – затворы;  –  сливная призма

Если напор на гидроузел разделен на несколько частей и суда преодолевают каждую часть напора, последовательно проходя, расположенные друг за другом камеры, то такой шлюз называется многокамерным или многоступенчатым (рис. 3.4, в).

В отличие от однокамерного шлюза многокамерный шлюз имеет средние головы, сопрягающие две смежные камеры и воспринимающие сумму преодолеваемых в них частей напора. Например, средняя голова двухкамерного (двухступенчатого) шлюза воспринимает весь напор на гидроузел (по сравнению с частью напора на его верхнюю или нижнюю головы), когда вышележащая камера наполнена, а нижележащая опорожнена.

При шлюзовании судов в многокамерных (многоступенчатых) шлюзах объем воды сливной призмы уменьшается пропорционально числу ступеней камер, но увеличивается время шлюзования, в особенности при двустороннем движении судов.

Для увеличения пропускной способности этих однониточных многоступенчатых шлюзов применяют серийные шлюзования судов группами в режиме одностороннего движения из верхнего бьефа в нижний бьеф и обратно. Многокамерные однониточные шлюзы возводятся на водных путях с небольшим судооборотом. Это решение используется также при необходимости уменьшения напора на отдельную камеру по технико-экономическим соображениям. Причиной строительства таких шлюзов обычно являются геологические (карст, сейсмичность и др.) и водохозяйственные условия (дефицит водных ресурсов).

    При строительстве двух ниток многокамерных шлюзов снижение пропускной способности однониточного многокамерного шлюза по сравнению с однокамерным шлюзом компенсируется за счет одностороннего судопропуска каждой ниткой в разных направлениях, хотя проблемы с продолжительностью шлюзования отдельного судна сохраняются.

    Для экономии воды, расходуемой при шлюзовании, и для уменьшения волновых явлений, возникающих при наполнении и опорожнении камеры, создаются шлюзы со сберегательными бассейнами (рис. 3.4, г). Их чаще всего строят на судоходных каналах. Рядом с камерой шлюза (с одной стороны или по обеим сторонам) возводят открытые или закрытые бассейны, куда поступает вода из камеры при ее опорожнении и перетекает обратно при её наполнении. Каждый бассейн соединен с камерой шлюза с помощью водоводов, снабженных затворами.

    На водных путях с интенсивным судоходством в каждом створе гидроузла строят рядом несколько шлюзов, которые называются многониточными. Чаще всего в одном створе располагают два шлюза, называемых двухниточными, или парными (рис. 3.4, д). Парные шлюзы удобны в эксплуатации, позволяют экономить воду сливной призмы (при устройстве системы питания с перепуском воды из одной камеры в другую) и при необходимости периодически осуществлять очистку камер от топлой древесины, а также проводить мелкие ремонтные работы.

    Создание разъездного бьефа (рис. 3.4, е) между ступенями однониточного многокамерного шлюза позволит увеличить пропускную способность: она будет даже выше, чем у однокамерного шлюза.

Однако в случае больших колебаний уровня воды в верхнем бьефе и значительного напора на верхний шлюз (или нижний шлюз) возникает целый ряд проблем, связанных с образованием волн в разъездном бьефе. В данном случае образуются излишки воды при сбросе большой сливной призмы из верхней камеры при высоких уровнях воды стояния в верхнем бьефе. При этом конструкция верхнего шлюза получается довольно сложной, а для гашения волн с высотой более допустимой по условиям безопасного движения судов приходится увеличивать площадь разъездного бьефа за счет строительства дополнительных бассейнов.

Для местных ВВП эффективным может быть увеличение числа ниток входного шлюза, каждая из которых рассчитана на пропуск судов при расходе определенной обеспеченности (рис. 3.5). Использование такой схемы позволяет поддерживать практически постоянный уровень воды в разъездном бьефе и сократить время шлюзования в период стояния высоких уровней воды в верхнем бьефе. Так, как каждая нитка работает в заданном интервале изменения уровня воды (  и ) и имеет пониженную высоту стен и нижних ворот, заменяя высоконапорный однокамерный сопрягающий шлюз, то конструкции шлюзов существенно упрощаются.

Пополнение разъездного бьефа водой при ее недостатке для работы нижележащих ступеней шлюза, например, в период стояния низких уровней воды в верхнем бьефе предполагается осуществлять из него по отдельному водоводу или транзитом через неработающую нитку сопрягающего шлюза.

Для нижнего бьефа возможно аналогичное решение.

а

б

Рис. 3.5. Двухниточный шлюз с коротким разъездным бьефом

 

а – графики изменения уровней в бьефах и пропускной способности за навигацию;

б – компоновка шлюза и продольные разрезы по ниткам