Классификация водных путей сообщений и гидротехнических узлов

Водные пути - это используемые для различных перевозок вод­ные пространства - океаны, моря, озера, образуемые речными гидроузлами водохранилища и подпертые бьефы, и водотоки (реки, их притоки и каналы).

Водные пути принято разделять на внешние и внутренние, а порты - на морские и речные (на внутренних водных путях), к ко­торым обычно относят и порты (пристани) в устьях рек, на озерах, водохранилищах и каналах.

Внешние водные пути - моря и океаны - ввиду боль­ших глубин используются для судоходства в основном в естест­венном состоянии. Лишь на подходах к морским портам, располо­женным на мелководных прибрежных участках или в устьях рек, где глубины недостаточны для прохода судов с большой осадкой, в состав внешних водных путей входят искусственные участки - морские каналы. К искусственным внешним водным путям отно­сятся также соединительные каналы между морями и океанами (например, Суэцкий канал между Средиземным и Красным моря­ми). Морские перевозки по внешним водным путям принято раз­делять на заграничные, обслуживающие внешнюю торговлю (экс­порт и импорт), и каботажные (внутренние), совершаемые между портами одной страны.

Внутренние водные пути подразделяют на естествен­ные и искусственные. Естественными внутренними водными путями являются свободные реки и озера. Грузы на небольших судах мож­но перевозить в верховьях крупных рек и по их притокам даже при глубинах 0, 6 - 0, 7 м. Сплав же круглого леса - перемещение его на плаву - по рекам бывает целесообразным при еще меньших меженных глубинах. В связи с этим естественные водные пути мо­гут быть судоходными или только сплавными. Длина сплавных рек значительно (в РФ более чем в 2 раза) превышает длину рек, используемых для судоходства.

На реках расходы воды в межень, а следовательно, и судоход­ные глубины уменьшаются вверх по течению. К крупным же про­мышленным центрам и экономическим районам, определяющим формирование грузооборота, во многих случаях подходят или толь­ко приближаются верховья или притоки крупных рек. Глубины на этих реках в бытовом их состоянии часто не соответствовали тре­бованиям развивающегося судоходства. В этих случаях для увели­чения судоходных глубин на реках проводят путевые работы (дно­углубительные, регуляционные). Однако возможности увеличения судоходных глубин на свободных реках ограничиваются гидроло­гическими условиями, а целесообразные пределы этого увеличе­ния - и экономическими факторами. Бассейны рек, впадающих в разные моря, разделены водоразделами, что ограничивает водные перевозки грузов пределами этих бассейнов. Таким образом, речная сеть во многих случаях не обеспечивает, даже при проведении на ней работ по улучшению судоходных условий, возможности водных перевозок грузов между различными экономическими районами. Все это вызывает необходимость создания в ряде случаев искусст­венных водных путей или их отдельных участков - строительство речных гидроузлов, судоходных каналов и межбассейновых водо-транспортных соединений.

На водных путях в последние годы широко применяют суда сме­шанного плавания «река - море», которые могут выходить через устья рек в море и плавать до расположенных на нем портов или входить в устья других рек. Их используют, в частности, для пере­возки грузов между портами в волжском речном бас­сейне и многими морскими портами на Балтийском, Северном, Средиземном и других морях. По некоторым искусст­венным водным путям, в том числе по р. Св. Лаврентия после шлю­зования ее к Великим озерам США, ходят и морские суда. Такой искусственный морской канал, как Панамский, проложен между Атлантическим и Тихим океаном по долинам рек, через водораздел между ними. Из сказанного следует, что деление искусственных водных путей на внешние и внутренние несколько условно. Перевозки грузов через моря и океаны между странами раз­ных континентов совершаются в основном (более чем на 98%) вод­ным транспортом. С развитием воздушного флота из пассажирских перевозок за морским транспортом остались преимущественно ту­ристические, переселенческие и местные (между близкими порта­ми и пристанями) перевозки.

Внутри континентов и стран грузы могут перемещаться из одних пунктов в другие всеми видами транспорта: железнодорожным, водным, воздушным, автомобильным или последовательно двумя и более видами транспорта. При плановом социалистическом хозяй­стве для каждого груза наивыгоднейшую транспортную схему вы­бирают исходя из общей народнохозяйственной целесообразности, Оцениваемой обобщенным показателем - суммарной стоимостью перевозки, учитывающей все расходы по транспорту и перевозимым грузам.

Основными техническими особенностями перевозок грузов по внутренним водным путям являются относительно небольшая ско­рость движения по ним судов и сезонность перевозок грузов. Удель­ное (на 1 т перевозимого груза) сопротивление движению судов по внутренним водным путям ограниченной глубины при небольших скоростях в несколько раз меньше, чем железнодорожных вагонов по рельсам и тем более автомобильного транспорта по дорогам. Но при увеличении скорости движения водоизмещающих судов по во­де сопротивление ему растет очень быстро и при обычных в на­стоящее время для железнодорожных составов высоких техниче­ских скоростях движения становится даже больше, чем у послед­них. Поэтому на внутренних водных путях даже самоходные гру­зовые суда плавают с относительно небольшими скоростями, редко превышающими в спокойной воде 20 - 22 км/ч.

Техническим преимуществом водных путей перед другими ви­дами транспорта является возможность перевозки по ним крупно­габаритных грузов. Например, доставка по водным путям огром­ных рабочих колес гидротурбин от заводского причала в Ленин­граде через Северный морской путь до строившихся Красноярской и Саяно-Шушенской ГЭС.

Основной и существенный недостаток внутренних водных путей состоит в сезонности перевозок по ним грузов в связи с перерыва­ми между навигациями на зимний период, когда реки покрыты льдом. Перерыв перевозок на зиму тем больше, чем севернее рас­положен водный путь. Так, длительность навигации на Северной Двине составляет всего 5 - 6 месяцев, на Волге – 7-8 месяцев и лишь на таких реках, как Дунай – 10-11 месяцев. Однако в по­следние годы получены реальные результаты по продлению нави­гации (на 0, 5-1, 0 и более месяца) ледокольными работами.

Зимний перерыв в навигации заставляет складировать на это время часть грузов, что требует соответствующих площадей портовых территорий и складских помещений и вызывает дополнительные капиталовложения и эксплуатационные затраты.

Для освоения и улучшения судоходных условий естественных водных путей -свободных рек и озер - требуются по сравнению со строительством железных и автомобильных дорог, а также ма­гистральных нефтепроводов небольшие капиталовложения. Лишь для создания искусственных водных путей - межбассейновых вод­нотранспортных соединений и шлюзования мелководных рек - тре­буются крупные удельные капиталовложения, соизмеримые (а иногда и превышающие) с за­тратами на строительство железной дороги или автомобильной ма­гистрали, по которым можно перевозить то же количество грузов. Однако капиталовложения по ним относятся, по существу, ко всей длине глубоководных путей, которые при этом образуются.

Стоимость погрузки в суда и выгрузка из них грузов составляет тем большую часть общей стоимости перевозки груза, чем меньше расстояние между пунктами отправления и назначения. К прича­лам на водных путях (и от них) грузы при малых расстояниях под­возят не водным, а автомобильным транспортом. В РФ средняя дальность водных перевозок грузов речным флотом в последние го­ды составляла свыше 500 км, а на магистральных водных путях - около 1000 км.

Кроме дальних перевозок по водным путям всех категорий на любые, даже короткие, расстояния перевозятся грузы в районах, в которых между пунктами отправления и назначения нет железных и автомобильных дорог, например во многих районах Сибири и Дальнего Востока, в которых реки являются пока единственными путями сообщения, если не считать весьма дорогих для перевозки грузов воздушных путей.

Указанные выше транспортные особенности внутренних водных путей обусловливают перевозку по ним преимущественно массовых навалочных и сыпучих грузов - угля, руды, нерудных, строительных и других подобных материалов, погрузка и выгрузка которых легко механизируется и относительно дешева, а для хранения их в меж­навигационный период не требуются складские помещения. Эти грузы составляют большую часть перевозок по внутренним водным путям (в последние годы более 60% общего объема перевозок). По внутренним водным путям перевозится в плотах также значитель­ная часть круглого леса, а по направлениям, по которым нет ма­гистральных нефтепроводов, и нефтегрузы.

В целом по РФ грузы, перевозимые по внутренним водным путям речным флотом общего пользования, составляют около 14%, а вместе с перевози­мыми ведомственным флотом - около 16% грузов, перевозимых по железным дорогам. При этом более 60% этих грузов приходится на Единую глубоководную систему водных путей европейской части РФ, хотя протяженность ее составляет менее 15% всех судоход­ных рек страны. Дальние перевозки пассажиров по внутренним водным путям и вдоль морских побережий на обычных теплоходах совершаются по сравнению с другими видами транспорта весьма медленно. Вместе с тем продолжают развиваться местные пассажирские перевозки на скоростных судах (на подводных крыльях и на воздушной по­душке), двигающихся со скоростью до 100 км/ч, между близко рас­положенными (примерно до 500 км) портами и пристанями.

Классификация внутренних водных путей.

Габариты судового хода на водном пути, а также глубины на нем должны соответст­вовать размерениям, осадке и составам наибольших плавающих по нему судов и плотов. Судовым ходом называется непрерывная по­лоса водного пространства на входящих в состав водного пути ре­ках, озерах и морях, а также подпертых бьефах и водохранили­щах, в пределах которой обеспечены заданные габариты - ширина и глубина.

Внутренние водные пути подразделяются по своему транспорт­ному значению на четыре категории: сверхмагистрали, магистрали, пути местного значения и малые реки

Таблица 5 Категории внутренних водных путей

Состав и основные элементы гидротехнических узлов

Гидроузлом (узлом гидротехнических сооружений) называется группа водоподпорных гидротехнических сооружений, объединен­ных общим местом расположения на водном пути и связанных между собой в эксплуатационной деятельности.

По назначению речные гидроузлы подразделяются на энерге­тические, воднотранспортные, водозаборные и др. На крупных судоходных реках обычно возводят комплексные гидроузлы, одно­временно выполняющие несколько функций.

В состав комплексного гидроузла могут входить: здание гид­роэлектростанции, водосливная бетонная плотина, глухая земля­ная плотина, судоходный шлюз с подходами и причальными со­оружениями, трансформаторная подстанция, рыбопропускные со­оружения. Со стороны нижнего бьефа подход судов к шлюзу осуществляется по подходному каналу. При наличии в верхнем бьефе крупного водохранилища перед шлюзом устраивается аван­порт - акватория, защищенная от волнения оградительными со­оружениями.

По величине напора гидроузлы подразделяют на три типа:

-низконапорный (напор 2-8 м);

-средненапорный (9-40 м);

-вы­соконапорный(более 40 м).

Низконапорные гидроузлы обычно бывают ведомственного на­значения - транспортные, водозаборные.

Большинство средненапорных гидроузлов - комплексного транспортно-энергетического назначения. Водохранилище при средненапорном гидроузле обычно осуществляет годичное (сезон­ное), недельное и суточное регулирование стока.

Высоконапорные гидроузлы чаще возводятся на горных и по­лугорных реках и имеют энергетическое назначение. На некоторых реках в составе такого гидроузла имеется судоходный шлюз (Усть-Каменогорский и Бухтарминский на р. Иртыше, Павловскии на р. Уфе) или судоподъемник (Красноярский гидроузел на р. Енисее). Водохранилища при высоконапорном гидроузле иног­да могут регулировать сток в многолетнем разрезе.

К взаимному расположению основных сооружений комплекс­ного гидроузла (компоновке) предъявляют двоякие требования. С одной стороны, затраты на возведение гидроузла должны быть минимальными. Это условие достигается при компактном распо­ложении основных сооружений - на небольшой территории. С другой стороны, при последующей эксплуатации гидроузла все сооружения должны работать в наиболее эффективном режиме, не вызывая необходимости введения каких-либо ограничений в их работу. Для удовлетворения этого требования часто необходимо отдельные сооружения отдалить друг от друга, разместить их на значительной площади.

В связи с подобной противоречивостью требований при проек­тировании любого гидроузла, исходя из местных условий - раз­меров и конфигурации речной долины, геологии, наличия населен­ных пунктов - всегда рассматривается несколько вариантов ком­поновки основных сооружений. Оптимальный вариант выбирается на основе детальных технико-экономических расчетов.

Из-за многообразия местных условий и требований типовых компоновок комплексных гидроузлов нет. Однако с учетом требо­ваний судоходства крупные транспортно-энергетические гидроузлы по типу компоновки сооружений могут быть разделены на сле­дующие две группы: разнобережную и однобережную.

К гидроузлам с разнобережной компоновкой можно отнести Самарский на Волге, Воткинский на Каме и многие другие. У подобных гидроузлов судоход­ный шлюз от здания ГЭС и водосливной плотины удален на зна­чительное расстояние. В период их проектирования и строительства считалось, что удаленность подходов к шлюзу от ГЭС ослабляет неблагоприятное влияние попусков на судоходство. При этом со стороны нижнего бьефа шлюз с руслом реки соеди­нен длинным подходным каналом. Стесненность судового хода на канале ограничивает скорость судов, что снижает общую пропуск­ную способность судоходных сооружений. Раздельное строитель­ство крупных сооружений у разных берегов реки удорожает стро­ительные работы.

У гидроузлов с однобережной компоновкой транспортные и энергетические сооружения возводятся на одной площадке - ком­пактно, например: Чебоксарский на Волге, Каховский и Кремен­чугский на Днепре, Нижнекамский на Каме и др.

Приобретенный опыт эксплуатации ряда гидроузлов показал, что ослабить отрицательное влияние попусков воды через ГЭС на подходящие к шлюзу суда можно с помощью устройства ограж­дающих дамб. Уже в 1, 5 - 2, 0 км от ГЭС и водосливной плотины влияние сбрасываемого потока на управляемость современных су­дов незначительно. В верхнем бьефе роль ограждающей дамбы, отделяющей подход к шлюзу от ГЭС, играет волнолом аванпорта.

Учитывая снижение затрат на строительство при ведении ра­бот на одной площадке при прочих равных условиях, в послед­ние годы все чаще оптимальным признается вариант с совмест­ным (однобережным) размещением основных сооружений гидро­узла.

По расположению ГЭС, водосливной плотины и шлюзов с под­ходами различают пойменный и русловой варианты компоновки.

При пойменном варианте, обычно применяемом при средних и высоких напорах, основные сооружения возводятся на пойме. Их строительство за пределами русла облегчает ведение работ, не препятствует судоходству в процессе строительства. К моменту завершения строительства русло реки перекрывается плотиной и судоходство переносится в заблаговременно подготовленные под­ходы.

В случае низконапорного гидроузла водосливная плотина и шлюз строятся в пределах меженного русла (Кочетовский и Ни­колаевский на р. Дон, Кузьминский и Белоомутский на р. Оке и др.).

Строительство крупного транспортно-энергетического гидроуз­ла ведется в течение нескольких лет. На разных этапах произ­водства строительных работ возводимые объекты по-разному вли­яют на судоходство, требуют приспособления водного транспорта к временным местным условиям.

Основания и нижняя часть всех крупных гидротехнических сооружений гидроузла - ГЭС, водосливной и глухой плотин, шлюза и прочих - расположены значительно ниже отметок ес­тественного меженного уровня, поверхности поймы и дна реки. Поэтому для их возведения необходим глубокий котлован (или несколько котлованов). Все строительные работы - установка опалубок, монтаж арматуры и многочисленных металлоконструкций, последующее бетонирование тела сооружений осуществляют­ся насухо. Чтобы обеспечить возможность выполнения работ в этих условиях и не допустить затопления котлована при любых уров­нях воды в реке, котлован огораживается грунтовыми дамбами - перемычками. Дамбы играют роль временных плотин, удержива­ющих в период половодья большой напор воды.

При однобережной пойменной компоновке гидроузла основной котлован размещается за пределами меженного русла, на пойме. При строительстве крупных гидроузлов площадь котлована может достигать 1-2 км². В рассматриваемом случае в одном котловане будет идти строительство шлюза, ГЭС и во­досливной плотины. Ограждающие котлованперемычки (дамбы) будут иметь в плане П-образную форму.

На этом первом этапе работ речной поток в меженный период еще не испытывает стеснения и судоходство осуществляется обыч­ным порядком. В период высокого половодья поток затопляет пойму и движется в пределах речной долины. При наличии ограж­дающих котлован перемычек движение весеннего потока по пра­вобережной пойме невозможно. В связи с концент­рацией потока в границах меженного русла и довольно узкой поймой скорость течения здесь весной оказывается значительной. В некоторых случаях, чтобы ослабить эффект стеснения потока перемычками и уменьшить скорость течения, прибегают к времен­ному (на период строительства) углублению и уширению межен­ного русла. Эта мера оказывается необходимой и потому, что с целью форсирования хода строительства одновременно с работа­ми в котловане начинают возведение левобережной пойменной части глухой плотины.

Когда основные бетонные сооружения гидроузла возведены до незатопляемых весной отметок, надобность в ограждении котло­вана перемычками отпадает. Верховую и низовую временные грун­товые перемычки частично разбирают, и котлован вокруг еще не­достроенных ГЭС, шлюза, водосливной плотины заполняется во­дой.

Достройка этих сооружений продолжается, как и прежде, - насухо, с подачей материалов и оборудования с мостов.

Благодаря затоплению котлована появляется возможность пропуска части воды через уже работающие донные водосбросы ГЭС. Эта мера позволяет продолжить работы по встречному на­ращиванию правобережной и левобережной частей глухой плоти­ны. Промежуток между их торцами носит название прорана. В период навигации проран доводится до минимальной ширины, при которой скорость течения не должна превышать 3, 0 м/с. Учитывая, что в этих условиях судоходство испытывает серьезные трудности, подобное сужение прорана обычно приурочивают к завершению навигации.

В этот период строительства форсируются работы по созданию верхнего и нижнего подходов к шлюзу. Подходы и еще недостро­енный шлюз могут использоваться для проводки судов, как по каналу, без наличия напора.

Перекрытие прорана стараются отнести на межнавигационный период. С открытием следующей навигации транзитное судоходст­во начинает осуществляться через шлюз. Иногда в первое время шлюз работает без напора. При постепенном наполнении водохра­нилища напор на шлюз начинает расти. Для пропуска судов из одного бьефа в другой приступают к их шлюзованию,

При разнобережной компоновке ГЭС и шлюза их строительство ведется в отдельных котлованах, огражденных перемычками. Общая последовательность строительства аналогич­на описанной выше.

При русловом варианте расположения сооружений гидроузла для судоходства необходимо создание временного обводного рус­ла - канала.

С целью повышения безопасности судоходства в районе стро­ительства гидроузла значительно увеличивают количество знаков навигационного ограждения судового хода. В районе прорана вво­дят режим одностороннего судоходства с поочередным пропуском судов сверху и снизу. Крупные секционные и плотовые составы проводят посекционно, врасчалку. На подходах к месту строи­тельства устраиваются временные дополнительные рейды. Для сохранения управляемости судов и преодоления ими сильного те­чения выделяют дополнительную тягу. В отдельных, крайне редких случаях прибегают к кратковременному перерыву транзитно­го судоходства.

Основные понятия, конструктивные формы и типы шлюзов

Судоходный шлюз представляет собой напорное гидротехни­ческое сооружение, предназначенное для перемещения судов из одного бьефа в другой.

Современные судоходные шлюзы строят из железобетона, а элементы оборудования - из металла. Шлюз состоит из трех основных частей - верхней и нижней голов и камеры. Головы шлюза воспринимают напор воды и предназначены для разме­щения оборудования и водопроводных систем. Камера шлюза предназначена для размещения в ней шлюзуемых судов.

Рис. 95 Схема однокамерного шлюза

а— продольный разрез; б— продольный разрез шлюза со стенкой падения; в— план; 1—верхняя голова; 2— камера; 3— нижняя голова; 4— наивысший уровень НБ; 5— наинизший уровень НБ; 6— наинизший уровень ВБ; 7— наивысший уровень ВБ

По числу камер и их расположению судоходные шлюзы де­лятся на однокамерные, многокамерные и парные (двухниточ­ные). Число камер шлюза зависит от величины напора на гид­роузел, геологических и прочих местных условий и устанавлива­ется расчетным путем.

Наибольшее распространение получили однокамерные шлюзы (рис. 95).

Ранее однокамерные шлюзы строились при напорах, не пре­вышавших 20 м. В современных условиях, по мере развития строительной индустрии, считается возможным преодоление од­нокамерным шлюзом напора до 40 м.

При относительно небольших напорах (до 6 - 8 м) дно на подходах к шлюзу со стороны верхнего и нижнего бьефов и дно камеры шлюза находятся примерно на одной отметке.

При больших напорах, по конструктивным и экономическим соображениям, строят шлюзы со стенкой падения. Стенка падения выравнивает глубины на порогах голов шлюза, позволяет уменьшить высоту ворот верхней головы, снизить за­траты на строительство шлюза.

При необходимости преодоления значительного напора (или по иным технико-экономическим соображениям) строят много­камерные шлюзы. Многокамерный шлюз представля­ет собой несколько последовательно расположенных шлюзов с общими средними (промежуточными) головами. На водных пу­тях РФ имеется двухкамерный шлюз на Волгоградском гид­роузле р. Волги и ряд шлюзов на Беломорско-Балтийском кана­ле, трехкамерные шлюзы на Новосибирском гидро­узле р. Оби, шестикамерный шлюз на Пермском гидроузле р. Камы и т. д.

При стабильных уровнях воды в верхнем и нижнем бьефах общий напор на гидроузел равномерно делят на камеры многокамерного шлюза. Однако в боль­шинстве случаев уровни в бьефах под­вержены значительным и не согласован­ным между собой колебаниям. Например, при глубокой предполоводной сработке водохранилища возможны резкие колеба­ния уровня воды в нижнем бьефе при су­точном регулировании стока. В этом случае нижняя камера многокамерного шлюза не сможет вместить весь объем воды, поступающей в нее из верхних камер. Для исключения перелива воды через стены шлюза и ворота необходимо устройство специальных боко­вых сбросов воды. Это удоро­жает шлюз и усложняет его ра­боту.

В отдельных случаях при больших напорах (30 м и бо­лее) строят шахтные шлюзы. Конструкция шахт­ного шлюза позволяет умень­шить высоту ворот нижней го­ловы и облегчить их работу. Часть напора на нижнюю голо­ву воспринимается бетонными элементами шлюза. На водных пу­тях нашей страны эксплуатируются два шахтных шлюза - Усть-Каменогорский на р. Иртыш и Павловский на р. Уфе.

На участках с интенсивным судоходством строят парные шлю­зы (рис. 96). Парный - двухниточный - шлюз имеет большую пропускную способность, снижает затраты времени на пропуск флота. В состав парного могут входить шлюзы любого из пере­численных типов. На наиболее грузонапряженных участках Еди­ной глубоководной системы - реках Волге и Каме - все судо­ходные шлюзы парные.

Для повышения или понижения уровня воды в шлюзе до от­метки верхнего или нижнего бьефов производится наполнение или опорожнение камеры. Подача и сброс воды осуществляются по специальным водопроводным системам самотеком, по прин­ципу сообщающихся сосудов. Объем подаваемой или сбрасыва­емой воды называется сливной призмой.

Конструкция судоходного шлюза

На внутренних водных путях РФ наиболее широкое рас­пространение получил однокамерный шлюз со стенкой падения (рис.99).

В головах шлюза размещены оборудование, механизмы, во­допроводные системы, пульты управления.

От верхнего бьефа камера шлюза отделена воротами (1), наи­более часто имеющими вид плоского металлического щита. Дли­на щита несколько превышает ширину камеры шлюза, а высо­та - глубину на пороге верхней головы. Перед этими рабочими воротами на верхней голове имеются аварийные ворота (2), кото­рые обычно также являются плоским подъемно-опускным ме­таллическим щитом.

У шлюза подобного типа рабочие ворота одновременно вы­полняют функцию гидравлического затвора. Для наполнения шлюза рабочие ворота медленно поднимают на высоту 1, 5 - 2, 5 м. Через образовавшуюся под воротами щель вода устремляется из верхнего бьефа в камеру шлюза. Эта падающая с большой вы­соты мощная струя в камере шлюза может вызвать сильные ко­лебания воды. Чтобы ослабить неблагоприятное воздействие по­тока на суда в камере шлюза, вода из-под ворот направляется в специальное пространство, отделенное железобе­тонным экраном (4) и называемое камерой гашения энергии пото­ка (3). Из камеры гашения в камеру шлюза вода поступает через щели между железобетонными балками. Этот балочный гаситель (5) способствует упорядочению течения воды - выравниванию ско­ростей течения по ширине и глубине камеры шлюза.

На примыкающем к балочному гасителю участке камеры шлюза движение потока остается еще весьма бурным. В грани­цах этого участка, называемого успокоительным (6), размещение шлюзуемых судов не допускается.

От нижнего бьефа камера шлюза обычно отделяется дву­створчатыми воротами (7). В закрытом состоянии створки ворот образуют трехшарнирную конструкцию, передающую давление воды на боковые устои нижней головы. Угол между створкой и нормалью к оси шлюза (6) обычно равен 18-22°. При опорожнен­ной камере шлюза, для пропуска судна, ворота открываются. В открытом положении створки ворот размещаются в шкафных ни­шах (8). Глубина шкафной ниши обычно на 5-10% больше тол­щины створки и с полезной шириной камеры шлюза.

Пространство в зоне движения створок (для открывания и закрывания ворот) называется шкафной частью шлюза (9). Размещаемые в камере шлюза суда носовыми или кормовыми частями корпуса не должны попадать в границы шкафной части.

Сброс воды из шлюза при его опорожнении осуществляется через две короткие водопроводные галереи нижней головы (10). Высота и ширина галерей определяются с помощью гид­равлических расчетов. Водопроводные галереи перекрыты гид­равлическими затворами (11), в качестве их широко применяются плоские подъемно-опускные металлические щиты. Высотой и скоростью их подъема регулируется расход воды через га­лереи.

Для ремонта шлюза и оборудования от нижнего бьефа каме­ра может быть отделена ремонтными воротами (12). Ремонтные ворота рассчитываются на напор воды, равный глубине на поро­ге нижней головы, и благодаря этому имеют небольшую высоту.

Камеры большинства судоходных шлюзов имеют сплошное днище и стены с вертикальной лицевой поверхностью, выполнен­ные из железобетона. К нижней части стены за счет наклона тыловой поверхности несколько утолщаются.

Размеры камеры шлюза, а значит и самого шлюза, влияют как на капиталовложения в его строительство, так и на затраты по перевозке грузов. Шлюз с небольшими габаритами камеры требует меньших затрат на строительство. В этом случае пере­возка грузов может осуществляться в судах малой грузоподъем­ности. Использование же небольших судов требует более частых шлюзований, эксплуатационные расходы по флоту и шлюзу ока­зываются значительными. Пропускная способность таких шлю­зов невелика.

Шлюз с увеличенными габаритами камеры имеет высокую строительную стоимость, но при этом снижаются эксплуатацион­ные расходы.

В связи с изложенным размеры камеры шлюза определяются с помощью вариантных технико-экономических расчетов. В ка­честве исходных в створе проектируемого гидроузла принима­ются перспективные типы судов и грузооборот. В конечном итоге установленные расчетным путем габариты камеры шлюза округляются до типовых. В границах определен­ного участка водного пути габариты камер стараются выдержать одинаковыми.

Расчетный грузооборот устанавливается на основе изучения грузопотоков, тяготеющих к водному транспорту.

От этого условия иногда отступают по экономическим сообра­жениям. Например, при нарастании грузооборота вниз по реке размеры камер в плане (в основном - длину) также, постепенно увеличивают. Ширина и глубина камер сохраняются постоянны­ми. Подобный подход к установлению габаритов шлюзов прием­лем для обособленных речных бассейнов.

При соединении речных систем шлюзованными каналами раз­личие габаритов шлюзов в составе отдельных гидроузлов создает некоторые трудности в организации транзитного межбассейнового судоходства.

Габариты судоходного шлюза характеризуются полезными длиной и шириной камеры шлюза и ее глубиной.

Полезная длина камеры шлюза ограничивается успокоитель­ным участком и шкафной частью нижней головы шлюза.

При спокойной подаче воды в камеру ее полезная длина может начинаться непосредственно у выступающих конструкций стенки падения. По конструктивным соображениям глубины на порогах верх­ней и нижней голов иногда бывают меньше, чем глубина в пре­делах камеры шлюза.

При расчете глубины должно учитываться приращение осадки судна при движении. Глубина на пороге верхней головы шлюза отсчитывается от уровня навигационной сработки водохранили­ща, на пороге нижней головы шлюза - от наинизшего уровня нижнего бьефа (проектного).

Приведенные соотношения между габаритами камеры шлюза и судна (состава) используются при проектировании шлюзов.

На магистральных внутренних водных путях РФ полезная длина камер шлюзов унифицирована и колеблется от 100 до 300 м, полезная ширина - от 15 до 30 м. Наиболее распространенным типом шлюза является однокамерный. Разъ­ездные бьефы между шлюзами несколько ограничивают ско­рость движения судов и применяются редко. На верхних головах шлюзов преобладают подъемно-опускные ворота, на нижних - двустворчатые.

Рис. 101 Схематический план однокамерного шлюза с ограничительными створами.