Проектирование судоходного шлюза

Размещено на http://www.allbest.ru/

9

Исходные данные

судоходный шлюз гидроузел

Схема расчётного состава судов:

а) Длительность навигации - 215 сут.;

б) Время работы шлюза в сутки -21 ч.;

в) Количество негрузовых шлюзований в сутки - 5 шт.

Типы речных судов:

Б - I - несамоходное грузовое судно:

Длина - l = 55,0 м.,

Ширина - b = 12,0 м.,

Осадка - S = 1,6 м.,

Грузоподъемность - P = 600 т.

П -2 - пассажирское судно :

Длина - l = 77,4 м.,

Ширина - b = 9,6 м.,

Осадка - S = 1,9 м.,

Т-3 - буксир или толкач :

Длина - l = 32,0 м.,

Ширина - b = 8,0 м.,

Осадка - S = 1,4 м.

Введение

Судоходный шлюз служит для вертикальной транспортировки судов при гидроузле при сосредоточенном падении уровней. При проектировании шлюза учитываются условия его нормальной эксплуатации при минимальном объеме капитальных вложений. Это достигается путем правильного выбора при заданном напоре: типа шлюза, его компоновке в гидроузле, системы питания, основных конструкций, оборудования, с учетом природных условий и производства работ.

Данный проект выполняется на основе комплексного задания, включает в проектирование водосбросную плотину в составе гидроузла, что отражается в исходных данных и учтено при выполнении данного проекта.

1. Определение максимального расчетного напора на шлюз и выбор типа шлюза

Расчетный напор на шлюзе определяем с учетом колебаний уровней верхнего и нижнего бьефов.

За расчетный наинизший судоходный уровень нижнего бьефа принимаем минимальный уровень нижнего бьефа -

.

За наивысший уровень нижнего бьефа при пропуске основного максимального расчетного расхода - .

За судоходный наивысший уровень верхнего бьефа принимаем отметку нормального подпертого уровня водохранилища - .

За наинизший судоходный уровень верхнего бьефа принимаем отметку уровня мертвого объема (уровень сработки) .

Таким образом, расчетный максимальный напор на шлюз составляет:

.

Так как грунты в районе строительства гидроузла нескальные и напор принимаем конструкцию шлюза однокамерную со стенкой падения.

Строительную высоту однокамерного шлюза принимаем равной высоте отдельных конструкций в наиболее заглубленной их части. Предварительно принимаем ее равной:

Сооружение относится к 3 классу [2]-стр.11.

2.Определение полезных габаритов камеры шлюза

Основные габариты шлюза:

-полезные ширина и длина камеры

- глубина на порогах

Эти габариты определяются в соответствии с заданными габаритами судов: барж, толкачей (буксир) или пассажирские судна

Состав судов и их габариты представлены в Таблице №1.

Таблица. 1. Состав судов.

Тип судна	Условное обозначение	Размеры судна, м	Грузоподъемность, т
		длина	ширина	осадка
Несамоходное грузовое судно	Б-1	55,0	12,0	1,6	600
Пассажирское судно	П-2	77,4	9,6	1,9	-
Буксир или толкач	Т-3	32,0	8,0	1,4	-

Полезные ширина и длина рассчитываются из максимальных габаритов судов, поэтому для расчета этих величин принимаем габариты пассажирского судна и используются следующие расчетные схемы.

Рис. Расчетная схема к определению габаритов шлюза.

Согласно схеме, расчетным судном следует считать баржу и толкач, как имеющие габаритные наибольшие размеры.

Полезная длина камеры определяется по формуле:

,

где - сумма длин расчетных судов, шлюзуемых одновременно, м,

- число судов шлюзуемых одновременно, ;

- запас по длине камеры в каждую сторону и между судами, м,

.

Полезная ширина камеры шлюза определяется по формуле:

где - сумма ширин одновременно шлюзуемых судов, м,

;

- число судов шлюзуемых одновременно (рядом стоящих), ;

- запас по ширине камеры в каждую сторону и между судами, м, (при ширине судна до 18 м).

Глубину на порогах шлюза , отсчитываемую от расчетного наинизшего судоходного уровня принимаем равной:

,

где - статическая осадка расчетного судна в полном грузу, м,

Полученные размеры округляем в сторону увеличения до ближайших согласно Приложению 3. СНиП 2,06,07-87*.

Принятые габариты шлюза: (м).

3.Определение отметок порогов голов и пришлюзовых площадок (составление высотной схемы)

Отметка порога верхней головы определяется из условия обеспечения полученной глубины на пороге при наинизшей судоходной сработке верхнего бьефа.

;.

Отметка верха сооружений (голов) и частей шлюза, входящих в напорный фронт гидроузла, должны соответствовать требованиям, предъявляемым к сооружениям напорного фронта, то есть определяться с учетом наката и нагона волны. В данном проекте принимаем превышение этих отметок над ФПУ на 2.0 м.

Возвышение площадок, расположенных вдоль стен камер шлюзов, верха устоев других голов, причальных и направляющих сооружений над судоходным расчетным наивысшим уровнем воды должно быть равно 1.0 м (для магистральных путей):

.

На головах и камере устраиваем парапеты, высотой

Высоту подмостовых габаритов принимаем равной (для III класса водного пути).

Он отсчитывается от судоходного наивысшего расчетного уровня воды.

Толщина моста определяется по зависимости:

Мост располагаем в нижнем бьефе нижней головой.

Отметка низа моста будет равна:

Отметка верха моста будет равна:

Общая ширина площадки вдоль стен камеры шлюза, назначается из условия обеспечения одностороннего проезда транспорта, а так же для ведения ремонтных работ и размещения на них различных коммуникаций, но не менее 4.5 м.

Общая длина площадки вдоль стен камеры, по которой предусматривается движение автотранспорта, определяется из условия двустороннего проезда, размещения транспорта (обочин), канала для прокладки кабеля и других коммуникаций, пожарного водопровода, опор освещения не менее 4.5 м.

Предварительно принимаем ширину площадки, где предусматривается проезд автотранспорта равной или 12м., или 14м., а ширину площадки для служебного проезда 6-8 м.Эти величины будут уточнены в процессе конструирования шлюза.

Ширина площадок причальных линий должна быть не менее 2м.

4.Обоснование расположения в гидроузле и назначение размеров подходных каналов

4.1 Выбор компоновки судоходного шлюза в гидроузле

Выбор схемы расположения судоходного сооружения в гидроузле должен производиться с учетом местных природных условий, строительно-технологических факторов, развития сети дорог и других объектов в соответствии с требованиями со СНиП (1).

В гидроузле судоходные шлюзы располагают таким образом, что бы пропуск воды через водосбросную плотину и ГЭС не оказывали вредного влияния на условия судоходства, то есть скорость течения в походных каналах и в районе их сопряжения с водохранилищем или рекой не должны превышать допускаемых скоростей.

При отсутствии данных о скоростях, место входа канала в русло может быть удалено от водосбросных сооружений на расстояние, где скорость течения близка к естественной скорости в реке, в соответствии с другими рекомендациями:

а)

Рекомендуемая длина подхода определяется по зависимости:

б) что направление судохода при выходе из подходного канала в реку, водохранилище для предварительного проектирования допускается назначить к основному течению на превышающего:

- для сверхмагистральных и магистральных водных путей.

- для водных путей местного назначения.

В данном проекте принимаем , так как в нем рассматриваются магистральные водные пути.

Камеру шлюза располагаем по отношению напорного фронта в сторону нижнего бьефа (НБ), в соответствии с указаниями СНиП.

Это дает возможность облегчить конструкцию камеры, шлюзов, так как в этом случае нагрузки меньше, чем при расположении камеры в верхнем бьефе (ВБ).

Мостовой переход через шлюз прокладываем через нижнюю голову за основными воротами, или через нижний подходной канал, обеспечивая надводный габарит над наивысшем судоходным уровнем нижнего бьефа (НБ).

Автомобильную дорогу через нижнюю голову продолжаем по:

- дамбе примыкающей к нижнему бьефу или по площадке

- по площадке вдоль стен камеры.

4.2 Подходы к шлюзу

При выбранном общем расположении в гидроузле принимаем очертание подходов к нему и расположение причальных направляющих сооружений.

Размеры и очертания подходов в плане, должны обеспечивать расхождение шлюзуемых судов при двустороннем движении.

Размеры и очертания подходов к шлюзам в плане проектируем с учетом обеспечения расхождения шлюзуемых судов при двустороннем движении. Движение судов каждого направления принимаем правосторонним, считая по направлению движения.

Очертания подходов к шлюзам подразделяются на следующие типы по взаимному расположению оси шлюза и оси подхода делятся на:



Рис. а - ссиметричный; б- полусимметричный; в- несемитричный

Принимаем полусимметричный подход к шлюзу. Ось подходного канала в этом случае смещена относительно оси шлюза в сторону причальной линии таким образом, что расстояние между лицевой гранью устоев головы шлюза и причальной линей составляет 2,0 м (примерно 20% от расчетной ширины судна).

Рис. Схема подходных каналов к шлюзу

Движении судов каждого направления принимаем правосторонним, считая по направлению движения.

Схема подходного канала представлена на рис. .

Длина верхнего (нижнего) участка подхода, в пределах которого предусматривается расхождение встречных судов, должна быть не менее величины определяемой по формуле:

где - длина участка,

;

- длина участка,

;

- длина участка, на котором судно при встречном движении переходит с оси шлюза на ось судового хода в канале, определяемая по формуле

,

где - длина расчетного судна, м, ;

- радиус траектории центра тяжести судна (радиус поворота судна), принимаемый равным ;

- смешение оси судового хода в канале, относительно оси шлюза при выходе или входе судна, определяемая по формуле (при полусимметричном подходе):

при

,

где - уширение, определяемое по формуле:

, принимаем

- смещение лицевой грани причала от оси шлюза:

;

При такой длине трассы камеры шлюза и подходного канала сопряжение с нижним бьефом осуществляется в непосредственной близости с переходным участком. В связи с этим проектируем подходной канал уширенным на всем протяжении без переходного участка.

Ширина судового хода на участках при очередном движении судов по кривой в двух направлениях должна приниматься:

31.2+10.15=41.35м.

,

где

b_s - ширина расчетного судна, b_s =12.0м

Глубина воды в канале определяется по формуле:

Где S- осадка расчетного судна, S=1.6м

При сопряжении этих ширин предусматривается участок величиной:

В данном случае имеет место короткий подходной канал, поэтому сопряжем ширину по всей длине подходного канала, то есть не требуется.

Причальное сооружение располагают в пределах участка подхода к шлюзу с привой стороны судового хода, для входящих в шлюз судов, так как принят полусиметричный подход к шлюзу, то причальная стенка располагается на продолжении лицевой грани устоя верхней головы.

Определение размеров причальных стенок и направляющих сооружений.



Рис. Схема подходного канала к шлюзу для определения размеров причальных стенок

,

где - длина участка, на котором судно при встречном движении переходит с оси шлюза на ось судового хода в канале, м,

;

- сумма длин одновременно шлюзуемых и устанавливаем в камере шлюза в кильватер судов, м,

;

Принимаем длину причальной линии равной:

,

с учетом удобства размещения причальных тумб (расстояние между тумбами - 25 м; высота причальных тумб - 1 м).

Длина направляющего сооружения составляет:

что больше рекомендуемого .

На конце причального сооружения предусматриваем криволинейный участок с радиусом .

Для плавного перехода от ширины подходных каналов к ширине камеры, предусматриваем направление направляющего сооружения с левой стороны примыкающей лицевой грани голов шлюза.

Сопряжение направляющего сооружения с причальной линией выполняется по радиусу . В этом случае угол что меньше . На противоположном берегу и

что меньше .

Определение размеров подходных каналов

Компоновка судоходного шлюза в плане и подходов к нему выполняется с учетом требований безопасности эксплуатации. Судоходная трасса шлюза (рис.7) должна быть прямолинейной на участке длиной не менее определяемой по формуле:

,

где - длина шлюза, включая головы, м,

,

где - полезная длина камеры шлюза, м, ;

Рис. Схема судоходного шлюза с подходами

1 - ось судового хода; 2 - шлюз; 3 - радиусы поворота судна

 - длина верхней головы, м, для предварительных расчетов принимаем ;

- длина нижней головы, м, для предварительных расчетов принимаем ;

- длина верхнего (нижнего) участка подхода, определяемая в п.4.2, м, .

- длина расчетного судна, м,

.

5.Выбор системы питания и типа камер

5.1 Выбор системы питания камер

Критерием типа камер является:

Расчет критерий:

Следовательно, принимаем головную систему питания, так как высота порога не обеспечивает возможность размещения в нем по высоте плоских ворот, то есть принимаем головную систему с воротами.

5.2 Выбор типа камер.

Типы конструкций камер зависит от габаритов шлюза, напора на камеру, принятой системы питания и свойств, грунтов основания. Так как в данном случае имеет место максимальный напор на шлюз равный:

Что более 4 - 6 м. поэтому принимаем камеру с непроницаемым днищем.

Основные условия применения камер с не разрезным днищем:

- большой коэффициент на фильтрацию грунта основания,

- камера расположена в верхнем бьефе,

- имеют место слабые просадочные грунты.

6.Проектирование камеры судоходного шлюза

Очертание поперечного сечения основные размеры камеры шлюза доковой конструкции представлены на расчетных схемах.

Рис . Расчетная схема доковой конструкции

У нижней части днища устраиваем вуты, то есть постепенный переход от лицевой грани стены к днищу с уклоном 3:1.Высота вута принимается не больше величины запаса под днищем расчетного судна, а его форма должна учитывать запасы по обводам судна поперечного сечения. Принимаем высоту вута 2 м. На стенах камеры и головах шлюза, делаем парапеты 1,1 м.

Проектирование дренажа камеры шлюза.

Отметку дренажа (дно дренажа) однокамерных шлюзов принимаем на 1м выше уровня воды в нижнем бьефе с расчётной вероятностью, превышающей 10%.По графику уровень нижнего бьефа при данном расходе будет равен vУВ_Q10%=108,5 м.

Дренаж бывает двух типов: открытый и закрытый. На водных путях местного назначения допускается закрытый дренаж трубчатого типа. Для шлюзов на водных путях местного назначения диаметр трубопровода закрытого дренажа должен обеспечивать возможность очистки труб через смотровые колодцы. Смотровые колодцы устраиваем через каждые 50 м, уклон дренажа в сторону нижнего бьефа принимается равным: i=0,002.

Дренаж располагается так, чтобы обеспечить возможность его вскрытия для ремонта в случае образования засорения.

В данном проекте предусматриваются швы, которые разрезают камеру через 20…25м.

7. Определение грузопропускной способности шлюза

Различают теоретическую и эксплуатационную грузопропускную способность шлюза.

Эксплуатационная грузопропускная способность равна количеству груза в тоннах, которую шлюз может пропустить в рабочее время за наивысшую при не полном использовании грузоподъемности судов при не равномерном их движении.

,

где

- число грузовых судов в составе

- продолжительность навигации в сутках

- полная грузоподъемность судна в полоном грузу, т.,

- коэффициент полезного использования грузоподъемности судов, равный отношению средней загрузки судов и их полной грузоподъемности

Принимаем:

- коэффициент не равномерности подходов грузовых составов к шлюзу

Принимаем:

- суточное число грузовых шлюзований

где

- число суточных шлюзований (общее)

- число не грузовых шлюзований

Определяем число шлюзований в сутки по формуле:

Принимаем:

где

- время использования шлюза в сутки

- время шлюзования судов

где

- время шлюзования для одностороннего движения судов

- время шлюзования для двустороннего движения судов

За время шлюзования принимается время необходимое на разовый пропуск через шлюз судна или нескольких судов, определяемое продолжительностью следующих операций.

1.Наполнеие и опорожнение

2.Открытие и закрытие ворот

3.Ввод судна в шлюз и вывод из него

Время шлюзования при одностороннем движении:



где

,

где

- для толкаемого состава.

где

- для толкаемого состава.

где

- коэффициент, принимаемый для шлюзов с головной системой питания.

где

8.Гидравлический расчет водопроводной системы шлюза

Основной задачей гидравлического расчета является определение основных размеров водопроводной системы, при которых при опорожнении и наполнении осуществлялось бы в течение заданного времени, полученный при пропускной способности шлюза.

1.Принимаем следующие параметры для гидравлического расчета:

2.Равномерное открытие водопроводных затворов происходит в течение расчетного времени:

где

- доля времени открытия затворов в общем наполнении камеры

Принимаем: - при головном наполнении камеры

- коэффициент расхода водопроводной системы

Принимаем: - при головной безгалерейной системе питания.

3.При наполнении камер предварительно принято время равномерного открытия затворов проверяют по условию отстоя судов.

Условия отстоя судов оценивается допустимыми предельными гидродинамическими условиями, действующими на судно:

где

- коэффициент полного водоизмещения

- для толкаемого состава.

В данном случае имеет место случай не затопления водопроводных отверстий.

За момент затопления водопроводных отверстий принимается момент подъема уровня воды в камере до низа водопроводных отверстий (отметка порога).

9. Конструирование верхней и нижней голов шлюза

Верхняя голова.

Проектируем верхнюю голову с двухстворчатыми воротами и галерейной головной системой питания.

Определение основных размеров:

Длина входной части:

Принимаем:

Длина шкафной части:

Принимаем:

где - глубина шкафа,

длина упорной части:

Общая длина верхней головы составляет:

Нижняя голова.

Проектируем нижнюю голову с двухстворчатыми основными и ремонтными воротами и галерейной системой питания.

Определение основных размеров:

Принимаем:

Длина шкафной части:

Принимаем:

где - глубина шкафа,

Длина упорной части:

Общая длина верхней головы составляет:

.

В дальнейшем длины входной, шкафной и упорной частей уточняем с учетом конструирования.

Конструкция верхней и нижней головы шлюза показана на рис

10. Статический расчет нижней головы

При расчёте общей устойчивости нижней головы на сдвиг должно соблюдаться условие:

,

где - коэффициент надежности, принимаемый в зависимости от класса сооружения,

( для III класса сооружений);

- коэффициент сочетания нагрузок, .

- коэффициент условия работы, ;

F - расчётное значение обобщающего силового воздействия;

R - расчётное значение, обобщающей несущей способности сооружения.

,

где - гидростатическое давление воды на ворота и торцы устоев,

,

,

где - удельный вес воды;

,

- гидростатическое давление со стороны нижнего бьефа,

,

где

- активное давление грунта засыпки на торцевую часть головы со стороны камеры,

где ,

где ,

;

- активное давление грунта засыпки со стороны нижнего бьефа,

Определяем расчётное значение обобщающей силы R.

где - сумма вертикальных сил действующих сверху в низ,

где

где ;

- противодавление,

где ;

;

- сила сцепления по подошве нижней головы,

,

где - удельное сцепление грунта;

- сила трения грунта засыпки на тыловых гранях устоев голов,

Условие выполняется, следовательно, устойчивость на сдвиг обеспечена.

11. Механическое оборудование шлюза

Оборудование шлюза должно удовлетворять условиям прочности, надежности, удобству в эксплуатации, экономичности и технической безопасности. Оно не должно выступать за пределы полезных судоходных габаритов.

На верхней голове предусмотрены основные и ремонтные ворота, в качестве которых приняты опускные ворота (опоры - скользящие).

На нижней голове в качестве основных и ремонтных ворот приняты двухстворчатые ворота. В качестве приводного механизма двухстворчатых ворот принят гидропривод. В открытом положении створки ворот заходят в нишу - шкафной паз. Дно шкафной части заглубляется ниже дна порога нижней головы. Пятовое устройство ворот состоит из подпятника.

Для перехода с одной стороны камеры на другую, предусмотрен переход по верху ворот оснащенных ограждением.

Водопроводные галереи нижней головы оборудованы затворами.

Приводные механизмы ворот и затворов располагаются в специально оборудованных зданиях расположенных на верхней и нижней головах.

В качестве причального оборудования устраиваются причальные тумбы на стенках камеры и на причальных сооружениях, а так же подвижные рымы в камере. Тумбы и рымы устраиваются через 20 м.

Для возможности осмотра камеры предусмотрено устройство 4-х лестниц, 2-х в камере шлюза и по одной на верхней и нижней головах.

В качестве вспомогательных устройств предусматривается размещение насосных установок на площадке рядом с камерой для откачки воды для осмотра и ремонта шлюза.

Центральный пульт управления располагается на верхней голове с целью возможного наблюдения за верхним и нижним бьефом.

В качестве причальных сооружений со стороны верхнего и нижнего бьефов предусматривается использовать свайные не засыпанные причалы с расположенными на них причальными тумбами через 20 м и служебных переходов каждые 10 м.

Для уменьшения объемов земляных работ сопряжение площадок в зоне переезда через нижнюю голову предусмотрено устройство подпорных стен уголкового типа.

Размещено на Allbest.ru

...