Землечерпание (дноуглубительные работы)

Землечерпание

ЗЕМЛЕЧЕРПАНИЕ, один из методов улучшения судоходных условий рек и портов, заключающийся в том, что особым снарядом производится механически углубление дна в реке, где это требуется для судоходства. Первые дноуглубительные снаряды появились у нас на реке Волге в 1864 г. и особого успеха не имели: до 1893 г. на реке Волге насчитывалось всего 24 снаряда с общей производительностью 800 м3/ч. Лишь с этого времени стали поступать снаряды значительной производительности (в 250 м3/ч), хорошо зарекомендовавшие себя в работе, и речной дноуглубительный флот стал быстро расти. Каждый дноуглубительный снаряд представляет собой подъемную машину, установленную на судне, и должен: 1) извлекать со дна реки грунт, 2) удалять извлеченный грунт в сторону от фарватера, 3) легко перемещаться с одного места работ на другое. Главных типов дноуглубительных снарядов два: черпаковые снаряды (с одним или большим числом черпаков) и землесосы (см. Землечерпательные снаряды и Землесос).

Для отвода грунта, вычерпываемого черпаковыми снарядами, пользуются особыми судами - шаландами (фиг. 1), которые имеют в своих корпусах грунтовый ящик с откидными днищами; промежутки между стенками ящиков и бортами шаланд являются воздушными камерами, необходимыми для придания шаландам плавучести; помещения на носу и корме играют роль тех же камер.

Шаланда для отвода грунта

Закрытие и открытие откидных днищ совершается с помощью цепей, наматываемых на барабаны, насаженные на вал, проходящий по всей длине шаланды и приводимый во вращение от лебедки. Шаланды строят с грунтовыми ящиками емкостью 20—150 м3. К вспомогательным судам, обслуживающим дноуглубительные снаряды, относятся: брандвахты, нефтянки, дровянки, угольные гончаки, понтоны для поддержки станового троса, завозни для завозки якорей, третники для склада запасных частей и разъездные лодки.

Осуществление основной цели землечерпания - увеличения глубины судового хода - достигается обычно при посредстве специальной организации, в ведение которой передается известное протяжение водного пути (участок, плёс) вместе с определенным количеством дноуглубительных снарядов. Для перемещения их с одного места работ на другое, а равно для обслуживания их во время работ, в соответствии с числом имеющихся снарядов и протяжением участка водного пути, назначается потребное количество пароходов, мощность которых сообразуется с характером работы, подлежащей выполнению. Непременными элементами каждой рационально поставленной землечерпательной организации являются также службы: изыскательная и оповещения (т. н. курьерская). Роль первой из этих служб заключается в заблаговременном обследовании перекатов и других затруднительных для судоходства мест данного водного пути, в съемке планов и прочих подготовительных работах, предшествующих приступу к производству землечерпания; изыскательская партия помещается на специальном, приспособленном для жилья судне (т. н. брандвахте), которое перемещается с одного места работ на другое при помощи небольшого парохода или моторной лодки. Курьерская служба путем рейсирования на пассажирских пароходах собирает сведения о состоянии глубин на отдельных перекатах (руководствуясь вывесками на сигнальных мачтах) и оповещает о них как судоходство, так и организацию, ведающую землечерпанием, для возможности правильного распределения дноуглубительных снарядов по местам работ. Общее руководство дноуглубительными снарядами и изыскательскими партиями на данном участке реки осуществляется специальным лицом - заведующим землечерпанием. Основные задачи землечерпания сводятся к поддержанию необходимых для судоходства глубин как на судовом ходу, так и на подходах к пристаням и в затонах. Работы по углублению судового хода, дающие возможность производить перевозки грузов на данной осадке на всем протяжении участка пути, принято называть «транзитными»; работы же в затонах и пристанях, и вообще не отражающиеся на увеличении глубины сквозного пути (транзита), носят наименование «внетранзитных». Общепринятым для выполнения задания методом служит прорытие в русле реки через мелкие места, посредством землечерпательных снарядов, каналов потребных для судоходства ширины и глубины. Ширина и глубина для всех прорезей на данном участке водного пути делаются вообще одинаковыми; при этом ширина прорезей устанавливается местным управлением внутренних водных путей в зависимости от размеров плавающих на данном пути судов и способов их перемещения, а глубина назначается с таким расчетом, чтобы она, при спаде воды до самого низкого меженного уровня, оказалась на судовом ходе по прорези равной заданной (наименьшей потребной для судоходства).

Направления прорезей назначаются на основании инструментально снятых планов заведующим дноуглубительными работами на данном участке водного пути, сообразуясь с наилучшим сопротивлением прорези засорению наносами и возможно меньшим объемом выемки грунта. Направление и ширина намеченной по плану прорези обозначаются на месте работ посредством устанавливаемых изыскательской партией на берегах створов а, б, в, г (фиг. 2).

План дноуглубительных работ

Этими же створами руководятся и при установке дноуглубительного снаряда на месте работ. При этом снаряд устанавливают обычно черпаковой рамой (или сосуном) против течения на пяти якорях, из которых один д («становой») для удержания снаряда на течении завозят вперед как можно дальше по направлению прорези, а четыре остальных е (боковых) раскладывают по два в обе стороны, с передней и задней частей снаряда в бок от него (за пределы прорези), для перемещений снаряда по прорези в поперечном направлении. Для завозки якорей применяются большие устойчивые лодки, называемые завознями, которые перемещаются посредством весел, а иногда, если течение быстро, при помощи обслуживающего работы парохода. Якоря, которые укладываются в пределах судового хода, во избежание проломов о них проходящих мимо судов, употребляются исключительно однолапые; во всех же прочих случаях - чаще всего четырехлапые. Для удержания снаряда на месте и для его рабочих передвижений применяются железные цепи или стальные (оцинкованные) тросы. Тросы - легче, но соединение их в случае обрывов затруднительно; цепи - тяжелее, зато их можно легко и быстро соединять при обрывах с помощью цепных замков.

Многочерпаковый снаряд для разработки какой-либо прорези должен перемещаться по становой и боковым цепям в определенной системе. При работе на реке снаряд устанавливают обыкновенно черпаками против течения к нижней границе намеченной прорези и удерживают на становом тросе. Затем черпаковую раму опускают на заданную глубину, и черпаковая цепь приводится в движение. Одновременно выбирают боковые цепи с одного борта, и снаряд передвигается всем корпусом по дуге круга, радиус которого равен длине станового троса. При этом черпаки будут последовательно врезаться в грунт и наполняться им. Дойдя до кромки прорези, боковые лебедки прекращают работу, и снаряд подается вперед по становой цепи. После подачи снаряда вперед выбирают боковые цепи с другого борта, и снаряд передвигается в противоположную сторону. Таким образом, во время работ снаряд описывает ряд параллельных линий (фиг. 3).

Земснаряд описывает ряд параллельных линий

Такое перемещение снаряда носит название папильонажа по сходству движения с полетом бабочки. Каждый ковш работающего снаряда совершает сложное движение: 1) он движется с черпаковой цепью по нижнему барабану, описывая дугу круга, и 2) перемещается вместе со снарядом в боковом направлении. При равномерном движении черпаковой цепи и папильонажных лебедок борозды, прорытые отдельными черпаками, будут параллельны друг другу и представятся с фронта в виде ряда полос, наклоненных в сторону движения снаряда. Чем быстрей папильонаж, тем больше угол наклона борозд.

При разработке определенной прорези элементами работы являются: скорость черпания (движения резака, черпака), толщина снимаемого слоя, величина подачи снаряда вперед и скорость папильонирования. Все эти элементы связаны между собой и д. б. подобраны так, чтобы при наименьшей затрате энергии производительность снаряда была использована полностью. Скорость черпания зависит от качества срезаемого грунта, его твердости и вязкости, а также от тех усилий, которые необходимо затратить на преодоление инерции срезаемого грунта. Кроме того, скорость связана с другим процессом работы - с опорожнением ковша при переходе его через верхний барабан. Для опорожнения черпака необходима затрата вполне определенного времени во избежание выпадения грунта в прорезь. По всем этим причинам практикой установлена скорость движения черпаковой цепи в 15—29 м/мин; соответственно этому опоражнивается в 1 мин. от 12 до 20 черпаков (для тяжелых и легких грунтов). Толщина слоя срезаемого грунта колеблется на практике в очень широких пределах. При производстве глубоких выемок черпаковая цепь при своем продвижении вперед подвергается обвалам подрезанного грунта, и дальнейшее папильонирование становится невозможным. Поэтому в тех случаях, когда глубина воды достаточна для продвижения снарядов вперед по становой цепи, рациональнее производить съемку грунта несколькими слоями меньшей толщины. Предельной теоретической высотой снимаемого слоя, при которой не будет нависания грунта, можно считать величину ее, равную примерно расстоянию от центра барабана до внешней кромки черпака. Величина подачи снаряда вперед обусловливается вылетом черпака и не м. б. больше его, т. к. в противном случае врезавшиеся в грунт черпаки не могли бы быть перемещаемы в боковом направлении вследствие упора в грунт реборды нижнего барабана и черпаковой рамы. При небольшой высоте слоя срезаемого грунта, не превышающей вылета черпака, указанное препятствие не имеет места, и подача снаряда вперед м. б. сделана большей. В том случае, если одновременно в работе находятся несколько черпаков, предельная подача вперед выразится длиной шлейфа, т. е. длиной волочащейся по дну черпаковой цепи.

Предельное значение скорости папильонажа определяется конструкцией самого черпака. Черпаки работающего снаряда чертят на срезаемом грунте ряд параллельных борозд, наклоненных к вертикали под определенным углом ϕ, величина которого обусловливается скоростями движения черпака по нижнему барабану - скоростью срезания грунта Vr и боковым перемещением снаряда по папильонажным цепям - скоростью папильонирования Vn (фиг. 4):

Zemlecherpanie 4

Рациональная работа требует, чтобы производительность снаряда была использована как можно полнее и в работе не было пропусков, т. е. недоработанных мест. Это последнее условие будет выполнено, если объем ленты, срезаемой черпаком, будет равен, его емкости, т. е. когда

Zemlecherpanie 5

где W - емкость черпака, а - длина срезаемой ленты, b - ширина и h - толщина ее; заменяя b через Vn/n, получим

Zemlecherpanie 6

где n - число черпаков, проходящих в минуту.

Zemlecherpanie 7

При определенной глубине выемки h скорость папильонирования будет обратно пропорциональна подаче снаряда вперед по становой цепи. Практика показывает, что вопрос о наивыгоднейшем соотношении между элементами a, h и Vn разрешается в пользу возможного уменьшения скорости папильонирования и придания предельных значений остальным элементам - высоте срезаемого слоя и величине подачи снаряда вперед.

Грунт, извлеченный дноуглубительным снарядом, в большинстве случаев не составляет непосредственной цели производства работ. Поэтому вообще он д. б. удаляем наиболее рациональным и экономически выгодным способом, при условии, чтобы он не мог попасть в вырытый канал (прорезь), быть вынесенным на фарватер или нарушать интересы прибрежных жителей. В качестве способов удаления продуктов землечерпания техника этих работ выработала: отводку в шаландах, отводку при помощи рефулера и удаление длинными подвесными лотками (кулуарами). Для отводки грунта шаландами последние с закрытыми люками подводятся к борту снаряда и затем, по наполнении, отводятся к месту разгрузки небольшим мелкосидящим пароходом. Здесь люковые цепи отдаются, грунт падает на дно, а шаланда, освобожденная от грунта, подводится вновь к снаряду для новой нагрузки. Отводка грунта обычно производится поочередно двумя шаландами, причем в то время, как одна нагружается грунтом, другая отводится в сторону и разгружается. Емкость и число шаланд д. б. сообразованы с производительностью снаряда и дальностью отводки грунта, чтобы простой снаряда был как можно мал. Разгрузка шаланд производится на достаточно глубоких местах с тихим течением и в стороне от судового хода, чтобы сваленный из шаланд грунт не мог быть вынесен на фарватер. Посредством шаланд можно отводить грунты всякого рода, за исключением очень жидких (ил или мелкий песок), которые утекают через щели затворов шаланд. Непременным условием отвода грунта шаландами является наличие на месте работ, на недалеком расстоянии, удобных для свалки мест с достаточной глубиной. Главный недостаток этого метода удаления грунта заключается в задержках в работе при смене шаланд и сильном влиянии на успешность работ атмосферных явлений (ветров, тумана и т. п.). Посредством рефулера м. б. отводимы грунты, образующие с водой однообразную смесь, например, песчаные и илистые. К рефулированию извлеченного грунта приходится прибегать в тех случаях, когда удобное для разгрузки шаланд место слишком удалено от пункта работ, а также когда извлеченный грунт бывает необходимо поднять на берег. Главный недостаток отвода грунта рефулером - ограниченность расстояния свалки грунта от края прорези, зависящая от длины рефулера, вследствие чего не предотвращен вынос грунта обратно в прорезь. Выбор стороны для свалки грунта в воду делают, сообразуясь с местными условиями работы. При свалке грунта на берег рефулером, для удержания грунта применяют ряд вспомогательных приспособлений: деревянные щиты, земляные валы, плетни и т. п. Способ отвода грунта посредством кулуара является простым и дешевым, но он не всегда допустим, т. к. дальность отвода грунта в данном случае всецело зависит от длины кулуара, а последняя не м. б. весьма значительной в виду затруднительности сохранения при этом устойчивости снаряда. Посредством кулуара можно удалять вообще весьма различные грунты, за исключением глины с камнем, при которых в кулуаре происходят завалы. Указанная ограниченность дальности отвода делает невозможным применение кулуаров на реках с широким и глубоким фарватером, зато они удобны при расчистке узких водных путей (например, каналов), где применение других способов отвода грунта оказывается весьма затруднительным.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 8 - 1929 г.