Возможные пути увеличения пропускной способности Чайковского шлюза

УДК 656.6

ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ УВЕЛИЧЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ

ЧАЙКОВСКОГО ШЛЮЗА

Матюгин М.А., к.т.н., доцент ФГБОУВО «ВГУВТ» Мильцын Д.А., к.т.н., доцент ФГБОУ ВО «ВГУВТ»

В статье рассматриваются возможные решения вопроса повышения пропускной способности через Чайковский шлюз крупнотоннажных судов и составов, благодаря возведению гидротехнических сооружений транспортного назначения. Рассматриваются различные компоновочные и конструктивные проектные решения гидротехнических сооружений. Даётся оценка эффективности капитальных вложений в строительство гидротехнических сооружений водного транспорта.

Ключевые слова: улучшение судоходных условий, эксплуатация водно-транспортных гидротехнических сооружений, повышение пропускной способности судоходного шлюза.

THE POSSIBLE WAYS TO INCREASE THE CAPACITY OF THE TCHAIKOVSKY

SHIPPING GATEWAY

Matyugin M., PhD Engineering sciences, associate professor Miltsyn D., PhD Engineering sciences, associate professor

The article considers the possible solutions to the issue of increasing the throughput capacity through the Tchaikovsky shipping gateway of large-capacity vessels and barges, thanks to the construction of hydraulic structures for transport purposes. The various layout and constructive solutions of hydraulic structures are considered. The estimation of efficiency of capital investments in construction of hydraulic structures of water transport is given.

Keywords: improving navigation, exploitation of water transport and hydraulic structures, increase of the capacity of a ship lock.

Ввиду малой глубины на нижних порогах Чайковского шлюза, который в настоящее время имеет глубину на нижнем пороге всего 3,5 м при проектном уровне воды, крупнотоннажные суда и составы могут проходить через этот шлюз с осадкой 300-310 см, что вынуждает их загружаться на осадку не более 75% регистровой грузоподъемности. Это приводит к снижению эффективности работы флота и отказа некоторых судоходных компаний от освоения целого ряда грузопоток, расположенных выше Воткинского гидроузла.

Чайковский судоходный шлюз входит в состав Воткинского гидроузла и имеет следующие характеристики.

Шлюз однокамерный, с двумя параллельными нитками, расположен у левого берега. Полезная длина каждой камеры 285,2 м, ширина 29,85 м; глубины на верхних порогах составляет 5,0 м при проектном уровне воды верхнего бьефа 87,0 мБС; на нижних порогах - 3,5 м при проектном уровне 66,0 мБС нижнего бьефа гидроузла. К шлюзу ведут подходные каналы, верхний из которых имеет длину 500 м и ширину 110 м, а нижний - длину 3900 м и ширину 80 м. Внешний вид этого шлюза приведен на рис.1.

Для решения вопроса пропуска через Чайковский шлюз крупнотоннажных судов и составов авторами рассматриваются следующие пути повышения пропускной способности:

- строительство низконапорного полушлюза в нижнем подходном канале, который примыкает к нижней голове существующей

камеры с понижением отметки нижнего порога полушлюза при увеличении судоходной глубины в подходном канале;

- строительство низконапорного шлюза в нижней уширенной части подходного канала Чайковского шлюза также с понижением отметки заложения нижнего порога шлюза.

Для принятия обоснованного варианта решения поставленной задачи в ФБУ «Администрация «Камводпуть» было проведено расширенное производственное совещание по рассмотрению предложений авторами, а именно:

1. Вариант строительства полушлюза, примыкающего к нижней голове существующего шлюза (однониточного и двухниточного), схемы компоновочного решения которых, приведены на рис. 2 и 3.

2. Вариант строительства низконапорного судоходного шлюза в нижней части подходного канала (рис. 4).

Было отмечено, что расположение полушлюза в примыкании к нижней голове Чайковского шлюза возможно, однако это может привести к уменьшению гарантированных габаритов судового хода в нижнем подходном канале при выходе из соседней камеры и тем самым к ухудшению судоходных условий. В связи с этим авторами рассматривался вариант строительства низконапорного шлюза с величиной напора не более трех метров с соблюдением следующих условий:

- рассмотреть расположение двухниточного шлюза в уширенной

Рис. 1. Вид Чайковского шлюза с нижнего бьефа

60 TRANSPORT BUSINESS IN RUSSIA | №3 2017 |

Проектируемый полушлюз I

Рис. 2. Схема компоновки однониточного полушлюза

Рис. 4. Компоновка основных сооружений проектируемого судоходного шлюза

части нижнего подходного канала (выше реки Мутнушка и ниже дюкера городского водоснабжения или на участке 1924,5-1925,15 км р. Кама);

- предусмотреть отметку порога нижней головы проектируемого шлюза не выше 61,1 мБС и головную систему питания шлюза. На верхней голове наполнение камеры шлюза выполняется из-под щита, на нижней голове опорожнение камеры - через короткие обходные галереи;

- в результате устройства в нижнем подходном канале шлюза образуется промежуточный бьеф. Его отметка должна составлять не ниже 68,0 мБС. Предусмотреть устройство автоматического водосброса для сброса излишков воды из верхнего бьефа этого шлюза;

- при проектировании предусмотреть установку подъемно-опускных аварийно-ремонтных ворот, устройства для защиты верхних ворот от навала судов, источник бесперебойного питания, рыбозащитные устройства;

- предусмотреть по левому берегу канала устройство автодороги с асфальтобетонным покрытием, соединяющую существующий и проектируемый шлюзы.

На основании этого авторами были выполнены предпроектные проработки двухниточного низконапорного шлюза в нижней части подходного канала Чайковского шлюза.

Судоходный шлюз целесообразно расположить у левого берега подходного канала. Это позволит обеспечить удобное транспортное сообщение между новым судоходным сооружением и существующими шлюзами Воткинского гидроузла, а также с городом Чайковский. Помимо этого, расположение судоходного шлюза у одного из берегов позволит обеспечивать беспрепятственный пропуск судов по подходному каналу в заданных габаритах в период строительства нового судоходного сооружения.

Возведение нового судоходного шлюза приведет к необходимости создания промежуточного бьефа в нижнем подходном канале Чайковского шлюза между существующим шлюзом и вновь строящимся, отметка которого принимается равной 69,0 мБС, исходя из условия беспрепятственного пропуска через нижний порог суще-

ствующего шлюза всех типов крупнотоннажных судов и составов.

Поскольку объем сливной призмы Чайковского шлюза значительно больше объема сливной призмы нового судоходного шлюза, в проекте предусмотрена возможность сброса излишек воды из промежуточного в нижний бьеф. Для этих целей используется водосброс автоматического действия.

Водосброс запроектирован в виде водослива практического профиля автоматического действия с отметкой порога равной нормальной отметке межшлюзового бьефа - 69,0 мБС. В составе водосброса предусмотрены водобой и рисберма для гашения энергии потока и предотвращения размыва дна нижнего бьефа.

Водосброс располагается в нижней части напорного фронта промежуточного бьефа в створе с нижней головы проектруемого шлюза. Автоматический водосброс сопряжен с правым берегом и нижней головой шлюза земляной плотиной с противофильтраци-онным элементом.

Конструктивно проектируемый судоходный шлюз представляет собой двухниточный однокамерный шлюз. Конструкции двух нитки шлюза идентичны.

В соответствии с геологическими условиями участка (полускальные грунты) конструкция камеры принята докового типа с разрезным днищем.

Напор на судоходный шлюз составляет 3,0 м. Отметка верхнего бьефа 69,0 мБС, отметка нижнего бьефа 66,0 мБС.

Рабочие ворота верхней головы шлюза приняты подъемно-опускного типа. Высота ворот 7,5 м, толщина ворот 3,5 м. В качестве аварийно-ремонтных ворот верхней головы также приняты подъемно-опускные ворота.

Рабочие и аварийные ворота нижней головы распашные двухстворчатые. Длина одной створки 17,6 м, угол поворота 20Ъ.

Поскольку судоходный шлюз является низконапорным (напор менее 10 м), принимается головная сосредоточенная система питания.

Наполнение камеры шлюза производится из-под щита подъемно-опускных ворот верхней головы. Высота подъема ворот

ТЯЛШРОЯТ ВШШЕ88 Ш ЯШ81Л | №3 2017 | 61

принята равной

1,0 м. После полного наполнения камеры рабочие ворота опускаются под порог верхней головы в нишу и освобождают вход в камеру с верхнего бьефа. Время наполнения и опорожнения камеры составит 591 с (9,9 мин). При этом гидродинамические нагрузки, действующие на суда в камере шлюза, как показали расчеты, не превысят допустимых значений.

Опорожнение камеры производится через короткие обходные галереи, расположенные в нижней голове шлюза. Размеры галерей в средней части приняты 4Ч4 м. Выход потока в нижний подходной канал происходит через водовыпуски через балки гашения энергии потока воды, расположенные на пороге ниже рабочих ворот. Каждая галерея оборудуется плоским рабочим затвором и пазами под возможность установки двух аварийно-ремонтных затворов.

Конструкция подходных каналов принята полусимметричного типа. Со стороны верхнего бьефа причальная стенка длиной 300 м, расположена у правого ходового пала. Со стороны нижнего бьефа причальная стенка расположена у левого ходового пала и принята равной 400 м.

Строительство в нижнем подходном канале Чайковского шлюза двухниточного низконапорного судоходного шлюза с увеличенной глубиной заложения нижнего порога шлюза потребует около 8 млрд. руб. капитальных вложений.

Оценка эффективности проектных решений производилась на основе выгод, которые могут получать грузоперевозчики и судоходные компании после ввода в эксплуатацию низконапорного судоходного шлюза.

чл

В проекте чистый доход ( !

шаге (годе) в следующем порядке:

ЧД, = ВГ, -

вг

ставимый вид путем их дисконтирования. При оценке эффективности строительства низконапорного шлюза значение нормы дисконта было принято на уровне величины ключевой ставки Центрального банка РФ, т.е. 11 %.

Таким образом, чистый дисконтированный доход составит:

ЧДЦ, = £(ВГ, - (СШ, + ПИ,))-а,

а, -

: ' коэффициент дисконтирования:

а, =

Е -

где ^ норма дисконта

Экономические выгоды (ВГ), которые будут получать грузопе-ревозчики,составят:

где

ВГ, +Я1)-(бЭ2-бЭ1К

а -

У

доходная ставка грузоперевозчика, руб/ткм;

51 Б2 -

1 та л

) определялся на каждом ,-ом

себестоимости транспортировки грузов соответственно до и после реализации проектных решений, руб/ткм;

и _ эксплуатационная загрузка судов/составов соответственно до и после реализации проектных решений, т; /уч

- - протяженность участка водного пути, км.

Себестоимости транспортировки определяются, руб/ткм: = =

где (экономические выгоды (ВГ), которые будут получать грузоперевозчики, тыс. руб;

сш,

капитальные вложения на строительно-монтажные работы по шлюзу, тыс. руб;

эксплуатационные (производственные) издержки по содержанию шлюза, тыс. руб;

Для того чтобы объективно оценить инвестиционный проект с точки зрения эффективности использования капитальных вложений, нужно все потоки будущих поступлений и платежей привести в сопо-

ОэГ^

где ь - средневзвешенная стоимость содержания расчетного судна/состава, руб/ткм.

Суммарная выгода грузоперевозчиков будет зависеть от судо-потока, прогнозное значение которого на проектируемом участке может достигнуть (по прогнозу) максимума к 2025 г. и составить 7500 судов (составов)/навигация.

Срок окупаемости капитальных вложений с момента ввода в эксплуатацию шлюза может составить около 13 лет, а ежегодная выгода грузоперевозчиков порядка 2 млрд. руб.

62 ТКАШРОЮТ ВШШЕББ Ш ЮШБТА | №3 2017 |