Лекция 15. Компоновка акватории порта

 

ОПЕРАТИВНАЯ АКВАТОРИЯ ПРИЧАЛЬНОГО ФРОНТА

 

Оперативная акватория порта включает маневровую и операционную акватории, примыкающие непосредственно к береговым и рейдовым причалам. К оперативной акватории берегового причального фронта относятся:

• водное пространство между пирсами;
• водная поверхность ковшей;
• акватории, примыкающие к фронтально расположенным причалам и отдельно стоящим пирсам.

Выбор оптимальных параметров оперативной акватории производится на основе технических и эксплуатационных показателей и определяется следующими условиями:

• планировка и размеры акватории должны обеспечивать удобное и безопасное расхождение судов при их маневрировании у причалов;
• конфигурация берегового причального фронта должна удовлетворять требованиям компоновки железнодорожных путей и автомобильных дорог.

Задача по определению размеров оперативной акватории сводится к установлению оптимальных габаритов ковшей, расстояний между пирсами, участков акватории, примыкающим к причалам.

В случае фронтального расположения причалов, либо отдельно стоящих пирсов, размеры оперативной акватории определяются шириной операционной и маневровой акваторий. Ширина операционной акватории должна обеспечивать стоянку грузового судна у причалов и возможную швартовку к нему вторым бортом судна-бункеровщика. Размеры маневровой акватории предусматривают прохождение вдоль операционной акватории и на безопасном расстоянии от нее одного или двух судов с буксирами под бортом (рис.15.1).

 

Рис. 15.1. Схема к определению ширины оперативной акватории в случае фронтального расположения причалов и у отдельно стоящих пирсов

 

При четырех и более фронтально расположенных причалах ширину оперативной акватории определяют с учетом одновременного прохождения судов в обоих направлениях:

(15.1)

где: B_с - ширина расчетного судна;

B_бунк. - ширина судна-бункеровщика;

B_букc..- ширина буксира;

- запас ширины между судами, принимаемый равным 1.5B_с.

В случае меньшего количества причалов одновременное прохождение судов в двух направления, как правило, не учитывают:

(15.2)

 

В первом случае ширина оперативной акватории обычно составляет 150-180 м, во втором - 100-130 м.

Для определения ширины акватории у отдельно стоящих причалов:

(15.3)

где: - сумма длины буксира и буксирного троса, определяемые в зависимости от дедвейта судна (15 тыс. т - 60 м; 15-30 тыс.т - 70 м; 30 тыс. т - 90 м);

Результатом проверок по формулам (12.5) и (12.6) является непревышение соответствующих значений, полученных по формулам (12.3) и (12.4).

Нормы технологического проектирования речных портов регламентируют определение ширины бассейнов и радиусов разворотных рейдов между ними в соответствии со схемой на рис. 15.2

Рис. 15.2 Схема к определению размеров бассейнов речных портов

 

 

С целью обеспечения маневровых операций перед узкими бассейнами также необходимо предусмотреть разворотные места радиусом R=1.5L_c. (рис.15.3).

 

Рис. 15.3 Схемы к определению размеров разворотных мест перед входом в узкий бассейн при отсутствии (а) и наличии (б) причалов у входа

 

Для речных портов расчеты ширины оперативной акватории выполняются с учетом швартовки судов вторым бортом, как для причальной стенки, так и дебаркадеру. Длину речных затонов, во избежание развития местного волнения, обычно устанавливают не более 1 км.

В зависимости от местных условий выбор оптимального варианта планового расположения и размеров оперативной территории осуществляют с учетом следующих взаимоисключающих условий:

• с увеличением ширины бассейна судоходные условия улучшаются, однако возрастают затраты на капитальное строительство и эксплуатационные расходы на дноуглубительные работы;
• эксплуатация узких бассейнов предусматривает использование большего количества буксиров;
• устройство четырех и более причалов в пределах одной причальной линии бассейна или ковша нежелательно.

В существующих портах площадь оперативной акватории, приходящейся на один причал, составляет от 1 до 20 га.

 

ОПЕРАТИВНАЯ АКВАТОРИЯ РЕЙДОВЫХ ПРИЧАЛОВ

 

Рейдовые причалы обеспечивают стоянку судов на якорях, швартовных буях, бочках или у палов при необходимости ожидания свободного причала. В ряде случаев рейдовые причалы используют для обработки судов - передачи грузов с судна на судно (например с морского на речное или на лихтер), а также частичную распаузку для дальнейшего следования судна к мелководным причалам. Кроме этого, на рейдовых причалах может происходить бункеровка судов, снабжение их пресной водой и продовольствием.

При определении размеров оперативной акватории рейдовых причалов рассматривают, как правило, следующие случаи стоянки или швартовки судна:

• на одном якоре или швартовном буе;
• на двух якорях (двух буях, буе и якоре);
• носом или кормой у стенки;
• у швартовных пал.

 

Для отстоя судов на внешнем рейде применяют схему стоянки судна на одном якоре или швартовном буе. В этом случае судно под влиянием ветра и течения дрейфует вокруг места постановки (рис.15.4).

 

 

Рис. 15.4. Схема к определению размеров причала на внешнем рейде: а) на якоре; б) на швартовном буе

Необходимую площадь при данном способе постановки определяют с учетом проекции длины якорного каната или швартовного конца, длины судна и навигационного запаса.

Проекцию длины якорной цепи L_як. назначают в зависимости от глубины места постановки d и принимают равной:

• - на глубинах до 20 м - L_як.= 8d;
• - свыше 20 м - L_як= 6d.

Проекцию длины швартовного конца L_ш обычно принимают равной 25 м (но не менее 20 м), а навигационный запас .

На внешних рейдовых причалах для крупнотоннажных наливных судов швартовка осуществляется путем отдачи двух носовых якорей и крепления кормовой части к заякоренным бочкам, количество которых назначают в зависимости от дедвейта судна и глубины места: три бочки - при d= 12-15 м и DW= 12-15 тыс. т; пять - d= 15-20 м и DW= 50-100 тыс. т; семь - d>;20 м и DW >100 тыс. т (рис.15.5). В этих случаях длина причала определяется суммой длины судна, а также проекций длин якорного и швартовного канатов по носу и корме, а ширина назначается из расчета двух длин судна.

 

 

Рис.15.5. Схемы крепления крупнотоннажных наливных судов на рейдовых причалах при различном числе швартовных буев

 

Схему крепления в двух точках по диаметральной плоскости применяют на внутренних рейдовых причалах при необходимости фиксирования положения судна. В случае постановки судна на кормовой и носовой якоря длина рейдового причала будет составлять L_c+ 10 d, на двух бочках или палах - L_c+2L_ш.

При необходимости устройства рейдовых причалов с внутренней стороны оградительных сооружений швартовку судов осуществляют в соответствии со схемой на рис. 15.6.

Рис. 15.6. Схема к определению размеров причала на внутреннем рейде: а) при одиночной стоянке судов; б) при парной стоянке

 

Ширину рейдового перегрузочного причала определяют как сумму следующих параметров (рис.15.7):

 

(15.4)

где: В_с - ширина лихтера или речного судна; В_п.к.- ширина плавучего крана или перегружателя; - расстояние между двумя рейдовыми причалами, принимаемое равным 3В_с

В речных портах в состав оперативной акватории порта входят сортировочный и формировочный рейды, предназначенные для обслуживания караванов несамоходных судов.

 

 

Рис. 15.7. Схема к определению ширины рейдового перегрузочного причала

 

Размеры сортировочного рейда определяют в зависимости от наибольшего количества несамоходных судов, одновременно находящихся в порту, способа их расстановки на рейде и площади, необходимой для расстановки одного судна.

 

ВХОДНОЙ РЕЙД

 

При входе в порт судно должно двигаться прямолинейно и иметь на некотором расстоянии свободную акваторию, достаточную для снижения скорости от момента включения заднего хода до полной остановки. Участок акватории, предназначенный для выполнения такого маневра, называют входным рейдом. Размеры и начертание в плане входного рейда должны обеспечивать входящему в порт судну выполнение, в условиях штормового ветра, следующих маневров:

• а) полное гашение инерции при входе в порт;
• б) разворот собственными средствами по дуге циркуляции;
• в) отдачу якоря или безопасную стоянку на рейде.

При назначении размеров входного рейда необходимо учитывать величину допускаемой скорости судна на входе в порт, а также при его маневрировании. Допускаемая скорость обычно составляет от 2 до 4 узлов (1-2 м/с), что соответствует переднему малому ходу. маневровые качества характеризуются длиной пробега, выраженной в длинах судна от момента включения полного заднего хода до полной остановки. Приближенно это расстояние может быть рассчитано по формуле:

 

, (15.5)

где: V₀ - скорость судна в момент включения заднего хода;

D - водоизмещение судна;

N - мощность двигателя.

 

Входной рейд речного порта устраивают таким образом, чтобы суда подходили к причалам обязательно против течения (рис.15.8). Для обеспечения беспрепятственной и безопасной циркуляции судна минимальная ширина входного рейда должна соответствовать трем длинам расчетного судна. С учетом размеров современных судов обеспечить такую ширину входного рейда, как правило, не удается. В большинстве речных портов это значение составляет (1.0-1.5)L_c и подход судов к причалам осуществляется путем сложных маневров.

Согласно НТП морских портов, для полного гашения инерции судна необходимо, чтобы длина прямолинейного участка по направлению оси входа, считая от ворот, составляла не менее 3,5 длины судна. С учетом тяжелых гидрометеорологических условий и особых маневровых качеств судов этот размер может быть увеличен до (4,5-5,0)L_с .

Разворот судна также обеспечивается, если на участке входного рейда может быть вписана окружность диаметром 3,5L_с – так называемый навигационный (или разворотный) круг. При этом ось судового хода должна пересекать или касаться этой окружности (рис.15.9).

Для крупнотоннажных судов, вход и выход которых осуществляются при помощи буксиров, диаметр разворотного круга, м, принимают равным D=1.25L_c+150, но не менее 2L_c.

В стесненных акваториях для этих целей также допускается предусматривать площадь акватории в виде полуокружности радиусом R>2.5L_c, располагая ее таким образом,

чтобы ось входа про

ходила ближе к середине дуги (рис.15.10).

 

 

Рис. 15.8. Схема к определению ширины входного рейда речного порта

 

В особо стесненных акваториях приходится прибегать к сложному маневрированию с использованием буксиров, якорных устройств, пал и т.п. В этих случаях ширина маневровой акватории может быть уменьшена до (1,2-1,3)L_с, а расстояние до оси судового хода 2L_c (рис.15.11).

При использовании данной схемы проекцию длины якорного каната назначают не более 0,3L_c, а расстояние по дну до оградительных сооружений - не менее 2В_с.

 

Рис.15.9. Варианты расположения навигационного круга

 

Рис.15.10. Варианты расположения разворотного полукруга: а) симметричное;

б) несимметричное

 

В особо стесненных акваториях приходится прибегать к сложному маневрированию с использованием буксиров, якорных устройств, пал и т.п. В этих случаях ширина маневровой акватории может быть уменьшена до (1,2-1,3)L_с, а расстояние до оси судового хода 2L_c (рис.15.11).

При использовании данной схемы проекцию длины якорного каната назначают не более 0,3L_c, а расстояние по дну до оградительных сооружений - не менее 2В_с.

 

Рис.15.11. Маневрирование на входном рейде с использованием якорного устройства

Глубину акватории, на которой размещают навигационный круг и полукруг, определяют в соответствии с максимальной осадкой расчетного судна.

 

ВХОД В ПОРТ

 

Под входом в порт понимают совокупность элементов, обеспечивающих безопасность прохождения судов на акваторию порта:

· входные ворота,

· участок подходного канала с одной стороны и входного рейда с другой.

Входные ворота порта располагают на наибольшей, относительно других участков оградительных сооружений, глубине. Плановое расположение и ширина входных ворот должны удовлетворять следующим основным требованиям. Во-первых, ширина входных ворот должна быть достаточной с точки зрения удобства и безопасности прохода судов. Во-вторых, входные ворота должны быть ориентированы таким образом, чтобы проникновение волновой энергии, наносов и льда на акваторию порта было минимальным.

Направление оси судового хода также должно иметь строго фиксированное положение и удовлетворять навигационным требованиям, исключающим рыскание судна, потерю управления на малом ходу, навал на оградительные сооружения. В связи с этим, ширина входных ворот оказывается, как правило, больше ширины входа в порт. Ширина входа в порт - проекция расстояния между головами оградительных сооружений на нормаль к оси судового хода (рис.15.12).

Рис. 15.12. Схема к определению ширины входа в порт: 1 - оградительные сооружения; 2 - ширина входных ворот; 3 - ширина входа в порт

 

Ось судового хода на входе в порт ориентируют в соответствии с направлением преобладающих ветра и течения, а также с учетом генерального направления береговой линии. Во избежание выброса судна на прибрежные отмели или мысы угол между направлением судового хода и береговой линией должен составлять не менее 30⁰. При этом, по отношению к направлению преобладающего ветра и волнения данный угол должен находиться в пределах от 45⁰ до 70⁰ (рис.15.13).

 

 

Рис.15.13. Схема к определению направления оси судового хода

Ширину входа в порт рассчитывают исходя из навигационных требований на основании данных о габаритах судна, скорости его движения, а также характера и степени его взаимодействия с гидродинамическими факторами.

Следует учитывать, что при любых условиях ширина входа в порт должна составлять не менее 0.8 длины расчетного судна.

В случае, когда принятая по навигационным условиям ширина входа не обеспечивает необходимой защищенности портовой акватории, предусматривают перекрытие входных ворот в соответствии с направлением преобладающих ветра и волнения. Перекрытие входных ворот, обеспечивающее минимальное проникновение волновой энергии на акваторию порта, продлением и изменением угла поворота одного из молов (рис.15.14-а), либо созданием дополнительного оградительного сооружения в виде волнолома (рис.15.14-б).

 

Рис.15.14. Перекрытие входных ворот порта: а - продлением одного из молов; б - волноломом; (1 - мол; 2,3 - варианты продления мола; 4 - преобладающее направление волнения; 5 - ось судового хода; 6-волнолом; 7- генеральное направление береговой линии)

 

При определении ширины входных ворот также необходимо учитывать профиль поперечного сечения головных частей оградительных сооружений и предусматривать соответствующие запасы. Ширина ворот оказывается минимальной в случае вертикального профиля сооружений и при отсутствии подходного канала (рис.15.15).

Наличие второго входа в значительной степени упрощает маневрирование судов на акватории, улучшает водообмен и способствует ее очищению ото льда. Однако, обеспечение достаточной защищенности неизменно связано с созданием дополнительных оградительных сооружений.

Рис.15.15. Схема к определению ширины входных ворот при различных вариантах профиля головных частей оградительных сооружений: а-в) - вертикальный профиль;

г) откосный профиль; Н_п - проектная глубина; Н_н- навигационная глубина