Сооружение подводных трубопроводов

чинен характеру развития плановых деформаций. Глубинные де­ формации в пределах фиксированных плановых очертаний русла носят сезонный характер и сводятся к нарастанию перекатов и размыву плесов в период половодья и к противоположным де­ формациям в период межени.

В пойме свободно меандрирующей реки сохраняются староре­ чья - изолированные от действующего русла отпавшие излучины,

Незавершенное меандрирование (5) является разновидностью свободного меандрирования. Характеризуется наличием спрямля­ ющего протока излучин. Возникает в сильно затапливаемых во время половодья поймах, сложенных из легкоразмываемых пород грунта. В начальный период своего развития излучины развива­ ются по схеме свободного меандрирования, но задолго до за­ вершения полного цикла развития излучины на пойме возникает и развивается спрямляющая протока, со временем превращаю­ щаяся в главное русло. По мере развития спрямляющей протоки деформации главного русла ослабевают.

Спрямляющая протока разрабатывается постепенно (на малых реках быстрее, на больших медленнее). По ней происходит ин­ тенсивное движение насосных скоплений в виде ленточных гряд, осередков, побочней. После того, как спрямляющая протока примет основную часть расхода воды в реке, прежнее главное русло начинает превращаться в старицу и цикл возобновляется. Прогноз плановых деформаций производят совмещением плановых материалов разных лет съемок.

Пойменная многорукавность (5 ') является дальнейшим разви­ тием и усложнением незавершенного меандрирования, при кото­ ром спрямляются не отдельные излучины, а группы излучин. Ха­ рактеризуется широкой поймой. Острова, образованные прото­ ками, представляют участки поймы, обладающие значительной плановой устойчивостью.

Деформации реки в целом сводятся к медленному развитию спрямляющих протоков, их отмиранию и возобновлению, сопро­ вождающимся перераспределением расхода воды между рукавами. Спрямлениями, как правило, оказываются охвачены не отдельные излучины, как при незавершенном меандрировании, а группы смежных излучин.

Осередковый тип (77) руслового процесса (русловая много­ рукавность) распространен на участках равнинных и горно­ предгорных рек с интенсивным движением донных насосов в ус­ ловиях перегрузки потока насосами. Характеризуется распла­ станным руслом, по которому в паводковый период перемещаются мезоформы: осередки, побочни и ленточные гряды, в разной степени обсыхающие в период межени и создающие многорукавный облик русла.

В периоды межени и низких половодий на участках русел, сложенных из мелких насосов, происходят внутрирусловые пла­ новые деформации контуров мезоформ. v

1.2.2. Изыскательские работы

Изыскательские работы на участках подводных переходов трубопроводов, необходимые для прогнозирования и учета де­ формаций русел и берегов водной преграды, выполняет проект­ ный институт поэтапно (предполевые, полевые, камеральные) в соответствии с задачами, подлежащими решению, и применитель­ но к определенным стадиям проектирования.

На предполевом этапе решаются следующие задачи: предварительный выбор участков расположения переходов по

трассе трубопровода; определение типа руслового процесса на предполагаемых

участках перехода через реку; сбор и анализ картографических материалов;

предварительная качественная оценка глубинных и плановых деформаций русла и поймы, а также их качественных измерите­ лей (при наличии необходимых материалов);

сбор и анализ опубликованных данных по -гидрологическому режиму реки на участке перехода;

составление программы полевых изысканий.

Предполевой этап изысканий заканчивается составлением об­ зорной схемы участка реки с указанием вариантов расположения перехода, обозначением границ меженного русла, поймы, корен­ ных берегов долины, выделением целостных морфологических об­ разований и фрагментов русла (побочней, осередков, островов, перекатов, плесовых лощин, затонов, проток), нанесением средней геометрической линии меженного русла и линии фарва­ тера, обозначением хорошо опознаваемых ориентиров на местно­ сти, указанием расстояний до ближайших гидрологических по­ стов, гидротехнических сооружений и мостов. Масштаб схемы должен быть не менее:

Длина участка реки на схеме должна быть не менее 20 ширин русла и включать не менее 3-4 целостных русловых форм.

Во многих случаях тип руслового процесса может быть уста­ новлен по картографическим материалам и данным аэрофотосъ­ емок. В более сложных случаях, когда тип руслового процесса полностью не соответствует рассмотренным типам руслового процесса, принимают наиболее близкий тип, уточнение которого производят в процессе инженерных изысканий.

На основании анализа материалов, собранных в предполевой период изысканий, составляется краткая справка с инженерной оценкой района перехода, содержащая данные о гидрологическом режиме реки, типе руслового процесса, возможном характере и предполагаемых темпах русловых деформаций, условиях судоход­ ства. К справке прикладываются: совмещенные выкопировки из лоцманских либо топографических карт и планов участка разных

лет съемки, предварительные оценки плановых и высотных де­ формаций русла. Перечисленные материалы вместе с обзорной схемой служат обоснованием выбора возможных вариантов разме­ щения перехода.

На этапе полевых изысканий решаются следующие задачи: установление типа руслового процесса на участке перехода; определение наиболее низких отметок плесовых лощин выше

створа перехода; определение состава донных насосов и границ залегания

слаборазмываемых грунтов; измерение геометрических и динамических характеристик

донных гряд; определение сезонных изменений низших отметок плесовых

лощин при годовом цикле наблюдений; определение расчетных скоростей течения и уровней в паво­

док и в межень; определение скорости смещения целостных морфологических

образований русла (мезо- и макроформ при годичном цикле на­ блюдений).

При определении плановых деформаций речного русла при ин­ женерных изысканиях для проектирования подводного перехода выясняют характер, размер и скорость перемещения русловых форм и зон наибольших глубин. Кроме оценки плановых деформа­ ций речного русла, необходимо учитывать его высотные пере­ формирования.

На этапе полевых изысканий окончательно выбирают створы перехода, подготавливают исходные материалы для построения предельного профиля размыва русла за расчетный срок эксплуа­ тации трубопровода и выполняют приближенные расчеты заносимости подводных траншей в период строительства перехода.

При полевых изысканиях выполняются следующие работы: рекогносцировочное гидроморфологическое обследование уча­

стка реки в меженный период; наблюдения за уровнем воды и измерения расходов воды на

временных постах; инженерно-геологическое обследование участка перехода; русловая съемка;

взятие проб донных насосов на участке перехода; измерение поля поверхностных скоростей во время половодья

имежени наземными и аэрогидрометрическими методами; измерение скорости потока на вертикалях по намеченным

створам во время половодья и межени; повторные промеры глубин русла поперечниками и продольни­

ками в различные фазы водного режима на подъеме, при прохож­ дении пика и спаде половодья и паводков.

На стадии завершения этапа полевых изысканий разрабатыва­ ются следующие материалы: схематический план гидроморфологи­ ческого обследования участка перехода; план русловой съемки; схема геологического рекогносцировочного обследования участ­

ка перехода с геологическими разрезами по створам перехода[ (по данным инженерно-геологических изысканий); совмещенные поперечные профили и предварительный вариант поперечного профиля возможного размыва русла (для ленточногрядового, побочневого типов руслового процесса и ограниченного меандрирования).

На камеральном этапе изысканий составляют прогноз глубин­ ных и плановых деформаций русла на период эксплуатации пере­ хода с построением проектного профиля возможного размыва русла, а также прогноз заносимости подводных траншей в пери­ од строительства.

На завершающей стадии камерального этапа изысканий при составлении окончательного варианта прогноза русловых дефор­ маций наряду с материалами предполевого и полевого этапов изысканий используются следующие материалы:

совмещенные планы и профили сезонных деформаций русла для

кривые обеспеченности расходов и уровней воды; графики связей уровней и максимальных глубин по материа­

лам многолетних наблюдений на изучаемом участке реки или ближайшем гидростворе.

Для составления прогноза заносимости подводных траншей при строительстве перехода используются следующие материалы:

продольные профили дна реки по створам перехода; распределение средних на верткалях скоростей течения

в створах перехода по ширине реки; данные анализа гранулометрического состава донных нано­

сов.

Прогнозирование русловых деформаций выполняют с использо­ ванием следующих характеристик:

средней скорости смещения мезоформ (ленточных гряд, побочней, осередков) за многнолетний период;

средней скорости размыва берегов за многолетний период; средней сезонной деформации плесов; максимальной прогнозируемой глубины русла в створе за пе­

риод службы перехода.

Необходимость выполнения расчетов указанных характеристик определяется для каждого перехода в отдельности в зависимо­ сти от типа руслового процесса, размеров реки, геологических условий, ограничивающих деформации русла, и конструктивных особенностей перехода.

В зависимости от ширины русла реки, типа руслового про­ цесса, интенсивности русловых деформаций; а также имеющихся материалов, изыскания могут быть детальными или выполняться в

сокращенном объеме. Детальные изыскания выполняют на перехо­ дах через судоходные и лесосплавные реки, а также реки с ин­ тенсивными глубинными и плановыми деформациями русла. Де­ тальность изысканий для других случаев зависит от полноты и качества материалов, собранных на предполевом этапе. Изыска­ ния в сокращенном объеме допускаются при проектировании пе­ реходов на участках рек шириной до 100 м, на участках со слабовыраженными глубинными и плановыми деформациями русла, а также при проектировании переходов рядом с действующими переходами магистральных трубопроводов.

Полевые изыскания в сокращенном объеме включают работы: рекокогносцировочное обследование участках перехода; промеры продольного профиля дна реки на стрежне потока; промеры по двум-трем поперечникам в местах наибольших

глубин на продольном профиле реки; промеры глубин по створам перехода;

измерение скоростей течения в стрежневой зоне потока

встворе перехода.

1.2.3.Оценка русловых деформаций

Оценку русловых деформаций выполняют на всех этапах про­ ектирования, но с различной степенью детальности. Исходные материалы, используемые для прогноза, должны обеспечивать необходимую его точность.

Для оценки фактических русловых деформаций и переформиро­ ваний берегов водной преграды на участке перехода пользуются имеющимися картографическими и топографическими материалами, аэрофотосъемками, землеустроительными планами, лоцманскими картами разных лет изданий, материалами гидрометрических из­ мерений, выполненных на гидрологических постах и станциях, русловыми и береговыми съемками бассейновых управлений, ма­ териалами предыдущих изысканий проектных организаций, а так­ же данными обследований параллельно уложенных ниток действу­ ющих трубопроводов.

Для составления прогноза руслового и берегового процесса рек в малоизученных районах, на участках с интенсивными пла­ новыми и глубинными деформациями, а также в случаях, когда к надежности подводных трубопроводов предъявляются особые тре­ бования либо когда заглубление трубопровода связано с боль­ шими затратами и технологическими трудностями, проводят де­ тальные исследования руслового процесса и динамики береговой зоны реки по специальной программе с привлечением специали­ зированных организаций.

Прогнозирование деформации русла реки выполняют на осно­

русла и поймы: макроформ (пойменных массивов, речных излу­ чин), мезоформ (ленточных гряд, побочней, осередков), микро­ форм (гряд). Прогнозирование деформаций берегов водоемов вы­ полняют на основании комплексных исследований гидрометеоро­ логического режима водоема и морфологического строения его берегов, геологических условий и динамики переформирования береговой зоны.

Прогноз русловых и береговых деформаций в первую очередь должен учитывать разработку карьеров в руслах рек для добычи нерудных материалов, а также дноуглубительные и русловыправительные работы на судоходных реках, способные изменить ес­ тественный гидрологический и русловый режимы рек на участке перехода в период эксплуатации трубопровода. При прогнозе русловых деформаций учитывают инженерные мероприятия, преду­ сматриваемые с целью закрепления береговых склонов и грунта засыпки над трубопроводом в границах раскрытия подводных траншей.

Прогнозу и расчету деформаций русла в створе перехода должна предшествовать оценка общих тенденций естественного изменения участка реки и изменения, вызываемого воздействием гидротехнических сооружений, расположенных на реке и ниже по [ечению от строящегося трубопровода.

Для определения знакопеременных деформаций дна и расхода донных наносов определяют геометрические размеры и динамиче­ ские показатели русловых микрофонов (гряд), к которым отно­ сятся малоинерционные, волнообразные донные структуры мас­ сового распространения в русле, соизмеримые с глубиной пото­ ка, образующиеся при скоростях потока, превышающих неразмы­

где С - коэффициент Шези на расчетной вертикали при среднем

Скорость смещения гряд (в м/с) определяется по формуле:

ными градациями. Определяется частота повторяемости уровня воды в каждом интервале за период наблюдений

ле; N - общее число суток за период наблюдений.

Частные интервалы времени Т отвечающие тем же стадиям

наполнения русла за прогнозируемый период, определяются по зависимости

ще Л^пр - общее число суток прогнозируемого периода.

Прогноз плановых деформаций русла на заданный срок со­ ставляется на основе электраполяции значений смещения бере­ гов русла, определяемых совмещением планов русла, выполнен­ ных с интервалом не менее 5-7 лет. Достоверность прогноза существенно возрастает при наличии трех разновременных съе­ мок, в том числе одной на момент проектирования перехода.

Совмещение планов выполняется на координатной сетке или по не изменяющим своего положения деталям местности. Харак­ тер установленных при совмещении плановых деформаций сопо­ ставляется с фактическими деформациями, выявленными в ходе морфологического обследования участка русла рек при низших уровнях воды, по следующим признакам:

зонам размыва должна соответствовать четко выраженная бровка берега, крутой береговой откос, лишенный растительно­ сти, со следами недавних обрушений;

зонам намыва должны соответствовать сглаженные бровки бе­ рега, пологое очертание берегового откоса;

должны быть опознаны на каждом из совмещенных планов наи­ более характерные морфологические элементы, такие как верши­ ны и точки перегиба линий бровок вогнутого и выпуклого бере­ гов, гребни и подвалья мезоформ и т.п.

Экстраполируя смещение характерных точек русла по направ­ лению и числовому значению, получают положение русла на про­ гнозируемый срок. При этом принимают во внимание факторы, способные изменить характер русловых деформаций, в частности приближение излучины к коренному склону долины или останцу, образование спрямляющих протоков на смежных излучинах и др.

Достоверность такого прогноза тем выше, чем точнее исход­ ные планы и их совмещение, подробнее освещен русловыми съем­ ками предыдущий ход развития излучины, меньше - вариация ин­ тенсивности планового перемещения излучины за период совме­ щения съемок и прогнозируемый период, чем продолжительней по сравнению с периодом колебаний водности срок прогноза и про­ межутки времени между следующими друг за другом исходными русловыми съемками.

При отсутствии съемок предшествующих положений данного участка (излучины), но наличии подобных материалов по одной или нескольким излучинам рассматриваемого морфологически од­ нородного участка прогноз плановых деформаций составляется следующим образом. Границы зон плановых деформаций устанав­ ливают при морфологическом обследовании участка перехода и на основании русловой съемки по смещению средней линии наи­ больших глубин относительно геометрической средней линии русла. При этом учитывают, что в любом русле по створу, нор­ мальном к осевой линии, берега перемещаются от средней линии в сторону линии наибольших глубин.

Смещение Le береговой линии в произвольном створе данной

развития излучины, зависящий от степени ее развития, выра1жаемой значением угла разворота Оо:

Входящая в ф-лу (1.8) максимально возможная для рас­ сматриваемого морфологически однородного участка скорость плановых деформаций См вычисляется с использованием выраже­ ния:

где Cui наибольшая скорость смещения берегов в пределах

I-й излучины (для которой имеются данные совмещения русловых съемок) равная 1,5 средней по периметру вогнутого берега скорости размыва берега данной излучины; к. - значение коэф­

фициента скорости развития <-й излучины; п - число излучин, по которым имеются данные совмещений.

При полном отсутствии данных по смещению берегов в преде­ лах рассматриваемого участка используют материал по другой реке, которую рассматривают в качестве аналога. В качестве аналога используют реку с тем же типом руслового процесса, а для определения скоростей деформаций учитывают их связь с определяющими факторами при данном типе руслового про­ цесса.

На вогнутых берегах излучин меандрирующих рек обычно не предусматривают капитального берегоукрепления с целью пред­ отвращения или замедления темпов естественных плановых де­ формаций русла.

Прогнозирование русловых деформаций на северных реках, протекающих на вечномерзлых и многолетнемерзлых грунтах, вы­ полняют на основе общей типизации русловых процессов с уче­ том границ распространения и глубин залегания мерзлых грун­ тов как в русле, так и на пойме, а также мерзлотных процес­ сов и ледовых условий на участке перехода. Прогноз русловых деформаций составляют на основании совмещения русловых съе­ мок или картографических и аэрофотосьемочных материалов, учитывая при этом перечисленные выше характеристики мерзлых грунтов.

Построение на профиле перехода линии возможного размыва русла за период эксплуатации трубопровода выполняют с уче­ том типа руслового процесса на основании .топографических, гидрологических и инженерно-геологических изысканий, произ­ водства расчетов и прогнозов плановых и высотных деформаций дна и оценки их ориентировочной точности, а также на осно­ вании учета конструктивных решений перехода.

При ленточногрядовом и побочневом типе руслового процес­ са прогнозируемый профиль возможного размыва строят с учетом только высотных деформаций. При остальных типах русловых процессов наряду с глубинными деформациями учитывают плано­ вые смещения берегов русла. Основой для определения глубин­ ных деформаций наряду со съемками прежних лет служат рус­ ловые съемки участка перехода, выполненные при изысканиях.

Линию глубинных деформаций в створах строят следующим образом:

на основании совмещения планов разных лет съемки, попе­ речных профилей или расчетным путем определяют темпы смеще­ ния русловых мезоформ, плесовых лощин, перекатов и длину участка совмещения 1«о.и; (рис. 1.3);

совмещают на одном чертеже поперечные профили русла для участка выше створа перехода (за исключением участков меандрирующих рек с развитыми излучинами);

по низшим отметкам совмещенных профилей проводят огибаю­ щую линию глубинных деформаций (размывов), обусловленных предполагаемым смещением пластовых лощин с вышерасположенного участка реки в створ перехода за многолетний период;

на основании материалов годичного цикла изысканий или расчетным путем определяют значения сезонных деформаций;

строят прогнозируемый профиль суммарных (многолетних и сезонных) размывов дна.

Для рек шириной менее 50 м с сокращенным объемом изыска­ ний совмещения поперечных профилей русла и построения огиба­ ющей линии глубинных деформаций не требуется. Вместо этого определяют наибольшую глубину по продольному профилю русла в