ВСН 163-83. Учет деформаций речных русел и берегов водоемов в зоне подводных переходов магистральных трубопроводов (Нефтегазопроводов)

б) тип руслового процесса;

в) деформации русла и поймы;

г) профиль возможного размыва русла.

2.13. В параграфе «Гидроморфологическая характеристика участка перехода» приводят обзорную схему и краткое описание морфологического строения участка реки и данные о границах залегания трудноразмываемых грунтов и базального слоя в пределах зоны возможного заглубления подводного трубопровода; дают оценку устойчивости берегов в зоне переменного уровня, приводят результаты анализа характеристик водного режима (продолжительности основных гидрологических фаз, обеспеченность уровней затопления русловых форм и поймы, скоростей течения потока в паводок и в межень, диапазоны расходов воды с активной фазой движения донных наносов).

2.14. В параграфе "Тип руслового процесса" приводятся опознавательные признаки данного типа руслового процесса и качественная характеристика глубинных и плановых деформаций (направление деформаций, тенденции их развития).

2.15. В параграфе "Деформации русла и поймы" приводятся фактические данные о количественных показателях многолетних и сезонных деформаций на участке перехода, на смежных участках русла, на реках-аналогах, а также рассчитанные значения деформаций (при применении расчетных методов).

2.16. В параграфе "Профиль возможного размыва русла" дается краткое описание методики его построения, приводятся исходные данные, принятые для построения, и оценивается их точность.

2.17. К соответствующим параграфам главы должны быть приложены материалы, перечисленные в п. 2.4, п. 2.7, п. 2.9.

3. ОРГАНИЗАЦИЯ ИЗЫСКАНИЙ 3.1. Объем инженерно-гидрометеорологических изысканий, необходимых для составления прогноза русловых деформаций, определяется в задании на изыскания.

Сбор и анализ материалов, необходимых для прогнозирования русловых деформаций, следует продолжать в течение всего периода изысканий.

В зависимости от ширины реки, типа руслового процесса, интенсивности русловых деформаций, а также имеющихся материалов, изыскания могут быть детальными или выполняться в сокращенном объеме.

3.2. Детальные изыскания следует выполнять для переходов через судоходные и лесосплавные реки, а также реки с интенсивными глубинными и плановыми деформациями русла. Детальность изысканий для других случаев определяют в зависимости от полноты и качества материалов, собранных па предполевом этапе.

3.3. Изыскания в сокращенном объеме допускаются при проектировании переходов на участках рек шириной до 100 м, на участках со слабовыраженными глубинными и плановыми деформациями русла, а также при проектировании новых переходов рядом с действующими на параллельных нитках магистральных трубопроводов второй очереди.

3.4. Изыскания следует проводить в одну или две стадии соответственно стадиям проектирования, указанным в задании заказчика с учетом сложности перехода и заданных сроков представления проектных материалов.

3.5. Полевые изыскания в сокращенном объеме (п. 3.3) рекомендуется выполнять при одностадийном проектировании. Они должны включать следующие работы:

- рекогносцировочное обследование участка перехода;

- промеры продольного профиля реки на стрежне потока;

- промеры по двум-трем поперечникам русла в местах больших глубин на продольном профиле реки;

- промеры глубин по створам перехода;

- измерение скоростей перехода в стрежневой зоне потока в створе перехода.

Указанным работам должны предшествовать полевые инженерно-геологические изыскания на участке перехода, на основании которых устанавливают наличие слаборазмываемых грунтов в русле.

3.6. Двухстадийное проектирование и детальные изыскания следует выполнять для переходов:

- на малоизученных участках рек шириной русла более 100 м;

- на реках шириной русла более 50 м, протекающих в районе Крайнего Севера и многолетней мерзлоты;

- на реках с подвижным малоустойчивым руслом, сложенным легкоразмываемыми грунтами;

- на участках многорукавных русел;

- на крупных реках шириной более 300 м.

3.7. Общий срок детальных изысканий (с учетом предполевого, полевого и камерального этапов) при двухстадийном проектировании должен составлять не менее года.

3.8. При двухстадийном проектировании на стадии составления технического проекта должен быть выполнен полный комплекс инженерных изысканий, необходимых для выбора створа и построения профиля возможного размыва русла. На стадии составления рабочих чертежей должны быть закончены изыскания, требующие годичного цикла наблюдений: определены сезонные деформации, уточнены характеристики скоростного, уровенного, ледового и руслового режимов для различных фаз водности.

3.9. Длина участка, для которого требуется выполнения русловой съемки или продольного промера, должна быть определена на предполевом этапе изысканий и указана в программе изысканий.

3.10. При проведении полевых изысканий должны быть закреплены на местности точки планово-высотной магистрали и контрольные створы для наблюдения за характером и интенсивностью русловых деформаций в процессе эксплуатации перехода. Места расположения контрольных точек и створов должны быть указаны в проектной документации.

4. ВЫБОР УЧАСТКА И СТВОРОВ ПОДВОДНОГО ПЕРЕХОДА 4.1. При выборе вариантов расположения перехода необходимо руководствоваться следующими общими требованиями:

- располагать переход на прямолинейных или слабоизогнутых участках рек с минимальной шириной поймы;

- пересекать реку под углом, близким к прямому;

- пересекать широкие поймы на участке с минимальным числом стариц, озер, болотистых участков, не допуская крутых поворотов трассы;

- поймы рек, подлежащие затоплению после возведения плотин, пересекать по прямой линии без углов поворота;

- по возможности избегать пересечений трассы с участками многорукавных русел и излучин, имеющих спрямляющие протоки;

- располагать переход в зоне наименьшего влияния сооружений I и II категорий;

- в нижних бьефах гидроузлов размещать переход за пределами зоны активного однонаправленного размыва русла в удалении от подходных каналов к шлюзам.

4.2. Выбор участка и створов подводного перехода следует осуществлять в несколько этапов.

На первом этапе при определении направления магистрального трубопровода следует выбрать предварительный вариант расположения перехода на основании имеющихся картографических, аэрофотосъемочных, топографо-геодезических планов участков масштаба 1:10000-1:100000 (в зависимости от ширины русла), а также литературных источников и справочных пособий, содержащих сведения о гидрологических, геологических и гидроморфологических условиях в районе проектируемого перехода.

4.3. Выбор участка перехода на втором этане осуществляется комиссией при обязательном участии организаций, выполняющих изыскания, проектирование и строительство перехода с привлечением специалистов, непосредственно занимающихся прогнозированием русловых деформаций.

4.4. В дополнение к материалам, собранным на предварительном этапе изысканий, представляются материалы рекогносцировочного обследования предварительно намеченного участка перехода.

В качестве картографической основы при рекогносцировочном обследовании следует использовать крупномасштабные карты или планы масштаба 1:10000-1:25000. При отсутствии карт пли планов необходимо составить схематический план участка реки.

Рекогносцировочное обследование следую проводить при низком уровне воды в реке. В ходе обследования на план (схему) участка наносят границы подмываемых участков берега, местоположение мезоформ речного русла (побочни, осередки, острова, косы), гребни перекатов, пляжей, устанавливается характер строения берегов, крупность донных наносов, наличие растительности на берегах и русловых формах, определяются места возможного образования зажоров или заторов льда.

4.5. С целью получения дополнительных сведений о режиме русловых деформаций в многолетнем разрезе (темпы размыва берегов, смещение плёсов и перекатов, перемещение излучин, прорыв петель, отторжение побочней, развитие спрямляющих проток и рукавов) в период рекогносцировочного обследования следует проводить опрос местных жителей, а также речников, рыбаков, перевозчиков паромов и др. Полученные сведения необходимо оформлять в виде актов опроса.

4.6. На основании материалов, использованных на первом этапе выбора вариантов расположения подводного перехода, и результатов рекогносцировочного обследования организация, проектирующая переход, составляет и представляет комиссии краткую записку с оценкой типа руслового процесса и обоснованием предлагаемых вариантов.

4.7. Комиссия на местности определяет местоположение основного варианта перехода.

Участки перехода следует выбирать в соответствии с требованиями п. 4.1 и с учетом типов руслового процесса:

- на участках русел с ленточногрядовым и побочневым типами - на плёсовых участках, в нижней части побочней и плёсов;

- при ограниченном и свободном меандрировании (для пологих излучин) - на плёсовых участках ниже вершины излучины;

- при свободном меандрировании (для хорошо развитых излучин с углом разворота более 120°) - вблизи точек перегиба ниже или выше (между плёсом и перекатом);

- при незавершенном меандрировании с развивающимся спрямляющим протоком - на отмирающей излучине без пересечения спрямляющего протока;

- при осередковом типе - в местах наиболее глубоких плёсов, низовых участков сползающих островов.

4.8. Не следует располагать переходы в местах возможного образования заторов и зажоров льда, интенсивного разрушения берегов в результате склоновой эрозии, развития оползневых и карстовых явлений.

4.9. Местоположение створов перехода на участке реки, выбранном комиссией, устанавливают после выполнения русловой съемки. Объемы разработки подводных траншей в намеченных створах должны быть минимальными в границах участка русловой съемки. Для выполнения указанного требования в случаях ограниченного меандрирования, побочневого и осередкового типов руслового процесса следует построить совмещенные поперечные профили и предварительный поперечный профиль возможного размыва русла. Из совмещенных профилей необходимо выбрать профили по трем-четырем поперечникам, очертания которых наиболее близки к очертаниям прогнозируемого профиля. Оптимальный створ определяют следующим расчетом (рекомендуемое приложение 3).

Для каждого из профилей находят превышение отметок дна над соответствующими отметками прогнозируемого профиля размыва Δz_i; в нескольких (5-10) равноотстоящих друг от друга точках и вычисляют значение Δω м², характеризующее суммарную площадь поперечных сечений траншеи в указанных, точках:

(1)

где b₀ - предварительное значение ширины траншеи по дну, принимаемое на данной стадии проектирования в зависимости от ширины меженного русла В согласно табл. 2, м; m_ОТ - коэффициент заложения откосов подводной траншеи, предварительно определяемый по данным рекогносцировочного геологического обследования участка перехода; D_Т - наружный диаметр трубопровода, указываемый в задании на изыскания, м; п - число точек, для которых определяют превышения Δz_i.

Для выбранного створа величина Δω должна иметь минимальное значение.

Таблица 2

В, м 50 100 200 400 800 1600

b₀, м 3,6 3,8 4,1 5,1 6,8 10,3

4.10. При окончательном выборе створов следует учитывать данные инженерно-геологического бурения в выбранных створах. Следует по возможности избегать расположения траншеи в зоне выхода в русло скальных грунтов. В противном случае необходимо заглубите трубу в скалу на глубину h_т=D_т+0,5.

5. PAСЧЕТЫ ХАРАКТЕРИСТИК РУСЛОВЫХ ФОРМ НА ПЕРЕХОДАХ Расчет характеристик русловых микроформ 5.1. Для определения знакопеременных деформаций дна и расхода донных наносов необходимо определить геометрические размеры и динамические показатели русловых микроформ (гряд), к которым относятся малоинерционные, волнообразные донные структуры массового распространения в русле, соизмеримые с глубиной потока, образующиеся при скоростях потока, превышающих неразмывающие (рекомендуемое приложение 4).

5.2. Длина гряд l_г м при установившемся режиме движения воды определяется по зависимости

(2)

где С - коэффициент Шези на расчетной вертикали при среднем значении уклона потока по ширине реки, м^0,5/с; Н- глубина потока на вертикали, м; g=9,81 м/с² - ускорение свободного падения.

5.3. Высоту гряд h_г м следует определять по зависимостям:

h_г=0,25Н при Н < 1 м; (3);

h_г=0,2+0,1Н при Н > 1 м. (4)

5.4. Скорость смещения гряд С_г м/с определяется по формуле

C_г=0,019υFr³ (5)

или в м/сут по номограммам рекомендуемого приложения 5.

В формуле (5) υ - средняя скорость потока над местом определения гряды, м/с; Fr= - число Фруда.

5.5. Период движения гряд установившегося профиля в сутках определяется по формуле

τ_г=l_г/С_г, (6)

где l_г рассчитывается по зависимости (2), м; С_г - по номограммам рекомендуемого приложения 5, м/сут.

Прогнозирование скорости перемещения затопляемых мезоформ речного русла или их фрагментов 5.6. Для определения суммарного значения смещения затопляемых мезоформ речного русла (побочни, осередки, косы) или их фрагментов, пересекающих створ перехода за период эксплуатации трубопровода, необходимо выполнить расчет скорости их перемещения.

5.7. Для производства расчетов необходимо наличие следующих исходных материалов:

- данных о суточных уровнях воды в створе перехода или приведенных к этому створу (за все годы наблюдений);

- топографической карты или плана русловой съемки участка, охватывающего две смежные русловые мезоформы;

- графиков связи средних скоростей и глубин потока для характерных вертикалей над мезоформой в створе перехода, полученных непосредственными измерениями скоростей потока или расчетным путем;

- данных о крупности и составе донных наносов.

5.8. Для расчета скорости перемещения затопляемых в паводок мезоформ речного русла или их фрагментов используется зависимость

С_Δ=950υ_г(h_г/Δ)Fr³, (7)

где С_Δ - скорость перемещения мезоформ (в общем случае при расчетах может быть принято несколько расчетных вертикалей по ширине русла и соответственно получено неравномерное смещение мезоформы по ее фронту движения), м/сут; υ_г - средняя скорость потока над гребнем микроформы, м/с; h_г/Δ - относительная высота микроформ; h_г - высота микроформ, определяемая по формулам (3) и (4), м; Δ - высота мезоформы, определяемая по топографической карте или русловой съемке как разность между отметками гребня и подвалья мезоформ, м; Fr= - значение числа Фруда над гребнем микроформ.

5.9. Расстояние L_Δ м, пройденное мезоформой вдоль расчетного продольника за прогнозируемый период времени Т_пр, следует вычислять по зависимости

(8)

где δТ_i - интервалы времени, отвечающие различным характерным диапазонам наполнения русла или стадиям затопления мезоформ, сут; С_Δi - скорость перемещения мезоформы, определяемая по формуле (7) или в зависимости от h_г/Δ по номограммам рекомендуемого приложения 6, м/сут.

5.10. Расчет L_Δ производится в следующем порядке.

Для заданной крупности донных наносов, используя таблицы рекомендуемого приложения 4, график υ=f(H) и русловую съемку, определяется критическая глубина H_к и соответствующее ей значение уровня воды, при котором υ>υ₀, т.е. начинается движение донных наносов.

На основании данных наблюдений за все предыдущие годы составляется таблица либо строится эмпирическая кривая обеспеченности суточных уровней воды для значений Н³Н_к. Эти данные группируются в частные интервалы с равными или неравными градациями. Определяется частота повторяемости уровня воды в каждом интервале за период наблюдений:

=m_i/N, (9)

где m_i - количество суток повторяемости уровня в данном интервале; N - общее количество суток за период наблюдений, N=365n, где n - число лет наблюдений.

Частные интервалы времени δТ_i отвечающие тем же стадиям наполнения русла за прогнозируемый период, определяются по зависимости

δТ_i=N_пр (10)

где N_пр - общее количество суток прогнозируемого периода.

Пример расчета L_Δ по формуле (8) приведен в рекомендуемом приложении 7.

6. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПЛАНОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ РУСЛА 6.1. Прогноз плановых деформаций русла на заданный срок составляется на основании экстраполяции значений смещения берегов русла, определяемых совмещением планов русла, выполненных с интервалом не менее 5-7 лет (достоверность прогноза существенно возрастает при наличии трех разновременных съемок, в том числе одной на момент проектирования перехода).

6.2. Совмещение планов выполняется по координатной сетке или по не изменяющим своего положения деталям местности.

6.3. Характер установленных при совмещении съемок зон плановых деформаций должен сопоставляться с фактическими деформациями (в ходе морфологического обследования участка русла при низких уровнях воды) по следующим признакам:

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