Дноуглубительные работы — это выемка материала из водной среды. Возможные причины дноуглубительных работ включают улучшение существующих водных объектов ; изменение формы земель и водных объектов для изменения дренажа , судоходности и коммерческого использования; строительство плотин , дамб и других средств контроля за потоками и береговыми линиями; а также извлечение ценных минеральных залежей или морской жизни, имеющей коммерческую ценность. Во всех случаях, за исключением нескольких, выемка грунта осуществляется специализированной плавучей установкой , известной как земснаряд.
Обычно основными целями дноуглубительных работ являются добыча ценного материала или создание большей глубины воды. [1] Системы дноуглубительных работ могут быть либо береговыми, либо доставленными к месту на баржах , либо встроенными в специально построенные суда.
Дноуглубительные работы оказывают значительное воздействие на окружающую среду: они могут нарушить морские отложения , что приведет как к краткосрочному, так и к долгосрочному загрязнению воды , разрушить важные экосистемы морского дна и высвободить токсины, полученные в результате деятельности человека и захваченные в отложениях. Эти воздействия на окружающую среду могут нанести значительный ущерб популяциям морских животных, загрязнить источники питьевой воды и нарушить экономическую деятельность, такую как рыболовство.
Дноуглубительные работы — это работы, выполняемые под водой или частично под водой, на мелководье или в океанских водах . Они поддерживают судоходность водных путей и портов, а также способствуют защите побережья, мелиорации земель и прибрежной реконструкции путем сбора донных отложений и транспортировки их в другие места. Дноуглубительные работы могут проводиться для извлечения материалов, имеющих коммерческую ценность; это могут быть ценные минералы или отложения, такие как песок и гравий, которые используются в строительной промышленности. [2]
Дноуглубительные работы представляют собой четырехэтапный процесс: разрыхление материала, вынос материала на поверхность (совместное извлечение), транспортировка и утилизация. [1]
Экстракт может быть утилизирован локально или транспортирован на барже или в жидкой суспензии в трубопроводах. Утилизация может быть направлена на заполнение участков, или материал может быть использован конструктивно для восполнения эродированного песка, который был потерян из-за прибрежной эрозии , или конструктивно для создания морских дамб, земли под застройку [1] или совершенно новых форм рельефа, таких как жизнеспособные острова в коралловых атоллах . [3]
Древние авторы упоминают о дноуглубительных работах в гавани. Семь рукавов Нила были проложены и построены причалы во времена пирамид (4000 г. до н. э.), в Восточном Средиземноморье было широкомасштабное строительство гаваней с 1000 г. до н. э., и нарушенные слои осадка свидетельствуют о дноуглубительных работах. В Марселе фазы дноуглубительных работ регистрируются с третьего века до н. э., наиболее обширные в течение первого века н. э. Были обнаружены останки трех дноуглубительных лодок; они были брошены на дне гавани в течение первого и второго веков н. э. [4]
Братья Бану Муса во время мусульманского Золотого века, работая в Байт-Аль-Хикме (доме мудрости) в Багдаде, разработали оригинальное изобретение в своей книге под названием « Книга гениальных устройств », грейферную машину, которая не появляется ни в каких более ранних греческих работах. Грейфер, который они описали, использовался для извлечения объектов из-под воды и извлечения объектов из русел рек. [5]
В эпоху Возрождения Леонардо да Винчи разработал проект земснаряда.
Дноуглубительные машины использовались при строительстве Суэцкого канала с конца 1800-х годов и до наших дней для расширения и обслуживания. [6] Завершение строительства Панамского канала в 1914 году, самого дорогостоящего инженерного проекта США на тот момент, в значительной степени зависело от дноуглубительных работ. [7]
Они работают по принципу всасывания через длинную трубку, как некоторые пылесосы , но в большем масштабе.
У простого землесосного земснаряда на конце всасывающей трубы нет инструмента для перемешивания материала.
Трюмный земснаряд с волочащимся соплом (TSHD) волочит свою всасывающую трубу во время работы. Труба, которая оснащена головкой земснаряда , загружает вынутый грунт в один или несколько бункеров на судне. Когда бункеры заполняются, TSHD плывет к месту утилизации и либо сбрасывает материал через двери в корпусе, либо выкачивает материал из бункеров. Некоторые земснаряды также самостоятельно разгружаются с помощью ковшей и конвейеров. [ требуется цитата ]
По состоянию на 2008 год [обновлять]крупнейшими самоотвозными земснарядами в мире были Cristobal Colon компании Jan De Nul (спущен на воду 4 июля 2008 года [11] ) и ее однотипное судно Leiv Eriksson (спущено на воду 4 сентября 2009 года [12] ). Основные проектные характеристики Cristobal Colon и Leiv Eriksson : трюм объемом 46 000 кубических метров и проектная глубина выемки грунта 155 м. [13] Следующим по величине является HAM 318 ( Van Oord ) с трюмом объемом 37 293 кубических метра и максимальной глубиной выемки грунта 101 м.
Всасывающая труба земснаряда с фрезерным соплом (CSD) имеет режущий механизм на всасывающем отверстии. Режущий механизм разрыхляет материал дна и транспортирует его к всасывающему отверстию. Вынутый материал обычно всасывается износостойким центробежным насосом и выгружается либо через трубопровод, либо на баржу. Землесосы с фрезерным соплом чаще всего используются в геологических зонах, состоящих из твердых поверхностных материалов (например, гравийных отложений или поверхностной коренной породы), где стандартный землесосный снаряд будет неэффективен. Они могут, если достаточно мощные, использоваться вместо подводных взрывных работ. [14]
По состоянию на 2024 год самым мощным фрезерным земснарядом в мире является Spartacus компании DEME , который был введен в эксплуатацию в 2021 году. [15]
Система шнековой драги функционирует как фрезерный земснаряд, но режущим инструментом является вращающийся архимедов винт, установленный под прямым углом к всасывающей трубе. Mud Cat изобрел шнековый земснаряд в 1970-х годах. [16]
Они используют эффект Вентури , возникающий при воздействии концентрированного высокоскоростного потока воды, чтобы втянуть находящуюся рядом воду вместе с материалом дна в трубу.
Аэролифт — это тип небольшого всасывающего земснаряда. Иногда он используется как и другие земснаряды. В других случаях аэролифт удерживается под водой водолазом . [ 17] Он работает, вдувая воздух в трубу, и этот воздух, будучи легче воды, поднимается внутри трубы, увлекая за собой воду.
Некоторые земснаряды и грейферные земснаряды достаточно мощны, чтобы вырывать кораллы и прокладывать судоходный канал через коралловые рифы . [18]
Землечерпалка оснащена ковшовым земснарядом, представляющим собой устройство, которое собирает осадок механическим способом, часто с помощью множества вращающихся ковшей, прикрепленных к колесу или цепи . [18]
Землечерпалка поднимает материал морского дна с помощью грейферного ковша , который подвешивается к бортовому крану или крановой барже , или переносится гидравлической рукой, или устанавливается как на драглайне . Эта техника часто используется при выемке ила в заливе . Большинство этих землечерпалок представляют собой крановые баржи с опорами , стальными сваями, которые можно опускать и поднимать для позиционирования землечерпалки. [18]
Землечерпалка с обратной лопатой/ковшом имеет обратную лопату, как у некоторых экскаваторов . Грубый, но пригодный к использованию землечерпалку можно сделать, установив наземный экскаватор на понтон . Шесть крупнейших землечерпалок в мире в настоящее время — это Vitruvius, Mimar Sinan, Postnik Yakovlev (Jan De Nul), Samson (DEME), Simson и Goliath (Van Oord). [ требуется ссылка ] Они представляли собой экскаваторы, установленные на барже . Небольшие землечерпалки с обратной лопатой могут быть на гусеничном ходу и работать с берега канав. Землечерпалка с обратной лопатой оснащена полуоткрытой оболочкой. Оболочка заполняется по мере движения к машине. Обычно вынутый материал загружается на баржи. Эта машина в основном используется в гаванях и других мелководных местах. [18]
Навесное оборудование для экскаваторов-земснарядов
Навесное оборудование экскаваторного земснаряда использует характеристики фрезерных земснарядов, состоящих из фрезерных головок и всасывающего насоса для перемещения материала. Эти гидравлические навесные устройства устанавливаются на стрелу экскаватора, позволяя оператору маневрировать навесным оборудованием вдоль береговой линии и на мелководье для дноуглубительных работ.
Это брус или лезвие, которое тянется по морскому дну за любым подходящим судном или лодкой. Он имеет эффект, аналогичный эффекту бульдозера на суше. Цепной паровой земснаряд Bertha , построенный в 1844 году по проекту Брюнеля и по состоянию на 2009 год [обновлять]являвшийся старейшим действующим паровым судном в Британии, был именно такого типа. [19]
Это ранний тип земснаряда, который раньше использовался на мелководье в Нидерландах. Это была плоскодонная лодка с торчащими из ее днища шипами. Когда приливное течение тянуло лодку, шипы отрывали материал морского дна, и приливное течение смывало материал, как можно надеяться, в более глубокие воды. Krabbelaar — голландское слово, означающее «скребок». [20]
Землечерпалка с нагнетанием воды использует небольшую струю для нагнетания воды под низким давлением (чтобы предотвратить взрыв осадка в окружающие воды) в морское дно, чтобы привести осадок во взвешенное состояние, которое затем становится потоком мути , который стекает вниз по склону, перемещается вторым всплеском воды из WID или уносится естественными течениями. Нагнетание воды приводит к образованию большого количества осадка в воде, что затрудняет измерения с помощью большинства гидрографических приборов (например, однолучевых эхолотов).
Эти земснаряды используют камеру с входными отверстиями, из которой вода выкачивается при закрытых входных отверстиях. Обычно он подвешивается к крану на суше или к небольшому понтону или барже. Его эффективность зависит от глубинного давления. [ необходима цитата ]
Лодка -ловушка предназначена для удаления крупного мусора, такого как мертвые деревья и части деревьев, из водных путей Северной Америки. [ необходима ссылка ]
Некоторые из них являются любым из вышеперечисленных типов земснаряда, который может работать в обычном режиме или с помощью выдвижных ног, также известных как сваи, так что он стоит на морском дне с корпусом над водой. Некоторые формы могут выходить на сушу.
Некоторые из них представляют собой наземные экскаваторы-экскаваторы с обратной лопатой, колеса которых установлены на длинных шарнирных опорах, что позволяет им ездить по мелководью и держать кабину над водой. Некоторые из них могут не иметь плавающего корпуса и, если он есть, не могут работать на большой глубине. Оливер Эванс (1755–1819) в 1804 году изобрел Oruktor Amphibolos, земснаряд-амфибию, который был первым паровым дорожным транспортным средством Америки. [21]
Они обычно используются для извлечения полезных материалов со дна моря. Многие из них движутся по непрерывному пути . Уникальный вариант [22] предназначен для ходьбы на ногах по дну моря. [23]
Рыболовные драги используются для сбора различных видов моллюсков , гребешков , устриц или мидий с морского дна. Некоторые драги также предназначены для ловли крабов, морских ежей, морских огурцов и моллюсков. Эти драги имеют форму черпака, сделанного из цепной сетки, и буксируются рыболовным судном . Специфические драги для моллюсков могут использовать гидравлическую инъекцию, чтобы нацеливаться глубже в песок. [24] Дноуглубительные работы могут быть разрушительными для морского дна, и некоторые дноуглубительные работы для гребешков были заменены сбором с помощью подводного плавания . [25]
По состоянию на июнь 2018 года крупнейшим земснарядом в Азии является MV Tian Kun Hao , земснаряд длиной 140 метров (460 футов), построенный в Китае, с производительностью 6000 кубических метров в час (59 000 кубических футов/к). [26] Еще более крупным земснарядом, выведенным из эксплуатации в 1980 году, был земснаряд Корпуса инженеров армии США Essayons , длина которого составляла 525,17 футов (160,07 м). [27] Mallard II , грейферный земснаряд, который обслуживает дамбы в заливе Сан-Франциско , непрерывно работает с момента постройки в 1936 году. [28] [29] : 61
Земснаряды часто оснащаются программным обеспечением для мониторинга драгирования, чтобы помочь оператору драгирования позиционировать драгирование и контролировать текущий уровень драгирования. Программное обеспечение для мониторинга часто использует спутниковую навигацию Real Time Kinematic для точной записи того, где работала машина и на какой глубине она вырыла драгирование. [ необходима цитата ]
В «трюмном земснаряде» вынутые материалы попадают в большой бортовой трюм, называемый «хоппер». Трюмный земснаряд обычно используется для технического обслуживания дноуглубительных работ. Трюмный земснаряд обычно имеет двери в днище для опорожнения вынутых материалов, но некоторые земснаряды опорожняют свои бункеры, разделяя две половины корпуса на больших гидравлических шарнирах. В любом случае, когда судно вынимает грунт, избыток воды в вынутых материалах выливается, поскольку более тяжелые твердые частицы оседают на дне бункера. Этот избыток воды возвращается в море для уменьшения веса и увеличения количества твердого материала (или шлама), который можно перевезти за одну загрузку. Когда бункер заполнен шламом , земснаряд прекращает дноуглубительные работы, отправляется на место сброса и опорожняет свой бункер. [ требуется цитата ]
Некоторые земснаряды с самосвальным бункером спроектированы таким образом, что их также можно опорожнять сверху с помощью насосов, если места сброса недоступны или если материал для дноуглубления загрязнен. Иногда пульпа дноуглубительных работ и вода закачиваются прямо в трубы, которые оставляют ее на близлежащей земле. Эти трубы также широко известны как шланги для дноуглубительных работ. Существует несколько различных типов шлангов для дноуглубительных работ, которые различаются по рабочему давлению, плавучести, бронированности или нет и т. д. Всасывающие шланги, разгрузочные бронированные шланги и самоплавающие шланги являются некоторыми из популярных типов, разработанных для транспортировки и выгрузки материалов для дноуглубительных работ. [30] У некоторых даже были трубы или шланги, изготовленные по индивидуальному заказу в соответствии с конкретными потребностями дноуглубительных работ и т. д. В других случаях ее закачивают в баржи (также называемые шаландами ), которые оставляют ее в другом месте, пока дноуглубительная машина продолжает свою работу. [ требуется цитата ]
Ряд судов, особенно в Великобритании и Северо-Западной Европе, осушают бункер, чтобы высушить груз и выгрузить его на причал «сухим». Это достигается в основном с помощью саморазгружающегося ковшового колеса, скребкового скребка или экскаватора через конвейерные системы. [ необходима цитата ]
Когда необходимо удалить загрязненные (токсичные) отложения или отсутствуют большие объемы внутренних свалок, пульпы драгирования превращаются в сухие твердые частицы с помощью процесса, известного как обезвоживание. Современные методы обезвоживания используют либо центрифуги, контейнеры с геотрубками , большие фильтры на основе текстиля или аппараты на основе полимерного флокулянта /загустителя. [ необходима цитата ]
Во многих проектах обезвоживание шлама осуществляется в больших внутренних отстойниках, хотя это становится все менее распространенным, поскольку методы механического обезвоживания продолжают совершенствоваться. [ необходима цитата ]
Аналогичным образом, многие группы (наиболее известные в Восточной Азии) проводят исследования по использованию обезвоженных осадков для производства бетона и строительных блоков, хотя высокое содержание органических веществ (во многих случаях) в этом материале является препятствием для достижения этих целей. [ необходима цитата ]
Надлежащее управление загрязненными отложениями является современной проблемой, вызывающей значительную озабоченность. Из-за различных видов деятельности по техническому обслуживанию тысячи тонн загрязненных отложений извлекаются из коммерческих портов и других водных зон по всему миру на высоком уровне индустриализации. Извлеченный материал может быть повторно использован после соответствующей дезактивации. Было предложено и протестировано множество процессов в различных масштабах применения ( технологии для восстановления окружающей среды ). После дезактивации материал может хорошо подойти для строительной промышленности или может быть использован для питания пляжей. [31]
Дноуглубительные работы могут нарушить водные экосистемы , часто с неблагоприятными последствиями. [32] [33] Кроме того, отвалы, извлеченные при дноуглубительных работах, могут содержать токсичные химикаты, которые могут оказать неблагоприятное воздействие на зону утилизации; кроме того, процесс дноуглубительных работ часто вытесняет химикаты, находящиеся в бентосных субстратах, и впрыскивает их в толщу воды . [ необходима ссылка ]
Дноуглубительные работы могут иметь многочисленные существенные последствия для окружающей среды, включая следующие:
Характер дноуглубительных работ и возможное воздействие на окружающую среду требуют, чтобы деятельность часто строго регулировалась и требовала комплексных региональных оценок воздействия на окружающую среду наряду с постоянным мониторингом. [36] Например, в США Закон о чистой воде требует, чтобы любой сброс вынутых или засыпанных материалов в «воды Соединенных Штатов», включая водно-болотные угодья, был запрещен, если только это не разрешено разрешением, выданным Инженерным корпусом армии . [41] Из-за возможного воздействия на окружающую среду дноуглубительные работы часто ограничиваются лицензированными районами, а деятельность судов тщательно контролируется с помощью автоматических систем GPS. [36]
Согласно прогнозу Rabobank за 2013 год, крупнейшие компании по дноуглублению в мире перечислены в порядке убывания размера, исходя из объема продаж услуг по дноуглублению в 2012 году [2]
Известные компании по дноуглубительным работам в Северной Америке
Известные компании по дноуглублению в Южной Азии
{{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )