CH687344A5

CH687344A5 - Verfahren zum Verlegen einer Unterwasserrohrleitung und Ballastkörper zur Durchführung des Verfahrens.

Info

Publication number: CH687344A5
Application number: CH204793A
Authority: CH
Inventors: Heinrich Ursprung
Original assignee: Riepl Josef Bau Ag
Priority date: 1992-07-10
Filing date: 1993-07-08
Publication date: 1996-11-15
Also published as: DE4222789C1

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verlegen einer Unterwasserrohrleitung aus Materialien mit veränderlichem Elastizitätsmodul, bei dem die Leitung zunächst an der Wasseroberfläche schwimmend und mit Ballastkörpern beschwert längs einer geplanten Verlegestrasse ausgerichtet wird und die Leitung dann durch Fluten von einer zumindest teilweise unter dem Flüssigkeitsspiegel liegenden Flutungsende her abgesenkt wird.

Ein solches Verfahren ist aus der DE-PS 2 454 992 bekannt.

Dabei wird der Absenkvorgang nach Fahrplänen gesteuert, wobei der Luftdruck im Leitungsinneren in direktem Verhältnis zur jeweiligen Tiefe des Seegrundes am luftseitigen Ende der Leitung eingestellt wird.

Die Luftdruckeinstellung orientiert sich dabei an den Eintauchpunkten der Leitung, deren Bezug zur Verlegetrasse auf See jedoch nur relativ ungenau auszumachen ist. Da man den Luftdruck abhängig von dem vermeintlichen Auftreffpunkt am Seegrund und der dort vorherrschenden Tiefe einstellt, ergibt sich immer dann ein Fehler, wenn aufgrund äusserer Einflüsse die vorbestimmten Ablegepunkte nicht exakt erreicht werden. Insbesondere dann, wenn sich die Tiefe an der tatsächlichen Ablegestelle von der Tiefe an der vermeintlichen Ablegestelle unterscheidet, können sich Überdehnungen in der Leitung ergeben, die bereits bei einer 15%igen Überdehnung in 30 Minuten eine um 50% verkürzte Lebensdauer der Leitung nach sich ziehen können.

Es wurde deshalb vom Erfinder auch schon bereits vorgeschlagen, eine Absenkgeschwindigkeit zu bestimmen, die unabhängig von der Verlegetiefe ist. In der Praxis war dies jedoch schwer zu venwirklichen, weil nach dem anfänglichen Eintauchen der Leitung und dem Einlaufen des Wassers in die Leitung das Gewicht der Leitung stark zunimmt und es dann schwierig ist, den Luftdruck entsprechend so zu steuern, dass sich eine konstante Geschwindigkeit ergibt.

Ausgehend hiervon hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem eine konstante Absenkgeschwindigkeit unabhängig von der Verlegetiefe verwirklicht werden kann, so dass ein schonendes und ohne Gefahr einer Überdehnung des abzulegenden Rohres mögliches Ablegen der Rohrleitungen verwirklicht werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch, dass man der absinkenden Leitung durch Anordnung und Formgebung der Ballastkörper einen Sinkwiderstand vorgibt, der so gross ist, dass sich bereits nach Beginn des Absinkvorgangs eine konstante Sinkgeschwindigkeit ergibt.

Die hinter diesem Verfahren stehende erfin-dungsgemässe Idee liegt darin, dass man den Strömungswiderstand, den die Leitung beim Absinkvorgang erfährt, dadurch erhöht, dass man die Ballastkörper entsprechend so formt, dass sie einen grossen, insbesondere vertikalen Wasserwiderstand erfahren, wenn die Leitung abgesenkt wird. Dadurch, dass man die Ballastkörper, deren eigentliche Funktion die ist, die abgesenkte Leitung am Grund des Gewässers festzuhalten, während des Absinkvorgangs als Widerstandskörper verwendet, lässt sich die Leitung beim Sinkvorgang bremsen.

Vorzugsweise werden die Ballastkörper so gestaltet, dass die beim Eintauchen den Wasserwiderstand erfahrende Fläche der Ballastkörper dem dreifachen des Rohrquerschnitts entspricht.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Ballastkörper beabstandet zur Rohrleitung angeordnet und es ist vorgesehen, dass sie so geformt sind, dass die beim Absinken auf die Ballastkörper wirkende Widerstandskraft asymmetrisch zur Rohrachse angreift. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Ballastkörper beim Absinkvorgang leicht kanten, so dass sie sich in ihrer Position auf der Rohrleitung von selbst verklemmen. Dadurch wird der an sich gegebenen Gefahr vorgebeugt, dass die Ballastkörper in dem Zustand, in dem die Leitung relativ steil im Wasser hängt, verrutschen und sich von selbst nach unten in Bewegung setzen. Dies hätte zur Folge, dass beim Herabgleiten an der Rohrleitung eines einzigen Ballastkörpers dieser dann auch die nachfolgenden Ballastkörper in Bewegung setzt, so dass sich eine fatale Störung im Absinkvorgang ergeben würde. Durch das Verklemmen werden die Ballastkörper von selbst am Rohr gehalten. Wenn das Rohr dann am Boden abgelegt ist, wird die Klemmwirkung wieder aufgehoben und die Ballastkörper halten das Rohr aufgrund ihres Gewichts am Boden.

Um ein Auswandern der Leitung aufgrund asymmetrisch angreifender Kräfte in den Ballastkörpern zu vermeiden, können die Ballastkörper so versetzt zueinander angeordnet werden, dass sich die versetzt angreifenden Kräfte abwechselnd auf der einen und der anderen Seite des Rohrstranges ergeben.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Verfahrensansprüchen.

Bei einem zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Ballastkörper, der als mehrteiliges Element ausgebildet ist und eine Durchgangsöffnung für die Unterwasserrohrleitung aufweist, ist erfindungsgemäss des weiteren vorgesehen, dass die Durchgangsöffnung asymmetrisch zum Massemittelpunkt des Ballastkörpers angeordnet ist. Aus dieser asymmetrischen Anordnung kann auch ein asymmetrischer Angriff der Widerstandskraft abgeleitet werden.

Die Erfahrung hat gezeigt, dass die bislang zum Halten der Ballastkörper zwischen Ballast und Rohr angeordneten Gummieinlagen nicht in der Lage sind, die Ballastkörper sicher am Rohr zu halten. Der Anpressdruck mindert sich durch abnehmende Relaxationskraft während der Zeit zwischen Montage und Absenkung. Auch gibt es aufgrund von Temperaturschwankungen beträchtliche Probleme. Auf der Montagebahn heizt sich z.B. das schwarze Polyäthylen bei direkter Sonnenbestrahlung bis 50°C auf und kühlt sich beim Absenken in grosse Gewässertiefen bis auf 5°C ab. Entsprechend den Wärmedehnzahlen mindert sich das Rohrvolumen und der Rohrumfang. Spätestens mit einem Was-

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serdruck entsprechend dem Anpressdruck mindert das Wasser, das in die Fuge zwischen Gummi und Rohr eindringt, den Reibungsbeiwert zwischen beiden Materialien erheblich.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die Teile des Ballastkörpers durch Spannelemente miteinander derart verbunden sind, dass sie am Rohr mit einer von der Temperaturschrumpfung des Rohres unabhängigen Anpresskraft festgehalten sind.

Die Probleme können nun mit der Erfindung gelöst werden, indem dafür gesorgt wird, dass die Ballastkörper durch asymmetrische Krafteinleitung sich selbst an der Rohrleitung verklemmen und zusätzlich ggf. die erwähnten Spannelemente aufweisen. Die zu erwartende Volumenminderung des sinkenden Rohres kann aus der Temperaturdifferenz und der Wärmedehnzahl des Rohrmaterials ermittelt werden. Entsprechend kann dann die Spannkraft von als Spannelemente eingesetzten Spannscheiben errechnet und ausgewählt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung weiter erläutert und beschrieben.

Dabei zeigt

Fig. 1 in schematischer perspektivischer Darstellung einen Abschnitt einer Unterwasserrohrleitung mit daran angebrachten Ballastkörpern und

Fig. 2 eine Ansicht von vorne auf einen schematisch dargestellten Ballastkörper.

In der Fig. 1 ist ein Ausschnitt einer Unterwas-serrohrleitung 1 dargestellt, an der in bestimmten Abständen Ballastkörper 2 befestigt sind.

In der Praxis können diese Rohrleitungen Kilometer lang sein und mit Ballastkörpern in wesentlich kürzeren Abständen, z.B. 5 bis 10 m versehen sein. Diese Leitungen werden vor dem Fluten längs einer Verlegetrasse an einer Gewässeroberfläche schwimmend ausgerichtet und dann in an sich bekannter Weise entsprechend dem deutschen Patent 2 454 992 abgesenkt. Zur Durchführung des Verfahrens im einzelnen und zur Ausrichtung und zum Zusammenbau solcher Rohrleitungen wird auf diese Patentschrift verwiesen.

Bei dem erfindungsgemäss verbesserten Verfahren werden die Ballastkörper 2 so angeordnet und geformt, dass der Sinkwiderstand so gross wird, dass sich bereits nach Beginn des Absinkvorgangs eine konstante Sinkgeschwindigkeit ergibt. Hierzu weisen die Ballastkörper 2 eine entsprechend grosse Widerstandsfläche F auf, an der beim Absinken der vertikale Wasserwiderstand wirksam wird. Die Einbeziehung des vertikalen Wasserwiderstandes streckt die sinkende Leitung und bremst den Absinkvorgang derart, dass die Sinkgeschwindigkeit, die sowohl vom vertikalen als auch vom horizontalen Wasserwiderstand mit beeinflusst wird, unabhängig von der Wassertiefe konstant wird. Der Luftgegendruck und damit der ganze Absinkvorgang kann nun über die konstante Sinkgeschwindigkeit unabhängig von der Verlegetiefe sowie von der Achslage der sinkenden Leitung gesteuert werden.

Die Bedingungen für die Auslegung der Fläche F der Ballastkörper und der Beabstandung der Ballastkörper ergeben sich je nach Rohrleitung unterschiedlich. In der Praxis hat es sich gezeigt, dass die Fläche F der Ballastkörper so gross gewählt werden sollte, dass sie mindestens dem Dreifachen des Rohrquerschnitts entspricht.

Beim Absinkvorgang ergibt sich bei grossen Verlegetiefen eine Situation, in der der zwischen Gewässeroberfläche und Seegrund verlaufende Strang stark vertikal ausgerichtete Bereiche zwischen dem okeren und unteren Absinkbogen aufweist. In diesen Bereichen wirkt das Ballastkörpergewicht im wesentlichen parallel zur Verlaufsrichtung der Rohrleitung, so dass die Gefahr besteht, dass sich die Ballastkörper von ihren ursprünglich vorgesehenen Stellen lösen und nach unten rutschen.

Im Stand der Technik hat man zur Lagesicherung der Ballastkörper entweder mit Fixierstangen zwischen den einzelnen Körpern oder Seilzügen gearbeitet oder auch mit elastischen Materialien zwischen Ballastkörper und Rohr, jedoch waren alle diese Techniken relativ aufwendig. In sehr vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird dieses Problem nun dadurch gelöst, dass man die Durchgangsöffnung 4, die von den beiden Ballastkörperhälften 2a, 2b gebildet wird, dort so anordnet, dass sie asymmetrisch zum Masseschwerpunkt des Körpers liegt. Mit anderen Worten, dass sich von den Vertikalachsen Vi und V2 die durch die Rohrachse verlaufen, bis zu den beiden Seitenbegrenzungen der Ballastkörper die unterschiedlichen Abstände a bzw. b ergeben.

Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Kraft, die beim Absinken als Widerstandskraft auf die Ballastkörper wirkt, asymmetrisch zur Achse a der Ballastkörper erzeugt wird, was zu einem Verkippen der Ballastkörper führt, wobei sich die Ballastkörper dann selbst am Rohr durch eine leichte Schrägstellung verklemmen. Diese einfache Rutschsicherung verhindert, dass die Ballastkörper während des Absinkvorgangs sich von ihren vorgegebenen Positionen lösen. Nach dem Erreichen des Seegrundes halten die Ballastkörper dann die Rohrleitung fest am Boden.

Zur weiteren Verringerung der Rutschgefahr ist gemäss dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 zusätzlich noch vorgesehen, dass die Ballastkörperhälften 2a und 2b über Spannelemente 3 aneinanderge-presst werden. Diese Spannelemente bewirken, dass beim Abkühlen des Kunststoffrohres während des Absinkvorgangs und der damit einhergehenden Schrumpfung die beiden Hälften 2a und 2b eng am Rohr anliegen können und dadurch der Spalt zwischen Rohr und Öffnung 4 in den Ballastkörper nicht vergrössert wird.

Um den Gesamtwiderstand, der auf die Leitung beim Absinken wirkt, ermitteln zu können, wird für jeden Leitungstyp ein einmaliger einfacher Naturversuch durchgeführt, indem man mit Ballastkörpern versehene Rohrsegmente einmal vertikal ausgerichtet und einmal horizontal ausgerichtet im Wasser absenkt und die dabei auf den abgesenkten Teilstrang wirkenden vertikalen und horizontalen Widerstandskräfte ermittelt. Hat man denjenigen Wert gefunden, wo sich aus horizontalem und vertikalem Wasserwiderstand aufgrund der Formgebung und

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Anordnung der Ballastkörper eine konstante Sinkgeschwindigkeit ergibt, kann dann später einfach durch Steuerung des Luftgegendrucks derart, dass die Leitung mit dieser berechneten Geschwindigkeit absinkt, der Absinkvorgang gesteuert werden.

Die Erfassung von Verlegetiefen, sowie die umfangreiche Berechnung und Erstellung von Luftdruckfahrplänen können durch das erfindungsge-mässe Verfahren auf einzelne, extreme Seegrundgefälle (z.B. steile Felswände) beschränkt werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren bringt besondere Vorteile bei der Organisation des Verlegevorgangs. Schwierigkeiten im Zusammenhang mit evtl. Abweichungen vom Luftdruckfahrplan wie in der Patentschrift 2 454 992 vorgeschlagen, können entfallen. Auch die bisher notwendige Verankerung der schwimmenden Leitung am Seegrund oder an den Ufern zur Vermeidung von Abdriften aus der Verlegetrasse können auf gegebene Zwangspunkte (z.B. Kreuzungen mit anderen Seeleitungen) beschränkt werden. Die zur Feststellung und Korrektur von Abweichungen aus der Verlegetrasse notwendigen Unterbrechungen des Absinkvorgangs und die Sicherheitsvorkehrungen hierfür können auf extreme Fälle beschränkt werden. Das zeitraubende Warten auf einen Seegang-freien Absinktermin kann wesentlich verkürzt werden oder entfällt ganz.

Es sei noch darauf hingewiesen, dass in an sich bekannter Weise mit einem mit der Leitung verbundenen, durchgehenden Begleitrohr aus gleichem Material wie das Hauptrohr dem System im luftgefüllten Zustand zusätzlich Schwimmfähigkeit an der Wasseroberfläche gegeben werden kann und durch Fluten des Begleitrohres das Sinkgewicht des Systems erhöht werden kann. Dabei wird auch dieses Sinkgewicht so gering gewählt, dass damit beliebig grosse Absinkradien bis fast unendlich entstehen und (fast) nur Wasserwiderstände senkrecht zur Leitungsachse wirksam werden.

Nach dem Verlegen wird das Begleitrohr mittels Reissleine von der Leitung gelöst und steigt unter eigenem Auftriebsgewicht oder nach Entleerung unter Luftdruck an die Wasseroberfläche. Damit kann es auf geringe Wandstärken dimensioniert und wiederverwendet werden.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Verlegen einer Unterwasserrohrleitung aus Materialien mit veränderlichem E-Modul, bei dem die Leitung zunächst an der Wasseroberfläche schwimmend und mit Ballastkörpern beschwert längs einer geplanten Verlegetrasse ausgerichtet wird, und dann die Leitung durch Fluten von einem mindestens teilweise unter dem Flüssigkeitsspiegel liegenden Flutungsende her abgesenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass man der absinkenden Leitung durch Anordnung und Formgebung der Ballastkörper einen Sinkwiderstand vorgibt, der so gross ist, dass sich bereits nach Beginn des Absinkvorgangs eine konstante Sinkgeschwindigkeit ergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ballastkörper (2) beabstandet an der Rohrleitung angeordnet werden und dass man die Ballastkörper (2) so formt, dass die beim Absenken auf die Ballastkörper wirkenden Widerstandskräfte asymmetrisch zur Rohrachse (A) angreifen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über Grösse, Form und Häufigkeit der Ballaste der vertikale Anteil des vom Wasserwiderstand hervorgerufenen Krafteintrages definiert ist und dieser in Verbindung mit dem horizontalen Anteil eine Sinkgeschwindigkeit ergibt, die unabhängig von der Verlegetiefe ausschliesslich abhängig vom Leitungstyp ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenwirken der auf die sinkende Leitung ausgeübten Krafteinträge unabhängig von der Winkelabweichung der Leitungsachse zur Vertikalen mit in Vorversuchen mit vertikaler und horizontaler Leitungsachse gemessenen Wasserwiderständen realisiert wird und damit die Sinkgeschwindigkeit für jede Verlegetiefe konstant gehalten wird.

5. Ballastkörper zur Durchführung des Verfahrens zum Verlegen einer Unterwasserrohrleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der als mehrteiliges Element (2, 2a) ausgebildet ist und eine Durchgangsöffnung (4) für die Unterwasserrohrleitung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (4) asymmetrisch zum Massemittelpunkt des Ballastkörpers angeordnet ist.

6. Ballastkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile (2a, 2b) des Ballastkörpers durch Spannelemente (3) miteinander derart verbunden sind, dass sie am Rohr (1) mit einem von der Temperaturschrumpfung unabhängigen Anpressdruck gehalten werden.

7. Ballastkörper nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beim Eintauchen den Wasserwiderstand erfahrende Fläche (F) der Ballastkörper ca. das 2,5- bis 5fache des Rohrquerschnitts, vorzugsweise das 3fache des Rohrquerschnitts beträgt.

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