CN102312435B - 在水下地层中安装多个基础构件的模板和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在水下地层(2)中相对彼此安装多个基础构件、尤其是锚固桩(3)的模板(10)。模板(10)包括用于基础构件(3)的多个引导件(11)，这些引导件借助于框架(12)相对于彼此固定。所述引导件(11)中的至少一个包括用于在打桩期间包围基础构件(3)的隔声套筒(11A)。

Description

在水下地层中安装多个基础构件的模板和方法
技术领域
本发明涉及一种在水下地层中相对于彼此安装多个基础构件、尤其是用于例如风轮机的导管架的锚固桩中使用的模板。该模板包括用于基础构件的多个引导件，这些引导件借助于框架相对于彼此固定。本发明还涉及一种安装多个基础构件的方法。
背景技术
如在欧洲专利公开1989358中所解释的那样，在水下执行离岸打夯工作，以建立例如用于钻探平台和风轮机的地基。对于风轮机，直径大于四米的大型单桩被夯入海底。这种夯入导致相当大的水下噪音输入，这种相当大的水下噪音输入可能会对例如海洋动物区系有负面影响。为了降低水下噪音输入，在根据EP1989358的方法和装置中，被夯入的材料被固定的淹没套筒包围。该套筒有利地具有夹层状结构。
T.J.Carlson等人的“HydroacousticMeasurementsDuringPileDrivingattheHoodCanalBridge，SeptemberThroughNovember2004”公开了HDPE管套筒，所述HDPE管套筒装在24英寸桩上，并且从水上方的点到达水下的地面标高。所提及的套筒直径和壁厚分别是34英寸和13/8英寸。
一些结构需要了单桩之外的其它方案。例如，对于风轮机，所需单桩的直径随着风轮机将被安装之处水的深度而增加。深度超过例如30米可能需要这样的尺寸，对于这种尺寸，单桩是不切实际的或者是实际上不可能的。在这种情况下，诸如被称为三脚架的导管架提供适当的替代方案。导管架也用于其它应用中，例如用于石油和天然气平台和用于支撑水流(潮汐)能量设备。
发明内容
本发明的目的在于使得能够在降低噪音输入的情况下，在深水中安装用于例如风轮机的基础构件。
为此，本发明提供一种模板，所述模板的特征在于引导件中的至少一个包括用于在打桩期间包围基础构件的隔声套筒。
如果所有的引导件都包括隔声套筒并且这些套筒彼此平行地延伸，则所有桩都能够在模板保持基本静止的情况下安装。当所有桩的安装都已经完成后，模板被提升到所安装的桩的通常相对短的延伸端部上方，并且被移动到下一个安装地点。
如果模板包括单个套筒和例如三个或四个分别具有三角形或方形着地点的引导件，则在第一桩被安装后，能够分别提升并旋转整个模板120°或90°，并且能够利用已经安装的一个或多个桩为参考重新定位模板，然后安装下一个桩。然而，优选的是模板的基部保留在适当位置，并且套筒与模板的基部分离，将套筒提升到已经安装的桩上方，并将套筒移动到下一位置(引导)。
在一个实施例中，套筒包括进一步削弱由于基础构件的打入而产生的噪音的特征。例如，至少一个套筒的壁可以包括一个或多个腔室，例如是双壁，和/或由复合材料制成，例如铺有吸声材料和任选的额外的内壁，其中壁和衬垫一起形成夹层结构。
在一个实施例中，套筒在其内壁上包括一个或多个引导构件，为了降低噪音从打桩机到套筒的传递，这些构件优选包括诸如橡胶的降噪材料。为了改进引导，特别是在在套筒中降低基础构件期间和在打入基础构件期间，优选的是，引导构件至少位于套筒的底部附近并且在其上半部中。引导构件还有利地维持桩和套筒之间足够且基本上一致的距离，例如至少30厘米。
通常，优选的是，对于低于1000Hz的频率来说，当与没有套筒的打桩相比时，意在于削弱噪音的所有措施的集合将来自打桩的噪音输入降低了10dB，优选为降低了至少15dB。
本发明还涉及一种在水下地层中相对于彼此安装多个基础构件、尤其是用于例如风轮机的导管架的锚固桩的方法，所述方法包括如下步骤：在地层上放置模板，所述模板包括用于基础构件的多个引导件和至少一个隔声套筒，将基础构件放置在套筒中，并且将基础构件打入地层中，将模板提升到已经安装的基础构件的延伸到地层上方的端部上方，将导管架放置在已经安装的基础构件的端部上方并将导管架固定到基础构件。
在一个实施例中，所有引导件都包括隔声套筒，基础构件被放置在套筒的每一个中并且被打入到地层中。
在替代实施例中，在将第一基础构件打入到地层中之后，套筒被移动到另一个引导件或模板被旋转并放置成使得引导件中的另一个位于已经安装的基础构件上方，并且第二基础构件被放置在套筒中，并且被打入到地层中。
为了完整性，需要注意以下现有技术。
JP60-159218公开了一种包括隔声圆筒的用于打桩锤的隔声器，该隔声圆筒由弹性材料形成并且形成为波纹管(bellow)的形状。隔声圆筒绕着桩固定。
DE1784396公开了一种包括可伸缩吸声套筒的打桩锤。
US5,551,804(在图1中)公开了一种兼有打桩模板作用的导管架。导管架的支腿分开，这实际上意味着桩靠在导管架的支腿上或至少与导管架的支腿接触，并且来自打桩机的噪音在没有削弱的情况下传递到周围的水，并且甚至可能被放大(回响)。而且，由于支腿分开，在桩已被安装之后导管架不能移除，并且导管架不能重复利用。因此，导管架不是真正的模板，至少不是本发明意义上的需要重新利用以在其它地点安装另外的基础构件的模板。
附图说明
现在将参考附图更详细地说明本发明，这些附图示出了本模板和方法的优选实施例。
图1是包括根据本发明的第一模板的用于安装基础构件的系统的透视图。
图2是借助于根据本发明的模板安装的三角架的透视图。
图3是根据本发明的第二模板的透视图。
应该注意的是，附图实质上是示意性的，并且对于理解本发明不是必要的细节已被省略。
具体实施方式
图1示出了借助于锚固桩3在例如海底2的水下地层中安装导管架1的系统。在这个示例中，导管架1包括中心圆筒4和多个中空圆筒支撑构件或支脚5，所述多个中空圆筒支撑构件或支脚5借助于框架6连接到中心圆筒4，并且布置成图案，即三角形(当从顶部看时)。中心圆筒具有圆形横截面，直径为五米，并且意在于在导管架安装在海底上之后作为风轮机的基础。锚固桩3具有圆形横截面，外径为两米，并且长度为50米。
该系统还包括液压打桩机7，例如IHC液动锤S-500或S-800，其连接到诸如自升式驳船或自浮驳船8的水面舰船的甲板上的动力单元。打桩机7包括：用于将打桩机7稳固地安装在锚固桩3上的打桩机套筒9；和用于将冲击能量从打桩机7传递到锚固桩3的砧台(被打桩机套筒隐藏而无法看到)。驳船8包括起重机(未示出)，以升降和操纵锚固桩、打桩机、导管架等等。
该系统还包括模板10，所述模板10用于以与导管架的支撑部件的图案相对应的预定图案将多个锚固桩定位和打入到海底中。模板包括用于桩的多个引导件11，这些引导件借助于框架12相对于彼此固定。在图1示出的实施例中，每个引导件11都包括由例如钢制成的隔声套筒11A，所述隔声套筒11A用于在打桩期间包围桩，以降低从打桩机输入到周围水中的噪音。套筒的中心线的图案对应于导管架的支撑部件的图案，即，在这个示例中套筒被布置成三角形。
每个套筒都具有圆形横截面，是双壁的，并且内径为三米。双壁提供一个或更多用于空气或多孔材料的腔室，并且使得模板至少在某些程度上是有浮力的。
通常，为了减轻或基本避免模板在其自重下过多穿入到海底中，并且为了在锚固桩已被安装之后有助于移除模板，优选的是，浮力，即排开的水的重量是模板重量的至少60％，优选至少80％。在一个实施例中，浮力是能够变化的，例如通过阀、压缩机或泵和(压舱物)腔室构成的系统，这些腔室能够使水进入和排出。
套筒的内壁设有多个引导构件(被隐藏而无法看到)，在这个示例中，为由诸如橡胶的降噪材料制成的两组引导轮，所述两组引导轮沿着套筒的(内)圆周、在其底部附近和其上半部的某处(在这个示例中在距其上缘几米处)布置成环形。多组引导构件在轴向方向上分开提供了相当大的引导长度，并且因而进一步提高了打桩期间桩的稳定性。
通常，优选的是，一旦模板就位，隔声套筒就从地层延伸到水位上方。套筒的每一个的上缘都可以设有可拆卸的扩展器，以将套筒的有效长度调整为基础构件将被安装之处的水的深度。
例如按照如下方式执行导管架的安装。模板被从驳船的甲板提升并下放到海中，直到它以竖直位置支撑在海底上。可替代地，模板在驳船附近飘浮或支撑在海底上，并且从那里，模板被提升和/或牵引到设想的地点。一旦就位，锚固桩的每一个都被提升到模板上方并下放到套筒中的一个中且到达海底上，如果情况需要，允许锚固桩在其自重下穿入到海底中一定程度。
然后，打桩机被从驳船的甲板上提升并且放置到第一锚固桩的顶部上，并且这个锚固桩被打入到海底中，打入到海底的深度对应于例如其长度的95％，其中锚固桩的上端部典型地在海底上方延伸1到6米。在打桩的部分过程期间，打桩机处于套筒内部，并且如果套筒被淹没，打桩机则在水下。当第一锚固桩的打入完成时，打桩机被提升，从第一套筒移除，并被放置到第二锚固桩上。重复这个过程，直到所有的锚固桩都被安装在海底中为止。
接着，打桩机被放回到甲板上，模板被提升并被放置到甲板或例如通过排空压舱物腔室而使得模板浮起，并且保持飘浮或在一边放置在海底上。在后面两种情况下，模板只需要被提升几米，即提升仅足够安全地离开已经安装的锚固桩的上端部的高度。
由于模板现在不碍事，如图2所示，导管架放置成使得它的支撑部件放置在锚固桩上并且例如通过灌浆或焊接而固定到锚固桩上，由此完成导管架的安装。
图3是根据本发明的第二模板10的透视图，所述第二模板10包括多个引导件和单个套筒11A，所述引导件即具有向外展开的端部的中空圆筒11。套筒11A在绝大多数方面都与上面描述的套筒相同，除了它能够从引导件移除之外。为此，套筒11A的外径略小于圆筒11的内径。
在第一桩已被安装之后，套筒被提升到已经安装的桩的端部上方，并被移动到下一位置。在这个位置，第二桩被放置在套筒中，并且被打入到海底中。重复这个过程，直到所有的锚固桩都被安装在海底中为止。以如上所述的方式执行导管架的放置和固定。
本发明并不局限于上述实施例，并且在权利要求的范围内可以以多种方式改变。

Claims (18)

1.一种在水下地层(2)中相对彼此安装多个基础构件的过程中使用的模板(10)，所述模板包括用于所述基础构件(3)的多个引导件(11)，所述多个引导件(11)借助于框架(12)相对于彼此固定，其特征在于：所述引导件(11)中的至少一个包括隔声套筒(11A)，所述隔声套筒(11A)用于在打桩期间包围基础构件(3)，并且其中，所述引导件(11)构造成在使用过程中放置在所述水下地层上，所述隔声套筒(11A)是管状的并且具有双壁构造，所述双壁构造被构造成从所述水下地层(2)到水位上方包围所述基础构件(3)，所述双壁构造包括至少一个腔室和/或由复合材料制成。
2.如权利要求1所述的模板(10)，其中，所有的所述引导件(11)都包括隔声套筒(11A)，所述套筒(11A)彼此平行地延伸。
3.如权利要求1所述的模板(10)，其中，所述套筒(11A)能够从一个引导件(11)运动到另一个引导件(11)。
4.如前述权利要求中的任一项所述的模板(10)，所述模板包括三个或四个引导件(11，11A)。
5.如权利要求1-3中的任一项所述的模板(10)，其中，至少一个套筒(11A)在其内壁上包括一个或多个引导构件。
6.如权利要求5所述的模板(10)，其中，所述引导构件包括降噪材料。
7.如权利要求1-3中的任一项所述的模板(10)，其中，对于低于1000Hz的频率，至少一个套筒(11A)将由打桩输入的噪音降低至少10dB。
8.如权利要求1-3中的任一项所述的模板(10)，其中，所述模板(10)的浮力被或能够被降低到至少60％。
9.如权利要求5所述的模板(10)，其中，至少一个套筒(11A)在其内壁上至少在套筒(11A)的底部附近和在其上半部中包括一个或多个引导构件。
10.如权利要求7所述的模板(10)，其中，对于低于1000Hz的频率，至少一个套筒(11A)将由打桩输入的噪音降低至少15dB。
11.如权利要求8所述的模板(10)，其中，所述模板(10)的浮力被或能够被降低到至少80％。
12.如权利要求1所述的模板(10)，其中，所述基础构件是锚固桩(3)。
13.一种在水下地层(2)中相对于彼此安装多个基础构件的方法，所述方法包括以下步骤：
将模板(10)放置在所述地层(2)上，所述模板(10)包括用于所述基础构件的多个引导件(11)和至少一个隔声套筒(11A)，所述隔声套筒是管状的，并且具有双壁构造和/或由复合材料制成，
将基础构件(3)放置在所述套筒(11A)中，并将所述基础构件(3)打入到所述地层(2)中，
将所述模板(10)提升到已经安装的基础构件(3)的延伸到所述地层(2)之上的端部上方，
将导管架(1)放置在已经安装的基础构件(3)的端部上方，并将所述导管架(1)固定到所述基础构件(3)，其中，至少在打桩期间，所述至少一个隔声套筒(11A)利用双壁构造和/或利用复合材料包围所述基础构件，并且从所述地层(2)延伸到水位上方。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所有的所述引导件(11)都包括隔声套筒(11A)，并且基础构件(3)放置在所述套筒(11A)的每一个中，并被打入到所述地层(2)中。
15.如权利要求13所述的方法，其中，在将第一基础构件(3)打入到所述地层(2)中之后，所述套筒(11A)被移动到另一个引导件(11)或者所述模板(10)被旋转和放置成使得所述引导件(11)中的另一个位于已经安装的基础构件(3)之上，并且第二基础构件(3)被放置在所述套筒(11A)中并被打入到所述地层(2)中。
16.如权利要求13-15中的任一项所述的方法，其中，至少在打桩期间，所述基础构件(3)和所述套筒(11A)之间的间隙超过30cm。
17.如权利要求13-15中的任一项所述的方法，其中，水被从所述套筒(11A)去除，使得至少在打桩过程的部分期间，至少打桩机(7)与所述基础构件(3)的内壁通过空气分开。
18.如权利要求13所述的方法，其中，所述基础构件是锚固桩(3)。
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