CN102362033A - 安装水下支承结构 - Google Patents

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Abstract

一种安装支承结构(2)的方法，所述支承结构(2)需要被安装在海床或河床(SB)中，所述方法涉及到将所述支承结构构造成使其能够在执行将所述支承结构永久地锚定至海床或河床所需的操作之前和全过程中临时地自站立在海床或河床(SB)中。

Description

安装水下支承结构
技术领域
本发明涉及通常伸出到海(或河)面之上的海床(或河床)安装支承结构的安装。
该支承结构的一个可能的应用是用于支承风力或水流驱动的涡轮机、或者波能动力装置。
具体地，本发明涉及支承结构的构造方法及该支承结构的安装，而不考虑它们的用途。
背景技术
虽然所述支承结构通常伸出到将该支承结构安装在其中的海或河的表面之上，但是期望在安装已完成之后，该支承结构的上部可被移除，使得在这种情况下，支承结构的剩余部分，即所谓的固定部件可以完全留在水下。
已经发现，当设置例如用于水下离岸海床安装型涡轮设施的安装支承结构时，与该安装相关的主要困难在于安装这种设施所需的时间，因为现有的安装模式涉及到使用大型安装船，比如起重机驳船或千斤顶驳船出现在现场以完成基础工作。实践中，为了定位所述结构必须需要这种船，但是这种船的冗长的安装时间不但导致每次安装的很高的费用，而且减小了给定的船在给定的时间内能够完成的安装数量。
发明内容
本发明的一个目的是提供能够安装在海床或河床中的支承结构的安装方法及构造，该支承结构不管它们的期望用途如何都通常伸出到海面或河面之上，但是该支承结构通常用于支承风力或水流驱动式涡轮机、或者波能动力装置。
本发明的一个具体目的是提供一种设备，由此即使在不利的条件下、比如存在强水流或强波浪的可能性的条件下也能够安装该支承结构，并且减小对安装船到场的需求。
根据本发明的第一方面，提供了一种需要被安装在海床或河床中的支承结构的安装方法，该安装方法涉及到将该支承结构构造为在执行将支承结构永久地锚定至海床或河床所需的操作之前和全过程中能够临时地自站立在海床或河床中。
便利地，支承结构呈细长柱的形式，用于支承水下型水力驱动涡轮机和/或风力驱动涡轮机。
优选地，支承结构的安装包括借助于桩或类似的锚定设备将该结构锚定至海床或河床的步骤。
优选地，支承结构结合有用于与支承结构的支承底座单元相协作的多个锚定位置，并且其中，每个所述底座单元适于接收和定位支承结构锚定桩或类似设备，所述支承结构锚定桩或类似设备通过由支承结构所支承的、用于使桩或类似设备能够操作并下陷的设备驱动/下陷到海床或河床内。
便利地，细长柱状支承结构设计为使其能够下降至海床或河床，并且在使关联桩下陷之前通过调节每个单独的床接合底座的位置进行位置调节以顾及海床或河床的任何不平坦。
如认为必要，该方法能够包括当支承结构在安装过程期间由水流、波浪或风移动而处于与海床或河床的摩擦接触不足的风险的情况下向结构添加附加重物的步骤，从而维持其安装周期。
本发明的另外的方面提供了一种能够安装在海床或河床中的支承结构，其中，所述结构布置为足够重，从而通过重到足以利用与海床的摩擦保持就位而临时地自站立在海床或河床中，并且其中，所述结构结合有用于与位置可调节的海床或河床接合支承底座单元相协作的多个锚定位置，并且每个所述单元适于接收和定位支承结构锚定桩，所述支承结构锚定桩通过由支承结构所支承的、用于使桩能够操作并下陷的设备驱动/下陷到海床或河床内。
在一优选的构造中，在支承结构的顶部能够设有临时的附加结构，所述附加结构用于安装/容纳用于执行使桩下陷所需的任意操作的工具，所述桩用于将支承结构锚定至海床或河床。
根据本发明的另外的方面，提供了一种能够安装在海床或河床中的支承结构，其中，所述支承结构构造为可自安装结构，因为在将支承结构永久地锚定至海床或河床所需的操作的全过程中临时地自站立。
根据本发明的另外的方面，提供了一种用于安装在海床或河床中的支承结构，所述支承结构包括：设有支承结构支承底座单元的多个锚定位置；适于接收和定位预定数目的支承结构锚定桩的设备；以及由支承结构所支承的的设备，该设备用于使桩能够操作并下陷，从而用于将支承结构锚定至海床或河床。
在一优选的构造中，每个所述底座单元与调节设备相关联，该调节设备用于容许选择地调节桩在其锚定位置中的定位。
在一优选的布置中，支承结构结合有用于使得能够安装用以将支承结构永久地固定至海床或河床的桩的工具，从而一旦支承结构被正确地定位并将桩操作设备安装在所述支承结构上时就允许安装支承结构所涉及的支承结构安装船离开安装区域。
便利地，必要的设备可以在岸上进行安装，以使整个自安装支承结构能够快速地下降到期望的位置，以便运输船能够离开该地点。
根据本发明的又一方面，提供了一种具有至少一个底座组件的护套型支承结构，在该底座组件上，支承结构能够稳固地站立在海床或河床上且支承结构的上部足够高而伸出到水面之上。
便利地，在期望最终的支承结构在水下的情况下，可以装配有可移除上部，该可移除上部伸出到表面之上以用于支承结构的安装阶段、并且其在安装阶段之后能够随即移除。
便利地，利用安装在船上的起重机来移除上部。
在一优选的构造中，支承结构设有三个或四个底座组件。
优选地，支承机构设计为使其能够下降至海床或河床，被调整水平以顾及海床或河床的不平坦，以能够通过钻通每个底座组件、插入固定桩(pin-pile)并用灌浆将所述固定桩填塞就位而使每个底座组件固定至海床或河床。
便利地，由安装在护套型支承结构的护套上的临时结构执行钻孔过程。
在支承结构在其安装周期期间其设施处于被水流、波浪或风移动的风险的情况下，附加重物可以在安装过程期间添加至临时结构以维持与海床或河床的足够的摩擦，并且其中，在锚定的固定桩已被安装以使支承结构能够相对于海床或河床不再移位之后，该附加重物可以与安装设备一起移除。
从上述，应当注意到，本发明提供了一种能够安装在海(或河)中的结构，该结构设计为通过足够重以利用与海床的摩擦保持就位而临时地自站立，并且其具有工具以支承如下所需的设备：该设备利用固定桩或能够穿入海(或河)床的其他固定件经与护套结构成一体的管状永久底座将该结构永久地附接至海(或河)床。若必要，产生足够的摩擦以防止移动的额外重物可以临时地提供为压舱物，该压舱物添加至结构且在固定桩操作完成之后移除。
因此，提供了一种具有护套基部的结构，该护套基部具有一个或更多个永久的管状底座，该管状底座能够从安装在水平面上的平台钻入到海床或河床内，并且固定桩可以插入到该管状底座内并用浆料灌注就位。
特别地，所述结构包括临时底座部，该临时底座部能够调节高度且对准以允许所述结构在固定至海床或河床之前被调整水平，用于这样做的力由液压千斤顶、螺纹千斤顶或任意其他合适机构提供。
便利地，所述临时可调节底座可以附装至护套的永久底座的内侧或外侧或者与永久底座同心。
便利地，所述结构具有用于使导管在高于水面的平台或上层结构与靠近海平面的管状永久底座之间定位和对准的设备，以使位于上层结构上的钻探设备能够经导管和管状底座采用钻柱，从而钻出用于基底固定桩的孔或者可选地将固定桩锤击到海床内。
附图说明
为了更好地理解本发明并且示出如何实施本发明，现在将参照附图，附图中：
图1示意性地示出了涉及到本发明的概念的支承护套结构的整体构造；
图2A、图2B、图2C和图2D分别以较大尺寸示出了图1所示的结构所涉及到的支承底座的构造的特征；
图3A示意性地示出了图1中所示的结构的支承底座相对于海床或河床的第一定位；
图3B示意性地示出了图1中所示的结构的支承底座相对于海床或河床的另一可能的定位；
图4至图10示意性地示出了利用固定桩将图1的支承护套结构锚定至海床或河床的连续阶段。
具体实施方式
现在参照图1，其中示出的支承结构1包括护套结构2，该护套结构2包括由支承支脚组件4支承的直立一体柱状主体3，该支承支脚组件4由围绕柱3等角设置的四个相似的支承底座单元5形成。每个底座单元5包括由在下文中详细考虑的内管5A和外管5B所形成的中央管状结构、以及与外管5B相连的海床或河床接合底座7。外管形成了组件4的一部分，该组件4经由与结构2的主体3的下端区域9相连的大致水平的构件8和在高于相关联的水平构件8的位置处与结构2的主体3相连的倾斜构件10，自身连接至结构2的主体3。
每个海床/河床接合底座经由枢转连接装置11安装至管5B的下端，该枢转连接装置11允许底座7在需要时相对于外管5B提升或下降，从而与需将底座7搁置于其上的海床或河床区域的轮廓协作。同心管的布置能够被认为是用于护套结构的锚泊底座。
连接装置11使得底座7能够相对于内管5A倾斜，从而能够相对于相关联的支承底座结构5的中央结构的竖直轴线设置成角度。底座7还能够相对于组件4轴向地上下移动，从而有利于在底座7与相邻的海床或河床SB之间的可接受的协作，以便容许进行支承调节以确保护套结构2的主体3与本体竖直向平齐。
因为预期的是护套结构2应当牢固地和稳固地锚定至海床或河床SB，所以意在使支承支脚组件4和支承结构6紧固至海床或河床。
在示出的实施例中，预期的是通过固定桩(图1中未示出)使结构2锚定至海床或河床，该固定桩由支承底座单元5定位设置。
换言之，底座单元5具有如下的主要双重目的：其一是用于在护套结构2的初始安装期间、即在定位和锚定过程期间为护套结构2提供牢固的支承，其二是有利于固定桩的插入。
为了安装过程中的护套定位和锚定阶段，护套的上部安装有临时上层结构12，以使后者位于水面WL之上。
上层结构12可以承载诸如起重机或其他形式的提升以及定位设备13之类的用于操作固定桩的设备、以及在支承结构1的定位和锚定阶段所需的其他元件。这些元件能够包括钻探设备、桩驱动设备以及与钻孔和固定桩的定位及下降相关联的设备的不同元件。
上层结构12能够另外地用于接收任意的附加重物14，该附加重物14在护套的安装期间被认为是将护套保持在其所需位置所必要的，这确保了在安装期间与海床或河床SB的摩擦保持有效以防止在水流、波浪和/或风的影响下的任意运动。
由图1所示的与结构2的定位和锚定相关的另外的重要特征在于在由起重机13定位的过程中所示的导管15与底座单元5的内管5A中的一个的顶部相接合的设置。预期的是在内管5A的顶部处的适当位置夹持或保持该导管15，以在钻探和固定桩安装及灌浆期间提供引导和防护，如将在下文中借助于附图中的其他图描述的。
重要的是注意到，通常在实践中，导管15将由绳缆(未示出)下降到位并由绳缆引导，该绳缆附装至护套底座单元内管5A的顶部并且螺纹地穿过靠近导管15的基部的一对“有眼螺栓”(未示出)。这样，绳缆将导管15准确地引导到位。
用于实施这种调节的机构将在下文中更详细地描述，并且可以不必如本申请的附图中所示地定位。应当注意到，护套结构2能够安装/承载所示结构的其他形式。例如，格框架或多个竖直柱。
现在将参照更详细且以更大尺寸示出底座单元5的构造的图2A-图2D。
具体地，这些图2A-图2D示出了如先前已提及的可调节底座单元5可以用于在结构1已通过起重机驳船或其他输送船下降至海(或河)床SB之后使结构1调整水平。在用于示出所涉及的原理的实施例中，能够见到，存在设置于每个底座单元5上的两个液压撞锤或千斤顶16，这两个液压撞锤或千斤顶16能够从表面之上一起或单独地操作，从而提升或降低底座7或者使其以一角度倾斜。
图2A-图2D示出了竖直调节和角度调节，如何实现并且随后通过对撞锤或千斤顶16加压而固定。撞锤或千斤顶16的上端17枢转地连接至安装于支脚单元外管5B上的支架18，而撞锤或千斤顶的下端19枢转地连接至内管5A，该内管5A连接至相关联的支脚单元底座7。
如从图2A和图2B可注意到，撞锤或千斤顶16的不同操作使相关联的支脚单元底座7适当倾斜。该倾斜由倾斜角指示箭头TA示意性地指示。
如从图2C和图2D可见，撞锤或千斤顶16能够被操作以相对于支脚单元5的剩余部分提升或降低支脚单元底座7。竖直调节由箭头VA示意性地指示。
应当理解，如由支脚组件的构造所容许的那样，该倾斜能够高度调节相结合。
实践中，可以使用其他调节形式，可以使用例如螺纹千斤顶(电致动或液压致动)、膨胀袋(以液体或气体充满)或者事实上能够施加必要的力的任意便利的装置。如必要，可设置多于两个的这种撞锤或千斤顶16，以便分担载荷。要示出的是所述提升或千斤顶装置仅需要在安装过程期间作用并且可被遗弃(例如，抛弃)或者回收用于在以后的其他项目上的再使用。
现在参照图3A和图3B，这些图3示出了可调节底座单元5如何不必定位在图2情况下的与支承结构2的底座5D同心的位置。如从图3A和图3B可见，底座单元5能够如图3A所示地安装在位于组件4的范围内的底座部5D上或者它们能够如图3B所示地安装在位于底座单元5的外部的外伸支架结构上。前者的布置被认为在材料上更经济，而后者可能结构上更稳定。通过将可调节底座单元5设置为与护套结构底座部5D分离，获得更多的空间以用于钻孔和安装固定桩，并且另外地这种布置简化了底座部的结构。
应当注意到，在图3A和图3B所示的实施例中，底座单元5与图1的布置有效地完全分离，在图1的布置中，管5A和5B形成用于结构的底座并且其另外地用于接收导管15。在图3A和图3B的实施例的情况下，底座单元5根据相关联的水平杆11和同心外管元件5F而均结合有内元件5E。
现在参照图4至图10，它们公开了在如前图所示的借助于固定桩锚定护套支承结构2的连续阶段。因此，图4示出了在用于将护套底座永久地固定至海(或河)床(SB)的过程中的第一阶段，同时图4作为示例代表可调节底座单元5与支承结构1的底座部5B同心的实施例。应当注意到，如在前段中解释的，所述可调节底座单元5也可以采用为与护套结构2分离，在该情况下它们在图4中将不可见。
因此，图4实际上示出了已经使导管15下降到护套底座单元5的管状结构的内管5A内，直到其下端20搁置在海(或河)床SB上的阶段。一旦处于该位置，在顶端(图4中未示出)将导管15夹持至临时上层结构12(图4中未示出)。
图5示出了钻柱21如何能够经这样定位的导管15下降并且由安装在位于导管15之上的上层结构12上的钻探设备(图1或图5中未示出)驱动。同时，通常将使用旋转钻机22，如果海床或河床的地面条件合适，则还以经导管15将桩(未示出)锤击驱动到海床SB内。锤(未示出)能够经导管15下落。这些操作中产生的切屑能够利用经钻柱泵送的水冲洗出来，但这未被示出。
图6示出了在完成钻探操作之后如何能够使固定桩23经悬挂在绳缆24上的导管5下降。所述绳缆也承载有灌浆软管，该灌浆软管未被示出但是其是用于要被描述的后续操作所必需的。
水泥浆料可以经附装至固定桩23的灌浆软管(未示出)泵送，该灌浆软管将水泥材料引导到位于固定桩内的孔(未示出)中并且穿过这些孔，以便从固定桩的基部露出，从而利用浆料填充物来填充因钻孔而在固定桩与被钻孔的海床之间出现的同心空隙。将足够的浆料泵送到空隙内，以便完全填满空隙直至海床SB的高度，正如图7中以25示意性地所示。
利用在海床高度的一个或多个传感器(未示出)来确认该浆料填充操作的完成，该一个或多个传感器将对浆料15从下面的出现起反应。
图8示出了在经固定桩注入以形成浆料填充物25的浆料已经固化之后，短距离地提升导管15直到其仅小量地与护套内管5A相接合，该接合量无论水流或波浪如何都足够将其保持就位。在图中，导管15的下端以26指示。该小量可以是200mm或300mm的量级，但是其他接合水平可以被使用以适应情况
图9示出了随后更多的浆料如何经连接至位于固定桩的顶部中的钻机(未示出)的灌浆软管注入或者直接注入到在固定桩24与底座内管5A的内部之间的环形空隙内。该环形空隙以水泥浆料26填充直到该水泥浆料26到达导管15的基部的高度为止。该高度能够由填满已知尺寸的空间所需的浆料容积算出，或者传感器能够被用于探测何时达到正确的高度。
软管和下降绳缆24随后与固定桩23分离并且被提升回到位于结构顶部上的上层结构工作平台12。软管和绳缆的分离能够通过未示出的不同方式完成。例如，联接能够被切开并由销保持在一起，通过从海面之上拉动绳缆或者通过对电螺线管通电、以及通过潜水员能够取出该销、或者远程操作车辆(ROVs)也可以用于承担该分离。还存在特别设计为用于该目的的、允许使绳缆和软管连接进行远程控制分离的多个或专有产品。
图10示出了在导管15和所有绳缆和软管已被拆卸之后的完成的底座。能够见到，固定桩23现在用灌浆牢固地固定至地面和底座管内、并且提供了承载在结构与海床之间的更大的剪切力或上提力的设备。固定桩的表面积设计为足以以足够低的应力水平来承载载荷，以避免浆料的分层。
在该阶段，可调节底座7被遗弃并遗留在原地，或者可以提供设备以拆卸和移除它们以用于再使用。最后，临时上层结构12、起重机13和相关联的设备、导管15和任意其他工具、与添加用于在钻孔期间的稳定性的任意压舱物14一起能够由带有起重机的船移除。相比于运输和定位整个护套结构2所需的船，较小且成本较低的船可以用于该目的。第二船还可以在表面壳体或甲板等之上运输用于完成安装所需的其他设备，比如风力涡轮机或潮汐涡轮机。可选地，如果护套结构2需要完全在水下，则可在该阶段拆除可拆卸上部或者以专用设备替换。
从上述，应当注意到，本发明的方案提供了一种能够安装在海中(或河中)的结构，该结构设计为通过足够重以利用与海床的摩擦保持就位而临时地自站立，并且该结构具有支承如下所需的设备的设施：该设备利用固定桩或其他能够穿入海(或河)床的固定件经与护套结构成一体的管状永久底座将该结构永久地固定至海床(或河床)。若必要，产生足够的摩擦以防止移动的额外重物可以临时地提供为压舱物，该压舱物添加至该结构并且在固定桩操作完成之后移除。
因此，提供了一种带有护套基部的结构，该护套基部具有一个或更多个永久管状底座，该永久管状底座能够从安装在水面之上的平台钻通到海床或河床内、并且能够将固定桩插入到其内且用灌浆固定就位。
具体地，所述结构包括临时底座部，该临时底座部能够被调节高度且对准以允许该结构在固定至海床之前被水平化，用于这样做的力由液压千斤顶、螺纹千斤顶或任意其他合适的机构提供。

Claims (15)

1.一种安装需要被安装在海床或河床中的支承结构(1)的方法，所述方法涉及到将所述支承结构构造成使其能够在执行将所述支承结构永久地锚定至海床或河床所需的操作之前和全过程中临时地自站立在海床或河床上。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述结构呈细长柱(2)的形式，用于支承可在水下的水力驱动涡轮机和/或风力驱动涡轮机。
3.如权利要求1或2所述的方法，还包括借助于柱或类似锚定设备(23)将所述结构(1)锚定至所述海床或河床的步骤。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述支承结构(1)结合有用于与支承结构支承底座单元(5)相协作的多个锚定位置(4)，并且其中，每个所述底座单元(5)适于接收和定位支承结构锚定桩或类似设备(23)，所述锚定桩或类似设备(23)通过由所述支承结构(1)支承的、用于使所述桩或类似设备能够操作并下陷的设备驱动/下陷到所述海床或河床内。
5.如权利要求4所述的方法，其中，每个所述底座单元(5)能够相对于所述海床或河床(SB)进行位置调节，以使所述支承结构(1)能够相对于所述海床或河床设定至所需的高度和定向。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述支承结构(1)设计为使其能够下降至所述海床或河床(SB)，在相关联的桩(23)下陷之前由所述调节设备(7、16)通过调节每个单独的床接合底座(7)的位置来调整水平，以顾及所述海床或河床的任何不平坦。
7.如权利要求5或6所述的方法，还包括利用水泥材料将每个单独的桩(23)灌注在所述桩(23)已经被插入到所述海床或河床(SB)内的位置。
8.如前述权利要求4至8中任一项所述的方法，还包括设置临时结构(12)，所述临时结构(12)设置在所述支承结构(1)的顶部，并且其中需要使所述桩(23)下陷的操作。
9.如权利要求1所述的方法，还包括在所述支承结构(1)处于由水流、波浪或风移动期间的情况下向所述结构(1)添加附加重物的步骤，从而在其安装在所述安装过程期间处于与所述海床或河床(SB)的摩擦接触不足的风险下维持安装周期。
10.如权利要求9所述的方法，还包括在所述锚定桩(23)已被安装之后将任意附加重物和在所述支承结构(1)的安装中涉及到的任意设备一起移除的步骤，使所述支承结构不能够再相对于所述海床或河床(SB)移位。
11.一种能够被安装在海床或河床中的支承结构，其特征在于，所述结构(1)布置为足够重，以便通过足够重以利用与所述海床的摩擦保持就位而临时地自站立在所述海床或河床(SB)中，并且其中，所述结构结合有用于与位置可调节的海床或河床接合支承底座单元(5)相协作的多个锚定位置，其中每个所述单元(5)适于接收和定位支承结构锚定桩(23)，所述支承结构锚定桩(23)通过由所述支承结构支承的、用于使所述桩(23)能够操作并下陷的设备驱动/下陷到所述海床/河床(SB)内。
12.如权利要求11所述的支承结构，其特征在于，所述结构(1)呈细长柱(2)的形式，或者支承可在水下的涡轮机。
13.如权利要求10或11所述的支承结构，其特征在于，在所述支承结构(1)的顶部处包括临时附加结构(12)，并且特征在于，在所述临时结构处设有用于执行使所述桩(23)下陷所需的任意操作的设施。
14.如权利要求13所述的支承结构，其特征在于，所述临时结构(12)布置为能够承载附加重物，从而在所述支承结构(12)在其安装期间处于由水流、波浪或风移动的情况下，能够维持与所述海床或河床(SB)的足够的摩擦，在所述安装过程期间，合适的附加重物能够被添加至所述临时结构(12)，以维持所述支承结构与所述海床或河床(SB)的可接受的摩擦。
15.如权利要求11所述的支承结构，其特征在于，包括临时底座部(7、16)，所述临时底座部(7、16)能够调节高度和对准，以允许所述结构在被固定至所述海床或河床之前调整水平，用于这样做的力由液压千斤顶、螺纹千斤顶或任一其他这种部件提供。
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