CN102449240B - 用于安装柱/桩的方法与设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种将柱/桩以直立姿态安装在支撑表面上的方法和设备，该方法包括以下步骤：从支撑船只放下待安装的所述柱/桩，使其与所述支撑表面接触；利用所述柱/桩的下端/底端作为钻头，在所述支撑表面中形成孔，所述柱/桩的下部区域将定位在所述孔中；以及在完成钻孔操作后，将所述柱/桩原位留置在所述孔中。

Description

用于安装柱/桩的方法与设备
技术领域
本发明涉及用于安装柱/桩、尤其是水下柱/桩的方法与设备。
具体而言，本发明涉及直立柱/桩的安装，这些柱/桩用作在水面上或水面下安装设备的支撑件。这样的设备可以有多种形式或用途，例如支撑水下的水力驱动涡轮设备和/或风力驱动的涡轮设备。
背景技术
值得注意的是，公知从除了燃烧碳氢化合物材料之外的其他来源产生电力的方法和设备，具体而言，公知从海水和河水产生电力以及利用风力涡轮机从空气的运动产生电力的方法核设备，这二者都涉及到将相关的风力或水力驱动的涡轮/转子组件安装在从海床或河床直立的柱/桩上。
不管在这样的发电中涉及到的是水下的水力驱动涡轮还是空气驱动涡轮，涡轮安装在其上的柱/桩都必须非常牢固地锚固在其直立位置，从而能承受住水流和空气流可能作用在柱/桩上的力。
显然，在水中安装柱/桩时会存在明显的施工困难。
需要指出的是，尽管以上的描述针对的是关于发电的柱/桩的安装，但是水下柱/桩可用于其它形式的设备，诸如用于桥梁的支撑柱。
发明内容
概括地，根据本发明的第一方面提供一种将一个或更多个柱/桩以直立姿态安装在由湖底、海床或河床所形成的支撑表面上的方法，该方法包括以下步骤：从支撑船只下降待安装的所述柱/桩，使其与所述支撑表面接触；利用所述柱/桩的下端/底端作为钻头，在旋转所述柱/桩时，在所述支撑表面中形成孔，所述柱/桩的下部区域将定位在所述孔中；以及在完成钻孔操作后，将所述柱/桩原位留置在这样形成的孔中。
在需要的时候，在钻孔操作期间利用反向流体循环，使得通过利用经由柔性系缆来自于所述支撑船只的压缩空气流在柱/桩的头部将钻切碎屑排出到水中。
而且在需要的时候，在钻孔操作期间能够利用正向流体循环，使得通过利用经由柔性系缆从所述支撑船只供应的流体的流动在进行钻孔的水底处将钻切碎屑排出到水中。
优选的是，利用可潜水的钻孔机器来安装待插入所述支撑表面内的一个或更多个柱/桩，并从所述表面支撑船只布置所述机器，使其安置在所述支撑表面上，并借助于一个或更多个柔性系缆从所述支撑船只对一个或更多个钻孔机构进行远程操作，所述一个或多个柔性系缆用于向所述钻孔机器传递能量并对其操作进行控制，而且在所需的钻孔操作之后，由所述支撑船只回收所述钻孔机器，从而留下一个或更多个柱/桩从所述支撑表面直立。
有利的是，在将一个或更多个柱/桩安装在湖底、海床或河床中时，可潜水的钻孔机器能结合有：一个或更多个钻孔机构，可借助于表面支撑船只布置所述机器，使其安置在湖底、海床或河床上从而由湖底、海床或河床完全支撑；用于借助于一个或更多个柔性系缆从所述支撑船只远程操作所述一个或更多个钻孔机构的装置，该柔性系缆用于向所述机器传递能量，并对其进行控制；以及一装置，在所需的钻孔操作之后，所述机器可通过该装置由所述支撑船只回收，从而留下一个或更多个柱/桩从所述湖底、海床或河床直立。
优选的是，所述机器结合有伸缩腿或铰接件，这样可相对于所述支撑表面对所述钻孔机器的操作位置进行位置调节，从而调平所述机器，使得其钻孔机构能在所述支撑表面中产生竖直的孔。
在需要的时候，所述机器结合有位置调节致动器，诸如液压缸、气压缸、袋或气囊等。
在一优选的结构中，待安装的每一柱/桩为筒状，其在下端/底端 包括岩石切削器或土壤切削器，这样，在所述柱/桩绕其纵向轴线旋转时，所述柱/桩有效地用作旋转钻，而且其中所述机器结合有用于使所述柱/桩旋转的装置，以进行钻孔操作。
在另一优选结构中，所述机器包括用于使所述机器的所述钻孔装置能从钻孔操作的位置换位到下一个钻孔操作位置、而无需整体移动所述机器的装置，这样的设置使得无需移动整个机器即可设立预定形式的柱/桩。
在另一优选结构中，所述钻孔机器能回收到所述支撑船只，由此，所述钻孔机器能配备另一柱/桩并返回到所述机器的不同位置，这样的设置使得可以预定的方式安装多个柱/桩，而无需移动整个机器。
在所述设备的结构的另一方面，所述机器设有多个钻孔机构，由此有助于柱/桩的预设安装形式的钻孔。
在所述设备的另一结构中，所述机器包括诸如水翼的装置，该装置利用所述机器附近的水流产生净力，该净力辅助重力以将所述机器保持在湖底、海床或河床上。
优选的是，所述机器结合有伸缩腿或铰接件，由此对所述钻孔机器的操作位置进行位置调节，从而调平所述机器，使得其钻孔机构能在湖底、海床或河床上产生竖直的孔。有利的是，所述机器结合有位置调节致动器，诸如液压缸、气压缸、袋或气囊等。
附图说明
为了更好地理解本发明和明了如何实施本发明，以下将参照附图加以描述，附图中：
图1a至1h示意性示出了在对用于将柱/桩安装和固定在湖底、海床或河床上的设备的第一实施方式进行定姿和定位过程中的各个阶段，
图2a和2b示意性示出了用于将柱/桩安装和固定在湖底、海床或河床上的设备的第二实施方式，并且
图3示意性示出了用于将柱/桩安装和固定在湖底、海床或河床上的设备的另一实施方式。
具体实施方式
现在参照附图，具体参照图1a。该附图示意性示出了位于海床或河床3的位置2附近的水面船只1，直立的柱/桩4需要安装在该位置2处。
如该图所示，水面船只1承载有待固定于海床或河床3中的柱/桩4或几个柱/桩4。在该图中，这样的柱/桩示出为位于船只1的船尾端5处。
位于船只的船尾端7处的浮吊/起重机装置6支撑钻孔机器8，该钻孔机器8带有主平台部9，该主平台部9上安装有多个带异型脚11的可伸缩腿10，这些异型脚11将在目标位置2附近与湖底、海床或河床3接合。钻孔机器8悬置，以便通过缆绳12和相关的绞盘组件13布置到水中。
在这一阶段，待安装到海床或河床3中的柱/桩4示出为竖直定位在处于钻孔位置的钻孔机器8上。换言之，柱/桩4预先安装在钻孔机器8上。
钻孔机器8载有用于使其承载的柱/桩4旋转的装置，以便进行安装操作。用来操作钻孔机器的装置呈柔性系缆连接件15、16的形式，这些柔性系缆连接件可操作地连接在钻孔机器8与船只1上设有的相关控制装置(未示出)之间。
在整个钻孔操作中，船只1通过诸如系泊缆绳和/或动态船只定位系统(未示出)的适当船只定位装置维持在其所需的操作位置。
应指出的是，在船只1航行到安装柱/桩的目标位置2的过程中，应由船上的绞盘组件13定位钻孔机器8，一旦到达湖底、海床或河床3上的需要安装柱/桩4的目标位置2，就通过绞盘组件13将钻孔机器8移动到设定的位置，在该位置处，能通过绞盘组件13将钻孔机器8下降到海床或河床3上，到达如图1B所示的位置。
在安装钻孔机器的这一阶段，应注意的是，因为湖底、海床或河 床3是不平的，从而钻孔机器8也是不平的，由于钻孔机器8安置在湖底、海床或河床3上，从而完全支撑了钻孔机器8的重量。在这样的情况下，绞盘组件的缆绳12布置成如同系缆连接件15/16一样是松弛的。这样的情形使得船只1能在风、浪的作用下移位和起伏，也可使船只作波浪运动。应理解的是，在如此布置钻孔机器8的过程中，船只应定位成以确保钻孔机器8尽可能在湖底、海床或河床上精确地定位在待固定柱/桩的目标位置2处。实践中，尤其是在针对大的柱/桩或设备安装基部支撑单元中涉及到多于一个柱/桩4的情况下，该定位精度非常重要。
一旦钻孔机器8安置在湖底、海床或河床3上，就需要调平钻孔机器平台9，使其水平，并使待插入到海床内的柱/桩4定位在目标固定位置的紧上方。这一调平是通过适当地调节伸缩腿10伸出到平台9之下的长度而实现的。
以下参照图1c描述该调平操作，从图1c可看到，已经通过适当地调节腿10的高度以及侧向定位调节而将钻孔器械平台9设置在水平操作状态，从而将柱/桩定位在湖底、海床或河床的其待定位的目标位置2上方，并确保平台9稳定定位。如所述的那样，可借助系缆连接件15/16通过从船只1控制的水力或电力致动器(未示出)实现对钻孔机器8的这一位置调节。
在实际情况中，水流和波浪作用施加在钻孔机器上的侧向力经由摩擦通过腿10反作用到海床或河床中。
在所示的实施方式中，利用柱/桩4的下端/底端18作为钻头进行旋转钻进操作产生用于容纳柱/桩的孔/钻孔17。为此目的，柱/桩4的下端/底端18装备有适于预期的湖底、海床或河床状况的刀具。通过旋转钻进驱动器20向柱/桩施加所需的旋转钻进力矩。使柱/桩在钻进旋转过程中向下运动所需的力由柱/桩的重量提供。在实际情况中，如果发现柱/桩的重量不足以使其向下运动，可通过向柱/桩施加重物而压载柱/桩。在需要时，可从液压缸21获取附加的力。
柱/桩4在钻孔机器上时位于其中的导管22用于在钻孔操作期间 将柱/桩4保持为竖直姿态。在实践中，用于钻孔操作的能量以及对实际钻孔操作的控制都通过系缆连接件15/16来自于船只1。此外，可借助于船只1和钻孔机器8之间的系缆连接件15/16向柱/桩提供其他服务，例如向其提供压缩空气以去除钻屑/切屑。
现在参见图1d，该图示意性示出了柱/桩4已前进至湖底、海床或河床3中所需深度的阶段。在该阶段，由于钻孔操作而在柱/桩4的已插入部分周围产生的环状空间17A需要用泥浆加以填充，以确保柱/桩4牢固地固定在合适位置。该泥浆可在船只1上混合，并通过用来泵送空气的系缆15输送到环状空间17A。一旦填充完环状空间17，可松开系缆15、16，并将它们收回到水面船只上。
在例如需要向湖底、海床或河床3中彼此相邻地插入多于一个柱/桩4的情况下，可将钻孔单元20、特别是柱/桩引导件22、力矩驱动器以及相关的液压缸21移动到所需的位置，以用于将下一个柱/桩4插入到湖底、海床或河床中。
可通过多种不同的方式来实现这一移位，例如，通过使用偏航驱动器将钻孔单元20移动到新的位置，如图1e所示。然后可使新的柱/桩4从船只1下降到导管22。需要指出的是，待安装的第一个柱/桩4可与将钻孔机器8布置到湖底、海床或河床分开。在这样的情形下，可在柱/桩4没有就位的情况下布置钻孔机器，具体如从图1e可见到的那样，一旦钻孔机器8完成移位，也就是说导管22已经设置于下一个柱/桩4要插入到湖底、海床或河床3的位置2上方，就从船只1下降待插入的下一个柱/桩4，并使其进入到导管22中。
如图1e所示，其示出的是图1c和1d所示位置的右侧。换言之，在驱动器单元23的作用下，导管22以及相关的钻孔单元20可相对于钻孔机器平台9移位，从而将导管22移位到相对于平台9的多个可能操作位置中选定的一个位置。
图1f示出了安装阶段，其中第一个柱/桩4已被插入，导管22已经移动到下一个目标位置，待安装在湖底、海床或河床内的下一个柱/桩4已用如参照图1c和1d所描述的方式安装完，且已将泥浆或正在 将泥浆注入到由钻孔操作在湖底、海床或河床内生成的环状空间17内。
针对待定位在湖底、海床或河床3内的每个柱/桩4重复上述过程。
一旦钻孔桩的安装完毕，就通过绞盘组件收回机器8将其重新放置在船只上。这在图1g中示出。
从图1g中应注意，一系列柱/桩4从湖底、海床或河床直立。图1h示意性示出了涡轮和转子装置25的安装，所述涡轮和转子装置安装在参照图1a至图1g所述的方式之前插入的柱/桩4上。
现在参照图2a和2b，图2a和2b示出了钻孔机器设备的第二实施方式，其中，用密封的压载箱26的布置有效地替代了以前图中的平台，在充满空气时，该压载箱26能漂浮在水中，从而能通过控制船只1的牵引将钻孔机器移动到所需的钻孔位置。
在这一实施方式中，一旦将钻孔机器8定位在用于插入柱/桩4的目标位置，压载箱26就在水中没至这样的程度，使得压载箱以及相关的钻孔机器具有稍微为负的浮力，这样钻孔机器8能在绞盘组件13的作用下下降到湖底、海床或河床3。一旦钻孔机器处在湖底、海床或河床3处，且已将机器调平，从而钻孔机器平台9水平且导管22竖直，压载箱26就完全沉没在水中，从而使钻孔机器8的潜水重量最大，并因而使其与湖底、海床或河床3的摩擦接合力最大。在将所需数量的柱/桩4插入到湖底、海床或河床3中后，从压载箱26将水排出，从而能将钻孔机器8容易地提升回船只1。
图3示意性示出了钻孔机器8的另一实施方式，这一实施方式降低了将钻孔机器稳定在湖底、海床或河床3上所需的重量。为此，该机器设有位置可调节的水翼，可设置该水翼使得在浪或水流的作用下产生向下的力，以增加机器脚11与湖底、海床或河床3之间的所需摩擦，从而有助于抵消作用在钻孔机器上的水流牵拉。

Claims (12)

1.一种将一个或更多个柱/桩以直立姿态安装在由湖底、海床或河床所形成的支撑表面(3)上的方法，该方法包括以下步骤：
使用可潜水的钻孔机器(8)，用于将一个或多个柱/桩(4)插入支撑表面(3)中；
柱/桩预先安装在钻孔机器(8)上，从支撑船只(1)下降待安装的柱/桩(4)，使其与所述支撑表面接触，柱/桩竖直定位在处于钻孔位置的钻孔机器(8)上；
借助于一个或更多个柔性系缆(15、16)从所述支撑船只(1)对安装在钻孔机器(8)上的一个或更多个钻孔机器构进行远程操作；
在完成钻孔操作后，将所述柱/桩原位留置在这样形成的孔中；以及
在所需的钻孔操作之后，由所述支撑船只(1)回收所述钻孔机器，
其特征在于，利用所述柱/桩(4)的下端/底端(18)作为不可取回钻头，使得在旋转所述柱/桩(4)时，在所述支撑表面中形成孔(17)，所述柱/桩(4)的下部区域将定位在所述孔中，
其中钻孔机器包括钻进驱动器，钻进驱动器安置在钻孔机器上，并在柱/桩外周驱动柱/桩旋转，柱/桩钻进旋转过程中向下运动所需的力由柱/桩的重量提供，
其中，所述钻孔机器(8)包括一装置，该装置利用所述钻孔机器附近的水流产生净力，该净力辅助重力以将所述钻孔机器保持在湖底、海床或河床上。
2.根据权利要求1所述的方法，其包括以下步骤：在钻孔操作期间，利用反向流体循环，使得通过利用经由柔性系缆(15、16)来自于所述支撑船只(1)的压缩空气流在柱/桩(4)的头部处将钻切碎屑排出到水中。
3.根据权利要求1所述的方法，其包括以下步骤：在钻孔操作期间，利用正向流体循环，使得通过经由柔性系缆(15、16)从所述支撑船只(1)供应的流体的流动在进行钻孔的水底处将钻切碎屑排出到水中。
4.一种用于将一个或更多个基础柱/桩(4)安装在湖底、海床或河床中的设备，包括：可潜水的钻孔机器(8)，柱/桩预先安装在钻孔机器(8)上，该钻孔机器结合有一个或更多个钻孔机器构，可借助于支撑船只(1)布置所述钻孔机器，使其能够安置在湖底、海床或河床上从而由湖底、海床或河床完全支撑；
借助于一个或更多个柔性系缆(15、16)从所述支撑船只远程操作所述一个或更多个钻孔机器构的装置，所述柔性系缆用于向所述钻孔机器(8)传递能量，并控制所述钻孔机器(8)；以及
一装置(13)，在所需的钻孔操作之后，所述钻孔机器(8)可通过该装置(13)由所述支撑船只回收，从而使所述一个或多个柱/桩留置成从湖底、海床或河床直立，其特征在于，每个柱/桩(4)的下端/底端(18)是不可取回钻头，通过钻头来钻湖底、海床或河床，
其中钻孔机器包括钻进驱动器，钻进驱动器安置在钻孔机器上，并在柱/桩外周驱动柱/桩旋转，柱/桩钻进旋转过程中向下运动所需的力由柱/桩的重量提供，
其中，所述钻孔机器(8)包括一装置，该装置利用所述钻孔机器附近的水流产生净力，该净力辅助重力以将所述钻孔机器保持在湖底、海床或河床上。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述钻孔机器(8)结合有伸缩腿或铰接件，由此可相对于所述支撑表面(3)对所述钻孔机器(8)的操作位置进行位置调节，从而调平所述钻孔机器，使得其钻孔机器构能在所述支撑表面上产生竖直的孔。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述钻孔机器(8)结合有位置调节致动器。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述调节致动器包括液压缸、气压缸、袋或气囊。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的设备，其特征在于，待安装的每一柱/桩(4)为筒状，其在下端/底端包括岩石切削器或土壤切削器(19)，并且其中，所述钻孔机器(8)结合有用于使所述柱/桩(4)旋转的装置以进行钻孔操作。
9.根据权利要求4至7中任一项所述的设备，其特征在于，所述钻孔机器(8)包括用于使钻孔机器的钻孔机器构从钻孔操作的位置换位到下一个钻孔操作位置，而无需整体移动所述钻孔机器(8)的装置，这样的设置使得无需移动整个钻孔机器(8)即可设立预定形式的柱/桩(4)。
10.根据权利要求4至7中任一项所述的设备，其特征在于，所述钻孔机器(8)能收回到所述支撑船只(1)，由此所述钻孔机器(8)能配备另一柱/桩并返回到所述钻孔机器(8)的不同位置，这样的设置使得可以预定的方式安装多个柱/桩，而无需移动整个钻孔机器。
11.根据权利要求4至7中任一项所述的设备，其特征在于，所述钻孔机器(8)设有多个钻孔机器构，由此有助于钻出柱/桩(4)的预设安装形式的钻孔。
12.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，产生净力的所述装置包括水翼。
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