CN104973210A - 水上人工结构设施施工建设技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水上、尤其海洋人工结构设施的施工建造方法，包括：a.将预制的预应力混凝土水上、尤其海洋固定平台运输到海上预定位置，固定平台包括上部结构平台以及多个浮力筒，上部结构平台由浮移工装承载能够在水上按需浮移，且在浮移工装与上部结构平台之间设有多个能够升降的支架工装；b.在浮移工装上浮的状态下，将预制的预应力混凝土固定平台靠向已经事先在海底固定的一个预应力混凝土固定平台；c.浮移工装下沉，以使预应力混凝土固定平台的浮力筒坐沉于海底；d.将这两个固定平台的上部结构平台调平；e.调平后，浮移工装从预应力混凝土固定平台撤出。本发明还涉及由上述方法施工建设而成的水上、尤其海洋人工结构设施。

Description

水上人工结构设施施工建设技术

技术领域

本发明大体上涉及采用预应力混凝土水上固定平台、尤其海洋固定平台施工建设水上、尤其海洋人工结构设施的技术。

背景技术

目前的海上设施例如海上钻井平台主要是以钢架结构在海上施工建设而成。出于抗海水腐蚀能力强、抗风浪能力高等因素考虑，由钢筋混凝土制成的预应力混凝土海洋固定平台将是对现有海洋固定应用平台有利的替代。

地球的海洋面积占百分之七十以上。随着地球土地资源的不断开发以及城市人口的不断膨胀，向海洋拓展人类生存空间已经成为新世纪人类社会的关注焦点。为了拓展人类生存空间，除了填海造地以外，另一个简单且经济的手段就是建设海洋人工结构设施、例如人工岛、海上机场等。出于施工设计考虑会将人工岛划分为多个拼装平台，然后再将多个拼装平台组合在一起形成这种人工岛。因此，前面所提到的钢筋混凝土制成的预应力混凝土海洋固定平台是形成这种人工岛的拼装平台的最佳选择。

因此，如何制造这些拼装平台、将它们移送到海上并按照需要拼装成海洋人工岛成为目前关注的重点。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种水上、尤其海洋人工结构设施的施工建造方法，包括：

a.将预制的预应力混凝土水上、尤其海洋固定平台运输到海上预定位置，其中，所述预制的预应力混凝土固定平台包括上部结构平台以及在所述上部结构平台的底部设置的多个浮力筒，各浮力筒的底端呈锥形，所述上部结构平台由浮移工装承载能够在水上按需浮移，且在所述浮移工装与所述上部结构平台之间设有多个能够升降的支架工装；

b.在浮移工装上浮的状态下，将所述预制的预应力混凝土固定平台靠向已经事先在海底固定的一个预应力混凝土固定平台；

c.在由所述浮移工装承载的预应力混凝土固定平台已经合适靠近后，所述浮移工装下沉，以使所述预应力混凝土固定平台的浮力筒坐沉于海底；

d.调节所述支架工装的高度和/或升降所述浮移工装，以将这两个固定平台的上部结构平台调平；

e.调平后，所述浮移工装进一步下沉，从预应力混凝土固定平台撤出。

优选地，在步骤b中，利用钢缆一端固定在由所述浮移工装承载的预应力混凝土固定平台上，从所述事先在海底固定的预应力混凝土固定平台牵拉所述浮移的预应力混凝土固定平台。

优选地，所述钢缆为两根呈交叉形布置的钢缆，分别一端固定在所述浮移的预应力混凝土固定平台上，另一端由所述事先在海底固定的预应力混凝土固定平台上的卷扬机牵引，将所述浮移的预应力混凝土固定平台缓慢地拉近。

优选地，在所述浮移的预应力混凝土固定平台靠近过程中，拖船顶推所述浮移的预应力混凝土固定平台一侧。

优选地，在步骤e后，多根固定钢桩穿过浮力筒的底部打入海底直至持力层。

优选地，所述预应力混凝土固定平台在陆地预制场整体拼装而成。

优选地，所述预应力混凝土固定平台包括上部结构平台以及由浮移工装承载的浮力筒模块，各所述模块在陆地预制场预先拼装，移到海上后，经由海上竖向拼装施工建设而成所述预应力混凝土固定平台。

优选地，所述预应力混凝土固定平台经由能够半潜的海洋运输船运到海上预定位置，在步骤b之前，所述海洋运输船下潜。

优选地，所示支架工装是千斤顶。

根据本发明的另一个方面。还提供了一种根据前述方法施工建设而成的水上、尤其海洋人工结构设施，其包括彼此紧靠的至少两个预应力混凝土水上、尤其海洋固定平台。

采用本发明的技术手段，可以按照要求在海上施工建造任何面积大小的人工结构设施、尤其人工岛屿，这在海上机场建设、海上城市建设方面提供了巨大的优势。同时，本发明的技术手段与填海造地相比，成本优势巨大，另外预应力混凝土固定平台的采用也能够有效地抵御海水侵蚀、提高使用寿命。

附图说明

从后述的详细说明并结合下面的附图将能更全面地理解本发明的前述及其它方面。需要指出的是，各附图的比例出于清楚说明的目的有可能不一样，但这并不会影响对本发明的理解。在附图中：

图1（a）和（b）示意性示出了根据本发明一个实施例的陆地预制场整体拼装预应力混凝土海洋固定平台的一部分的示意性俯视图和剖切侧视图；

图2（a）示出了陆地预制场吊装上部结构平台模块的示意图；

图2（b）示意性示出了陆地预制场整体拼装预应力混凝土海洋固定平台的俯视图；

图3示意性示出了整体拼装后的预应力混凝土海洋固定平台朝向海洋运输船平移；

图4（a）示意性示出了根据本发明另一个实施例的陆地预制场整体拼装预应力混凝土海洋固定平台的一部分的侧视图；

图4（b）示意性示出了与图4a对应的实施例的陆地预制场整体拼装预应力混凝土海洋固定平台的另一部分的侧视图；

图4（c）示意性示出了如图4（a）和4（b）所示的那些部分平移到海洋运输船后的情况；

图5示意性示出了如图4（a）和4（b）所示的那些部分在海上竖向拼装成应力混凝土海洋固定平台的示意图；

图6（a）和（b）示意性示出了承载有两个整体拼装的预应力混凝土海洋固定平台的海洋运输船下潜，从而利用浮移工装将应力混凝土海洋固定平台拉出海洋运输船；

图7（a）至（c）示意性示出了一个预应力混凝土海洋固定平台向另一个预应力混凝土海洋固定平台靠拢的过程；并且

图8（a）至（e）示意性示出了一个预应力混凝土海洋固定平台相对于另一个预应力混凝土海洋固定平台的固定定位过程。

具体实施方式

在本申请的各附图中，结构相同或功能相似的特征由相同的附图标记表示。

本发明的核心思路是水上人工结构设施由任何数量的预应力混凝土水上固定平台、尤其海洋固定平台组成。也就是说，预应力混凝土水上固定平台、尤其海洋固定平台作为最基本的组成单元在工厂预制好后，再在水上、尤其海上拼装而施工建设成任何面积大小的水上、尤其海上人工结构设施。

以下仅以海洋为背景介绍本发明的技术方案，但是本领域技术人员应当清楚同样的技术手段也可以用于任何其它水上结构设施的施工建造过程。

根据本发明，作为海洋人工结构设施的基本组成部分，预应力混凝土海洋固定平台可以采用1.预制场整体拼装平移技术；以及2.预制场分模块预制海上竖向拼装技术来施工建设获得。

以下首先以预制场整体拼装平移技术为例，结合说明书附图1至3说明根据本发明一个实施例的预应力混凝土海洋固定平台的施工建造。

本发明所涉及的每个预应力混凝土海洋固定平台可以包括钢筋混凝土预制的一个上部结构平台以及在所述上部结构平台的底部设置的多个（本说明书以下仅以4个为例进行说明）浮力筒。上部结构平台起到承载平台的作用，并且浮力筒为底端封闭的中空混凝土预制结构，起到为所述上部结构平台提供一部分浮力以及海底支承的作用。

应当清楚，通常陆地工厂的选址会靠近海岸码头，这样尽量缩短从混凝土结构预制场所到运输船舶之间的平移距离。首先，在混凝土结构预制场所修筑平移基础构筑物7。该平移基础构筑物7可以是地面基础构筑物或地上基础构筑物，由钢筋混凝土构筑而成，从混凝土结构预制场所的拼装工位可以一直修筑至停泊海洋运输船舶的码头。

根据本发明的技术方案，如图1（a）和（b）所示，首先，在预制场所的地面基础7上安装两个平移轨道1。然后，再在这两个平移轨道1上安装4组平移小车2。如图1所示，地面基础7可以高于地面8。例如，每个平移轨道1上安装两组平移小车2。平移小车2可以为特大型构件运输领域中专用的平移小车，主要用于承载超重超大构件实现在水平面上的平移功能。平移小车2设有液压顶升装置，用于沿与地面8垂直的方向实现升降。平移轨道1可以为大型构件运输领域中专用的平移轨道，用于与平移小车配合，引导平移小车2平稳移动。例如，平移轨道1可以从混凝土结构预制场所一直修建到海洋运输船舶（图中未示出）上的堆放位置。

然后，经由大型起重设施在平移小车2上安装一套预先制好的浮移工装3。

浮移工装3的基本结构与半潜舶（半潜驳）类似，但是没有动力驱动。例如，浮移工装可以包括多个海水压载舱，各个海水压载舱由管路相连，可以受控地由压载泵选择性充卸海水从而提供浮沉。浮移工装大体上为矩形构件，在四个角处设有系泊装置，可以由拖船在海上拖动。浮移工装主要用于承载特大型构件在海面上浮移。

在浮移工装3的左右两侧与浮力筒模块构件相连的位置可以事先预制有例如4个浮力筒模块固定构件5。浮力筒模块固定构件5可以是任何可以拆卸地固定浮力筒模块的机械构件，只要浮力筒模块与上部结构平台模块拼装形成整体海洋固定平台后可以方便地从浮力筒脱离即可。例如，浮力筒模块固定构件5为设有液压夹持机构形式的机械装置，从而可以在液压的驱动下临时夹持固定或释放浮力筒。

当浮移工装3在平移小车2上安放就位后，在混凝土结构预制场所利用起重机将4个混凝土预制好的浮力筒模块10吊装到浮移工装3的相应的浮力筒模块固定构件5中。优选地，在此过程中，在地面8上预放置垫块6，从而其位于所吊装的浮力筒模块10与地面8之间，使得浮力筒模块的顶部调整水平。吊装的结果是4个浮力筒模块与水平面（即地面8）垂直地固定就位。

然后，再在浮移工装3的顶面上安装多个高度升降可调的支架工装4。所述支架工装4例如是千斤顶。支架工装4的一个主要作用是临时地支承待安装的上部结构平台模块9。根据所要安装的混凝土预制的上部结构平台模块9要求，在高度方向上合适地调整每个支架工装4从而支架工装4的顶部形成一个一致的安装上部结构平台模块的水平面，例如该水平面可以与地面8平行。

接着，如图2（a）和（b）所示，利用大型起重设施例如起重机将事先预制好的上部结构平台模块9放置到多个支架工装4上。在上部结构平台模块9中的预定位置处可以设有预制好的孔或接收部，用于相应地接收浮力筒模块10的顶部。在浮力筒模块10的顶部可以预设有钢筋，从而向所述孔或接收部中浇注混凝土，待混凝土凝固后每个浮力筒模块10与上部结构平台模块9，形成一个整体的海洋固定平台。

当如上所述地完成了预应力混凝土海洋固定平台的整体拼装以后，启动平移小车2的液压顶升装置将预应力海洋固定平台整体顶升，从而4个浮力筒的底部离开地面8上放置的垫块6。然后，如图2（b）中的箭头所示，平移小车2可以在平移轨道1上作平移驱动，从而载着预应力海洋固定平台整体平移直至海洋运输船舶上的堆放位置（如图3所示）。

接着，平移小车2的液压顶升装置降低使得浮移工装3的底部与海洋运输船舶甲板上的支承座面接触。经由浮移工装3将预应力混凝土海洋固定平台整体固定在海洋运输船舶的甲板上。此后，继续降低平移小车2的液压顶升装置，使得平移小车2与浮移工装3脱离接触，然后反向驱动平移小车2沿着平移轨道1退出海洋运输船舶。至此，完成预应力混凝土海洋固定平台整体装船运输平移。

然后，参照图4至5，说明根据本发明另一个实施例的通过海上竖向拼装技术施工建设而成的预应力混凝土海洋固定平台。

图4（a）为根据本发明的上述实施例的预应力混凝土海洋固定平台的浮力筒模块在陆地预制场的施工建造，其过程与参照图1（a）所述相同，不再冗述。

如图4（b）所示，平移轨道1上安装4组平移小车2。如图1所示，地面基础7可以高于地面8。例如，每个平移轨道1上安装两组平移小车2。然后，经由大型起重设施在平移小车2上吊装上部结构平台模块9。同样，在该上部结构平台模块9上预设有用于在海上竖向拼装时与浮力筒模块相对定位的定位工装21。待上部结构平台模块9吊装就位后可以由平移小车2承载着在平移轨道1上移动。

对于浮力筒模块10与浮移工装3的组合而言，为了整体平移，启动平移小车2的液压顶升装置将浮力筒模块10与浮移工装3的组合整体提升，从而4个浮力筒的底部离开地面8上放置的垫块6。然后，如图4（c）中的箭头所示，平移小车2可以在平移轨道1上作平移驱动，从而浮力筒模块10与浮移工装3的组合整体平移直至海洋运输船30上的堆放位置。以类似的方式，如图4（b）所示的上部结构平台模块9也在平移轨道1上平移直至海洋运输船30上的堆放位置。

在上述堆放位置可以设置支承台（未示出），所述支承台的高度稍微低于进入时平移小车2的高度。这样当平移小车2分别达到各自的堆放位置后，再次启动平移小车2的液压顶升装置使得浮力筒模块10与浮移工装3的组合整体降低，从而支承台可以分别支承浮移工装3以及上部结构平台模块9，这样平移小车2退出海洋运输船30重新用于下一个模块的陆地拼装平移。

在图4（c）的示意图中，上部结构平台模块9先进入海洋运输船30，浮力筒模块10与浮移工装3的组合后进入海洋运输船30。

以上述方式海洋运输船30可以载着上部结构平台模块9与浮力筒模块10运输到海上的拼装根据本发明的预应力混凝土海洋固定平台的预定位置。如图5所示，在预定位置处可以事先在海底施工建设一钢筋混凝土制的海底坐墩40。该海底坐墩40的顶表面平坦且在水下距海平面一段距离，并且该海底坐墩40的高度设置成浮移工装位于其顶面上后浮力筒不会接触海底。在到达预定位置后，海洋运输船30例如可以下潜，这样浮移工装3可以与海水接触提供浮力。同时浮力筒模块10本身也与海水接触获得一部分浮力。在浮移工装3与浮力筒模块10的组合可以在海面上浮动的情况下，利用拖船将该组合从海洋运输船30的后部拉出。如图5所示，将浮移工装3拖拽到海底坐墩40的正上方。然后，操作浮移工装3使得其下沉与海底坐墩40的平坦顶表面接触，这样通过将浮移工装3固定坐置在海底坐墩40上使得浮力筒模块10在水中位置固定，同时各浮力筒模块10的顶端露出且距水面一段距离。然后，利用施工船舶将上部结构平台模块9从海洋运输船30吊装到浮力筒模块3上方，经由海上拼装定位工装20、21确保二者之间的相对位置精确匹配后吊装就位。同时，经由支架工装4的调节，确保上部结构平台模块9相对于浮移工装3调平。

接着，在上部结构平台模块9与浮力筒模块10之间的接合处浇注混凝土，其在固化后与事先预埋的钢筋形成钢筋混凝土结构，使得上部结构平台模块9与浮力筒模块10整体构成根据本发明的预应力混凝土海洋固定平台。至此，完成根据本发明的预应力混凝土海洋固定平台的海上竖向拼装施工过程。

在图5中，虽然根据本发明的预应力混凝土海洋固定平台已经竖向拼装完成，但是浮移工装3仍可以携带着预应力混凝土海洋固定平台整体在海上浮移。在这种情况下，例如，通过操作浮移工装3上浮，可以载着整个预应力混凝土海洋固定平台在海上浮移到其它期望的位置。

在需要建设人工岛的地方附近可以事先建设多个海底坐墩40，然后分别在各个海底坐墩40上采用上述海上竖向拼装技术拼装建设多个预应力混凝土海洋固定平台。根据施工需要，利用浮移工装3将拼装好的预应力混凝土海洋固定平台浮移到需要的位置，浮力筒模块固定构件打开，然后再次使得浮移工装下潜，退出预应力混凝土海洋固定平台，这样预应力混凝土海洋固定平台经由浮力筒模块可以坐置在海底预定的位置。通过将多个预应力混凝土海洋固定平台这样紧靠地施工定位，可以组成任意面积大小的人工岛。

以下以上述在陆地预制场整体预制的预应力混凝土海洋固定平台为例，介绍根据本发明的人工岛施工建设技术。

如图6（a）所示，海洋运输船30载着两个在陆地预制好的预应力混凝土海洋固定平台100达到预定的海域。然后，如图6（b）所示，海洋运输船30下潜，从而各个预应力混凝土海洋固定平台100由各自的浮移工装3载着经由拖缆从海洋运输船30撤出。接着，在拖船200的拖拽或顶推作用下，一个预应力混凝土海洋固定平台100经由浮移工装3继续在海上浮移。

如图7（a）至（c）所示，在预应力混凝土海洋固定平台100快要到达已经预先固定在海底的另一个预应力混凝土海洋固定平台100′之前，在这两个固定平台上分别安装钢缆300，从而在钢缆300的牵拉作用以及拖船200的推动下，海洋固定平台100缓慢地且位置对正地靠向海洋固定平台100′，并且最终二者靠在一起。

为了确保位置对正，两个钢缆300交叉且一端固定在海洋固定平台100的两个顶角处，且另一端固定于海洋固定平台100′上的（未示出的）卷扬机，从而在卷扬机的带动下交叉的钢缆300可以准确地将海洋固定平台100拉向海洋固定平台100′。

如图8（a）和（b）所示，在海洋固定平台100已经合适地靠近海洋固定平台100′后，可以再次利用支架工装4调整海洋固定平台100的姿态。然后，浮移工装3下沉，从而海洋固定平台100利用自重经由浮力筒10坐于海床上。在此过程中，也可以通过调整浮移工装3的浮沉以及支架工装4的升降来进一步微调海洋固定平台100的姿态、尤其调整这两个固定平台100、100′之间的平坦度。

之后，如图8（c）至（e）所示，浮移工装3进一步下沉并从海洋固定平台100下方撤出。

为了进一步确保海洋固定平台100的固定，可以像海洋固定平台100′那样，再在海洋固定平台100的每个浮力筒10的底部向下打入多个固定钢桩400，直至持力层。

重复以上的过程，可以按照需要将任何数量的海洋固定平台组合在一起，从而在海上施工建造任何面积大小的人工岛。

对于采用海上竖向拼接技术施工建设而成的如图5的预应力混凝土海洋固定平台而言，也可以与如图7至8所示相同的技术在海上施工建造任何面积大小的人工岛，因而不在冗述。

采用本发明的技术手段，可以按照要求在海上施工建造任何面积大小的人工岛屿，这在海上机场建设、海上城市建设方面提供了巨大的优势。同时，本发明的技术手段与填海造地相比，成本优势巨大，另外预应力混凝土固定平台的采用也能够有效地抵御海水侵蚀、提高使用寿命。

Claims (10)

1.一种水上、尤其海洋人工结构设施的施工建造方法，包括：

a.将预制的预应力混凝土水上、尤其海洋固定平台运输到海上预定位置，其中，所述预制的预应力混凝土固定平台包括上部结构平台以及在所述上部结构平台的底部设置的多个浮力筒，各浮力筒的底端呈锥形，所述上部结构平台由浮移工装承载能够在水上按需浮移，且在所述浮移工装与所述上部结构平台之间设有多个能够升降的支架工装；

b.在浮移工装上浮的状态下，将所述预制的预应力混凝土固定平台靠向已经事先在海底固定的一个预应力混凝土固定平台；

c.在由所述浮移工装承载的预应力混凝土固定平台已经合适靠近后，所述浮移工装下沉，以使所述预应力混凝土固定平台的浮力筒坐沉于海底；

d.调节所述支架工装的高度和/或升降所述浮移工装，以将这两个固定平台的上部结构平台调平；

e.调平后，所述浮移工装进一步下沉，从预应力混凝土固定平台撤出。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤b中，利用钢缆一端固定在由所述浮移工装承载的预应力混凝土固定平台上，从所述事先在海底固定的预应力混凝土固定平台牵拉所述浮移的预应力混凝土固定平台。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述钢缆为两根呈交叉形布置的钢缆，分别一端固定在所述浮移的预应力混凝土固定平台上，另一端由所述事先在海底固定的预应力混凝土固定平台上的卷扬机牵引，将所述浮移的预应力混凝土固定平台缓慢地拉近。

4.根据前述权利要求任一所述的方法，其特征在于，在所述浮移的预应力混凝土固定平台靠近过程中，拖船顶推所述浮移的预应力混凝土固定平台一侧。

5.根据前述权利要求任一所述的方法，其特征在于，在步骤e后，多根固定钢桩穿过浮力筒的底部打入海底直至持力层。

6.根据前述权利要求任一所述的方法，其特征在于，所述预应力混凝土固定平台在陆地预制场整体拼装而成。

7.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，所述预应力混凝土固定平台包括上部结构平台以及由浮移工装承载的浮力筒模块，各所述模块在陆地预制场预先拼装，移到海上后，经由海上竖向拼装施工建设而成所述预应力混凝土固定平台。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预应力混凝土固定平台经由能够半潜的海洋运输船运到海上预定位置，在步骤b之前，所述海洋运输船下潜。

9.根据前述权利要求任一所述的方法，其特征在于，所示支架工装是千斤顶。

10.一种根据前述权利要求任一所述的方法施工建设而成的水上、尤其海洋人工结构设施，其包括彼此紧靠的至少两个预应力混凝土水上、尤其海洋固定平台。