CN105626963A - 通道式海底悬空管道抛砂治理装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于海洋工程领域，具体地，涉及一种通道式海底悬空管道抛砂治理装置及施工方法。通道式海底悬空管道抛砂治理装置，包括：母船、抛砂船；母船为有动力驳船，抛砂船为无动力小船；抛砂船船体的纵轴垂直于母船的纵轴，船尾连接于母船的侧缘，母船、抛砂船通过丝杠和滑动轴承连接，母船提供动力、储存砂子，抛砂船将砂子打包成袋并完成砂袋的抛填工作。本发明实现了海底悬空管道砂袋法治理施工过程的机械化，相比传统施工方法，打包砂子和抛填砂袋全部自动化，不再需要人工操作实现，提高了施工效率，带来可观经济效益；可以实现科学有效地施工，相比传统的方法，实现了砂袋着地位置的可控，避免砂袋未丢入施工区或者撞击管道情况。

Description

通道式海底悬空管道抛砂治理装置及施工方法

技术领域

本发明属于海洋工程领域，具体地，涉及一种通道式海底悬空管道抛砂治理装置及施工方法，用于治理海底悬空管道。

背景技术

海底管道由于受到复杂的水下环境的影响，很容易产生悬空现象。在海浪、海流作用下，悬空管段会产生涡激振动，引起疲劳损伤，缩短使用寿命，进而带来附加的经济损失。现阶段，工程实践中多采用砂袋法、灰浆气囊、钢结构支撑法、短桩锚固等方法治理悬空管道。其中，工程中普遍采用的砂袋法有操作简单，经济有效等优点，但是，砂袋法的施工方法却非常落后，一般做法是先在陆地上人工将砂子打包成袋，然后通过吊车装于施工船上，当施工船到达悬空管道上方海面时，再由施工人员将砂袋推下船，丢进海里。上述施工依靠大量人力来完成，费时费力。此外，砂袋法还无法控制砂袋在不撞击管道的情况下精确落到悬空处。因此，发明一种既精确高效又能解放人力的砂袋法施工装置是非常必要的。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种通道式海底悬空管道抛砂治理装置及施工方法，该装置通过一艘装砂子的母船和一艘小型的施工抛砂船连接，实现砂子打包成袋、砂袋抛填等过程的机械化，通过不同的运动方式，实现悬空治理区的全覆盖，通过可伸缩的水下砂袋通道控制砂袋的水下着地点，实现精确有效施工，解决了现阶段砂袋法治理悬空管道的施工技术问题。

为实现上述目的，本发明所采用技术方案如下：

通道式海底悬空管道抛砂治理装置，包括：母船、抛砂船；其中：母船为有动力驳船，抛砂船为无动力小船；抛砂船船体的纵轴垂直于母船的纵轴，船尾连接于母船的侧缘，母船、抛砂船通过丝杠和滑动轴承连接，母船提供动力、储存砂子，抛砂船将砂子打包成袋并完成砂袋的抛填工作。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、实现了海底悬空管道砂袋法治理施工过程的机械化，相比传统施工方法，打包砂子和抛填砂袋全部自动化，不再需要人工操作实现，提高了施工效率，带来可观经济效益。

2、可以实现科学有效地施工，相比传统的方法，实现了砂袋着地位置的可控，避免砂袋未丢入施工区或者撞击管道情况。

3、可伸缩水下通道有一定倾斜角度，可以实现管道正下方砂袋的抛填，加上装置两个方向的运动自由度，实现了悬空管道治理区的全覆盖。

4、可伸缩水下通道不施工时可以收回至抛砂船船体的底部，减小了托运阻力。

5、两船的连接结构可以解决抛砂船和母船由于载重变化引起吃水不同的高度配合问题。

6、抛砂船体积较小，无动力，造价低，可与母船剥离，与不同的母船连接使用，适用范围广。

附图说明

图1是通道式海底悬空管道抛砂治理装置母船示意图；

图2是通道式海底悬空管道抛砂治理装置抛砂船俯视示意图；

图3是图2抛砂船A-A剖面示意图；

图4是图3中G局部示意图；

图5是通道式海底悬空管道抛砂治理装置两船连接示意图；

图6是通道式海底悬空管道抛砂治理装置实现砂子打包功能的示意图；

图7是阶梯管俯视示意图；

图8是图7阶梯管B-B剖面示意视图；

图9是可伸缩水下通道伸长时相邻两节阶梯管的连接结构；

图10是可伸缩水下通道收缩时相邻两节阶梯管的连接结构；

图中：1、母船，2、抛砂船，101、母船船体，102、固接槽，111、滑孔，112、丝杠孔，121、砂子存放区，122、吸砂器，123、母船方管，201、抛砂船船体，202、开口矩形槽，203、矩形浅槽，204、砂袋减速腔，205、卷扬机安装槽，211、高度配合台，212、高度调节丝杠，213、滑动轴，214、丝杠轴，221、抛砂船方管，222、支撑梁，223、打包机，224、辊道传送带，231、卷扬机，232、钢丝绳，233、阶梯管，234、倒角，235、上外卡结构，236、下外卡结构，237、下内卡结构，238、吊耳，239、可伸缩水下通道，241、控制室。

具体施工方式

图1至图10所示，通道式海底悬空管道抛砂治理装置，包括：母船1、抛砂船2；母船1为有动力驳船，抛砂船2为无动力小船；抛砂船2船体的纵轴垂直于母船1的纵轴，船尾连接于母船1的侧缘，母船1、抛砂船2通过丝杠和滑动轴承连接，母船1提供动力、储存砂子，抛砂船2将砂子打包成袋并完成砂袋的抛填工作。

如图1所示，母船船体101上设置矩形砂子存放区121，砂子存放区121分割为多个平行的槽体；槽体靠近抛砂船2的侧壁底部开孔，开孔外连母船方管123、内连吸砂器122；母船船体101靠近抛砂船2的一侧边缘设置矩形固接槽102。

如图2、图3所示，抛砂船船体201的船尾边缘设有开口矩形槽202，甲板中部设有水平矩形浅槽203，水平矩形浅槽203内自船尾开始依次有支撑梁222、打包机223和辊道传送带224；水平矩形浅槽203靠近船首一侧有砂袋减速腔204，砂袋减速腔204由一个上凸的弧面和锥面相贯而成，腔口由上至下渐收，下端口连接可伸缩水下通道239；砂袋减速腔204上方设有卷扬机安装槽205。

如图3和图5所示，母船1和抛砂船2通过丝杠和滑动轴承连接；母船1的固接槽102底部正中设置丝杠孔112，丝杠孔112两侧对称分布有滑孔111；抛砂船2的矩形开口槽202底部通过四根竖直的高度调节丝杠212与高度配合台211连接，高度配合台211通过高度调节丝杠212升高或降低，高度配合台211靠近母船1的一侧连接有水平方向的丝杠轴214和两侧对称的滑动轴213；丝杠孔102和丝杠轴214组成丝杠配合，滑孔111和滑动轴213形成滑动轴承配合，抛砂船2通过丝杠和滑动轴承配连接于母船1的侧缘，一方面被限制了自由晃动，另一方面，又可通过丝杠做远离母船1或靠近母船1的运动。

如图6所示，装置完成砂子打包功能依靠以下结构：砂子放在砂子存放区121内；砂子通过母船方管123和抛砂船方管221套接而成的可伸缩通道由吸砂器122提供运输动力从母船1被输送到抛砂船2上；母船方管123为水平直方管，固连在砂子存放区121的底部孔处，抛砂船方管221为两段互相垂直的方管，固定在支撑梁222上，依靠高度可调的支撑梁222可调节到与母船方管123高度相同；砂子从抛砂船方管221竖直段出砂口落入打包机223的漏斗槽内，通过打包机223被打包成砂袋，砂子被打包机223打包成袋落于下方的辊道传送带224上；辊道传送带224将砂袋输送至砂袋减速腔204；吸砂器122、打包机223、辊道传送带224都采用现有技术。

如图3-4和图7-10所示，装置通过以下结构实现抛砂功能：砂袋通过由多节阶梯管233组成的可伸缩水下通道239抛填到海底管道悬空处；可伸缩水下通道239连接与砂袋减速腔204的底端，砂袋经由砂袋减速腔204落入可伸缩水下通道239中；如图7-8所示，阶梯管233截面轮廓为矩形和以其长边为直径的半圆构成的图形，上端外侧有上外卡结构235，截面为直角梯形，内侧有倒角234，下端外侧有下外卡结构236，截面为直角梯形，内侧有下内卡结构237，截面为等腰梯形；可伸缩水下通道239相邻阶梯管233套接，尺寸自上而下依次减小，相邻阶梯管233通过图9和图10结构实现伸长牵引和缩短牵引；如图3-4所示，可伸缩水下通道239由卷扬机安装槽205内的卷扬机231牵引实现整体伸缩，卷扬机231的钢丝绳232连接与可伸缩水下通道239的最后一节阶梯管233底端内部两侧的吊耳238上；可伸缩水下通道239整体有一个很小的倾斜角。

如图3和图5所示，控制室241位于抛砂船2的高度配合台211上，控制室241内装有吸砂器122、打包机223、辊道传送带224、卷扬机231的控制结构，所有控制技术采用现有技术。

采用上述通道式海底悬空管道抛砂治理装置进行施工的，包括以下步骤：

1、在港口将砂子装入母船1的砂子存放区121，将抛砂船2拖绑在母船1的船尾，通过母船1的动力将抛砂船2托运到施工处，即悬空管道附近上方水面。

2、通过图5所示的丝杠和滑动轴承将抛砂船2连接母船1侧缘，并调节至二者距离最短，母船方管123和抛砂船方管221也相应配合套接，完成母船1和抛砂船2的连接。调整位置，使母船1与管道平行，抛砂船2与管道垂直。

3、由控制室241中卷扬机231的控制结构放松钢丝绳232，可伸缩水下通道239在重力作用下下降，各节阶梯管233由图9所示的结构互相牵引伸长。调节卷扬机231控制结构，使钢丝绳232长度与可伸缩水下通道239总长相同，装置施工时，钢丝绳232为可伸缩水下通道239提供一定的拉力。

4、依次打开控制室241处辊道传送带224、打包机223和吸砂器122的开关，砂子存放区121内的砂子在吸砂器122的吸力作用下，通过母船方管123和抛砂船方管221落入打包机223，由打包机223打包成袋，打包好的砂袋由辊道传送带224运至砂袋减速腔204，减速滑入可伸缩水下通道239，顺着可伸缩水下通道239滑到海底管道悬空处。

5、通过不同施工方式达到施工区的全覆盖：母船1向前移动，带动抛砂船2横向向前移动，实现沿管道方向施工；母船1保持不动，调节两船连接丝杠，使抛砂船2做远离母船1或靠近母船1的运动，沿垂直于管道的方向施工；调节母船1与抛砂船2有一定距离并保持距离不变，母船1带动抛砂船一起向前移动，在管道另一侧沿管道方向施工；由于可伸缩水下通道239有一定的倾斜角度，可伸缩水下通道239可以伸至管道正下方进行施工。

6、施工完毕后，依次关闭控制室241处吸砂器122、打包机223和辊道传送带224的开关，结束砂袋输送。打开卷扬机231的开关，卷收钢丝绳232，可伸缩水下通道239在钢丝绳232的牵引下，各节阶梯管233由如图10所示的结构互相推动收缩至最短。

7、通过两船连接丝杠和滑动轴承将抛砂船2与母船1分离，并托运回港口。

Claims (8)

1.一种通道式海底悬空管道抛砂治理装置，包括：母船、抛砂船；其特征在于：母船为有动力驳船，抛砂船为无动力小船；抛砂船船体的纵轴垂直于母船的纵轴，船尾连接于母船的侧缘，母船、抛砂船通过丝杠和滑动轴承连接，母船提供动力、储存砂子，抛砂船将砂子打包成袋并完成砂袋的抛填工作。

2.根据权利要求1所述的通道式海底悬空管道抛砂治理装置，其特征在于，母船船体上设置矩形砂子存放区，砂子存放区分割为多个平行的槽体；槽体靠近抛砂船的侧壁底部开孔，开孔外连母船方管、内连吸砂器；母船船体靠近抛砂船的一侧边缘设置矩形固接槽。

3.根据权利要求1-2所述的通道式海底悬空管道抛砂治理装置，其特征在于，抛砂船船体的船尾边缘设有开口矩形槽，甲板中部设有水平矩形浅槽，水平矩形浅槽内自船尾开始依次有支撑梁、打包机和辊道传送带；水平矩形浅槽靠近船首一侧有砂袋减速腔，砂袋减速腔由一个上凸的弧面和锥面相贯而成，腔口由上至下渐收，下端口连接可伸缩水下通道；砂袋减速腔上方设有卷扬机安装槽。

4.根据权利要求1-3所述的通道式海底悬空管道抛砂治理装置，其特征在于，母船和抛砂船通过丝杠和滑动轴承连接；母船的固接槽底部正中设置丝杠孔，丝杠孔两侧对称分布有滑孔；抛砂船的矩形开口槽底部通过四根竖直的高度调节丝杠与高度配合台连接，高度配合台通过高度调节丝杠升高或降低，高度配合台靠近母船的一侧连接有水平方向的丝杠轴和两侧对称的滑动轴；丝杠孔和丝杠轴组成丝杠配合，滑孔和滑动轴形成滑动轴承配合，抛砂船通过丝杠和滑动轴承配连接于母船的侧缘。

5.根据权利要求1-4所述的通道式海底悬空管道抛砂治理装置，其特征在于，砂子放在砂子存放区内，砂子通过母船方管和抛砂船方管套接而成的可伸缩通道由吸砂器提供运输动力从母船被输送到抛砂船上；母船方管为水平直方管，固连在砂子存放区的底部孔处，抛砂船方管为两段互相垂直的方管，固定在支撑梁上，依靠高度可调的支撑梁可调节到与母船方管高度相同；砂子从抛砂船方管竖直段出砂口落入打包机的漏斗槽内，通过打包机被打包成砂袋，砂子被打包机打包成袋落于下方的辊道传送带上；辊道传送带将砂袋输送至砂袋减速腔。

6.根据权利要求1-5所述的通道式海底悬空管道抛砂治理装置，其特征在于，砂袋通过由多节阶梯管组成的可伸缩水下通道抛填到海底管道悬空处；可伸缩水下通道连接与砂袋减速腔的底端，砂袋经由砂袋减速腔落入可伸缩水下通道中；阶梯管截面轮廓为矩形和以其长边为直径的半圆构成的图形，上端外侧有上外卡结构，截面为直角梯形，内侧有倒角，下端外侧有下外卡结构，截面为直角梯形，内侧有下内卡结构，截面为等腰梯形；可伸缩水下通道相邻阶梯管套接，尺寸自上而下依次减小，可伸缩水下通道由卷扬机安装槽内的卷扬机牵引实现整体伸缩，卷扬机的钢丝绳连接与可伸缩水下通道的最后一节阶梯管底端内部两侧的吊耳上；可伸缩水下通道整体有倾斜角。

7.根据权利要求1-6所述的通道式海底悬空管道抛砂治理装置，其特征在于，控制室位于抛砂船的高度配合台上，控制室内装有吸砂器、打包机、辊道传送带、卷扬机的控制结构。

8.一种通道式海底悬空管道抛砂治理方法，采用权利要求1-7之一所述的通道式海底悬空管道抛砂治理装置进行施工，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、在港口将砂子装入母船的砂子存放区，将抛砂船拖绑在母船的船尾，通过母船的动力将抛砂船托运到施工处，即悬空管道附近上方水面；

(2)、通过丝杠和滑动轴承将抛砂船连接母船侧缘，并调节至二者距离最短，母船方管和抛砂船方管也相应配合套接，完成母船和抛砂船的连接，调整位置，使母船与管道平行，抛砂船与管道垂直；

(3)、由控制室中卷扬机的控制结构放松钢丝绳，可伸缩水下通道在重力作用下下降，各节阶梯管的结构互相牵引伸长。调节卷扬机控制结构，使钢丝绳长度与可伸缩水下通道总长相同，装置施工时，钢丝绳为可伸缩水下通道提供一定的拉力；

(4)、依次打开控制室处辊道传送带、打包机和吸砂器的开关，砂子存放区内的砂子在吸砂器的吸力作用下，通过母船方管和抛砂船方管落入打包机，由打包机打包成袋，打包好的砂袋由辊道传送带运至砂袋减速腔，减速滑入可伸缩水下通道，顺着可伸缩水下通道滑到海底管道悬空处；

(5)、通过不同施工方式达到施工区的全覆盖：母船向前移动，带动抛砂船横向向前移动，实现沿管道方向施工；母船保持不动，调节两船连接丝杠，使抛砂船做远离母船或靠近母船的运动，沿垂直于管道的方向施工；调节母船与抛砂船有一定距离并保持距离不变，母船带动抛砂船一起向前移动，在管道另一侧沿管道方向施工；由于可伸缩水下通道有一定的倾斜角度，可伸缩水下通道可以伸至管道正下方进行施工；

(6)、施工完毕后，依次关闭控制室处吸砂器、打包机和辊道传送带的开关，结束砂袋输送。打开卷扬机的开关，卷收钢丝绳，可伸缩水下通道在钢丝绳的牵引下，各节阶梯管的结构互相推动收缩至最短；

(7)、通过两船连接丝杠和滑动轴承将抛砂船与母船分离，并托运回港口。