CN1060550C - 驳载托撬式滩海挖沟装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种驳载托撬式滩海挖沟装置。包括挖沟机、驳载体及安装在驳载体上的起吊机构、定位机构、牵引机构、动力源、监视检测系统及附属设备。驳载体尾部有一方形空当，其上方安装起吊机构及定位机构，挖沟机被吊起并由空当处落到海底管道上。驳载体通过钢丝绳牵引挖沟机沿管道挖沟，或边挖边铺设电缆。其主要优点是适用于水深1.5～15米滩海区域海底管道及电缆铺设施工，工效较高，安全可靠，结构合理，制造成本较低。

Description

驳载托撬式滩海挖沟装置

本发明涉及到特殊用途的挖掘机及专门用途的船舶或类似的浮动结构，具体而言是一种驳载托撬式滩海管道及电缆铺设挖沟装置。

海底管道及电缆铺设挖沟由于施工方法和海水深度不同，要用不同的挖沟机械设备。先挖沟法是在管道预定埋设位置用挖沟机先把管沟挖掘成形，然后再将管道铺进沟内。后挖沟法是先将管道置于海床要求的位置，然后再沿管道挖沟并使管道落入沟内。美国R．J布朗联合公司研制的水下挖沟犁，能适用于上述两种施工方法。这种牵引式的挖沟犁需用拖轮提供强大的牵引动力，并且只能用于水深几十米至上百米的海域，不能用于浅水海域。日本“浜中”和美国“雷科”双船铺管设备，能用于先铺管后挖沟施工方法，其适用海水深度“浜中”为15～50米，“雷科”为90～130米，不能用于滩海区域。英国专利GB1384078公开了一种水下管沟开挖工艺和装置。该装置包括一个跨在管道上的桥形框架、位于管道两侧的侧向支架、装在侧向支架底部的挖掘机构。这种挖沟工艺及装置也是由拖轮牵引作业，所以受到拖轮吃水深度限制，只能用于深水超过10米的海域，不能用于10米以内的滩海区域。中国专利申请95110332．6公开了一种驳载式滩海管沟挖掘机。该挖掘机的挖沟机构安装在驳载体上，并由驳载体的空当处伸向海床，由驳载体上的卷扬机牵引挖沟机构完成挖沟作业。这种与驳载体之间为硬联接的挖掘机，牵引阻力较大，并且只能适用于水深0．5～5米的特浅滩海区域。

鉴于上述已有技术各自的缺点和不足之处，本发明的目的就在于提供一种驳载托撬式滩海管道及电缆铺设挖沟装置。由驳载体牵引着沉入海底的托撬式挖沟机，沿着预先置于海床上的管道完成挖沟作业。该装置还能用于一边挖沟一边铺设海底电缆。其适用海水深度是1．5～15米的滩海区域。

本发明的上述目的是由下述技术方案实现的：

该挖沟装置包括挖沟机、驳载体及安装在驳载体上的起吊机构、定位机构、牵引机构、动力源、监视检测系统及其它附属设备。其特征是挖沟机不挖沟时安置在驳载体尾部方形空当上方可前后移动的支重滑车上。起吊机构安装在驳载体尾部方形空当上方，起吊卷扬机安装在驳载体中部，用于起吊和降落挖沟机。定位机构安装在起吊梁上，用于挖沟机定位降落到海床管道上。牵引机构安装在驳载体前端，用于牵引挖沟机跟随驳载体一同前进。动力源中的两台发电机组安装在驳载体前半部两侧，中间是配电室；两个液压动力站安装在驳载体中部两侧，液压站操作台安装在驳载体尾部方形空当右前方。监视及检测系统安装在驳载体前后两端，前端用于扫描海床以上水中情况，并监视驳载体不偏离航向，后端用于检测水下挖沟效果。附属设备中的指挥室在驳载体前部中心线上，指挥人员在此指挥现场作业。八台锚机，有两台安装在驳载体前部，用于牵引驳载体前进；有两台安装在驳载体中部两侧，用于产生向后的张拉力，以稳定驳载体；另外四台分别安装在驳载体前后左右四角部位，用于产生横向张拉力，控制驳载体作业时不偏离管道走向。待铺电缆支架安装在驳载体中部偏前部位。动力线滚筒安装在驳载体尾部方形空当左前方。

上述挖沟装置中的挖沟机，由机架、挖沟主绞刀总成、挖沟副绞刀总成、射水总成、吸排泥总成、导向机构等部分组成。挖沟主绞刀总成有两套，分别安装在机架中部中心线两侧。挖沟副绞刀总成有两套，分别安装在机架前部中心线两侧。射水总成有四套，两套安装在主绞刀架的前下方，能跟随主绞刀上下移动，另外两套固定安装在副绞刀总成的前下方机架上。吸排泥总成两套，安装在主绞刀的后下方，能随主绞刀上下移动。导向机构安装在机架前后端及中部中心线上。

上述挖沟机中的机架，是用钢管焊成的桁架结构，由外框架、内部安装架、起吊架和降压底板等组成。其上部前后各有两个浮正箱，各有一个起吊挂耳，其前后两端各有一个垂直定位导向孔，其前端有牵引滑轮。

上述挖沟机中的挖沟主绞刀总成，由主绞刀头、主绞刀架、传动轴、液压马达和液压缸组成，用铰链方式安装在机架上。由液压马达驱动主绞刀头旋转，由液压缸带动主绞刀向下进刀、向上退刀。

上述挖沟机中的挖沟副绞刀总成，由副绞刀头、副绞刀架、潜水电动机和液压缸组成，用铰链方式安装在机架上。由潜水电动机驱动副绞刀头旋转，由液压缸带动副绞刀向下进刀、向上退刀。

上述挖沟机中的导向机构，由前后导向轮和前后导向桩总成组成。两个导向轮分别安装在机架前后端下方中心线上，处于管道正上方，既起导向作用，又防止机架摩伤管道。两个导向桩总成为冂型滚动框架结构，前导向桩安装在副绞刀总成之后，后导向桩安装在主绞刀总成之后，均由液压缸带动上下伸缩，能沿管道两侧滚动导向。

前述挖沟装置中的驳载体，由平面网状框架底盘、座在底盘上的28个长方体平底浮箱及浮箱上面四周槽钢组焊固定而成，总长52米，宽18米，高2．4米，吃水深度1．4米。驳载体尾部留有11×11米的方形空当，挖沟机在此空当中上下起落。

前述挖沟装置中的起吊机构，包括两台起吊卷扬机、两根钢丝绳、两个导向轮、起吊架、安装在起吊梁上的两个定滑轮和一个平衡滑轮、安装在挖沟机上的两个动滑轮。两台卷扬机对称安装在驳载体中部，起吊架安装在驳载体尾部方形空当上方。

前述挖沟装置中的定位机构，由手拉葫芦、导向绳和定位导向孔组成。两个手拉葫芦对称安装在起吊梁两端，两根导向绳上端挂到手拉葫芦上，中段穿过挖沟机机架前后端部的定位导向孔，下端套在海床管道上，以利于挖沟机沿导向绳垂直落在管道上。

前述挖沟装置中的牵引机构，由卷扬机、钢丝绳、拉力传感器、导向滑轮和压绳机构组成。卷扬机、拉力传感器和导向滑轮都安装在驳载体前端。压绳机构安装在指挥室后边，根据海水深度，由液压缸带动压绳立杆上下移动，保持牵引钢丝绳与海床地面夹角不大于15度，以免挖沟机被拉抬头。

本发明由于采用驳载体托撬式设计技术方案，利用驳载体及其所载的动力源作为挖沟机牵引动力，不再用拖轮作牵引动力，所以其作业海水深度只取决于驳载体吃水深度，不再受拖轮吃水深度限制。本发明挖沟装置吃水深度为1．4米，其作业海水深度上限是1．5米，前述国外挖沟设备都不能用于这么浅的滩海区域。还由于挖沟机与驳载体之间采用软联接方式，克服了硬联接机构深度受限制的缺点，所以其作业海水深度下限可达15米，前述中国专利只能达到5米。水深1．5～15米是一个非常广阔的滩海区域，所以该挖沟装置具有更好的应用前景。还由于该装置的驳载体采用浮箱拼装和底盘框架整体加固的结构方式，既缩短了组装工期，又大大提高了整体结构强度，抗风浪能力和驳载吨位都比前述中国专利进一步提高。起吊机构和定位机构的设置及其巧妙结合，非常有利于挖沟机向上起吊和向下降落，特别是作业之初能够快速方便地将挖沟机降落到海床并准确地“骑”到管道上。挖沟机的导向机构，既能保持挖沟机沿管道边前进边挖沟，又能保证不损伤管道。采用副绞刀在前破土开路，主绞刀在后挖沟成形，双侧开挖，并且是高压水冲射和吸排泥同时进行的技术方案，使得挖沟速度快，沟的深度和宽度都满足要求。软土层每分钟可挖2～3米，硬土层每分钟可挖1～2米，沟深1．5～2．2米，既能挖管沟，又能挖电缆沟。由于驳载体前后端安装了彩色图像声纳，挖沟机底下安装了水下电视，既有利于前进导航，又能随时检测挖沟动态情况。挖沟绞刀一旦遇到废弃地锚等，产生不可克服的障碍阻力，牵引钢丝绳的拉力达到某一预定值时，拉力传感器立即发出信号去控制前行锚机停机，挖沟绞刀同时停止转动，或倒转摆脱掉障碍物。这些技术措施进一步提高了挖沟作业的安全程度。

附图1是本发明的总体结构及挖沟作业侧面示意图。

附图2是图1的俯视示意图。

附图3是挖沟机定位降落到海床管道上的示意图。

附图4是挖沟机总体结构侧视示意图。

附图5是图4的A向示意图。

附图6是图4的B处断面示意图。

附图7是图4的D处断面示意图。

附图8是图4的E处断面示意图。

结合附图对本发明的实施例祥述如下：

由附图1～8可见，该装置包括八大部分。其中10是挖沟机，101～106是挖沟机机架；120～123是挖沟副绞刀总成；130～135是挖沟主绞刀总成；140～148是导向机构；20是驳载体，201～203是驳载体各组成部分：31～39是起吊机构；41～44是定位机构；51～56是牵引机构；61～67是动力源：71～72是监视及检测系统；81～89是其它附属设备。F是海床，P是预先就位落到海床上的管道，T是沿管道在海床上挖出的管沟，L是海水平面，C是待铺电缆。

由图1、2、3所示，驳载体20底部是网状框架底盘202，用φ273钢管焊或，浮箱201座在底盘202上，并焊住，上边四周用槽钢203固定住。驳载体20尾部留有11×11米的空当G，挖沟机10可以在此空当中上下起落。在空当G四周边缘上安装着起吊架34。起吊架34上安装着平衡滑轮35、起吊滑轮组挂耳36和定位手拉葫芦挂耳44等。驳载体20中部有两台起吊卷扬机38，两根起吊钢丝绳32先经过导向滑轮37，再向上穿过起吊滑轮组31和平衡滑轮35等，再向下穿过挖沟机10上的滑轮组31。开动卷扬机38即可将摆放在驳载体20尾部的挖沟机10吊起，再将滑车轨道39上的支重滑车33分别向前后推开，挖沟机10就可以从空当G落入海床F上。为使挖沟机10能快速准确的下落到海床管道P上，先由潜水员把两根定位导向绳43套到海床管道P上，再把两绳43分别穿过挖沟机10前后两端的导向孔108，绳的上端挂到手拉葫芦41上。拉动手拉链42，将定位导向绳43拉直，并前后调整驳载体20的位置，使绳43达到上下垂直。在这种情况下，挖沟机10沿着绳43缓慢落到海床F上，其前后П形导向桩140就会准确“骑”到海床管道P上。就位完毕将定位导向绳43抽去。

由图1、2可以看出，51是牵引机构中的牵引卷扬机，52是拉力传感器，53是牵引绳导向滑轮，54是牵引钢丝绳，55是压绳立杆，56是压绳立杆液压缸。在正常挖沟作业时，牵引卷扬机51刹住不需转动，随着海水深度变化，只需少量转动，以调节牵引钢丝绳54长度，保持挖沟机10基本上处于驳载体20尾部空当G的正下方；同时调节压绳立杆55上下移动，保持绳54与海床面F的夹角α不大于15度，以防止挖沟机10被拉抬头。驳载体20被前端两台锚机83牵引前进，挖沟机10也就被驳载体20牵引，边挖沟边同步前进。61是向挖沟机10提供电力和液压能源的动力线，为了便于施工操作，将电力线和液压动力线捆成一束，并且缠绕到动力线滚筒62上。63是600KW发电机组，64是200KW发电机组，65是配电室。66是两台液压动力站，67是液压站操作台。71是安装在驳载体前端的彩色图像声显示器，能水平扫描监视海床及管道情。72是安装在驳载体后端的彩色图像声纳显示器，能横向扫描检查管沟及落入管沟中的管道的断面状况。水下电视安装在挖沟机下部。81是指挥室，是施工作业现场指挥中心，具有必要的观察、音响、联络装备，声纳及水下电视信息图像可传给指挥中心。82是前后左右八台锚机83、84、85、86的锚绳。87是八个锚绳导向轮。88是待铺电缆支架，89是电缆导向轮。后向锚机85的作用是稳定驳载体20，减轻海浪引起的摆动。横向锚机84、86的作用是稳定驳载体20，同时还能横向调节驳载体20，使其不偏离管道P。

海底电缆挖沟铺设作业之前，首先将挖沟机10吊起来，从空当G处落到海底F预定的海床位置，然后再将电缆支架88上的电缆C一头拉出依次穿过若干个电缆导向轮89。电缆头从驳载体20上最后一个导向轮出来，再由小船拉出一部分电缆下放到海底F就位固定住，然后才能施工作业。驳载体20受锚机83牵引缓慢前进，挖沟机10受驳载体20牵引边挖沟边同步前进，挖沟机后边海床上的电缆就跟着落入电缆沟里。与此同时，电缆支架88也在同步释放电缆。

由图4～8所示，101是挖沟机机架，用φ159钢管焊接组装而成，102～116是安装在机架上的有关部件。其中102是起吊挂耳，103是副绞刀缸挂耳，104是前后四个浮正箱，105是主绞刀缸挂耳，106是前后两个导向桩缸挂耳，107是前后两个导向轮，108是前后两个定位导向孔，109是牵引滑轮，110是前射水泵，111是副绞刀缸耳座，112是副绞刀导向滑道，113是主绞刀导向滑道，114是主绞刀缸耳座，115是导向桩缸耳座，116是挖沟机底部导向槽。

由图4、5、6所示，120是副绞刀，121是副绞刀液压缸，122是轴销，123是副绞刀挂耳。以上各部件构成副绞刀总成，通过液压缸121及其挂耳103安装到机架的缸耳座111上。副绞刀120由液压缸121带动，能沿着导向滑道112上下移动，以调节破土开沟深度。

由图4、5、7所示，130是主绞刀，131是主绞刀液压缸，132是砂石泵，133是后射水泵，134是主绞刀挂耳，135是轴销。以上各部件构成主绞刀总成，通过液压缸131及其挂耳105安装到机架的缸耳座114上。主绞刀130由液压缸131带动，能沿着滑遵113上下移动。以调节挖沟深度。

由图4、5、8所示，140是前后两个导向桩，141是两个导向桩液压缸，142是两个导向桩挂耳，143是两个缸销，144是两个轴销，145是导向桩П形架，146是导向桩导向槽，147是导向桩轴，148是导向桩滚动轴套。以上各部件再加上机架前后端两个导向轮107构成导向机构。通过导向桩液压缸141及挂耳106安装到机架的缸耳座115上。导向桩各部件作为一个整体，由液压缸141带动，沿着导向槽146上下移动，以调节其滚动轴套148处于管道P两侧，下端不超过绞刀头，既起到导向作用，又不至于损坏管道，也不会产生较大的前进阻力。

Claims (9)

1．一种驳载托撬式滩海挖沟装置，包括挖沟机、驳载体及安装在驳载体上的起吊机构、定位机构、牵引机构、动力源、监视检测系统及其它附属设备，其特征是挖沟机不挖沟时安置在驳载体尾部方形空当上方可前后移动的支重滑车上，起吊机构安装在驳载体尾部方形空当上方，起吊卷扬机安装在驳载体中部，定位机构安装在起吊梁上，牵引机构安装在驳载体前端，动力源中的两台发电机组安装在驳载体前半部两侧，中间是配电室，两个液压动力站安装在驳载体中部两侧，液压操作台安装在驳载体尾部方形空当右前方，监视及检测系统安装在驳载体前后两端，附属设备中的指挥室安装在驳载体前部中心线上，两台牵引锚机安装在驳载体前部，两台后拉锚机安装在驳载体中部两侧，四台横向张拉锚机分别安装在驳载体前后左右四角部位，待铺电缆支架安装在驳载体中部偏前部位，动力线滚筒安装在驳载体尾部方形空当左前方，挖沟机由机架、挖沟主绞刀总成、挖沟副绞刀总成、射水总成、吸排泥总成、导向机构等部分组成，挖沟主绞刀总成有两套，分别安装在机架中部中心线两侧，挖沟副绞刀总成有两套，分别安装在机架前部中心线两侧，射水总成有四套，两套安装在主绞刀架的前下方，能跟随主绞刀上下移动，另外两套固定安装在副绞刀总成的前下方机架上，吸排泥总成有两套，安装在主绞刀架的后下方，能跟随主绞刀上下移动，导向机构安装在机架前后端及中部中心线上。

2．根据权利要求1所述的驳载托撬式滩海挖沟装置，其特征是挖沟机的机架是用钢管焊接成桁架结构，由外框架、内部安装架、起吊架和降压底板组成，其上部前后各有两个浮正箱，各有一个起吊挂耳，其前后两端各有一个垂直定位导向孔，其前端有牵引滑轮。

3．根据权利要求1所述的驳载托撬式滩海挖沟装置，其特征是挖沟主绞刀总成由主绞刀头、主绞刀架、传动轴、液压马达和液压缸组成，用铰链方式安装在机架上。

4．根据权利要求1所述的驳载托撬式滩海挖沟装置，其特征是挖沟副绞刀总成由副绞刀头、副绞刀架、潜水电机和液压缸组成，用铰链方式安装在机架上。

5．根据权利要求1所述的驳载托撬式滩海挖沟装置，其特征是挖沟导向机构由前后导向轮和前后导向桩总成组成，两个导向轮分别安装在机架前后端下方中心线上，两个导向桩总成为П形滚动框架结构，分别安装在主、副绞刀总成之后，均由液压缸带动上下伸缩。

6．根据权利要求1所述的驳载托撬式滩海挖沟装置，其特征是驳载体由平面网状框架底盘、座在底盘上的28个长方体平底浮箱及浮箱上面四周槽钢组焊固定而成，总长52米，宽18米，高2．4米，吃水深度1．4米，驳载体尾部留有11×11米的方形空当。

7．根据权利要求1所述的驳载托撬式滩海挖沟装置，其特征是起吊机构包括两台起吊卷扬机、两根钢丝绳、两个导向滑轮、起吊架、安装在起吊梁上的两个定滑轮和一个平衡滑轮、安装在挖沟机上的两个动滑轮，两台卷扬机对称安装在驳载体中部，起吊架安装在驳载体尾部方形空当上方。

8．根据权利要求1所述的驳载托撬式滩海挖沟装置，其特征是定位机构由手拉葫芦、导向绳和定位导向孔组成，两个手拉葫芦对称安装在起吊梁两端，两根导向绳上端挂到手拉葫芦上，中段穿过挖沟机机架前后端部的定位导向孔，下端套在海床管道上。

9．根据权利要求1所述的驳载托撬式滩海挖沟装置，其特征是牵引机构由卷扬机、钢丝绳、拉力传感器、导向滑轮和压绳机构组成，卷扬机、拉力传感器和导向滑轮都安装在驳载体前端，压绳机构安装在指挥室后边；由液压缸带动压绳立杆上下移动。

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