CN106574453A - 用于在水下地基中安装基础部件的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在水下地基中安装基础部件，特别为直径等于或大于五米的(单)桩(2)，的方法。该方法包括如下步骤：从水面舰船(4)降下先导件(8)到至少先导件(8)的尖端进入水中，以及沿着先导件(8)降下基础部件(2)和/或减噪屏蔽体(5)。

Description

用于在水下地基中安装基础部件的方法和系统
本发明涉及一种在水下地基(underwater ground formation)中安装基础部件，特别为直径等于或大于五米的(单)桩，的方法。本发明还涉及一种在水下地基中安装基础部件，特别为直径等于或大于五米的(单)桩，的系统，该系统包括舰船、基础部件和/或减噪屏蔽体。
如公开号为1989358的欧洲专利所解释的，在水下进行离岸打夯工作来建立例如用于钻探平台和风力涡轮机的地基。对于风力涡轮机，直径大于四米的大单桩被打夯到海床中。这种打夯导致大量水下噪声输入，可能对海洋动物群产生负面影响。为了减少水下噪声输入，在据EP 1989358所记载的方法和系统中，将被打夯的材料通过固定的淹水套筒(flooded sleeve)环绕。
在相对深的水中和/或在相对强的水流中和/或在相对高的波浪中，难以准确地放置如此大的基础部件和/或减噪屏蔽体(noise mitigation screens)。
本发明的目的是帮助放置这些部件和屏蔽体。
为此，根据本发明的方法包括以下步骤：从水面舰船例如自升式驳船或浮仓将先导件降下到至少该先导件的尖端即下端或末端进入水中，以及沿着先导件将基础部件和/或减噪屏蔽体降下，优选地降下至该尖端处或超过该尖端。
在实施例中，该先导件下降到水面以下至少5米，优选地下降到水面以下至少10米。
在另一个实施例中，该先导件包括多段，第一段下降至水中，并且第二段位于第一段的上面且固定连接至第一段。在改进中，在放置第二段或另外的段之后，先导件进一步下降至水中。
在另一个实施例中，先导件被降下至水下地基上面或水下地基中。在改进中，先导件被临时地相对于水下地基固定，优选地通过先导件的穿入和/或被连接至先导件的一个或多个部件的穿入被固定。在改进中，首先先导件和/或连接至先导件的一个或多个部件被允许在先导件和基础部件和/或安装至先导件的减噪屏蔽体的重压下穿入水下地基，基础部件和/或减噪屏蔽体随后沿着先导件被降下。
根据本发明的方法提供了使基础部件和/或减噪屏蔽体更受控地穿过所谓的飞溅区降下和/或更精确地穿过所谓的飞溅区放置，飞溅区即靠近(immediately)水位以上和以下的区域，以及在上述实施例中，更受控地超过飞溅区将基础部件和/或减噪屏蔽体降下、放置至地基上面。
为了进一步改善基础部件和/或减噪屏蔽体的精确放置，在实施例中，对先导件相对于舰船的位置、倾斜度和/或转动例如在基础部件和/或减噪屏蔽体降下至地基上面之前或过程中进行调节。
在另一个实施例中，对基础部件和/或安装至先导件的减噪屏蔽体的例如相对于先导件和/或舰船的位置、倾斜度和/或转动进行调节。
在实施例中，减噪屏蔽体沿着先导件被降下并且基础部件随后被降下至减噪屏蔽体内。
本发明还涉及一种用于在水下地基中安装基础部件，特别是直径等于或大于五米的(单)桩的系统，包括水面舰船、基础部件和/或减噪屏蔽体以及先导件，该先导件被安装在舰船上并且被设置为可从舰船下降到至少先导件的尖端进入水中，并且被设置为在这个降低的位置沿着先导件降下基础部件和/或减噪屏蔽体，并且优选地降下基础部件和/或减噪屏蔽体至该尖端处或超过该尖端。
在实施例中，先导件包括一个或多个部件例如定位桩来相对于水下地基固定先导件。
在另一个实施例中，先导件被可滑动地安装在由舰船运载的导向件中，优选为允许调节先导件相对于舰船的位置、倾斜度和/或转动的导向件。
为了帮助在更深的水域中降下基础部件和/或减噪屏蔽体，在实施例中，先导件包括多个堆叠的或可堆叠的段。
为了减少波浪和/或水流的影响，在实施例中，先导件包括开放结构，优选包括每隔一定间隔通过其他部件例如十字架或斜杆相互连接的至少三个相平行的细长部件。这个后面的构造提供了相对开放的、坚硬的和重量轻的结构。在另一个实施例中，先导件包括杆或桩或者基本上由杆或桩组成。
考虑到完整性，请注意以下现有技术。
EP 2500473涉及一种方法，该方法包括“使中空管状结构的部件从浮动位置下降，在浮动位置具有水平朝向的纵向轴线，以便下降到海床(3)或直到定义的位置。该部件在垂直位置通过操纵设备(8)夹持。”
EP 1640508涉及一种设备，该设备具有“当在海底区中打夯杆时，紧固在自升式钻井船上用于包围和引导杆(5)的框架(1)，吹气装置的能够被从该框架下面的上备用位置降下至海地区处的操作位置中的喷嘴组件(7)，被连接在该框架上。”
现在将结合本方法和系统的优选实施例的附图以对本发明进行更加详细地说明。
图1示出了本发明的用于安装单桩的自升式驳船和第一安装阶段；
图2示出了是本发明的优选实施例的部分的减噪屏蔽体的细节；
图3至图6示出了安装的四个阶段。
附图实际上是示意性的并且对于理解本发明不是必要的细节可以省略。
图1示出了本发明的用于在水下地基(underwater ground formation)3例如海床中安装单桩2的吊放收回系统1的实施例。系统1包括运载基础部件和设备的自升式驳船4，在本实施例中，该基础部件和设备包括多个单桩2、减噪屏蔽体(NMS)5、液压驱动器6例如IHC Hydrohammer S-1800、用于运行驱动器的电源组7、先导件8、用于先导件8和吊车10的提升和操纵基础部件和其他物品的滑行导向系统9。
驱动器6装备有用于将该驱动器牢固地安装在单桩上的驱动器套筒11以及用于将冲击能从驱动器传递给单桩的铁砧(被驱动器套筒遮挡)。在这个示例中，单桩2具有圆形截面和5米的直径并且旨在在安装后作为风力涡轮机的基础。附图中所示的单桩的上段是略微呈圆锥形的。
NMS 5在打桩期间被放置在桩周围来减少从驱动器输入到周围水域中的噪声。在这个示例中，NMS由钢制成，为双层，并且具有圆形截面和六米的内直径。另外，NMS例如NMS的内壁和/或上边缘被设置为具有多个导向部件(guide elements)。在这个示例中，如图2中详细所示，至少在该屏蔽体的上边缘或至少靠近屏蔽体的上边缘，在枢转臂16上设有多个可转动的导轮15，导轮15由噪声阻尼材料例如橡胶制成。该导向部件能够向内移动来接合被放置在屏蔽体中的基础部件，即，它们形成柔性膜片式扶正器(diaphragmcentralizer)。类似的装置可以设置在例如在屏蔽体的下边缘或靠近屏蔽体的下边缘。在这个示例中，NMS的底部设置有机械楔(被屏蔽体5遮挡)。
NMS还包括例如在其内壁上和/或在其上边缘的旋转工具，该旋转工具用于调节桩头(heading)例如风力涡轮机的电缆入口的位置。在这个示例中，该旋转工具包括多个轮17以及用于驱动该轮的液压驱动器18，可转动地设在枢转臂19上。该轮能够向内移动来接合被放置在屏蔽体中的基础部件。
先导件8是开放结构，包括四个相平行的每隔一定间隔通过其他部件例如十字架或斜杆21相互连接的细长部件(图3)。该先导件包括可机械地互连的至少两段8A和8B。该先导件的尖端设有一个或多个定位桩8C，该先导件能够通过定位桩8C临时地相对于海床固定。
滑行导向系统包括沿驳船的纵向延伸的一组轨道22(图3)以及包括由设于轨道22上的滑靴支持的一对(滑移)梁的滑移架23。该滑移梁通过例如横梁或桁架相互连接。该滑移架还包括用于运载先导件并进行导向的可转动的框架24。为此，框架24被设置为具有例如导向件(guides)25或夹持器以可滑动地夹持(slidingly hold)先导件。此外，该滑移架以已知的方式设有液压推拉单元以使滑移架沿着轨道滑行。
单桩的安装可实施如下。
先导件8的第一段8A被放置在滑行导向系统中，减噪屏蔽体(NMS)5连接至先导件8的第二段8B。第一段滑行至恰当的外置位置。在这个位置，连接至先导件第一段的定位桩8C下降并锁定在先导件的底部。该第一段下降穿过飞溅区直至第一段先导件的顶部大概与导向件(guides)同高，见图3。
运载NMS 5的先导件第二段8B被放置在第一段8A的上面并且这两个先导件段8A和8B液压连接来提供连续的刚性先导件8。组装的先导件包括NMS被降下至海床3上。由于先导件和NMS的总重量，定位桩将穿入海床以牢固固定，来抵抗来自波浪和水流的冲击。在固定后，NMS 5从先导件的第二段8B脱离并且穿过飞溅区下降至高于海床约50-100cm。一旦NMS到达海床之上，第一定位和倾斜顺序开始。即，Y轴倾斜度例如通过液压缸来转动滑移架23上的导向框架24进行纠正。X轴倾斜度都通过X轴倾斜系统26来纠正。一旦NMS已经达到正确的倾斜度(典型地为垂直的)和位置，其被降下至海床上，见图4。
单桩2被插入至NMS 5中，NMS的上边沿确保适当的进入，并且具有轮15的顶部柔性膜片式扶正器被紧固来接合和引导该桩。在NMS的底部，机械楔确保桩在NMS中的同心位置。因此，NMS将引导和迫使单桩具有垂直朝向。由于土壤和设备的沉降，倾斜度和位置的第二次调节可能是必要的。调节倾斜度再次通过如上描述的甲板式(deck mounted)滑行导向件来实施。位置通过位于NMS上的顶部机构来调节。当完成时，打桩将根据标准程序开始(图5)。
一旦单桩被安装，NMS的收回将大体上以相反的顺序来实施。先导件对NMS移除进行导向，避免或减少了在缩回期间与单桩的接触。在NMS被吊装至先导件的顶部后，NMS被锁定至先导件，先导件下段中的绞盘使两个定位桩缩回，整体结构通过在一个升降机中被吊装，该升降机由甲板式(deck mounted)滑行导向件进行导向，运载NMS的先导件第二段被移除并且被放置在海洋系固物(sea fastening)上，先导件的第一段被吊装至甲板高度并且被滑行返回至该海洋系固物定位处。
本发明不限于上述实施例，并且可以在权利要求的范围内以多种方式变化。例如，根据本发明的方法和系统还适于安装较小的桩，例如需要(配合导管架印记)精确定位的导管架桩(jacket piles)。

Claims (15)

1.一种在水下地基(3)中安装基础部件，特别是直径等于或大于五米的(单)桩(2)，的方法，所述方法包括以下步骤：
从水面舰船(4)降下先导件(8)到至少所述先导件(8)的尖端进入水中，以及
沿着所述先导件(8)降下基础部件(2)和/或减噪屏蔽体(5)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述先导件（8）下降到水面以下至少5米，优选为下降到水面以下至少10米。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述先导件（8）包括多段(8A，8B)，第一段(8A)下降至水中，并且第二段（8B）位于所述第一段(8A)的上面且固定连接至所述第一段(8A)。
4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述先导件（8）下降至所述水下地基（3）上面或所述水下地基（3）中。
5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述先导件（8）被临时地相对所述水下地基（3）固定，优选通过所述先导件（8）的穿入和/或连接至所述先导件（8）的一个或多个部件（8C）的穿入被固定。
6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中首先所述先导件（8）和/或连接至所述先导件（8）的一个或多个部件（8C）被允许在所述先导件和基础部件（2）和/或安装至所述先导件（8）的减噪屏蔽体(5)的重压下穿入所述水下地基（3），并且所述基础部件（2）和/或减噪屏蔽体(5)随后沿着所述先导件（8）下降。
7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中调节所述先导件（8）相对于所述舰船的位置、倾斜度和/或转动。
8.根据任一前述权利要求所述的方法，其中调节基础部件（2）和/或安装至所述先导件（8）的所述减噪屏蔽体(5)的位置、倾斜度和/或转动。
9.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述减噪屏蔽体(5)沿着所述先导件（8）下降并且基础部件（2）随后下降至所述减噪屏蔽体(5)内。
10.一种用于在水下地基（3）中安装基础部件，特别是直径等于或大于五米的(单)桩(2)，的系统（1），包括水面舰船（4）、基础部件(2)和/或减噪屏蔽体(5)以及先导件(8)，所述先导件(8)被安装在所述舰船（4）上并且被设置为可从所述舰船(4)下降到至少所述先导件(8)的尖端进入水中，并且被设置为在这个降低的位置沿着所述先导件(8)降下所述基础部件(2)和/或减噪屏蔽体(5)。
11.根据权利要求10所述的系统（1），其中所述先导件(8)被设置为从所述水面舰船（4）下降到吃水线（waterline）以下至少5米，优选为至少10米，优选为下降至所述水下地基（3）上面或所述水下地基（3）中。
12.根据权利要求10或11所述的系统（1），其中所述先导件(8)包括一个或多个部件（8C）来相对于所述水下地基（3）固定所述先导件（8）。
13.根据权利要求10-12中任一所述的系统（1），其中所述先导件(8)被可滑动地安装在由所述舰船（4）运载的导向件（24）中，优选为允许调节所述先导件（8）相对于所述舰船（4）的位置、倾斜度和/或转动的导向件（24）。
14.根据权利要求10-13中任一所述的系统（1），其中所述先导件包括多个堆叠的或可堆叠的段(8A，8B)。
15.根据权利要求10-14中任一所述的系统（1），其中所述先导件（8）包括开放结构，优选包括每隔一定间隔通过其他部件（21）相互连接的至少三个相平行的细长部件（20）。
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