CN112922424A - 一种巨型球状罐体的建造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种巨型球状罐体的建造方法，包括如下步骤：步骤一：搭建基台；步骤二：焊接球罐最底部的初始圆弧；步骤三：以中心设备区的中心位置为原点，分别以球罐半径的0.2倍、0.3倍、0.4倍、1倍为半径作四个圆，在每个圆周上均布地锚，地锚上安装浮力控制索；步骤四：向水库内注水，利用水的浮力支撑浮船逐渐向上继续建造球罐表面；步骤五：通过球罐底部的双向进排水口及其控制阀向罐体内注水，平衡罐体内外压力；步骤六：搭建浮力辅助器；步骤七：将球罐通过位置控制索与与坑底相连接；步骤八：继续建造顶部的另一半球；步骤九：加水使其浸没罐体。本发明的方法可实现巨型罐体的就地建造和水力支撑，降低其建造和运行维护难度。

Description

一种巨型球状罐体的建造方法
技术领域
本发明具体涉及一种巨型球状罐体的建造方法，属于废弃露天矿坑利用领域。
背景技术
在露天矿开采过程中，往往需要储存大量的物资以满足生产的需要，但是随着国家生态环境重视程度的提高和露天矿开采进程的不断推进，其土地资源越来越紧张，而一些大型的液体物资储备系统需要占据大量的土地资源，因此人们开始探索利用废弃露天矿坑建设人工水库并在水底放置储备系统的方法，一方面可以减少初步系统建设的土地占用，另一方面水体能够为储备熊提供天然降温和安保作用。而在液体物资的储存设备选择方面，相对于柱状罐体而言，球状罐体具有更小表面积，因此建设同等容积的储罐所需材料更少；同时罐体的受力条件更好，有利于进一步减少罐体材料用量和保障运行维护安全。但是目前在人工水库水底放置巨型球状罐体存储物料还存在以下问题：一是罐体建造运行维护困难，球状罐体的接地面积小，必须采用辅助支撑系统维持其稳定，从而增大系统的建造难度和使用成本；二是转运困难，在厂房制作完成的巨型罐体在移动到人工水库的过程中，步骤复杂，升降、运输难度极大。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种巨型球状罐体的建造方法，以解决废弃露天矿坑利用和因土地面积紧缺导致的物料存储困难问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种巨型球状罐体的建造方法，包括如下步骤：
步骤一：清理水库底部浮土，使用钢筋混凝土搭建球罐基台，基台底部为混凝土制石墩，顶部为开口向上的圆弧状表面，弧度与建造的球形罐体一致，基台石墩内预留一圆柱形空心区域，作为中心设备区，同时基台一侧设置通道至中心设备区；
步骤二：在基台的圆弧表面处开始，焊接球罐最底部的初始圆弧，同时在刚焊接成的球罐底部安装双向进排水口及其控制阀，并且延伸至基台内的中心设备区；
步骤三：以中心设备区的中心位置为原点，再分别以球罐半径的0.2倍、0.3倍、0.4倍、1倍为半径作四个圆，在每个圆周上均布多个地锚，地锚深入水库底部，在地锚上分别安装一根由高强度钢丝绳制成的浮力控制索；
步骤四：向水库内注水，当水面上升到距离球罐顶部水平位置下方1m时，停止注水，工人使用浮船逐渐向上继续建造球罐表面，并且继续补水，保持水位与不断扩大的球体顶部水平位置相差1m间距；
步骤五：随着罐体表面圆弧增大，所受到的浮力增加，通过球罐底部的双向进排水口及其控制阀向罐体内注水，避免罐体浮起并调节罐体内外的压力；
步骤六：当球罐宽度依次达到安装地锚的四个圆周的位置时，在对应的浮力控制索上端分别安装一圆柱形的橡胶桶，且在同一圆周上的数个橡胶桶端头用绳索依次连接起来，形成封闭环紧贴于球罐外表面，圆柱形橡胶桶上设置充气阀及管路，为已经建造完成的球罐提供浮力，作为浮力辅助器；
步骤七：形成半球体后，在球罐赤道线圆周的四个均布的顶点位置将球罐通过位置控制索与坑底相连接，紧固罐体，保证其不偏转；
步骤八：继续建造顶部的另一半球，实现罐体封闭，接着在罐体上安装进排气阀和物料运输管路，持续向罐内吹入高压干燥空气，排除罐内水并使球罐内壁干燥；
步骤九：罐体装配完成后，继续向坑底加水，使其浸没罐体；同时调整浮力控制索、浮力辅助器和球罐内储存物质量，使其处于悬浮状态。
优选的，步骤一中的基台的圆柱形钢筋混凝土石墩，其底面大小为10-15m2、高度为5m，预留的圆柱形中心设备区直径为1.2m、高度为2m。
优选的，步骤三中的每个圆周上均布8个地锚。
更进一步的，步骤六中的浮力辅助器总体积不小于球状罐体建造所用材料体积的6倍，安装后长期处于不充气的压瘪状态，当罐内储入高密度物质后，浮力控制索拉力小于设定值时启动，向对应侧的浮力辅助器充入高压气体使其体积扩大从而增大罐体浮力，使罐体始终处于悬浮状态。
本发明的有益效果为：一是实现巨型球状罐体的就地建造，免去转运环节，降低项目运营成本。二是充分利用水体的浮力配合浮力辅助器支撑罐体，降低建造和运行维护难度。三是利用基台和位置控制索固定罐体，避免罐体在水中发生翻滚，保证系统运行安全。四是利用浮船在外部逐级向上建设罐体，降低建造成本。
附图说明
图1是罐体建造初期示意图；
图2是罐体建造中期示意图；
图3是浮力辅助器安装后俯视图；
图4是球罐建成后的示意图。
图中，1-基台，2-中心设备区，3-球罐，4-双向进排水口及其控制阀，5-地锚，6-浮力控制索，7-位置控制索，8-浮船，9-浮力辅助器，10-排气阀和物料运输管路，11-水库。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
一种巨型球状罐体的建造方法，包括如下步骤：
步骤一：如图1所示，清理水库11底部浮土，使用钢筋混凝土搭建球罐基台1，基台1底部为钢筋混凝土制石墩，顶部为开口向上的圆弧状表面，弧度与建造的球形罐体一致，基台1石墩内预留一圆柱形空心区域，作为中心设备区2，同时基台1一侧设置通道至中心设备区2。在加水之前，需要将一些建造球罐3的设备置在中心设备区2内，方便存放和及时调配使用，中心设备区2设置在基台1底部石墩的内部，为圆柱形的空心区域，通道即是为了让工人和设备、材料进出中心设备区2；球罐建成后，中心设备区用于安装底部双向进排水口及其控制阀4和水泵等设备。因为球罐3的体积通常都比较大，所以对基台1的尺寸也有相应的要求，优选的，基台1底部的底面大小为10-15m2、高度为5m，尺寸过小会支撑不住球罐3，过大也会造成材料浪费；中心设备区2半径为1.2m、高度为2m。
步骤二：在基台1的圆弧表面处开始，焊接球罐3最底部的初始圆弧，此时建造的球罐3初期圆弧，形状类似一口锅，同时在刚焊接成的球罐3底部安装双向进排水口及其控制阀4，并且延伸至基台1内的中心设备区2，中心设备区2在注水之后即完成其建造目的。
步骤三：以中心设备区2的中心位置为原点，再分别以球罐3半径的0.2倍、0.3倍、0.4倍、1倍为半径作四个圆，在每个圆周上均布多个地锚5，地锚5深入水库11坝底，在地锚5上分别安装一根由高强度钢丝绳制成的浮力控制索6。考虑到球罐3的体积较大，为了更加稳固的固定住球罐3，地锚5的数量优选的为8个，地锚5上设置的浮力控制索6或者位置控制索7需要承受球罐3受到的浮力，设置8个地锚5，可以使得球罐3在各个方向上均等受力。
步骤四：向水库11内注水，当水面上升到距离球罐顶部水平位置下方1m时，停止注水，因为此时球罐3只建造了一部分，类似于一口锅的形状，加水的时候需要注意避免淹没了球罐3上边缘。工人使用浮船8逐渐向上继续建造球罐3表面，并且继续补水，保持水位与不断扩大的球体顶部水平位置相差1m间距，如图2所示。
步骤五：随着罐体表面圆弧增大，所受到的浮力增加，通过电信号控制球罐3底部的双向进排水口及其控制阀4向罐体内注水，避免罐体浮起并调节罐体内外的压力。
步骤六：当球罐3宽度依次达到安装地锚的四个圆周的位置时，在对应的浮力控制索6上端分别安装一圆柱形的橡胶桶，且在同一圆周上的数个橡胶桶端头用绳索依次连接起来，形成封闭环紧贴于球罐3外表面，圆柱形橡胶桶上设置充气阀及管路，为已经建造完成的球罐3提供浮力，作为浮力辅助器9，如图3所示。浮力辅助器9安装后，长期处于不充气的压瘪状态，只有当罐内储入大量高密度物质后浮力控制索6拉力小于设定值时启动，向对应侧浮力辅助器9充入高压气体使其体积扩大从而增大罐体浮力，使罐体始终处于悬浮状态。
步骤七：形成半球体后，在球罐3赤道线圆周的四个均布的顶点位置将球罐3通过位置控制索7与坑底相连接，紧固罐体，保证其不偏转。
步骤八：继续建造顶部的另一半球，实现罐体封闭，接着在罐体上安装进排气阀和物料运输管路10，持续向罐内吹入高压干燥空气，排除罐内水并使球罐3内壁干燥。进排气阀和物料运输管路10的布置采用与储存物料的类型有关，当储存不溶于水、且密度小于水的物质时，罐内储存水和该物质且水在下部，进排气阀和物料运输管路(10)安装在上部，如图4所示；当储存不溶于水、且密度大于水的物质时，罐内储存水和该物质且水在上部，进排气阀安装在顶部，在系统使用时同时起到进排气和进排水的作用，物料运输管路(10)安装在下部与安装于球冠底部的双向进排水口及其控制阀4相连。
步骤九：罐体装配完成后，继续向坑底加水，使其浸没罐体，同时调整浮力控制索6、浮力辅助器9和球罐3内储存物质量，使其处于悬浮状态，使罐体处于悬浮状态的目的是避免使用过程中的受力不均使得罐体与建造平台碰撞，造成罐体损伤，起到保护罐体的作用；将罐体布置于水中还能避免出现撞击、雷击、内压张裂等故障，水面仍可作为渔业养殖、水面光伏等使用。
另外，为了在大型废弃露天矿坑等开阔处增加该种方法的使用效率，可将一个废弃露天矿坑分为两个部分，即建造区和使用区，建造区高于使用区且远小于使用区，在两者之间设有闸门。当一个罐体建造完成后，解开浮力控制索6和位置控制索7下端，使其漂浮至使用区；关闭闸门，抽干建造区，开始下一个罐体的建造。步骤可分解为：(1)关闭闸门，在建造区完成球状罐体建造；(2)打开闸门，使建造区的水自流至使用区，且水位平衡后略高于建造区底部，能保证罐体漂浮；(3)抽出罐体内的水，并解开浮力控制索6和位置控制索7下端，使其漂浮，采用拖船拉至使用区；(4)到达指定位置后，向罐内注水使其下沉至指定深度，将浮力控制索6下端连接地锚5，并通过浮力控制索6、浮力辅助器9和位置控制索7使球罐3稳定悬浮于水中；(5)关闭闸门，并进一步抽出建造区的水使其满足下一个罐体建设的需要。
该方法适用于在废弃露天矿坑、浅水海湾等较为宽阔的地区使用，能够大量储存和水不相容的液态物料，如石油等，罐体的制作方法简单，不占用地面空间，并且建造的成本也较低，最主要的是避免了对这些液体物料的转运。

Claims (4)

1.一种巨型球状罐体的建造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：清理水库(11)底部浮土，使用钢筋混凝土搭建球罐基台(1)，基台(1)底部为钢筋混凝土制石墩，顶部为开口向上的圆弧状表面，弧度与建造的球形罐体一致，基台(1)石墩内预留一圆柱形空心区域，作为中心设备区(2)，同时基台(1)一侧设置通道至中心设备区(2)；
步骤二：在基台(1)的圆弧表面处开始，焊接球罐(3)最底部的初始圆弧，同时在刚焊接成的球罐(3)底部安装双向进排水口及其控制阀(4)，并且延伸至基台(1)内的中心设备区(2)；
步骤三：以中心设备区(2)的中心位置为原点，再分别以球罐(3)半径的0.2倍、0.3倍、0.4倍、1倍为半径作四个圆，在每个圆周上均布多个地锚(5)，地锚(5)深入水库(11)库底，在地锚(5)上分别安装一根由高强度钢丝绳制成的浮力控制索(6)；
步骤四：向水库(11)内注水，当水面上升到距离球罐顶部水平位置下方1m时，停止注水，工人使用浮船(8)逐渐向上继续建造球罐(3)表面，并且继续补水，保持水位与不断扩大的球体顶部水平位置相差1m间距；
步骤五：随着罐体表面圆弧增大，所受到的浮力增加，通过球罐(3)底部的双向进排水口及其控制阀(4)向罐体内注水，避免罐体浮起并调节罐体内外的压力；
步骤六：当球罐(3)宽度依次达到安装地锚的四个圆周的位置时，在对应的浮力控制索(6)上端分别安装一圆柱形的橡胶桶，且在同一圆周上的数个橡胶桶端头用绳索依次连接起来，形成封闭环紧贴于球罐(3)外表面，圆柱形橡胶桶上设置充气阀及管路，为已经建造完成的球罐(3)提供浮力，作为浮力辅助器(9)；
步骤七：形成半球体后，在球罐(3)赤道线圆周的四个均布的顶点位置将球罐(3)通过位置控制索(7)与坑底相连接，紧固罐体，保证其不偏转；
步骤八：继续建造顶部的另一半球，实现罐体封闭，接着在罐体上安装进排气阀和物料运输管路(10)，持续向罐内吹入高压干燥空气，排除罐内水并使球罐(3)内壁干燥；
步骤九：罐体装配完成后，继续向水库加水，使其浸没罐体；同时调整浮力控制索(6)、浮力辅助器(9)和球罐(3)内储存物质量，使其处于悬浮状态。
2.根据权利要求1所述的一种巨型球状罐体的建造方法，其特征在于，步骤一中的基台(1)为圆柱形钢筋混凝土制石墩，其底面大小为10-15m2、高度为5m，预留圆柱形中心设备区(2)直径为1.2m、高度为2m。
3.根据权利要求1所述的一种巨型球状罐体的建造方法，其特征在于，步骤三中的每个圆周上均布8个地锚(5)。
4.根据权利要求1所述的一种巨型球状罐体的建造方法，其特征在于，步骤六中的浮力辅助器(9)总体积不小于球状罐体建造所用材料体积的6倍，安装后长期处于不充气的压瘪状态，当罐内储入高密度物质后，浮力控制索(6)拉力小于设定值时启动，向对应侧的浮力辅助器(9)充入高压气体使其体积扩大从而增大罐体浮力，使罐体始终处于悬浮状态。
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