CN214776446U - 一种张力腿式浅海岩土勘察移动平台 - Google Patents

Abstract

一种张力腿式浅海岩土勘察移动平台，包括上模块、下模块、中央井、隔水管、脐带缆、控制台；还包括连接上模块和下模块的电葫芦、钢丝绳、滑轮；所述上模块自上而下包括甲板、双曲线旋转壳体舱室、底座；所述双曲线旋转壳体舱上段为作业舱、中段为动力舱、下段为浮箱；所述下模块为浮箱，包括内浮箱、外浮箱，内浮箱为中心有中央井的立方体；上模块和下模块采用钢丝绳和隔水管连接；所述中央井贯穿上模块的几何中心；中央井内固定贯穿连通上下的隔水管，隔水管下端终止于下模块的底板。本张力腿式浅海岩土勘察移动平台，通过滑轮、钢丝绳、电葫芦连接平台上模块、下模块，配合浮箱升降使钢丝绳形成需要的张力，无需使用成本高昂的进口张力筋腱连接器。

Description

一种张力腿式浅海岩土勘察移动平台

技术领域

本实用新型涉及海上平台技术领域，更具体地说，特别涉及一种张力腿式浅海岩土勘察移动平台。

背景技术

海上平台是高出海面且具有水平台面的一种桁架构筑物,有固定式平台和浮式平台两类。

固定式平台有桩式、绷绳式和重力式等。桩式平台由承台和桩基构成，桩基有木桩、钢桩和钢筋混凝土桩等种，构筑时将桩基打入海底，其上安装承台；绷绳式平台又称系索塔平台，将一个预制的钢塔安放在海底基础块之上，用钢索沿不同方向锚定拉紧而成；重力式平台靠平台自身的重量稳坐在海底坚实土层之上，抵御风暴及波浪袭击能力强。

浮式平台有可迁移的和不迁移的两种，可迁移的浮式平台又称活动平台，有坐底式、自升式、半潜式、张力腿式、立柱式、船式等。

自升式平台依靠桩腿支撑和机械传动带动升降系统得使平台升离水面，桩腿的作用除了支承平台的全部重量外，还要经受住各种环境外力的作用。沉垫自升式钻进平台又称为桩腿式钻井平台，是目前国内外应用最为广泛的钻井平台。自升式平台在工作时用升降机构将平台举升到海面以上，使之免受海浪冲击，依靠桩腿的支撑站立在海底进行钻井作业工作，完成任务后，降下平台到海面，拔起桩腿并将其升至拖航位置，即可拖航到下一个井位进行作业工作。

坐底式平台通常由上体、支柱和下体三部分组成。上体又叫工作甲板，安置生活舱室和设备；下体是沉垫，其主要功能是压载以及海底支撑作用，并提供移动时所需的浮力。甲板和沉垫间由立柱相连。通常坐底式平台上层平台和沉垫之间需要立柱支撑，在10米以深海水中的坐底式平台，为满足荷载和强度要求，上层平台和沉垫之间的支撑立柱需要制造很粗壮，移动平台需要较大型辅助船，搬迁成本增加很多。如果为支撑立柱增加升降系统，则使建造成本急剧上升。

张力腿平台主要用于深水作业，是一种复合型的海上平台，在竖直方向为刚性，但在水平方向显示柔性。张力腿平台船体通过竖向的系泊缆连接到海底基座，通过浮力大于平台自重使系泊缆有充足的张紧力。在浅海由于上浮体长立柱式结构制约，受波浪、海流影响较大，垂荡、横荡难以达到稳定，相对于桩腿式平台，张力腿平台的建造-就位、成本- 效益没有优势。尽管如此，仍有许多人对浅海张力腿平台进行了有益尝试。

申请号为CN201610839750.7的发明专利“一种可设置宽浮箱的张力腿平台”，为半潜式平台的改进型，其结构存在立柱波浪爬升及立柱间的近场干涉，内波作用下耦合动力响应影响大。申请号为CN202010865338.9的发明专利申请“海上移动平台”公开了一种海上移动平台，包括海底锚固基础、拉索和浮动工作台。但是对于拉索连接机构及限位装置并未公开，部分组件结构也存在不合理之处，如：上下部分结构耦合不好，横荡、纵荡下浮动工作台底舱难以卡入海底锚固基础的限位装置中，使二者连接到坐拥状态。因海底泥吸附，锚固基础难以脱离海底；其浮动工作绕流尾流中存在漩涡脱落、卡门涡街等，不可避免的受到脉动升阻力而产生涡激振动。申请号为CN201210136518.9的发明专利申请“张力腿坐底式海上生活支持平台”虽然也涉及到海上平台，但是对于平台的必要结构如桩锚、张力索、锚机舱、压载水舱等结构未公开。申请号为CN201911410182.9的发明专利申请“一种海上静力触探方法及装置”,所述套管顶部固定贯入装置，无法保证静力触探要求的触探杆垂直度。

静力触探是海底工程地质勘察中常用的勘察方法。海上工程地质勘察深度一般小于 100米，原位测试达不到研究深度时，需用钻机钻入一定深度，再下入原位测试设备继续测试，即所谓孔下静力触探。对20米以深的海域采用桩腿移动平台开展静力触探时，特点是平台就位安装等辅助时间长，而有效工作时间很短。

为解决上述问题，通常用海底基盘开展20米以深的海上静力触探。受海上岩土勘察母船起重能力制约，海底基盘提供的反力通常小于20t，难以获得较大触探深度满足岩土勘察需要。

传统海上平台桩腿-桩靴需插入海底数米甚至数十米，对海底造成严重扰动和破坏。浅海油田生产区域内在役输油管道、电缆纵横，其管道、电缆一旦损坏，后果十分严重。因此，在浅海油井生产区进行地质勘察，不允许使用传统桩腿式勘探平台，禁止船舶抛锚，以免损伤或破坏输油管道及电缆，造成严重事故。海底基盘的触探深度有限，更难以开展孔下静力触探，勘察深度较大的海域必须使用坐底式平台开展岩土勘察。现有坐底式石油钻井平台拖航、安装费用高昂，无法满足浅海静力触探的需要。现有技术产品中，尚没有适用于浅海油田生产区岩土勘察的海上平台。为降低海上岩土勘察的成本、减少勘察工期、提高勘察质量，发明人设计了张力腿式与坐底式平台相结合的浅海岩土勘察平台。

实用新型内容

本实用新型为克服上述情况不足，旨在提供一种适合于近浅海油田生产区开展工程地质勘察的简易平台。本张力腿式浅海岩土勘察移动平台适用于浅海钻孔、静力触探、孔压静力触探等施工，适用于水深3-50米泥底浅海，海底坡度≤2°的情况。

一种张力腿式浅海岩土勘察移动平台，包括上模块、下模块、中央井、隔水管、脐带缆、控制台；还包括连接上模块和下模块的电葫芦、钢丝绳、滑轮；

所述上模块自上而下包括甲板、双曲线旋转壳体舱室、上模块底座；所述双曲线旋转壳体舱上段为作业舱、中段为动力舱、下段为浮箱；

所述下模块为长方体浮箱，包括内浮箱、外浮箱，内浮箱为中心有中央井的立方体；

所述上模块和下模块采用钢丝绳连接；

所述中央井贯穿上模块的几何中心；所述中央井内固定贯穿连通上下的厚壁隔水管，所述隔水管下端终止于下模块的底板。

进一步的，所述甲板为矩形平面，所述甲板四边安装有栏杆；所述甲板下方为双曲线旋转壳体舱室，所述双曲线旋转壳体舱室的直径小于所述甲板的边长；所述双曲线旋转壳体舱室由上至下依次包含有作业舱、动力舱；所述双曲线旋转壳体舱室安装有水密门。

进一步的，所述双曲线旋转壳体舱室的下部为浮箱；所述浮箱固定于上模块的底座，底座为方形承力骨架，所述底座的边长与双曲线旋转壳体舱室的最大直径相同。

进一步的，为降低上模块重心高度，所述作业舱位于所述甲板之下的双曲线旋转壳体舱上段，所述动力舱位于双曲线旋转壳体舱中段，发电机、空气压缩机安装在动力舱内；所述动力舱两侧对称设置上开口的立式管架，用于存放隔水管、套管、钻杆、探杆。

进一步的，所述甲板与作业舱及动力舱之间安装有踏步，供人员上下。

进一步的，所述上模块的材料采用钢材或玻璃钢，优选玻璃钢。

进一步的，所述上模块无论在纵剖面还是在横剖面上结构对称、重量分配对称。

进一步的，所述下模块的长度或宽度均大于所述上模块的浮箱。

进一步的，所述下模块是由钢板和型材组成的钢结构框架，所述下模块的外层焊接有中厚钢板，用于密封。

进一步的，所述下模块固定有厚度均匀的配重块，所述配重块为以铁砂为骨料的钢筋混凝土、铁块或铅块。优选铁砂钢筋混凝土。铁砂钢筋混凝土空气中比重约为5.0，使得下模块和配重满足预设条件：下模块水下自重+配重块+隔水管重量之和至少相当于钢丝绳总张力的3.5倍。

进一步的，所述下模块中心部设置有正六棱台立柱，所述立柱位于内浮箱的顶部中心，立柱内有中央井；所述立柱外固定有弹性橡胶垫；所述下模块的一侧还安装有出气阀及人孔。隔水管下端终止于下模块底板。随下模块的上下升沉，人工拧卸或续接隔水管，使隔水管顶端始终高出上模块作业舱20～50cm；

所述上模块的中心下端设置有接受器，用以承接下模块的正六棱台立柱；所述接受器呈六棱喇叭口形状，喇叭口接受器上底边长和下底边长大于正六棱台的立柱2～3mm，喇叭口接受器高度大于正六棱台立柱高度5～10mm。接受器作为上模块和下模块的导向耦合器。

进一步的，所述电葫芦安装于所述上模块，所述滑轮安装于下模块，所述上模块和下模块通过电葫芦收放钢丝绳进行连接。其中，钢丝绳张力安全系数大于8。

进一步的，所述电葫芦自带或加装有钢丝绳锁紧器。

进一步的，所述中央井的直径大于所述隔水管的直径；所述中央井内镶嵌石墨环，用于减小隔水管与中央井的摩擦力；所述隔水管不插入海底泥中，与下模块底部螺纹连接。随着下模块升沉，增减隔水管。隔水管在作业舱内续接、拆卸。开展钻探及静力触探时，隔水管内可另外下入护孔套管。

进一步的，所述张力腿式浅海岩土勘察移动平台设置有三条吃水线，分别为上吃水线、中吃水线、下吃水线；

所述上吃水线位于上模块双曲线旋转壳体舱室的喉部，所述上吃水线是下模块沉放到海底后，所有浮箱注水，平台系统的最高吃水线；钢丝绳处于中等拉张，重心、浮心均处于隔水管中心线上，重心处于浮心之下，稳心处于重心与浮心之间；

所述中吃水线位于双曲线旋转壳体舱室的喉部下方，是平台正常作业阶段的吃水线；

所述下吃水线位于下模块的中上部，是平台坐拥拖航状态的吃水线，各浮箱全部排空海水，平台系统浮力最大。

进一步的，所述浮箱、内浮箱、外浮箱均在顶部设置有出气阀，底部或侧下方设置有进/出水开关阀，所述进/出水开关阀外设置有过滤网；所述浮箱、内浮箱、外浮箱还安装有充气管；所述控制台，用于控制浮箱、内浮箱、外浮箱的进/排水、充/放气。浮箱通过空压机的压缩空气实现浮箱注水和排水。注水时，同时打开浮箱底部进水阀和浮箱顶部排气阀，依靠海水的静压力实现浮箱注满海水。排水时，关闭排气阀，打开压缩空气充气阀和出水阀，用压缩空气将浮箱内压载水排出浮箱。

进一步的，在甲板的8个或4个方向安装有电葫芦、钢丝绳、滑轮组合结构；所述上模块甲板侧壁均匀对称安装8个或4个电葫芦，下模块顶面边缘均匀对称固定有8或4个与电葫芦位置对应的滑轮；所述电葫芦通过螺栓固定于甲板外侧面。电葫芦的钢丝绳引出后，从下模块对应位置的滑轮外侧穿过滑轮，从滑轮内侧拉出，固定于上模块浮箱外侧下端的卸扣上，依次完成各组电葫芦-钢丝绳-滑轮的安装。钢丝绳应始终保持绷紧，防止钢丝绳缠绕。平台坐拥期间钢丝绳绷紧使上下模块固定成为一体。

进一步的，所述电葫芦配置有拉力传感器，所述控制台用于实时监控钢丝绳的拉力；所述控制台用于控制电葫芦同步升降或控制单个电葫芦升降。甲板控制台可随时监测甲板的水平状态。

进一步的，所述脐带缆设置在甲板的一侧；所述脐带缆上端与控制台连接，下端与下模块相连，所述脐带缆用于将高压气体、电源送至下模块；所述脐带缆内部有高压气管、电缆、细钢丝绳，高压气管上端接空压机储气罐，下端接下模块的内、外浮箱充气电磁阀；电缆上端接控制台，下端接内、外浮箱的进水阀/出水阀、排气阀/充气阀。各股线缆非粘结的空隙采用聚乙烯材料填充，并通过挤压、摩擦和滑移来实现载荷的传递。脐带缆整体比重接近水的比重，比重为0.97～1.0之间，脐带缆在海水中呈半漂浮状态。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

①本张力腿式浅海岩土勘察移动平台，通过滑轮、钢丝绳、电葫芦连接平台上模块、下模块，配合浮箱升降使钢丝绳形成需要的张力，无需使用成本高昂的进口张力筋腱连接器。

②本张力腿式浅海岩土勘察移动平台，作为移动式海上平台，不需要大型船吊，通过控制压载舱内外海水的进出使下模块实现下潜坐底和上浮，平台自身可完成就位安装。除了使用小型船舶将平台拖航至勘察区域、辅助完成勘察点定位外，还能够实现自安装，减少了各种海工支持船的使用，节约了海上平台安装费用。

③本张力腿式浅海岩土勘察移动平台中双曲旋转壳体表面曲率的变化，使得流体动力不能形成同一个方向的合力。本平台除了继承张力腿平台特有的运动刚性外，其张力筋腱 -钢丝绳与海底有一定角度，钢丝绳张力的水平分力增强了平台上模块侧向刚度。

④本张力腿式浅海岩土勘察移动平台采用压缩空气作为浮箱注水、排水的驱动力，可靠性高；下模块起浮时，浮箱内的海水+压缩空气，除了完成排水功能外，同时，实现可以消减下模块底部真空层及淤泥吸附，使下模块顺利脱离海底。

⑤本张力腿式浅海岩土勘察移动平台利用海上施工所必需的厚壁隔水管兼作为上/下模块对接耦合的导向柱，耦合性好，上下模块间的垂向撞击力和侧向撞击力小。

⑥本张力腿式浅海岩土勘察移动平台采用双曲线旋转壳体，不仅有较小的水线面，更有意义的是，相比圆柱降低绕流阻力、抑制涡激振动升力，迎流面的来流绕经双曲舱一定距离后，分别在绕流约120°处产生分离，双曲壳体舱背流面形成一个自循环稳定区。两侧水流绕过自循环稳定区旋涡脱落进入尾流区，不再对背流面的结构表面水压产生明显影响。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型具体实施例中张力腿式浅海岩土勘察移动平台的坐拥状态整体结构示意图；

图2本实用新型具体实施例中六棱台立柱及喇叭口剖面示意图；

图3是本实用新型具体实施例中下模块的俯视结构示意图；

图4是本实用新型具体实施例中双曲线旋转壳体舱室绕流的旋涡脱落示意图；

图5是本实用新型具体实施例中下模块的仰视结构示意图；

图6是本实用新型具体实施例中下模块开始注水并下沉安装工况示意图；

图7是本实用新型具体实施例中下模块坐底安装工况示意图；

图8是本实用新型具体实施例中上模块浮箱注水、下沉至上吃水线安装工况示意图；

图9是本实用新型具体实施例中下模块沉落海底及作业时平台状态示意图。

图中：1-上模块、101-甲板、102-双曲线旋转壳体舱室、1021-作业舱、1022-动力舱、 1023-水密门、103-上模块底座、104-浮箱、2-下模块、201-内浮箱、2011-内浮箱充气阀、2012-充气管、2013-内浮箱排气阀、2014-进/出水阀、202-外浮箱、2021-外浮箱排气阀、2022-出水阀、203-十字钢桩尖、204-人孔、205-防水电缆、3-电葫芦、4-钢丝绳、5-滑轮、6-脐带缆、7-控制台、8-立柱、9-隔水管、10-中央井、11-上吃水线、12-中吃水线、 13-下吃水线、14-、15-、16-、17-、18-、19-、20-、21-、22-、23-。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

以渤海K油田工程地质勘察平台为例，说明本发明具体实施例：

K油田位于渤海中部海域，距陆地最近约50km，水深约13～18.8m，已陆续建成各类平台近百座，建成各类油水管道130余条段，管道埋置深度0.5～2m。该海域在1～4级海况下，波浪平均波长为2.05～28.70m。油田海底表层为砂质粉土，含水量为28％，粘聚力为3kPa，内摩擦角为32.5°；下伏土层为粘土，含水量为46％，孔隙比为0.93，抗剪强度为11kPa。

本实施例中的张力腿式浅海岩土勘察移动平台，是适合于近浅海油田生产区开展工程地质勘察的安全廉价的施工平台，设计平台水深20m，适用于5级海况以下，海流流速不大于0.6m/s，潮差≤1.10米，海底坡度≤0.5°，底质类型为软泥及粉砂质淤泥。

如图1-图9所示，

本实施例中的张力腿式浅海岩土勘察移动平台，包括上模块1和下模块2，以及用于连接上、下模块的电葫芦3、钢丝绳4、滑轮5、脐带缆6、控制台7等。

其中，下模块2为边长14m，高1.2m的长方体浮箱，分成内外2个浮箱，即内浮箱 201和外浮箱202。外浮箱202俯视呈“口”字型，外浮箱202内为立方体状的内浮箱201，内浮箱边长9.3m。外浮箱呈“口”字型，内边长9.35m，外边长14m。下模块2最底层加装50t铁砂钢筋混凝土的配重块。内浮箱201顶部中心安装六棱台的立柱8及其中心的隔水管9，隔水管9重量主要加载于下模块2之上。下模块2水下总重量约70t。

下模块2为钢结构骨架，外层焊接中厚钢板起密封作用。其中，下模块2的框架使用HN350×175窄翼缘H型钢，使用TN175×175的热轧窄翼缘T型钢作为支撑，下模块的内、外浮箱使用7mm高强度中厚钢板焊接密封。

上模块1的结构自上而下由甲板101、双曲线旋转壳体舱室102、上模块底座103三段组成。上顶部为甲板，平面呈矩形，边长6m；甲板安装有高1.2米的栏杆；甲板与作业舱之间安装有旋转楼梯，供人员上下。双曲线旋转壳体舱室顶部直径5.2m，底部直径6.4m，喉部直径3.5m，高4.5m；上模块的正方形形状的底座边长6.4m。

如图1、图2所示，上模块1的几何中心垂线位置为一贯通上下的中央井10，中央井的直径222mm；中央井每隔15cm镶嵌内径221mm的石墨环，隔水管9外径219.1mm。镶嵌石墨环的目的是保护隔水管通道、减小隔水管与圆筒壁的摩擦力。隔水管9与下模块 2固定、不插入海底。隔水管9跟随下模块2升降，在上模块1中滑动。隔水管9顶端始终高出作业舱底20～50cm，人工拧卸或续接隔水管。所述双曲线旋转壳体舱室102由上至下依次包含有作业舱1021、动力舱1022；作业舱1021低于甲板101的距离为1.5m，位于甲板之下的双曲线旋转壳体舱室102的上段。动力舱1022位于双曲线旋转壳体舱室的中段，高1.8m，用于安放发电机、空气压缩机、空气循环管等设备，动力舱1022安装有水密门1023。动力舱1022之下为上模块的浮箱104，浮箱高1.2m，容积30m³。浮箱104固定在边长6.4m正方形底座上。

上模块浮箱104底安装4个进/出水阀，浮箱外侧顶部安装有单向排气阀。充气阀安装在动力舱内。进/出水阀、充气阀、排气阀引出的电缆接至甲板控制台7。

甲板101侧壁均匀安装4个电葫芦3，下模块2顶面边缘均匀安装4个与电葫芦3位置对中的滑轮5。在分布方向上，下模块滑轮5与电葫芦3的位置依次对应。上模块浮箱外侧近下端螺栓固定有卸扣，作为钢丝绳3一端固定的装置。卸扣螺栓固定位置为上模块建造时预留的螺孔。

电葫芦3的钢丝绳4引出后，从下模块对应位置的滑轮5外侧，穿过滑轮5，从滑轮 5内侧拉出，固定于上模块浮箱104外侧下端的卸扣上。依次完成各组电葫芦-钢丝绳-滑轮的安装。电葫芦3配置有拉力传感器，控制台7可随时监控钢丝绳4的拉力。控制台7 可以控制电葫芦同步升降，也可以控制单个电葫芦的升降。平台坐拥期间钢丝绳绷紧使上下模块固定成为一体。使用钢丝绳4连接上下模块，以减轻水面以上作业平台结构的重量。钢丝绳张力安全系数大于8。滑轮购买商业成品AH250×40滑轮，滑轮与平台系统使用的钢丝绳匹配。经计算，滑轮系统的机械效率为88.9％。电葫芦购买额定起重10t的通用商品，功率10kw，自重490kg；加装钢丝绳锁紧器，配50米6×19S+FC-10mm钢丝绳。

以隔水管9中心为对称线，上模块纵、横剖面上结构、设备重量对称。

本实施例中，该张力腿式浅海岩土勘察移动平台设置有三个吃水线，即上吃水线11、中吃水线12、下吃水线13。

其中，上吃水线11位于双曲线旋转壳体舱喉部，是下模块沉放到海底后，上模块浮箱注水的最高吃水线。

中吃水线12位于喉部以下约1.5m处，是平台就位安装后，正常作业阶段的吃水线。上模块在上吃水线时，绷紧钢丝绳，排出上模块方形水舱海水，浮力增加，钢丝绳张力≥30t，属似张力腿平台。

下吃水线13位于下模块底向上0.82m处，是平台坐拥拖航状态吃水线，平台系统浮力最大。

本发明平台勘察作业时，静压机的最大反力为20t。除了消减平台的海洋动荷载外，按富裕系数1.5计算，上模块额外提供至少30t的垂直方向分张力才能保证平台的稳定。经核算，当海水深度20米时，钢丝绳最大倾角82°，垂直方向张力分力≥30t，水平方向分张力≥4.2t，满足设计要求。

本实施例中，浮箱104、内浮箱201、外浮箱202的充气阀、出气阀安装在浮箱顶部；进/出水开关阀设置在浮箱底部或侧下方，进/出水开关阀外设置有过滤网。

各阀门均购买商业成品电动阀，断电关闭，通电打开。连接电磁阀的电缆采用水下专用电缆密封于脐带缆6中。

脐带缆6采用集成复合形式，拉断力≥10kN，软管外层胶耐海水，额定工作压力1.2MPa；所有软管及接头安装完成后，进行1.5倍设计压力的气密试验。甲板安装脐带绞车，用于脐带缆收放，脐带缆绞车采用手工驱动、锁定。

浮箱通过空压机的压缩空气实现浮箱注水和排水。注水时，同时打开浮箱底部进水阀和浮箱顶部排气阀，依靠海水的静压力实现浮箱注满压载海水。排水时，关闭排气阀，打开压缩空气充气阀和出水阀，利用压缩空气将浮箱内压载水排出浮箱。发电机及空气压缩机购买商业产品。空压机排气量12.5m³/min，排气压力1.2Mpa，重量1.52t，额定功率50KW。柴油发电机额定输出功率140Kw，重量1.36t。

各浮箱进/排水阀、充/放气阀电源开关均由甲板上的控制台控制。

平台系统设置有供能及控制脐带缆，脐带缆6为结构简单的热塑性集束管，外壳保护套为橡胶管材质软管，可以缠绕在卷筒上，脐带缆设置在平台甲板的一侧。它上端与甲板控制台7相连，另下端与下模块2相连，通过它可不断将高压气体、电源送至下模块。脐带缆内部有1根高压气管、3根电缆、1根细钢丝绳。其中高压气管上接空压机储气罐，下接内外浮箱的充气电磁阀；电缆上接控制台，下接内、外浮箱的进水阀/出水阀、排气阀/充气阀。脐带缆内增加细钢丝绳以提高脐带缆抗拉强度。各股线缆非粘结的空隙采用聚乙烯材料填充，并用线性低密度聚乙烯进行包裹。非粘结形式使得相邻结构间产生相对滑动甚至分离，并通过挤压、摩擦和滑移来实现载荷的传递。脐带缆整体比重接近海水比重，比重为0.97～1.0之间，脐带缆在海水中呈半漂浮状态。

脐带缆上端在甲板分开为压缩空气管和电缆。压缩空气管接空气压缩机储气罐，电缆接甲板控制台。脐带缆下端法兰连接下模块顶部的管汇，下模块的电磁排气阀/充气阀、进/出水阀从管汇引出。

本实施例中，上模块1的正六棱台喇叭口接受器承接下模块六棱台的立柱8，固定在下模块顶部中心。上模块1的六棱台喇叭口接受器上下底边长及高度分别大于六棱台立柱2～3mm。正六棱台立柱外固定有厚4mm弹性橡胶垫。

下模块2内、外浮箱顶部均安装有排气阀/充气阀；其中，内浮箱充气阀2011连接有充气管2012，内浮箱排气阀2013、外浮箱排气阀2021通过防水电缆205连接，排气/充气阀为二位三通电磁阀，控制方式为一进二出。内浮箱底部安装2个进/出水阀2014，外浮箱进水阀安装在浮箱外侧下方、出水阀2022在浮箱底部。下模块2底部安装有4个十字钢桩尖203，下模块还设置有人孔204。十字钢桩尖直径0.8m，尖高400mm，钢板厚12mm。下模块浮起时，内、外浮箱底部的出水阀排出高压海水可起到冲桩作用。当浮箱排水完毕后，可用继续排出压缩空气。实践证明，压缩空气对于破坏下模块底部真空层有非常好的效果。下模块俯视图参见图3，下模块仰视图参见图5。

本张力腿式浅海岩土勘察移动平台采用双曲线旋转壳体，不仅有较小的水线面，更有意义的是，相比圆柱降低绕流阻力、抑制涡激振动升力，迎流面的来流绕经双曲舱一定距离后，分别在绕流约120°处产生分离，双曲壳体舱背流面形成一个自循环稳定区，参见图4。两侧水流绕过自循环稳定区旋涡脱落进入尾流区，不再对背流面的结构表面水压产生明显影响。

浮箱的浮起与下沉通过1个电磁开关阀(水阀)和一个二位三通电磁阀(气阀)来实现。

进水/出水阀为电磁开关阀，通电时，打开阀门；断电时，阀门关闭。排气/充气阀为二位三通电磁阀，控制方式为一进二出。

注水时，电磁阀通电，出介质端第一路打开，排出浮箱空气，第二路关闭。同时，水阀通电，打开阀门进水。

排水时，气阀断电时，出介质端第一路关闭，第二路打开空压机充气；同时，水阀通电，打开阀门排水。当水面出现气泡时，说明浮箱压载水已经排放完毕，水阀断电，阀门关闭。

工况划分：包括拖航、安装、作业、下模块起浮4种工况。

拖航工况：将平台从港口码头湿拖至作业位置，或从某作业点湿拖至另一个作业点，如图1所示。

安装工况：在作业点位，首先，对下模块内浮箱充入压缩空气进行排水，松开钢丝绳锁紧器。对外浮箱注水，内外浮箱注满压载水，下模块落底。上模块浮箱注水并下沉至上吃水线，绷紧、锁死钢丝绳。然后，上模块浮箱排水。上模块上升至中吃水线时，使钢丝绳处于最大设计张力≥30t。

作业工况：安装工况完成后，在隔水管中下入护孔套管，再下入探杆或钻杆，开展静力触探、钻孔等工序。

起浮工况：完成一个点的勘察作业后，需将下模块水平起浮，与上模块耦合对接为一体、拖航。首先，将下模块外浮箱充入压缩空气，排出外浮箱压载海水，外浮箱内的加压海水及空气从底部出水阀喷出，以消除海底泥对下模块作业的吸附；下模块脱离海底，钢丝绳张力逐渐减小，下模块缓慢上升。随着下模块上升，上浮速度会加快，需对浮箱回注少量压载海水，以减慢上浮速度。下模块上浮的同时，同步收紧钢丝绳，钢丝绳始终处于拉张状态。

安全上浮速度控制在0.2～0.3/s以下，避免起浮速度过快，下模块对上模块的碰撞。下模块接近出水2米时，控制下模块的上浮速度小于0.1m/s。

图6～图9为本平台的上、下模块状态示意图。

本平台具体实施过程为：

拖航本平台至勘察点，首先，测量勘察点水深，沉放下模块。打开下模块内浮箱进水阀与顶部出气阀，依靠静压力海水快速进入浮箱，内浮箱注水完成(不再冒气泡)时，关闭内浮箱海水阀。同步释放各方向钢丝绳，下模块到达海底。由于下模块沉放时，有一定速度(0.2m/s～0.8m/s)，下模块底部桩尖插入海底，下模块底部并受到海底泥的吸附作用。此时，上模块吃水位于中吃水线之下。然后将外浮箱排水，使下模块自重达到最大。

对上模块浮箱注入压载水，开启进/出水阀和放气阀，海水从上模块浮箱底部注入进入浮箱，浮箱内空气从顶部气阀排出。上模块浮箱伴随着压载海水进入、空气排出，上模块下沉到上吃水线，停止注水，关闭排气阀。钢丝绳绷紧。然后，启动空压机排出上模块浮箱的压载海水，上模块逐渐起浮，钢丝绳逐渐拉紧，到达中吃水线时，钢丝绳达到设计最大张力，然后将钢丝绳锁紧器锁紧钢丝绳。关闭浮箱的全部阀门。检查各钢丝绳张力值、甲板水平度、吃水线位置。各项数据指标达到设计要求，即可开始勘察作业。

勘察作业完成后，进入起浮工况，浮起下模块与上模块耦合对接坐拥，并绷紧钢丝绳，锁紧钢丝绳。施工人员撤离平台。使用拖船或其他船只拖航至下一施工地点或回返港口码头。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种张力腿式浅海岩土勘察移动平台，其特征在于：包括上模块、下模块、中央井、隔水管、脐带缆、控制台；还包括连接上模块和下模块的电葫芦、钢丝绳、滑轮；

所述上模块自上而下包括甲板、双曲线旋转壳体舱室、底座；所述双曲线旋转壳体舱上段为作业舱、中段为动力舱、下段为浮箱；

所述下模块为浮箱，包括内浮箱、外浮箱，内浮箱为中心有中央井的立方体；

所述上模块和下模块采用钢丝绳和隔水管连接；

所述中央井贯穿上模块的几何中心；所述中央井内固定贯穿连通上下的隔水管，所述隔水管下端终止于下模块的底板。

2.根据权利要求1所述的张力腿式浅海岩土勘察移动平台，其特征在于：所述甲板为矩形平面，所述甲板四边安装有栏杆；所述甲板下方为双曲线旋转壳体舱室，所述双曲线旋转壳体舱室的直径小于所述甲板的边长；所述双曲线旋转壳体舱室由上至下依次包含有作业舱、动力舱；所述双曲线旋转壳体舱室安装有水密门；所述双曲线旋转壳体舱室的下部为浮箱；所述浮箱固定于上模块的底座，底座为方形承力骨架，所述底座的边长与双曲线旋转壳体舱室的最大直径相同。

3.根据权利要求2所述的张力腿式浅海岩土勘察移动平台，其特征在于：所述作业舱位于所述甲板之下的双曲线旋转壳体舱上段，所述动力舱位于双曲线旋转壳体舱中段，发电机、空气压缩机安装在动力舱内；所述动力舱两侧对称设置上开口的立式管架。

4.根据权利要求1所述的张力腿式浅海岩土勘察移动平台，其特征在于：所述下模块是由钢板和型材组成的钢结构框架，所述下模块的外层焊接有钢板，用于密封；所述下模块固定有配重块。

5.根据权利要求1所述的张力腿式浅海岩土勘察移动平台，其特征在于：所述下模块中心部设置有正六棱台立柱，所述立柱位于内浮箱的顶部中心，立柱内有中央井；所述立柱外固定有弹性橡胶垫；所述下模块的一侧还安装有出气阀及人孔；

所述上模块的中心下端设置有接受器，用以承接下模块的正六棱台立柱；所述接受器呈六棱喇叭口形状，喇叭口接受器上底边长和下底边长大于正六棱台的立柱2～3mm，喇叭口接受器高度大于正六棱台立柱高度5～10mm。

6.根据权利要求5所述的张力腿式浅海岩土勘察移动平台，其特征在于：所述中央井的直径大于所述隔水管的直径；所述中央井内镶嵌石墨环，用于减小隔水管与中央井的摩擦力；所述隔水管，与下模块底部螺纹连接。

7.根据权利要求1所述的张力腿式浅海岩土勘察移动平台，其特征在于：所述张力腿式浅海岩土勘察移动平台设置有三条吃水线，分别为上吃水线、中吃水线、下吃水线；

所述上吃水线位于上模块双曲线旋转壳体舱室的喉部，所述上吃水线是下模块沉放到海底后，所有浮箱注水，平台系统的最高吃水线；

所述中吃水线位于双曲线旋转壳体舱室的喉部下方，是平台正常作业阶段的吃水线；

所述下吃水线位于下模块的中上部，是平台坐拥拖航状态的吃水线。

8.根据权利要求1所述的张力腿式浅海岩土勘察移动平台，其特征在于：所述浮箱、内浮箱、外浮箱均在顶部设置有出气阀，底部或侧下方设置有进/出水开关阀，所述进/出水开关阀外设置有过滤网；所述浮箱、内浮箱、外浮箱还安装有充气管；所述控制台，用于控制浮箱、内浮箱、外浮箱的进/排水、充/放气。

9.根据权利要求1所述的张力腿式浅海岩土勘察移动平台，其特征在于：在甲板的8个或4个方向安装有电葫芦、钢丝绳、滑轮组合结构；所述上模块甲板侧壁均匀对称安装8个或4个电葫芦，下模块顶面边缘均匀对称固定有8或4个与电葫芦位置对应的滑轮；所述电葫芦固定于甲板外侧面；电葫芦的钢丝绳引出后从下模块对应位置的滑轮外侧穿过滑轮，从滑轮内侧拉出，固定于上模块浮箱外侧下端的卸扣上；所述电葫芦配置有拉力传感器，所述控制台用于实时监控钢丝绳的拉力；所述控制台用于控制电葫芦同步升降或控制单个电葫芦升降。

10.根据权利要求1所述的张力腿式浅海岩土勘察移动平台，其特征在于：所述脐带缆设置在甲板的一侧；所述脐带缆上端与所述控制台连接，下端与下模块相连，所述脐带缆用于将高压气体、电源送至下模块；所述脐带缆内部有高压气管、电缆、细钢丝绳，高压气管上端接空压机储气罐，下端接下模块的内、外浮箱充气电磁阀；电缆上端接控制台，下端接内、外浮箱的进水阀/出水阀、排气阀/充气阀。

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