DE10117109A1

DE10117109A1 - Wellschutzring

Info

Publication number: DE10117109A1
Application number: DE2001117109
Authority: DE
Inventors: Joachim Falkenhagen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-04-06
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2002-12-05
Anticipated expiration: 2021-04-07
Also published as: DE10117109B4

Abstract

Durch zwei konzentrische Wände, zwischen denen sich ein Luftspalt befindet, wird der Wellengang von einer Wasserbaustelle ferngehalten. Die äußere Wand kann flexibel sein, um eine Aufnahme von Wellenkräften einzuschränken.

Description

Baustellen im Wasser, insbesondere für Ölbohrungen und Windkraftanlagen im Meer bei Meerestiefen bis etwa 50 Metern, bei denen sich der Wellengang, die Strömung oder andere Wasserbewegungen störend auswirken, etwa

- wenn große, vorzugsweise flächige Bauteile bewegt und im Boden verankert werden; insbesondere
- wenn diese nach Fertigstellung im Erdreich verschwinden und somit nicht auf die Einwirkungen des Wellengangs ausgelegt werden bräuchten,
- wenn hohe Anforderungen an die Vertikalität und damit den geordneten Einbau der Bauteile bestehen;
- wenn Ortbeton aushärten soll und durch Bewegungen des Wassers und im Wasser befindlicher, mit dem Beton zu verbindender Bauteile dabei gestört würde;
- wenn die Gefahr störender Sedimentablagerung während der Arbeitsausführung besteht

Stand der Technik

Bau von festen Dämmen, Kaimauern oder Stützwänden um (große) Baustellen bzw. Bau künstlicher Inseln, beim Aufbau von Offshore Anlagen meist Verzicht auf Schutzmaßnahmen.

Probleme der bekannten Lösungen

Hohe Kosten und größerer Eingriff in die Meeresumwelt bei festen Schutzbauten. Bei Verzicht auf Maßnahmen Einschränkungen beim Bau, insbesondere bezüglich der Vertikalität, beim Einbau großformatiger Pfähle mit weniger hohem Gewicht und beim Ziehen von Bohrrohren. Beschränkung der Arbeitszeit auf wellenarme Jahreszeiten.

Neue Lösung

Durch eine doppelwandige, um eine Wasserbaustelle umlaufenden Schutzvorrichtung mit den im Schutzansprüchen aufgeführten Merkmalen und den Zwischenraum zwischen den beiden Wänden wird vermieden, daß sich welleninduzierte Bewegungen und Kräfte von der äußeren Wandung auf den Innenraum übertragen. Vorausssichtlich wird meist Luft das Medium gemäß Anspruchsmerkmal 1.4 zwischen des beiden Wänden sein. Dadurch wird der Wellengang vom inneren Bereich ferngehalten, so daß dort ein geschützter Arbeitsbereich mit ruhigem Wasser entsteht. Durch eine umlaufende Gestaltung der beiden Wände wird erreicht, daß sich der auf sie wirkende statische Wasserdruck ausgleicht.

Bei einer durch flexible Ausführung horizontal verschiebbaren äußeren Wand (Anspruch 4 und 5) wird eine Übertragung von Wellenkräften auf den Boden eingeschränkt.

Die Schutzvorrichtung kann eine Einheit mit einer Arbeitsplattform bilden (Anspruch 3 und 7) und dabei Auftrieb und Belastung vorteilhaft ergänzen.

Zusätzlich können Schläuche eingesetzt werden, um einen Gegendruck zu erzeugen (Anspruch 6) oder um das Wasservolumen zu reduzieren (Anspruch 8).

Ein nur oberseitiger Wellen- und Strömungsschutz kann für Leitungsverlegungen von Nutzen sein (Anspruch 10).

Die von den Wellen ausgehenden Kräfte werden von dem Baustellenbereich ferngehalten.

Bei einer äußeren Wand aus vergleichsweise steifen Materialien wird erreicht, daß diese die Wellenkräfte unter geringer Verformung aufnimmt, und diese Verformung und dadurch ausgelöste Wasserbewegungen vom Innenbereich abhält.

Besonders mit den flexiblen Ausgestaltungen gemäß Teilansprüchen 4 bzw. 5 wird erreicht, daß die Wellenkräfte auch nicht in den Boden eingeleitet werden müssen, sondern durch Weiterleitung bzw. Reflexion weitgehend im umgebenden Wasserkörper verbleiben.

Auch eine Kolkbildung (Sedimentabtragung um Strömungshindernisse) an den einzubauenden Teilen während des Einbaus wird vermieden, was vor allem beim Einbau großer Fundamentrohre (hohe Kolkgefahr) von Bedeutung wäre. Eine solche Kolkbildung während des Einbaus wäre besonders dann von Nachteil, wenn die Fundamentrohre völlig im Boden verschwinden sollen, und in fertigem Zustand nur noch dünnere Tragrohre (wenig Kolkung) aus dem Meeresboden ragen und dem Welleneinfluß ausgesetzt sind.

Die Vorrichtung hält auch im Baustellenbereich entstehende Geräusche, insbesondere von Rammen und Sprengungen, von der Umgebung ab, und dient somit dem Umwelt- und Walschutz.

Die Trennung des Baustellenbereichs von dem umgebenden Wasserkörper vermeidet die Verschleppung von Sediment und erleichtert eine gesonderte Behandlung dieses Wasservolumens, etwa die Rückgewinnung von eingesetztem Bentonit oder von freigesetzten Schadstoffen. Sofern weitere Schläuche oder Wasserkissen innerhalb dieses Volumens mit Umgebungswasser gefülllt werden, reduziert sich das getrennt zu behandelnde Flüssigkeitsvolumen noch mehr. Eine Erfassung der festen Anteile des Bohrguts kann auch durch zusätzliche Absetzbecken (Anspruch 9) erfolgen.

Die Erzeugung eines Überdrucks im Bohrloch durch Anhebung des Wasserspiegels wird bei einem Steg an der Unterseite (Anspruch 2) ermöglicht.

In der Öl- und Gasindustrie könnte eine derartige Vorrichtung zusätzlich zum Auffangen von Wasser- und Luftverschmutzungen genutzt werden.

weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten

Die Arbeitsplattform bzw. Teile davon könnten auch auf der äußeren Wandung ruhen bzw. sich mit dieser bewegen, um dort eine größere träge Masse zur Verfügung zu stellen, die die Wellen abhält.

Die Vorrichtung könnte auch weniger hoch sein als die Wassertiefe, so daß sie vollständig unter Wasser eingetaucht wird.

Der von der Vorrichtung erzeugte Auftrieb kann vorteilhaft sein, um die Lasteintragung der Arbeitsplattform in den Boden zu vermindern.

zu Teilanspruch 5

Die steifen Elemente können ringförmig die Baustelle umschließen. Ihre Steifheit und Masse könnte so gewählt werden, daß

- die von ihnen bewirkte Wellenfortleitung möglichst derjenigen der von der Vorrichtung ersetzten Wassersäule entspricht;
- die steifen Elemente einen Teil der eingeleiteten Wellenenergie durch elastische Verformung aufnehmen.

Die Ringe könnten durch bewegliche, aufrecht stehende Stäbe nach oben gehalten waten. Zusätzlich ließen sich Dämpfungselemente gegen Schwingungen einbauen.

Eine flexible Abdeckung des Zwischenraums zwischen innerem und äußerem Ring dürfte der Regelfall sein, um das Eindringen von Regen und Spritzwasser in den Zwischenraum zu verhindern. Eine Abdeckung ermöglicht auch eine Druckhaltung in dem Bereich zwischen den beiden Wänden, die die von statischem Wasserdruck ausgelösten Kräfte begrenzen kann.

Flächen oder Tröge innerhalb des beruhigten Wasservolumens könnten u. a. zum Absetzen des Bohrguts oder von Schlämmen aus Bohrsuspensionen genutzt werden können, um Sedimentfahnen weiter einzuschränken und eine Rückgewinnung der Feststoffe zu ermöglichen. Bei Gasaustritt könnte eine nach oben gewölbte Fläche das Erfassen, Analysieren und umweltverträglichere Entsorgen des Gases ermöglichen.

Eine Abdeckung ermöglicht aber auch, daß die Vorrichtung vollständig in Wasser eingetaucht wird, und am Meeresboden zum Einsatz kommt. Dort könnte unter anderem eine linienförmig langgestreckte, nach unten offene Ausführung zum Einsatz kommen, bei der beide Wände die Form eines umgekehrten U haben.

In zweckmäßiger Ausgestaltung wird die Vorrichtung transportabel und dazu bestimmt sein, nacheinander an mehreren Bauplätzen eingesetzt zu werden. Hierzu könnte auch die innere Wand teilweise flexibel ausgeführt werden.

An der inneren Wand könnten vertikale Schienen befestigt werden, mit denen sich eine schwimmfähige Arbeitsplattform aus dem Wasser heben kann. Durch diese Belastung könnte der Steg gemäß Anspruch 2.2 in den Boden gedrückt werden.

Für den Fall, daß das einzubauende Bauwerk den Meeresspiegel überragt, könnte die Arbeitsplattform mit U-förmigem Grundriß und Schwimmkörpern ausgeführt werden, und in der Lage sein, die gesamte Doppelwand anzuheben und über das Bauwerk hinweg zum nächsten Bauplatz auszuschwimmen. Schwimmkörper könnten sich auch außerhalb des Wellenschutzrings befinden. Der Anspruch 10 könnte auch so ausgestattet werden, daß der Ring aus zwei Hälften oder mehreren Segmenten besteht, die aufklappbar sind, um ein Ausschwimmen zu erleichtern.

Wenn bei langgestreckten Wellenschutzvorrichtungen für den Einbau von Leitungen gemäß Anspruch 10 nur eine seitliche Bewegung des äußeren "Halbrings" möglich ist, kann der Abschluß zwischen oberer (äußerer) und unterer (innerer) Abdeckung evt. an der Schmalseite mit gleitenden Gummischienen hergestellt werden, wenn der Innenraum unter ausreichendem Druck steht. Auf der Seite der Einführung der Leitung könnte die Schutzvorrichtung aufgeweitet sein.

Ausführungsbeispiel

Ein Beispiel der Erfindung wird in Zeichnung 1 mit einem Querschnitt durch eine im Grundriß kreisförmige Ausführung dargestellt.

Die beiden vertikalen, fetten Linien (1) bezeichnen die innere Wand der Schutzvorrichtung, die einen abgeschlossenen Wasserkörper (2) umschließt.

Die äußere Wandung ist hier in einer flexiblen Bauweise dargestellt, bei der drei Ringe (3) den Baustellenbereich umschließen. Die Ringe bestehen in der Zeichnung aus einem aussteifenden unteren Teil (4) und einem ausgeschäumten, zur Erzeugung von Auftrieb vorgesehenen oberen Teil (5). Zwischen ihnen ist eine membranartige Fläche (6) gespannt, die durch ein eingearbeitetes Stahlnetz zugfest verstärkt wird.

Die beiden Wandungen sind durch einen gemeinsamen Boden (7) verbunden, der auf dem Meeresboden aufliegt. In der Darstellung steht der Boden seitlich über, um die Standfestigkeit zu verbessern und Kolkbildung während der Baumaßnahme einzuschränken. Durch einen beim Ablassen der Struktur in den Boden eingerammten, umlaufenden Steg (8) wird die Entstehung einer Strömung zwischen äußerem Wasserkörper und innerer Wassersäule und eine daraus resultierende Unterspülung sowie ein seitliches Wegdrücken der Vorrichtung vermieden.

In der rechten Bildhälfte ist zusätzlich ein umlaufend gedachter Schlauch (13) gemäß Schutzanspruch 6 angeschnitten dargestellt, der einen Teil der Drucklasten der seitlich andrückenden Wassersäulen aufnehmen soll, und eine oberseitige Schutzabdeckung gegen Regen und Wellenschlag (14).

Ein Beispiel für Teilanspruch 10 wird in Abb. 2 dargestellt.

Hier soll ein Graben (20) für eine Leitung (21) aufgegraben und bis zum Einbau der Leitung vor Sedimenteintrag geschützt werden. Die innere Wand (22) ist als umgekehrtes U steif ausgebildet und wieder mit einem Steg (23) im Boden eingepreßt. Die äußere Wand ist seitlich im unteren Teil flexibel (24) und folgt den seitlich einwirkenden Wasserbewegungen.

Im Beispiel ist der obere Anteil (25) der seitlichen Wand steif ausgebildet, um die Kräfteweiterleitung positiv zu beeinflussen. Die obere Abdeckung (26) ruht hier mit Schienen oder Wälzrollen (27) auf dem unteren Teil, über die sich der statische Wasserdruck von beiden Seiten überträgt.

Claims

1. Vorrichtung zum Schutz von Wasserbaustellen vor Einwirkungen des Wellengangs dadurch gekennzeichnet, daß

1. 1.1 ein Baustellenbereich von zwei aufeinanderfolgenden Wandungen umschlossen wird, wobei
2. 1.2 die äußere Wandung mit dem Wellenkräften in Berührung kommt und dessen Auswirkungen vom Innenbereich fernhalten soll,
3. 1.3 die innere Wandung eine beruhigtes Wasservolumen umgibt,
4. 1.4 beide Wandungen über einen nachgiebigen Zwischenraum statisch entkoppelt werden, der überwiegend mit einem Medium mit größerer Zusammenpreßbarkeit oder größerer Viskosität als Wasser gefüllt ist, so daß eine Übertragung der Wellenkräfte beschränkt wird.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei

1. 2.1 die beiden Wandungen auf der Unterseite steif miteinander verbunden sind.
2. 2.2 außerdem mindestens ein Steg unterhalb dieser Verbindung an der Unterseite in den Boden eingedrückt wird.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, die gleichzeitig als Tragstruktur einer Arbeitsplattform dient, oder einen Teil einer solchen Tragstruktur bildet.

4. Vorrichtung gemäß einen der Ansprüche 1, 2 oder 3 wobei die äußere Wandung in der Vertikalen flexibel ausgestaltet wird, und sich mit dem Wellengang bewegt.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die äußere Wandung steife Elemente, die den Innenraum umfassen und flexible Flächen, die dazwischen aufgehängt sind, enthält.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei sich in dem Zwischenraum torusförmige, schlauchähnliche Gebilde befinden, die einen Gegendruck gegen den äußeren Wasserdruck ausüben.

7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die innere Wandung mit einer kreisförmigen Führungsschiene so verbunden ist, daß Drehbewegungen einer Arbeitsplattform oder Bohreinrichtung erzeugt werden können.

8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei in dem inneren Wasserkörper Schläuche bzw. Wasserkissen eingesetzt werden, so daß das verbleibende, mit dem Arbeitsbereich in Berührung stehende Wasservolumen begrenzt wird.

9. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der innerhalb des Wasservolumens Flächen oder Tröge angeordnet werden, um Wasser von Feststoffen bzw. Gas zu trennen.

10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, mit nur teilweise umlaufenden Wandungen.