-
Verfahren und Einrichtung zum Verlegen einer Rohrleitung im Abstand
vom Grund unterhalb des Wasserspiegels Die Erfindung betrifft ein Verfahren und
eine Einrichtung zum Verlegen einer nur wenig biegsamen Rohrleitung, die leichter
als Wasser ist, im Abstand vom Grund unterhalb des Wasserspiegels, bei denen die
Rohrleitung mit Hilfe von Verankerungskörpern und Kabeln abgesenkt und in vorbestimmter
Tiefe am Grund verankert wird. Hierbei handelt es sich um Rohrleitungen aus Stahl,
Leichtmetall oder einem anderen Material, die durch ein Meeresbecken, einen See,
Fluß oder Kanal oder ein anderes Gewässer geführt sind.
-
Verfahren zum Verlegen von Rohrleitungen unter Wasser sind bekannt.
Beim Verlegen einer Rohrleitung, die schwerer als Wasser ist, auf dem Grund ist
es bekannt, von einer schwimmenden Insel aus eine geneigte, bis zum Meeresgrund
ragende Gleitbahn vorzusehen, die an schwimmenden Winden aufgehängt ist und mehrere
unter sich starr verbundene Führungsrahmen aufweist, durch welche die Rohrleitung
auf Rollen hindurchgleiten kann. Es ist aber auch bekannt, eine solche Leitung über
den Boden zu ziehen, insbesopdere in frequentierten Schiffahrtsstraßen, und hierbei
das Leitungsgewicht durch Tragbojen teilweise aufzuheben. Die Bojen sind unmittelbar
an der Rohrleitung befestigt, wobei die Befestigung von der Wasseroberfläche durch
Betätigen einer Abschervorrichtung lösbar ist.
-
Es ist aber auch bekannt, Rohrleitungen unter der Wasseroberfläche,
jedoch im Abstand vom Grund zu verlegen. Es handelt sich hierbei um Leitungen, die
von sich aus leichter als Wasser sind und durch Verankerungskörper und Kabel in
vorbestimmter Tiefe am Grund verankert werden. Zu diesem Zweck werden die Ankerseile
auf der Rohrleitung befestigt und die Anker abgelassen, wobei sie die Leitung in
die gewünschte Tiefe ziehen. Bei einer langen Rohrleitung kann die ganze Leitung
nicht in einem Stück herabgelassen werden. Es bildet sich vielmehr notwendigerweise
an der Absenkstelle ein S-förmiger Verlauf der Rohrleitung. Dieser Verlauf bedingt
erhebliche Beanspruchungen der wenig biegsamen Rohrleitung. Es ist daher schon bekannt,
in die Rohrleitung selbst in Abständen biegsame Abschnitte einzuschalten, welche
die Biegebeanspruchungen leichter aufnehmen können. Abgesehen von den Schwierigkeiten
bei der Herstellung solcher Rohrleitungen müssen bei der bekannten Verlegungsart
die Längen der Ankerseile genau vorausbestimmt werden, da eine nachträgliche Korrektur
während des Verlegens nicht mehr möglich ist. Die Vorausberechnung ist bei unebenen
oder zerklüfteten Böden außerordentlich schwierig. Aus dem gleichen Grund kann auch
der Verlauf des jeweiligen S-förmigen Absenkbereichs nicht genau gesteuert werden.
Es besteht in beiden Fällen die Gefahr unzulässiger Beanspruchungen der Rohrleitungen.
Eine weitere Beanspruchung tritt dadurch auf, daß die Leitung einschließlich der
Anker an einem Schiff oder einer Boje od. d=l. befestigt sind, die den Einwirkungen
von Wind und Strömung an der Wasseroberfläche ausgesetzt sind.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs bezeichneten
Art zu schaffen, mit dem das Verlegen einer Unterwasserleitung mit genau steuerbarer
Spannung der Verankerungsseile und damit der auf den S-förmigen Abs°nkabschnitt
einwirkenden Beanspruchungen ermöglicht wird.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst die
Verankerungskörper mit Hilfe der Kabel auf den Grund abgesenkt werden, daß dann
unter Ausnutzung der Verankerungskörper als Umlenkstelle für das mit einem Ende
an der Leitung befestigte und mit dem anderen Ende über eine an der Leitung befindliche
Führung zu einer Winde auf dem Boot an der Wasseroberfläche zurücklaufende Kabel
die Leitung entgegen ihrem Auftrieb unter Wasser gezogen wird, worauf nach Erreichen
der gewünschten Verlegetiefe der zurücklaufende Kabel-
Strang mit
Hilfe einer bei dessen Entspannung selbsttätig wirksamen Verriegelungseinrichtung
an der Führung festgelegt wird. Bei dem neuen Verfahren wird also zunächst der Verankerungskörper
auf den Grund abgesenkt. Das bedeutet, daß die Rohrleitung schon während des Absenkens
nicht an einem Schwimmkörper an der Wasseroberfläche, sondern an dem Verankerungskörper
am Grund gehalten ist. Gleichzeitig braucht die Länge des Verankerungsseils nicht
genau vorherbestimmt zu werden, da der Körper bereits auf dem Grund aufsitzt, ehe
die Rohrleitung mit seiner Hilfe abgesenkt wird, und zwar unter laufender Verkürzung
der Seillänge zwischen Verankerungskörper und Befestigungsstelle an der Rohrleitung.
Hierdurch ergibt sich eine wesentlich genauere Kontrolle der Ankerseilspannungen
in dem jeweiligen S-förmigen : Absenkbereich. Die Befestigungsstelle ist daher durch
das Seil jeweils am Grund durch den Verankerungskörper und an der Wasseroberfläche
durch eine Winde im Boot od. dgl. gehalten. Dadurch ergibt sich während des Absenkens
auch eine zuverlässige Sicherung der Rohrleitung gegen Querströmungen im Wasser.
-
Das neue Verfahren bietet weiterhin die Möglichkeit, dann, wenn die
Arbeiten wegen Unwetters oder aus anderen Gründen unterbrochen werden müssen, die
Rohrleitungen vorübergehend an den abgesenkten Verankerungskörpern festzulegen und
von an der Wasseroberfläche befindlichen Haltepunkten frei zu machen. Auch bietet
es keine großen Schwierigkeiten, die Leitung nachträglich in eine andere Höhenlage
zu bringen oder z. B. zwecks Reparatur wieder aufzunehmen.
-
Für die Verlegearbeiten ist es vorteilhaft, wenn sich die Rohrleitung
zwischen den Befestigungsstellen nicht zu sehr aufwölbt und diese Stellen nicht
an den tiefsten Stellen der Rohrleitung liegen. Zu diesem Zweck ist vorgesehen,
daß vor dem Herabziehen des Rohrstranges an diesem als solche bekannte Ballastkörper
zwischen den Befestigungsstellen angebracht werden. Dadurch wird erreicht, daß die
Befestigungsstellen an einer - vorzugsweise in Richtung auf den schon verlegten
Rohrabschnitt - nach unten geneigten Strangstelle liegen, wobei diese oder einzelne
der Ballastkörper während und/oder nach dem Absenken der Rohrleitung von dieser
wieder gelöst werden. Zum Ausführen des neuen Verfahrens geht die Erfindung von
einer Einrichtung aus, bestehend aus einem oder zwei ineinandergeschobenen Rohren,
welche die Leitung bilden, aus auf den Grund absenkbaren Verankerungskörpern, die
über Kabel od. dgl. an der Rohrleitung in Abständen befestigbar sind, und mit Kabelwinden
ausgerüsteten Booten zum Absenken der Rohrleitung und der Verankerungskörper. Erfindungsgemäß
ist diese Einrichtung in der Weise weitergebildet, daß die Verankerungskörper eine
Umlenkführung für das Kabel aufweisen, dessen eines Ende wahlweise an einem Festpunkt
des Bootes oder an der Rohrleitung befestigbar ist und dessen anderes auf einer
Winde des Bootes aufgewickelt ist und durch eine im Bereich der Befestigungsstelle
des Kabels an der Rohrleitung festgelegten Führungs- und Verriegelungseinrichtung
läuft, die von dem Boot aus betätigbar ist.
-
Beim Verlegen soll die Rohrleitung entweder von sich aus oder auf
Grund entsprechender Maßnahmen, z. B. Ausbilden als Doppelrohr, ein Gewicht P, an
Wasser verdrängen, das etwas größer als das Eigengewicht P2 der Leitung in Luft
ist. Die Resultierende beträgt je laufenden Meter Po = P1 - P2 und entspricht einer
aufwärts gerichteten Kraft von einem bis einigen Kilogramm.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend an Hand schematischer
Zeichnungen näher erläutert: F i g. 1 zeigt eine in das Wasser niedergelassene Rohrleitung;
F i g. 2 zeigt eine niedergesenkte und mit Belastungskörpern versehene Rohrleitung;
F i g. 3 zeigt den Bereich einer Befestigungsstelle in vergrößertem Maßstab; F i
g. 4 stellt einen Teil der Rohrleitung beim Ins-Wasser-Lassen dar; F i g. 5 ist
ein Querschnitt durch eine Einrichtung zum Absenken; F i g. 6 zeigt eine Verriegelungsvorrichtung
in der Offenstellung; F i g. 7 ist eine Teilansicht zu F i g. 6 mit einem zusätzlichen
Beschwerungselement; F i g. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines lösbaren Ballastkörpers.
-
In allen Figuren ist die Rohrleitung mit 1 bezeichnet, die
Oberfläche des Wassers mit 2, der Grund mit 3, die Befestigungsstellen der Rohrleitung
über den Verankerungsblöcken Bi, B2 . . . BR mit a1, a2 ...
an, die Abstände zwischen den Befestigungsstellen und der Wasseroberfläche
mit h" (zu Punkt an)
und der veränderliche Abstand zwischen je zwei einander
folgenden Befestigungsstellen mit L.
-
In der F i g. 1 ist eine Seilscheibe 4 dargestellt, über die das Kabel
geführt und umgelenkt ist, von dem der eine Strang 5' zu der Befestigungsstelle
am Rohr, der andere Strang 5 zu einer schematisch dargestellten Führungs- und Verriegelungseinrichtung
6 geführt ist. Die Befestigungsstellen befinden sich in F i g. 1 an den tiefsten
Stellen der nach oben Bögen bildenden Rohrleitung. In der F i g. 2 ist zu erkennen,
daß zwischen den Befestigungsstellen, in Abständen von ungefähr L/4 von diesen,
in der Zeichnung beispielsweise links von einer solchen Befestigungsstelle, an die
Rohrleitung Ballastkörper q1, q2... angehängt sind, die dazu dienen, die Anbringungsstellen
dieser Körper an dem Rohr tiefer zu halten als die Befestigungsstellen der Ankerseile
und die Halterung der Rohrleitung gegenüber der F i g. 1 in dem Sinne abzuwandeln,
daß zwei Halbwellen mehr in Erscheinung treten und die Winkel der Bögen und damit
auch die höchsten Biegemomente niedriger sind. Der kleinste Bogenradius r ist hier
erkennbar, während in der F i g. 1 ein solcher Radius bei a1 und a2 nicht eingezeichnet
werden konnte, weil er zu klein sein würde.
-
Die Ballastkörper haben aber auch noch eine andere Wirkung: Die tiefste
Stelle des Bogens hat sich verschoben und ist nicht mehr, wie in der F i g. 1, an
der Befestigungsstelle, die sich nunmehr in einem geneigten Bereich befindet. An
den Befestigungsstellen ist die Rohrleitung um einen Winkel a gegenüber der Horizontalen
geneigt. Hierdurch kann das Verlegen wesentlich erleichtert werden, wie aus der
F i g. 4 hervorgeht.
-
Die Ballastkörper können in bekannter Weise als Halbzylinder aus Beton
ausgebildet sein, wie sie in der F i g. 3 dargestellt sind. Sie werden miteinander
verschraubt oder auf andere Weise befestigt.
In der F i g. 3 sind
Einzelteile der Befestigung der Verankerungsseile erkennbar, die z. B. aus einer
Schlinge des Kabelendes 5' gebildet wird, sowie Einzelheiten der Umlenkstelle 4
und des Ankerblockes B. Der Ankerblock B ist mit kleinen Füßen versehen,
die sich leicht in einem schlammigen Grund verankern. Die Verriegelungseinrichtung
6 ist schematisch als eine Hülse dargestellt, die mit einer Halterung 8 zusammenwirkt,
durch deren Bohrungen, die dem Durchmesser des Kabels angepaßt sind, die Befestigungsschlinge
und das Kabelende 5 hindurchgeführt ist.
-
Sobald die Hülse das Kabelende festhält oder einklemmt, legt sich
die Hülse gegen die Halterung an und verhindert jede Bewegung der Rohrleitung nach
oben.
-
Die F i g. 4 zeigt ein Leitungsteil bei der Verlegung zwischen den
angegebenen Punkten h und n+4. Links von dem Punkt n ist die Rohrleitung in ihre
Einsatzlage gebracht, während sie rechts von dem Punkt n+4 noch schwimmt. Der Verbindungsstrang
zwischen der verlegten Rohrleitung und der schwimmenden Rohrleitung wird durch die
Kabel von den Winden der Boote T gehalten. Die Absenktiefe h", h"+1
... usw. wird allmählich geringer, und es ist zu erkennen, wie die Neigung
mit dem progressiven Ansteigen des Stranges sich vermindert.
-
Der Verlauf des Rohrstranges kann vollkommen beherrscht werden, indem
der Strang gezwungen wird, durch die Punkte a", a"+1 ... usw. zu verlaufen,
deren aufeinanderfolgende Abweichungen von einer bestimmten Tiefe auf einem zur
Vermeidung der Gefahr eines Bruches mechanisch zulässigen Wert gehalten werden.
Wenn z. B. der Punkt an +i in die Tiefe h" gesenkt wird, so muß gleichzeitig
der Punkt a,2 bis in die Tiefe hn+i niedergelassen werden usw. Auf der rechten Seite
der Figur wird der gleiche Verbindungsstrang in einem Zwischenraum L in seine Einsatzlage
verlegt.
-
Die fortlaufende Verlegung des Verbindungsstranges erfolgt auf diese
Weise, ohne daß unzulässige Beanspruchungen eintreten können.
-
Sobald eine Befestigungsstelle in ihre endgültige Einsatztiefe gelangt
ist, legen die Arbeiter des betreffenden Bootes die Verriegelung in dieser Tiefe
fest - wie nachfolgend beschrieben - und trennen bzw. schneiden das Kabel ab. Dann
ist das Boot freigegeben und fährt zu einer neuen Stelle T" * 5, wo
die Arbeiter
des Bootes einen Ankerblock niederlassen, die Rohrleitung anschließen und die gleichen
Arbeiten wiederholen.
-
Die F i g. 5 zeigt Einzelheiten einer in das Wasser niedergelassenen
Befestigungseinrichtung. Alle Einzelteile dieser Einrichtung sind bereits beschrieben,
außer der Verriegelungseinrichtung, deren Körper 6 mittels einer Haltevorrichtung
9 auf der Rohrleitung montiert ist. Im einzelnen ist diese Verriegelungseinrichtung
in der F i g. 6 in einem zur Rohrleitung parallelen Schnitt gezeigt. In diesem Schnitt
ist ein Hebel 11 zu erkennen, an dessen oberem Ende eine schwere Masse 12 angebracht
ist, deren Gewicht Q in dem Wasser nach unten wirkt. An dem unteren Ende des Hebels
kann ein Hohlkörper 13 vorgesehen sein, dessen Auftriebskraft P nach oben wirkt.
Ein Zapfen 10 kann sich in einer Bohrung des Körpers 6 drehen. Mit diesem
Zapfen ist der Hebel il und ein Nocken 14 fest verbunden. Der Hebel trägt eine Hülse
15, durch die das Kabel 5 hindurchgeführt ist; ungeachtet des Drehmomentes um den
Zapfen 10 kann sich das System nicht schwenken, da die Spannung des Kabels 5 einer
Verlagerung der Hülse 15
entgegenwirkt. Wenn aber durch die Winde des Bootes
das Kabel nachgelassen wird und die locker geschwungene Lage 16 einnimmt, so schwenkt
sich das System unter der Wirkung des Drehmoments, und der Nocken klemmt das Kabel
gegen den Körper 6 und blockiert damit die Rohrleitung in ihrer Lage.
-
Um die Verriegelungseinrichtung zu lösen, genügt es, das Kabel von
dem Boot aus wieder anzuziehen, so daß es gespannt ist. Dadurch wird die locker
geschwungene Lage beseitigt, und das System, einschließlich des Nockens, muß seine
Ausgangsstellung wieder einnehmen. Die Rohrleitung wird auf diese Weise aus ihrer
festen Lage gelöst.
-
Die Fernsteuerung des Blockierens und Entriegelns von der Oberfläche
des Gewässers aus erfolgt in einfacher Weise mittels eines Seiles oder sonstigen
Zugmittels.
-
Um die Ausübung eines Drehmoments auf die Rohrleitung zu vermeiden,
ist es zweckmäßig, die am Hebel 11 angreifende Masse abwechselnd auf der einen und
auf der anderen Seite der Rohrleitung an den aufeinanderfolgenden Befestigungsstellen
anzuordnen.
-
Die Anlageflächen des Nockens 14 und des Körpers 6, die das Kabel
verkeilen, können ein gerilltes Profil haben oder andere Unebenheiten aufweisen.
Die Anlageflächen können so ausgebildet sein, daß die Reibung des Kabels möglichst
hoch ist, z. B. so, daß die Wirksamkeit der Klemmen dadurch wächst, daß das Kabel
sich einer Linie entlang verformen muß, die einen oder mehrere schwache Krümmungsbögen
aufweist.
-
Ein anderer Weg, die Wirksamkeit des Verkeilens zu erhöhen, besteht
darin, das Kabel in kurzen Abständen von z. B. 1 m mit Vorsprüngen zu versehen,
wie eine Schnur mit Knoten.
-
Diese Vorsprünge verbessern die Wirkung des Einklemmens. Sie können
die verschiedenste Form haben, z. B. mittels Klemmen hergestellt sein, die das Kabel
quetschen, oder von aufgeschweißten Hülsen od. dgl. gebildet sein.
-
Die Kabel können aus beliebigem Material bestehen und beliebigen Querschnitt
haben. Sie können aus Metalldrahtseilen oder aus synthetischen Fasern sein. Es ist
auch leicht, in die Struktur einen dünnen Schußfaden einzuführen, der periodisch
den Querschnitt in einer kurzen Länge, z. B. 1 cm, dünner werden läßt.
-
Das Drehmoment auf den Hebel kann am einfachsten durch Schwerkraft
erzeugt werden. Die Verriegelungswirkung tritt auf Grund der folgenden Verhältnisse
zuverlässig auf: Die über Hunderte von Metern sich erstreckende Masse des Rohrleitungsstranges,
welche an den Befestigungsstellen abgestützt wird, ist infolge der resultierenden
Kraft (Kraft aus dem Eigengewicht) sehr träge, so daß ihre Beschleunigung durch
die aufwärts wirkende Auftriebskraft äußerst gering ist. Im Gegensatz hierzu ist
die Beschleunigung der Bewegung des Belastungsgewichts am Hebel 11, wenn die Massen
aus Stahl sind, im Bereich von 90% der Beschleunigung g. Infolgedessen ist die Bewegung
der Verriegeiungseinrichtung wesentlich schneller als die Abwärtsbewegung des Kabelendes
5.
Die F i g. 5 zeigt ferner einen Überblick über die Befestigungsstelle
einschließlich Ankerblock und Boot. Die Art der Festlegung läßt das Widerstandsvermögen
gegenüber Querströmungen erkennen.
-
Die F i g. 7 zeigt eine abgewandelte Ausführung, bei der ein Ring
17, dessen Gewicht auf der oberen Rundfläche der Hülse 15 ruht, das Schwenken des
Hebels 11 auslöst. Der Ring 17 kann sich dort dauernd befinden, denn
er ist wirkungslos, solange das Kabel gespannt ist. Es ist aber auch möglich, von
dem Boot aus den Ring dem Kabel entlang niedergleiten zu lassen, bevor der Hebel
11 geschwenkt werden soll, d. h. kurz vor dem Lockern des Kabels.
-
Es ist zweckmäßig, daß die resultierende Kraft P, sich beim Füllen
der Leitung nicht wesentlich ändert, da sonst die Bogenradien der elastischen Linie
vor und nach dem Einsatz nicht die gleichen bleiben würden. Wenn das Gewicht des
durchströmenden Mittels je Meter nur einen Bruchteil eines Kilogramms beträgt, so
ist kein Ausgleich erforderlich. Ein Ausgleich wird aber empfehlenswert, wenn das
Gewicht der Flüssigkeit je Meter größer ist. Dann werden an der Rohrleitung Ballastkörper
angebracht, deren Gewicht das Gewicht des zu fördernden Mittels ausgleicht. Diese
Ballastkörper können einmal oder mehrmals oder auch fortlaufend entfernt werden,
während die Rohrleitung gefüllt wird. Die lösbaren Ballastkörper können fließfähiges
Material enthalten oder starr sein.
-
Die F i g. 8 zeigt als Beispiel einen der automatisch abwerfbaren
starren Ballastkörper, die der Leitung entlang verteilt sein können.
-
In dieser Figur ist der Ballastkörper - beispielsweise aus Beton -
an der Rohrleitung 1 mittels eines Hakens 20 und zweier Verbindungsteile
22 und 23 aufgehängt. Die Verbindungsteile können als Kabel oder als Stangen ausgebildet
sein. Der Haben 20 ist durch einen Riegel 24 geschlossen, der durch einen Splint
25 festgelegt ist.
-
Ein Seil 26, das bis zum Boot reicht, ist an den Riegel
24 angeschlossen. Der Splint 25 kann durch Scherwirkung von wesentlich geringerer
Kraft als das Gewicht des Zusatzkörpers im Wasser zerschnitten werden. Hierzu ziehen
die Arbeiter des Bootes das Seil an, wodurch der Splint abgeschert und der Riegel
herausgezogen wird. Der Haken ist dann offen, so daß der Ballastkörper auf den Grund
fällt.
-
In dem Maße, wie die Rohrleitung gefüllt ist, werden die Ballastkörper
entfernt. So können beispielsweise zunächst die Ballastkörper 1, 10, 20 ...
usw.,
dann die Ballastkörper 2, 11, 21 ... usw., dann die Ballastkörper
3, 12, 22 ... usw., abgenommen werden usf. Hierzu sind die der Rohrleitung
entlang verteilten Ballastkörper fortlaufend numeriert. Die Ballastkörper können
aber auch in Gruppen von beispielsweise jeweils fünf Ballastkörpern an einzelnen
Stellen der Rohrleitung angebracht werden. In diesem Fall wird zunächst von jeder
Gruppe ein Ballastkörper weggenommen, dann ein zweiter usf., bis alle Zusatzkörper
entfernt sind.
-
Die Ballastkörper können auch zu einem Teil oder alle, durch beliebige
andere Ballaste, z. B. Sandsäcke, ersetzt werden. In diesem Fall werden Gruppen
i von Ballastkörpern an den verschiedenen Ballaststellen vorgesehen. Sobald die
Ballastkörper nach dem Füllen bzw. während des Füllens der Rohr-Leitung wegfallen
sollen, spielt die Neigung der Rohrleitung an den Befestigungsstellen keine Rolle
mehr.