DE69511077T2 - Verfahren und wasserfahrzeug zur bearbeitung eines unterwasserbodens - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung des Bodens eines Wasserkörpers mittels eines gerichteten Wasserstrahls, der über den Boden gemäß einem langgestreckten Weg bewegt wird, wobei Wasser unter Druck an Bord eines Wasserfahrzeugs gepumpt und dann über eine Druckleitung, die mit dem Wasserfahrzeug verbunden ist, einen geringen Abstand oberhalb und mit Richtung auf den Boden freigesetzt wird.
• Solch ein Verfahren ist aus der EP-A-548707 bekannt und wird zum Erhöhen der Wassertiefe eines Wasserkörpers durch das Schwächen des Bodenmaterials, das Beaufschlagen desselben mit einem Wasserstrahl und dem Entfernen angewandt. Zu diesem Zweck wird eine Strömungsleitung angewandt, welche Düsen besitzt, mittels derer ein Wassermantel bei einem Druck von etwa 0,6 MPa (6 bar) erzeugt werden kann, um das Bodenmaterial wegzuspülen. Dieser Mantelstrom erfolgt zusätzlich zu einem Hochdruckstrom, durch den mit dem das harte Bodenmaterial zerstört wird.
• Das somit gelöste und fortgespülte Bodenmaterial wird ebenfalls durch eine Absaugung entfernt.
• Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren vorzusehen, um einen Graben im Boden eines Wasserkörpers, der aus einem weichen Material wie Sand besteht, vorzusehen. Solch ein Bodenmaterial besitzt eine sehr geringe Kohäsion im Vergleich zu einem harten felsigen oder steinigen Boden. Diese Aufgabe wird dahingehend gelöst, daß Wasser bei einem Überdruck zwischen 1 kPa und 2 MPa mit einer Strömungsmenge von 0,25 bis 20,0 Kubikmeter pro Sekunde gepumpt wird.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Bodenmaterial nicht vom Boden entfernt, um die allgemeine Tiefe desselben zu erhöhen, sondern wird anstelle dessen nur zur Seite geblasen, um einen Graben zu erhalten.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann faktisch jegliche Geräteausstattung, insbesondere jene zum Erzeugen des Wasserstrahls an Bord des Wasserfahrzeugs selbst installiert werde. Dies bedeutet, daß jener Teil der Einrichtung, der unter Wasser verbleibt, relativ einfach bleiben kann, was mit einem Nutzen bezüglich der Zuverlässigkeit verbunden ist und auch zu geringeren Kosten führt.
• Das Wasser kann vorzugsweise mit einem Überdruck zwischen 1 kPa und 0,8 MPa gepumpt werden. In Abhängigkeit vom Abstand der Sprühdüse der Druckleitung zum zu behandelnden Boden können unterschiedliche Ergebnisse mit Hilfe solcher Drücke erhalten werden. In jedem Fall ist aber der Abstand der Düse zum Boden gleich bis maximal 10 mal dem Durchmesser der durch die Düse oder der Umhüllenden mehrerer durch die Düse definierter Strahlen definiert. Vorzugsweise ist der Abstand zum Boden gleich 6 mal dem Durchmesser des Wasserstrahls, der durch die Düse oder durch die Umhüllung mehrerer durch die Düse begrenzter Strahlen definiert ist.
• Im Fall, daß ein relativ großer Abstand der Düse zum Boden gewählt wird, tritt das Phänomen des Mitreißens von umgebendem Wasser durch den Wasserstrahl auf. Dabei wird ein Wasserstrom mit einer geringeren Geschwindigkeit erzeugt, aber die Strömungsmenge und die Querabmessung des Wasserstroms werden größer.
• Über einem Abstand von etwa 6 mal dem Durchmesser des durch die Düse definierten Wasserstrahles nimmt weder der Impuls noch die Energie des somit erzeugten Wasserstromes signifikant ab. Solch ein Wasserstrom ist sehr gut geeignet, um einen Graben in den Boden einzudüsen. Der Strom wird quer abgelenkt und führt zu einem Transport des Bodenmaterials und dem Absetzen dieses Materials an beiden Seiten des somit gebildeten schmalen Grabens.
• Somit ist es gemäß einer ersten Möglichkeit möglich, einen Graben im Boden eines Wasserkörpers unter Verwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung zu bilden, In diesem Fall muß der Druck und die Durchflußmenge des Wasserstrahles ausreichend hoch gewählt werden, daß das Bodenmaterial vollständig fluidisiert und weggesprüht wird.
• Im Falle, daß der Abstand in Richtung auf den Boden geringer ist, kann kein derartiger, breiter Wasserstrom auftreten. Folglich trifft der von der Düse abgegebene Wasserstrahl in konzentrierter Form auf den Boden auf und führt zu einem Eindringen von Wasser in den Boden. Damit wird der Zusammenhalt der Bodenmischung aufgebrochen und eine "Verdünnung" tritt auf. Bei diesem Verfahren wird Wasser in das Partikelgefüge eingespeist, wodurch das Bodenmaterial flüssigkeitsähnliche Eigenschaften erhält.
• Gemäß dieser Möglichkeit wird das Wasser in das Bodenmaterial so eingeführt, daß das Partikelgerüst desselben teilweise seine Kohäsion und/oder Festigkeit (Verdünnung) verliert. In diesem Fall tritt eine vollständige Fluidisierung nicht auf und das Bettmaterial behält eine gewisse Kohäsion und/oder Festigkeit. Diese Verfahrensvariante gemäß der Erfindung kann verwendet werden, wenn ein Kabel oder eine Pipeline in oder auf den Boden einzugraben ist. In diesem Fall werden der Druck und die Strömungsmenge des Wasserstrahls so ausgewählt, daß die Kohäsion und/oder Festigkeit des Partikelgefüges des Bodenmaterials auf solch eine Tiefe hinab verringert wird, daß die Pipeline oder das Kabel unter dem Einfluß ihres eigenen Gewichts in den Boden einsinkt.
• In Abhängigkeit von dem Bodenmaterial kann ein Kabel oder eine einzugrabende Pipeline auch eine gewisse Zeit nach dem Verdünnen des Bodenmaterials verlegt werden. Die Zwischenzeit zwischen der Behandlung des Bodenmaterials und dem Verlegen eines Kabels oder einer Pipeline hängt von der Konsolidierungszeit des Bodenmaterials ab. Im Falle einer anderen, ähnlichen Variante ist es möglich, den vergrabenen Artikel aus dem Boden mit dem Aufbringen geringer Kraft zu entfernen, indem das Bodenmaterial in der Nähe des Bodens z. B. eines Kabels, einer Pipeline, oder eines anderen eingegrabenen Artikels, auf ein geeignetes Maß verdünnt wird.
• Gute Ergebnisse können erzielt werden, wenn die Strömungsmenge des Strahls insbesondere 0,25 bis 5,0 Kubikmeter pro Sekunde ist.
• Die Erfindung betrifft auch ein Wasserfahrzeug zum Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens. Ein Wasserfahrzeug dieses Typs besitzt eine Druckleitung mit einer Sprühdüse wie auch eine Einrichtung, um die Druckleitung gegen die Reaktionskraft des von der Sprühdüse ausgetretenen Wasserstrahls, wobei die Düse einen Durchmesser von 0,1 bis 5,0 m besitzt, zu halten. Mit Hilfe einer Druckleitung dieses Typs ist es möglich, einen Wasserstrahl mit einem beträchtlichen Impuls so abzugeben, daß ein breiter und tiefer Graben in dem Bett durch das Sprühen gebildet werden kann.
• Um die Sprühdüse in der korrekten Position halten zu können, kann auch eine Ballasteinrichtung vorgesehen sein. Als eine Alternative ist es jedoch auch möglich, eine dynamische Positioniereinrichtung vorzusehen, um die Druckleitung in ihrer Position zu halten.
• Verschiedene Typen von Wasserfahrzeugen können als mit dem Verfahren zu verwendendes Wasserfahrzeug ausgewählt werden. Diese Wasserfahrzeuge können speziell entwickelte Fahrzeuge sein, vorteilhafterweise wird jedoch ein Saugschwimmbagger (hopper suction dredger) verwendet werden, umfassend einen Schacht zusätzlich zu zumindest einer Leitung, die zum Boden eines Wasserkörpers herabgelassen werden kann, eine Druckeinrichtung, die vorgesehen ist und mit dem Ende der Leitung verbunden ist, die am Wasserfahrzeug verbunden ist.
• Im Falle des Verfahrens gemäß der Erfindung wird der Saugschwimmbagger nicht verwendet, um einen Saugeffekt zu erzeugen, sondern um einen Sprüheffekt zu erzeugen.
• Wie bekannt ist, umfaßt ein Saugschwimmbagger dieses Typs eine Saugeinrichtung, um Bodenmaterial unter Ansaugung mittels der Leitung heraufzuziehen. Gemäß dieser Erfindung ist nun eine Schalteinrichtung vorgesehen, um die Druckeinrichtung oder Saugeinrichtung wie gewünscht mit der Leitung zu verbinden.
• Unter Verwendung eines Saugschwimmbaggers dieser Gestaltung ist es möglich, sowohl das Verfahren gemäß der Erfindung zu verwenden, und das normale Saugverfahren auszuführen.
• Die Düse kann einen Durchmesser vorzugsweise mit einer Größe von 0,2 bis 1,0 Metern besitzen.
• In Verbindung mit dem Eingraben einer Pipeline oder eines Kabels, das bereits verlegt worden ist, kann das Ende der Düse in einer Mehrzahl kleinerer Düsen enden, die von einer rechteckigen Form sind, und die individuelle Querschnittsfläche derselben ist von 0,005 bis 1,0 m² groß. Die kleinen Düsen können auch eine kreisförmige Form aufweisen, wobei in diesem Fall der Durchmesser der einzelnen Düsen von 0,1 bis 1,0 Meter groß ist. Unter Verwendung einer Düse dieses Typs kann der Wasserstrahl leicht, z. B. über den Umfang der Pipeline oder des Kabels, dosiert werden.
• Ein Beispiel eines Wasserfahrzeugs zum Ausführen der Erfindung gemäß der Erfindung wird detaillierter unten mit Bezugnahme auf die Figuren beschrieben werden.
• Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Wasserfahrzeugs dieses Typs.
• Fig. 2 zeigt eine Ansicht von vorne.
• Das Wasserfahrzeug, das insgesamt durch 1 bezeichnet ist, ist als ein Saugschwimmbagger aufgebaut, der mit einer Leitung 2 versehen ist. Eine Düse 3 ist am Ende der Leitung 2 angebracht; die Leitung 2 kann in einer bekannten Weise mit Hilfe von Trossen 4 und 4' ausgebracht werden, so daß sie gerade oberhalb des Bodens 5 eines Wasserkörpers ist.
• Eine Pumpeinrichtung zum Pumpen von Wasser über die Leitung 2 zur Düse 3 ist an Bord des Saugschwimmbaggers in einer nicht detaillierter dargestellten Weise installiert.
• Wenn das Schiff 1 fährt, wird ein Graben 6 im Boden durch den Austritt eines Wasserstrahls aus der Düse 3 herausgespült. Das Bodenmaterial, das weggesprüht wird, sammelt sich teilweise in dem Wall 7 entlang des Grabens 6, Mit diesem Verfahren kann der Boden des Grabens verdünnt werden. Die Fläche an Bodenmaterial, die verdünnt wird, wird durch Ziffer 8 in Fig. 2 angezeigt. Die Kohäsion und/oder Festigkeit wird teilweise beibehalten, wurde jedoch so gering, daß eine Pipeline oder ein Kabel, das bereits ausgelegt worden ist, in den Boden einsinken kann.
• Eine Ballasteinrichtung oder eine dynamische Positioniereinrichtung (die nicht dargestellt sind) können in der Umgebung der Düse 3 vorgesehen sein, um die Leitung 2 gegen die Reaktionskraft des Wasserstrahls 3 zu fixieren.

Claims (18)

1. Verfahren zum Bearbeiten des Bodens eines Wasserkörpers mit Hilfe eines gerichteten Wasserstrahls, der über den Boden gemäß eines langgestreckten Pfads bewegt wird, wobei Wasser unter Druck an Bord eines Wasserfahrzeuges gepumpt und dann mittels einer mit dem Schiff verbundenen Druckleitung einen geringen Abstand über dem Boden und auf diesen gerichtet freigesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser mit einem Überdruck zwischen 1 kPa und 2 MPa mit einer Durchflußmenge von 0,25 bis 20,0 Kubikmeter pro Sekunde gepumpt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Wasser mit einem Überdruck zwischen 1 kPa und 0,8 MPa gepumpt wird.

3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Wasser unter Überdruck aus einer Düse austritt, deren Abstand zum Boden gleich maximal 10-mal dem Durchmesser des Wasserstrahls ist, der durch die Düse oder die Umhüllung einiger durch die Düse definierter Wasserstrahlen definiert ist.

4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wasser unter einem Überdruck aus einer Düse austritt, deren Abstand zum Boden gleich maximal 6 mal dem Durchmesser des Wasserstrahls ist, der durch die Düse oder die Umhüllung mehrerer durch die Düse definierter Wasserstrahlen definiert ist.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Graben im Boden gebildet wird.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Wasser in das Bodenmaterial in einer derartigen Weise eingespeist wird, daß das Partikelgefüge desselben teilweise seine Kohäsion und/oder Festigkeit (Verdünnung) verliert.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6 zum Vergraben einer Pipeline oder eines Kabels, wobei der Druck und die Durchflußmenge des Wasserstrahls so ausgewählt werden, daß die Kohäsion und/oder Festigkeit des Partikelgefüges des Bodenmaterials auf eine solche Tiefe hinab verringert wird, daß die Pipeline oder das Kabel unter dem Einfluß ihres Eigengewichts in das Bett sinkt.

8. Verfahren gemäß Anspruch 6 zu Entfernen, z. B. einer Pipeline, eines Kabels oder eines anderen Gegenstands, wobei der Druck und die Durchflußmenge des Wasserstrahls so ausgewählt werden, daß die Kohäsion und/oder Festigkeit des Partikelgefüges des Bodenmaterials auf ein solches Maß verringert wird, daß die Gegenstände vom Bodenmaterial mit einer geringen Kraft entfernt werden können, die in der Größenordnung des Gewichts des Gegenstandes liegt.

9. Wasserfahrzeug zum Ausführen des Verfahrens gemäß Anspruch 1, wobei eine Druckleitung vorgesehen ist, die eine Sprühdüse besitzt, wie auch eine Einrichtung, um die Druckleitung gegen die Reaktionskraft des von der Sprühdüse austretenden Wasserstrahles zu halten, wobei die Düse einen Durchmesser von 0,1 bis 5,0 Metern besitzt.

10. Wasserfahrzeug gemäß Anspruch 9, wobei eine Ballasteinrichtung vorgesehen ist, um die Druckleitung zu lagefixieren.

11. Wasserfahrzeug gemäß Anspruch 10, wobei eine dynamische Positioniereinrichtung vorgesehen ist, um die Druckleitung lagezufixieren.

12. Wasserfahrzeug gemäß Anspruch 9, 10 oder 11, das als ein Saugschwimmkran aufgebaut ist, umfassend einen Schacht zusätzlich zu zumindest einer Leitung, die zum Boden eines Wasserkörpers herabgelassen werden kann, wobei eine Druckeinrichtung vorgesehen ist, die mit dem Ende der mit dem Wasserfahrzeug verbundenen Leitung verbunden ist.

13. Wasserfahrzeug gemäß Anspruch 12, umfassend eine Saugeinrichtung, um Bettmaterial unter Saugwirkung mit Hilfe der Leitung aufzusaugen, wobei eine Umschalteinrichtung vorgesehen ist, um die Druckeinrichtung oder die Saugeinrichtung wie gewünscht mit der Leitung zu verbinden.

14. Wasserfahrzeug gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Düse einen Durchmesser von 0,2 bis 0,3 Meter besitzt.

15. Wasserfahrzeug gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei das Ende der Düse in einer Mehrzahl von kleineren röhrenförmigen Düsen endet, deren Durchmesser von 0,1 bis 1,0 Meter groß ist.

16. Wasserfahrzeug gemäß einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei die Düse eine rechteckige Form mit einer inneren Querschnittsfläche von 0,005 bis 20 m² besitzt.

17. Wasserfahrzeug gemäß Anspruch 16, wobei das Ende der Düse in einer Mehrzahl von kleineren Einzeldüsen endet, die eine rechteckige Form besitzen, deren Querschnittsfläche von 0,005 bis 1,0 m² ist.

18. Wasserfahrzeug gemäß einem der Ansprüche 9 bis 17, wobei das Ende der Düse oder der einzelnen Düsen biegsam ist/sind oder sich flexibel bewegen kann/können.