NL1021740C2 - Zuiglans en werkwijze voor het verwijderen van grond. - Google Patents

Description

4

Zuiglans en werkwijze voor het verwijderen van grond.

De uitvinding heeft betrekking op een zuiglans en een werkwijze voor het verwijderen van grond, in het bijzonder voor het winnen van zand en/of het verlagen van bodem, boven of onder water, omvattende een binnenbuis 5 opgenomen in een buitenbuis en, aan of nabij zowel het bovenste als aan het onderste uiteinde van de lans, instroom- en uitstroomopeningen voor een vloeistof, zoals water of een suspensie van water en zand, waarbij ten minste een gedeelte van de binnenbuis ten opzichte van de 10 buitenbuis in axiale richting beweegbaar is.

Een dergelijke zuiglans en werkwijze zijn bekend uit, bijvoorbeeld, "Development in hydraulic deep dredging" door prof. ir. J. de Koning, Delft University of Technology, Mexico city, april 1981. In deze publicatie wordt een kort 15 overzicht gegeven van de ontwikkeling van het verwijderen van grond door middel van een zuiglans en wordt voorts een lans beschreven die is voorzien van een hydraulische cilinder waarmee het onderste gedeelte van de binnenbuis met een slag van 6 meter op en neer bewogen kan worden. Met deze 20 binnenbuis en met hoge druk waterstralen om de instroomopening van de lans wordt de lans "ingegraven" in een laag zand die zich onder een laag slib bevindt. Tijdens dit proces wordt zand losgemaakt van de wand van de put en opgezogen (figuur 14). Bovendien dragen de waterstralen bij 25 aan de productie en het verder vergroten van de put en de bodem (figuur 15). Het aldus gefluïdiseerde zand draagt de bovenliggende grondlagen. Voorts zinken de zware zanddeeltjes naar de bodem en stijgen de slibdeeltjes, zodat de kwaliteit en de bruikbaarheid van het gewonnen materiaal 30 worden verbeterd.

Een vergelijkbare zuiglans wordt getoond en beschreven in een brochure getiteld "Deepdredging marks the start of a new era" van Ballast Nedam.

H In de praktijk is een dergelijke werkwijze H onvoldoende stabiel gebleken. De verschillende lagen storten op moeilijk controleerbare momenten in, bovenliggende H grondlagen worden verstoord en het te winnen materiaal wordt H 5 te zeer vermengd met ongewenst materiaal.

Met de uitvinding wordt beoogd de in de eerste paragraaf beschreven lans te verbeteren.

Hiertoe heeft deze lans het kenmerk dat ten minste H de instroomopening aan of nabij het onderste uiteinde van de 10 zuiglans afsluitbaar is. Het verdient de voorkeur dat bovendien de uitstroomopening geheel of gedeeltelijk afsluitbaar is.

Met de zuiglans volgens de uitvinding kan, zoals hieronder zal worden toegelicht, de gevormde put langer 15 stabiel blijven en kan het moment waarop met het verwijderen van grond wordt begonnen doorgaans vrij gekozen worden.

Daarnaast kan de lans tijdens bedrijf, op momenten dat de I holte waaruit grond wordt verwijderd gedeeltelijk instort en de instroomopening(en) geblokkeerd (dreigen te) raken, 20 tijdelijk geheel of gedeeltelijk afgesloten worden.

I Het verdient de voorkeur dat de onderste uiteinden van de binnen- en buitenbuis zo zijn vormgegeven dat de instroom- en uitstroomopeningen aan het onderste uiteinde afsluitbaar zijn door de binnen- en buitenbuis ten opzichte I 25 van elkaar in axiale richting te bewegen. Aldus kan de lans I geopend worden zonder dat daarbij grond verdrongen moet worden en is de kans op een blokkade bij het afsluiten, bijvoorbeeld door een steen, geringer.

I Voorts verdient het de voorkeur dat, na het I 30 afsluiten van de instroomopening, het binnenste van de binnenbuis communiceert met de ruimte tussen de binnenbuis I en de buitenbuis. Op deze wijze kan ook in de gesloten I toestand van de lans een circulatie op gang gehouden worden, I zodat transport van zand dat nog in de lans aanwezig is door 35 zal gaan en, bijvoorbeeld na het instorten en weer settelen —>» ^ 3 van de grond, de productie na het opnieuw openen van de instroomopening weer snel zal op gang komen.

Indien de binnenbuis roteerbaar in de buitenbuis is bevestigd, kunnen de uitstroomopening(en) zodanig worden 5 uitgevoerd dat deze met de binnenbuis kunnen roteren en/of kan de binnenbuis aan het onderste uiteinde voorzien zijn van een boorkop.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een werkwijze voor het verwijderen van grond, in het bijzonder 10 voor het winnen van zand en/of het verlagen van bodem, waarbij de bodem gelaagd is, omvattende een eerste laag en een daar onder gelegen tweede laag met de te verwijderen grond, waarbij een zuiglans zoals beschreven in het voorgaande door de eerste laag en tot een zekere diepte, bij 15 voorkeur ten minste drie meter of ten minste zes meter, in de tweede laag wordt gebracht en waarbij vervolgens grond wordt verwijderd en in hoofdzaak van beneden naar boven een holte wordt gevormd. Hierdoor zal de eerste laag gedurende een langere periode gedragen worden door de tweede laag, in 20 plaats van door een suspensie van grond en water zoals gebruikelijk is. Het verwijderen van de grond verloopt dan stabieler. Daarnaast kan selectief worden gewonnen, bijvoorbeeld uit een laag grof zand die zich tussen twee lagen fijn zand bevindt. Indien grond wordt verwijderd uit 25 een laag op een diepte van meer dan tien meter, kan de omhoog stromende suspensie worden ondersteund door hieraan samengeperste lucht toe te voegen.

Het verdient de voorkeur dat de lans in gesloten toestand roterend door de eerste laag wordt geboord en, na 30 het bereiken van de tweede laag of de gewenste diepte, wordt geopend.

De uitvinding wordt thans toegelicht aan de hand van de figuren, waarin een voorkeursuitvoering is weergegeven.

1 021740 H Figuren 1-3 tonen respectievelijk een zij-, boven- I en vooraanzicht van een stelling omvattende een zuiglans I volgens de uitvinding.

Figuur 4 toont een onder- en zijaanzicht van een I 5 boorkop, die het onderste uiteinde vormt van de zuiglans.

I Figuur 5 toont een dwarsdoorsnede door de zuiglans I nabij het onderste uiteinde van de zuiglans.

I Figuur 6 toont een langsdoorsnede door het onderste I uiteinde van de zuiglans.

I 10 Figuren 7 en 8 toont een opengewerkt perspectivisch I aanzicht van het onderste uiteinde van de zuiglans.

I Figuur 9 toont hoe zand wordt gewonnen met de I zuiglans volgens de uitvinding.

Figuren 1-3 tonen respectievelijk een zij-, boven- I 15 en vooraanzicht van een stelling 1 voor het winnen van zand uit een gelaagde bodem. De stelling 1 omvat twee parallelle I geleidingsrails 2, die worden ondersteund door een frame 3 en waarin een zuiglans 4 volgens de uitvinding is gemonteerd. In dit voorbeeld is de stelling 1 direct op de I 20 bodem geplaatst, maar het is ook mogelijk de stelling bijvoorbeeld aan een verrijdbare kraan of baggerschip te bevestigen. De zuiglans 4 omvat een buitenbuis 5 waarin een I binnenbuis 6 beweegbaar en roteerbaar is bevestigd. Het bovenste uiteinde van de buitenbuis 5 is voorzien van twee 25 schouders 7 waarvan de uiteinden 8 elk in een rail 2 vallen.

Het bovenste uiteinde van de binnenbuis 6 is voorzien van een huis 9, waarin een aandrijving, zoals een op zichzelf I bekende hydromotor, voor het roterend aandrijven van de I binnenbuis 6 is ondergebracht en dat is voorzien van twee 30 geleidenokken 10. Ook deze nokken 10 vallen elk in een rail I 2, zodat de binnen- en buitenbuis 6, 5 elk afzonderlijk, en I daarmee de zuiglans 4 als geheel, in de stelling 1 op en neer bewogen kunnen worden, met respectievelijk een kabel 11 (verbonden met een takel; niet getoond) en twee hydraulische 35 cilinders 12, elk bevestigd aan één van de schouders 7 en 5 aan het huis 9. De buitenbuis 5 en de binnenbuis 6 zijn op op zichzelf bekende wijze voorzien van respectievelijk een instroomopening 13 voor de aanvoer van zogenoemd suppletiewater, en eventueel ook jetwater, met een pomp en 5 een uitstroomopening 14 voor een mengsel van water en, bijvoorbeeld, gewonnen zand.

Figuur 3 toont bovendien hoe een frusto-conische plug of kraag 17 om de buitenbuis 5 is bevestigd. Deze kraag 17 kan, zoals hieronder nader zal worden toegelicht, vrij in 10 axiale richting langs de buitenbuis 5 bewegen.

Het uiterste uiteinde van de binnenbuis 6 en de zuiglans 4 wordt gevormd door een boorkop 18, weergegeven in figuur 4. Deze boorkop 18 omvat een kegel, die is voorzien van een aantal messen 19, in dit voorbeeld zestien, die 15 langs een schroeflijn aan de boorkop 18 zijn gelast. Direct boven elk van de messen 19, gezien in de snij richting, en nabij het einde daarvan bevindt zich een opening 20 met een relatief geringe diameter. De openingen 20 communiceren, via het inwendige van de boorkop 18, met de ruimte 21 (figuur 6) 20 tussen de binnen- en de buitenbuis 6, 5, zodat water dat in deze ruimte 21 wordt geperst met hoge snelheid uit de openingen 20 zal stromen en zal bijdragen aan het los woelen van grond. De boorkop volgens de uitvinding maakt boren door bodemlagen mogelijk zonder dat het in alle gevallen 25 noodzakelijk is gebruik te maken van jetwater.

Figuren 5 en 6 tonen respectievelijk een dwarsdoorsnede en een langsdoorsnede door het onderste uiteinde van de zuiglans 4. De binnenbuis 6 kan, door middel van de genoemde hydraulische cilinders 12, tussen een eerste 30 (gesloten) stand PI, aangegeven met doorgetrokken lijnen, een tweede (geopende) stand P2, aangegeven met onderbroken lijnen, op en neer bewogen worden. Tegen de binnenwand van de buitenbuis 5 is, door middel van radiaal verlopende schotten 22, een eerste cilinder 23 gelast die* de binnenbuis 35 6 nauw omsluit. De binnenbuis 6 is voorzien van een aantal Η Η gelijkmatig over de omtrek van de binnenbuis 6 verdeelde H ruime openingen 24 en, aan de onderzijde, van een ronde plaat 25, die zich aan alle kanten uitstrekt tot voorbij de buitenomtrek van de buitenbuis 5. De plaat 25 is voorzien 5 van een aantal openingen 25A waardoor het inwendige van de boorkop 18 met de ruimte 21 communiceert. Op de plaat 25 is een halve cilinder 26 gelast waarvan de buitenwand nauw aansluit op de binnenwand van de buitenbuis 5. Zoals ook getoond wordt in figuur 6, bepaalt de halve cilinder 26 10 tezamen met twee verticale schotten 27 onder aan de binnenbuis 5 en gelast op de plaat 25 twee uitstroomopeningen 28 voor water en een instroomopening 29 voor een mengsel van water en, bijvoorbeeld, zand.

In de eerste stand PI (zie ook figuur 7) bevinden 15 de openingen 24 in de omtrek van binnenbuis 6 zich boven de cilinder 23 zodanig dat de ruimte 21 tussen de binnen- en de buitenbuis 6, 5 communiceert met het inwendige van de binnenbuis 6. In de tweede stand P2 (zie ook figuur 8) worden de openingen 24 afgedekt door de cilinder 23 en I 20 communiceert de ruimte 21 met de uitstroomopeningen 28.

I Figuur 9 toont hoe de beschreven stelling 1 wordt gebruikt voor het winnen van zand en het verlagen van een uiterwaarde. Ook hier is de stelling 1 is opgericht op de bodem, bijvoorbeeld van de te verlagen uiterwaarde, welke I 25 bodem hier ten minste een eerste laag 31 van bijvoorbeeld I klei en een tweede laag 32 met het winnen zand omvat. De zuiglans 4 bevindt zich aanvankelijk in de eerste, gesloten stand Pl en wordt aan het bovenste uiteinde roterend aangedreven met de genoemde hydromotor. Door de zuiglans 4 I 30 met de kabel 11 naar beneden te laten, zal de boorkop 18 I zich door de eerste laag 31 boren, waarbij jetwater onder H invloed van de pomp voor jet- en suppletiewater en stuwing I in het inwendige van de boorkop 18 met kracht uit de I openingen 20 stroomt. De kraag 17 zal de boorkop 18 over een I 35 zekere afstand volgen en juist voor aanvang van het I - n? 1 7/; ;) 7 zuigproces mechanisch in het boorgat gedrukt worden en dit gat afdichten. Nadat de boorkop 18 de gewenste diepte, bijvoorbeeld tien meter, in tweede laag 32 heeft bereikt, wordt de buitenbuis 5 met de hydraulische cilinders 12 ten 5 opzichte van de binnenbuis 6 omhoog getrokken tot de geopende stand P2 wordt bereikt. Het suppletiewater stroomt in twee krachtige stralen uit de openingen 28 en het schuurt het zand onderin de put los. Doordat dit water tangentieel en roterend uitstroomt wordt bovendien de gehele watermassa 10 in de holte aangedreven, hetgeen bijdraagt aan het agiteren en in suspensie houden van het zand in de holte. De aldus verkregen suspensie wordt door de opgewekte overdruk omhoog geperst door de instroomopening 29 en de binnenbuis 6 naar de uitstroomopening 14 aan de bovenzijde van de lans 4.

15 Gaandeweg vormt zich van beneden naar boven een met water gevulde holte 33, waarvan de bovenzijde onder het vormen van zandbruggewelven 34 telkens gedeeltelijk zal instorten. Het zuigen wordt gestopt voordat de eerste laag 31 niet langer door gewelfvorming wordt gedragen, dan wel nadat deze laag 20 31 verzakt met het instorten van het bovenste deel van de tweede laag 32. In het laatste geval blijft de stelling in de takel of kraan hangen en komt deze los van de verzakte bodem.

De uitvinding is vanzelfsprekend niet beperkt tot 25 de in het voorgaande beschreven uitvoeringen. Zo kan de het suppletie water door de binnenbuis naar beneden gepompt worden, waarbij het mengsel van grond en water via de tuimte tussen de binnen- en de buiten buis omhoog stroomt.

Claims (14)

1. 2. Zuiglans (4) volgens conclusie 1, waarbij ook de uitstroomopening(en) (28) geheel of gedeeltelijk afsluitbaar is (zijn).
2. 3. Zuiglans (4) volgens conclusie 1 of 2, waarbij de onderste uiteinden van de binnen- en buitenbuis (6, 5) zo zijn vormgegeven dat de instroom- en uitstroomopening (28, 29. aan het onderste uiteinde kunnen worden afgesloten door de binnen- en buitenbuis (6, 5) ten opzichte van elkaar in 20 axiale richting te bewegen.
3. 4. Zuiglans (4) volgens één der voorgaande conclusies, waarbij, na het afsluiten van de instroom- en/of I de uitstroomopening (29, 28), het inwendige van de binnenbuis (6) communiceert met de ruimte (21) tussen de 25 binnenbuis (6) en de buitenbuis (5).
4. 5. Zuiglans (4) volgens conclusie 4, waarbij de I buitenbuis (5) is voorzien van een cilinder (23) waarmee één of meer openingen (24) in de binnenbuis (6) kunnen worden afgedekt. I 30 6. Zuiglans (4) volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de binnenbuis (6) roteerbaar in de I buitenbuis (5) is bevestigd.
5. 7. Zuiglans (4) volgens conclusie 6, waarbij de uitstroomopening(en) (28) met de binnenbuis (6) kan (kunnen) roteren.
6. 8. Zuiglans (4) volgens conclusie 7, waarbij de 5 gehele binnenbuis (6) in de buitenbuis (5) kan roteren.
7. 9. Zuiglans (4) volgens een der conclusies 6-8, waarbij de binnenbuis (6) aan het onderste uiteinde is voorzien van een boorkop (18).
8. 10. Zuiglans (4) volgens conclusie 9, waarbij de 10 boorkop (18) is voorzien van een aantal messen (19), die bij voorkeur langs een schroeflijn op de boorkop (18) zijn bevestigd.
9. 11. Zuiglans (4) volgens conclusie 9 of 10, waarbij de boorkop (18) is voorzien van één of meer additionele 15 openingen (20) met een ten opzichte van de uitstroomopening(en) (28) relatief geringe effectieve diameter.
10. 12. Zuiglans (4) volgens één der voorgaande conclusies, waarbij om de buitenbuis (5) middelen (17) zijn 20 bevestigd voor het afdichten van de ruimte tussen de buitenbuis (5) en het bovenste oppervlak van de bodem (31) waaruit de grond wordt verwijderd.
11. 13. Zuiglans (4) volgens conclusie 12, waarbij de genoemde middelen een althans ongeveer frusto-conische kraag 25 (17) omvatten waarvan de omtrek naar boven toeneemt.
12. 14. Werkwijze voor het verwijderen van grond, in het bijzonder voor het winnen van zand en/of het verlagen van bodem, waarbij de bodem een eerste laag (31) en een daar onder gelegen tweede laag (32) met de te verwijderen grond 30 omvat, waarbij een zuiglans (4) volgens één der voorgaande conclusies door de eerste laag (31) en tot een zekere diepte in de tweede laag (32) wordt gebracht en waarbij vervolgens grond wordt verwijderd en in hoofdzaak van beneden naar boven een holte (33) wordt gevormd. i Πl ! /40 Η 15. Werkwijze volgens conclusie 14, waarbij de I zuiglans (4) tot een diepte van ten minste drie meter in de I tweede laag (32) wordt gebracht.
13. 16. Werkwijze volgens conclusie 14 of 15, waarbij 5 de lans (4) in gesloten toestand (Pl) roterend door de eerste laag (31) wordt geboord.
14. 17. Werkwijze volgens één der conclusies 14-16, waarbij de lans (4), na het bereiken van de tweede laag (32) of de gewenste diepte, wordt geopend (P2). I 10 18. Werkwijze volgens één der conclusies 14-17, I waarbij water door de ruimte (21) tussen de buitenbuis (5) I en de binnenbuis (6) omlaag wordt gepompt. H ~ — / /