NO178238B - Fremgangsmåte og anordning for bygging av en undersjöisk tunnel - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og en anordning for bygging av en undersjøisk tunnel for krysning av en vannstrekning, dannet av moduler, ved at modulene sammenføyes etter hverandre ende mot ende i en byggedokk og skyves ut av denne, inntil rekken av moduler kommer til den bredde eller strand som er motsatt av bredden eller stranden som dokken befinner seg ved. Modulene kan prefabrikeres på forskjellige byggeplasser, både nær og langt borte fra den fyllbare dokken hvor monteringen finner sted, og gjør det mulig å danne en kommunikasjons- forbindelse på en enkel, hurtig og billig måte, til bruk for veikjøretøyer, jernbane, fotgjengere, o.s.v., for undervannskryssing av streder og vannstrekninger i sin alminnelighet.

Det er tidligere kjent forskjellige typer kommunikasjons-forbindelser for vannstrekninger, dannet av moduler, og disse består hovedsakelig av flytende konstruksjoner, eller av konstruksjoner som legges på bunnen av vannstrekningen.

Konstruksjonene av den første typen bevirker ulemper med hensyn til skipsfart, og konstruksjonene av den annen type kan i praksis ikke benyttes dypere enn på en bestemt dybde, og ikke på ujevn bunn. På den annen side må det i begge tilfeller etableres et byggested som beveges etterhvert som arbeidet ut-føres, med de innlysende komplikasjoner som dette medfører.

Det er også kjent modulløsninger som utføres i en fast byggeplass inne i en fyllbar dokk, eller som befinner seg på bredden nær denne dokk, men også disse løsninger oppviser betydelige ulemper.

Den faste byggeplass inne i dokken betyr et betydelig tids-spill, og dermed også store utgifter, for trinnene med montering av utstyret på byggeplassen, prefabrikasjon av modulen, herding eller tørking av modulen og demontering av utstyret på byggeplassen før utsetting av modulen, trinn som må gjentas etter utsettingen av hver modul.

Når det derimot gjelder en fast byggeplass på bredden kreves det meget kraftig og kostbart løfteutstyr, som er egnet for å bringe de prefabrikerte moduler inn i den fyllbare dokken. På den annen side kan slike moduler ikke ha for store dimensjoner, og dessuten trenger de alltid lang tid for å bygges eller for å herde eller tørke, og under disse trinn er det nødvendig å avbryte operasjonene med montering og utsetting.

GB-søknad 2016065 beskriver fremstilling av tunnel-moduler inne i en dokk. Søknaden viser ruller som modulene ruller på når de føres ut av dokken. Likeledes viser US-patent 3984007 bevegelse av et rør på ruller. Dette kan bevirke ytre skader på røret.

DK-patent 23952 beskriver bygging av en undervanns tunnel ved bruk av en bevegelig muffe som danner et hus som byggingen utføres i. Inne i muffen fremstilles suksessivt korte stykker av tunnelen, og muffen beveges for hvert fremstilt stykke, i likhet med en glideforskaling. Muffen har et indre lokk, slik at rommet inne i huset holdes tørt, og til slutt kan lokket fjernes for fremstilling av det siste stykke av tunnelen på den motsatte bredden. Alternativt kan det bygges fra begge bredder, slik at den endelige sammenføyning skjer mellom breddene. Skriftet nevner ikke midler som benyttes for bevegelse av muffen. Tunnelen eller begge tunneldelene (ved bygging fra begge bredder) forlenges på den ytre enden, slik at tunnelen eller tunneldelene ikke forskyves under byggingen.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kjennetegnes ved

at den omfatter de etter hverandre følgende trinn:

a) at en av de prefabrikerte moduler fløtes inn i dokken gjennom en øvre åpning i denne, idet hver modul er utstyrt med

sideribber, slik at modulen flyter fritt i dokken,

b) at dokken tømmes etter stengning av den øvre åpning, for å bevirke at den innførte modulen legger seg på bæresadler

anordnet på bunnen av dokken, hvilke sadler er regulerbare i retning vertikalt, aksialt, sideveis og i omkretsretningen,

c) at modulen innrettes etter en modul som allerede er lagt ut og montert innenfor en nedre, vanntett lukket åpning i dokken

og holdes på plass av en innretning for midlertidig sperring inne i dokken,

d) at det ned i dokken senkes en stasjon for sveising, kontroll og sementering ved hjelp av en heiseinnretning, for å

endeforbinde modulen med den allerede monterte modul,

e) at stasjonen for sveising, kontroll og sementering heves fra bunnen av dokken ved hjelp av heiseinnretningen, f) at støtterulleenheter som er festet til veggene i dokken svinges opp og danner anlegg mot sideribbene på modulen, g) at dokken fylles, og at innretningen for midlertidig sperring frakobles fra modulen, h) at den nedre åpningen åpnes, og at den tilkoblede modul skyves ut ved hjelp av et drivsystem anordnet inne i dokken,

mens den styres ved hjelp av støtterulleenhetene,

i) at drivsystemet føres tilbake sammen med bæresadlene til den opprinnelige stilling, at innretningen for midlertid sperring tilkobles på nytt, at den nedre åpning lukkes på nytt, at støtterulleenhetene føres til sine opprinnelige stillinger, at den øvre åpning åpnes, og at en ny, frittflytende, prefabrikert modul innføres i dokken.

Anordningen i henhold til oppfinnelsen kjennetegnes ved at den omfatter en stillingsregulerbar bæresadel som befinner seg ved bunnen av dokken og danner anlegg for en prefabrikert modul som innføres i dokken og senkes ved tømning av dokken, hvilken bæresadel omfatter: a) et fundament som kan beveges i aksial retning på bunnen av dokken,

b) hjul-for bevegelse av fundamentet,

c) en motor for drift av sadelen,

d) hydrauliske sylindre som er festet til hver sin side av fundamentet, idet stemplene til sylindrene samvirker med en faste skuldre og styrekonstruksjoner som er festet til bunnen av dokken, e) vertikalt regulerbare, hydrauliske sylindre som er festet

til og holdes av fundamentet,

f) en buet konstruksjon anordnet over fundamentet, med et fast parti som er festet til den fløtbare enhet og et bevegelig

parti som kan beveges i omkretsretningen på overflaten av det faste partiet, idet det bevegelige partiet er innrettet til å understøtte modulen, og

g) hydrauliske sylindre som er hengslet til den buede konstruksjon, for å bevirke dreiebevegelse av det bevegelige

partiet.

Et vesentlig trekk ved den foreliggende oppfinnelse er at prefabrikerte moduler fløtes til dokken og fløtes inn i dokken én for én gjennom en øvre åpning, hvoretter dokken tømmes, slik at modulen blir liggende på bæresadler på bunnen av dokken og innrettes etter en tidligere montert modul. Byggingen av tunnelen kan derved utføres vesentlig hurtigere enn med den kjente fremgangsmåte, ved at det unngås ventetid for herding eller tørking, og uten at dokken må inneholde utstyr for støping av moduler. Med den foreliggende oppfinnelse unngås, skader ved at hver modul ligger mot bæresadler som følger bevegelsen av modulen.

I henhold til oppfinnelsen kan det bygges en undersjøisk tunnel dannet av moduler, uavhengig av tiden for prefabrikering og herding eller tørking av modulene, uten begrensninger med hensyn til dimensjonene av modulene og deres lagring, og følgelig med monteringsoperasjoner (sveising og støping) og utsetting av de forskjellige moduler uten avbrudd og følgelig uten dødtid, og med enkel innføring av modulene i dokken, uten behov for løfteanordninger.

På denne måte er det alltid tilgjengelig i det minste en prefabrikert modul, og sammenføyning og utsetting kan skje fort-løpende uten de minste avbrudd, og innføringen av en ny modul i dokken kan overlappe utsettingen av en forangående, tilkoblet modul, slik at den nødvendige arbeidstiden minskes ytterligere. Dessuten medfører muligheten for å benytte store, spesielt utstyrte byggeplasser som er utstyrt for utsetting av store konstruksjoner, at det er mulig å produsere prefabrikerte moduler med store dimensjoner, og med lengder opp til 150 meter, d.v.s. tilnærmet tre ganger så lange som tidligere kjente moduler, med en betydelig minskning av antall sveiser som er nødvendige for å fullføre arbeidet.

Når dokken tømmes understøttes den prefabrikerte modul inne i dokken av bæreelementer, med regulerbare stillinger, og disse bæreelementer understøtter og posisjonerer modulen både i vertikal og aksial retning, samt i tverretning og med hensyn til dreiestilling, for å innrette modulen etter den allerede monterte rekken av moduler, og modulen kan, når dokken er fylt, styres av støtterulleenheter, som bringes til å virke mot sideribber anordnet på de prefabrikerte moduler, hvilket gjør det mulig at den samme modul kan forbindes med den allerede monterte konstruksjon på en meget enkel og nøyaktig måte, og modulen kan føres ut enkelt og hurtig, med lite tidsforbruk.

Utførelsesformer av fremgangsmåten og anordningen i henhold til oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkravene 2, 4 og 5.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under hen-visning til de vedføyde tegninger.

Fig. 1 viser, sett ovenfra, den fyllbare monteringsdokken,

utstyrt for utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen.

Fig. 2 viser et snitt gjennom et parti av dokken vist i

fig. 1.

Fig. 3 viser et lengdesnitt gjennom dokken, etter linjen A-A i fig. 1, og viser det første trinn av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Fig. 4-7 viser de etterfølgende trinn i fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Fig. 8 viser, delvis i tverrsnitt, og i større målestokk, en

bæresadel som kan stillingsreguleres.

Fig. 9 viser i tverrsnitt, og i større målestokk, en sving- bar støtterulleenhet i henhold til oppfinnelsen. Fig. 10 viser, sett fra siden og delvis i snitt, støtterulle- enhet en i fig. 9. Fig. 11 viser, delvis i snitt, og i større målestokk, en driv-anordning i henhold til oppfinnelsen.

Fig. 12 viser et snitt etter linjen B-B i fig. 11.

Fig. 13 viser et snitt etter linjen C-C i fig. 11.

Figurene viser en fyllbar dokk 1 for montering og utsetting av moduler, og dokken går ned til en dybde som er passende til nivået for montering av konstruksjonen som skal bygges, og figurene viser moduler 2, 2', 2'' som er prefabrikert, eventuelt på forskjellige byggesteder, som kan befinne seg i stor avstand fra dokken, idet modulene fraktes, fritt flytende på vannoverflaten 3, til et område nær dokken, klar til bruk. Modulene som kan benyttes for dannelse av en undervannstunnel for jernbane og/eller vei kan ha store dimensjoner, idet lengden kan være i området 150 meter. Modulene kan ha hvilket som helst tverrsnitt. For illustrasjon er modulene vist i figurene med sylindrisk form, men denne form er ikke vesentlig ved oppfinnelsen, idet den eneste betingelse er at modulene er utstyrt med to motsatt rettede sideflenser 4, som danner rulleflater for styring av modulene ved hjelp av støtterulle-enheter. Den indre tilstand, samt systemet for tilkobling til de allerede monterte moduler 5 er ikke vesentlige trekk ved oppfinnelsen. Figurene viser neddykkede moduler 5 som holdes på ønsket nivå og er festet til bunnen 6 av vannstrekningen ved hjelp av kraver 7, som ved hjelp av kabler 8 er festet til fundamenter 9. Kravene 7 er utstyrt med rulleenheter 10 egnet til å samvirke med ribbene 4, slik at den neddykkede lengden 5 kan forskyves under utsettingsoperasjonen, og kravene holdes i innbyrdes stilling i lengderetningen ved hjelp av avstands-elementer 11. Dokken 1 er utstyrt med en øvre luke 12 utstyrt med vanntette pakninger, og når dokken fylles når luken 12 er åpen (se fig. 3), kan en prefabrikert modul 2 føres inn i dokken. Ved deretter å tømme dokken 1 ved hjelp av pumper, mens luken 12 er lukket (se også fig. 4), blir modulen 2 liggende på to bæresadler 13 anordnet på bunnen 14 av dokken. Hver bæresadel 13 er dannet av en øvre konstruksjon 15 som har en øvre, gummibelagt flate 16, som modulen 2 blir liggende på. Den undre, konkave flaten 17 til den øvre konstruksjonen 15 (se fig. 8) er derimot av teflon, for å kunne forskyves i omkretsretningen langs en tilsvarende, tverrliggende sadelanordning anordnet på den øvre enden av en mellomliggende konstruksjon 18, ved å drives ved hjelp av hydrauliske sylindre 19, hengslet mellom utragende blokker 18' på den mellomliggende konstruksjon 18 og utragende blokker 15' på den øvre konstruksjon 15.

Den mellomliggende konstruksjon 18 understøttes, med mulighet for å utføre vertikale bevegelser, ved hjelp av fire hydrauliske sylindre 20, mot et fundament 21 utstyrt med tapper 22 som virker som styringer for vertikal bevegelse av den mellomliggende konstruksjon 18, og som har hjul 23 som drives av en motor 24, for aksial bevegelse av fundamentet, og således av bæresadelen 13. Fundamentet 21 er også bevegelig i tverr-retningen og kan drives ved hjelp av et par hydrauliske sylindre 25 som er festet til sideveggene 21' og 21'' av fundamentet, idet stemplene 26 til sylindrene 25 samvirker med den faste skulder og styrekonstruksjonene 27 som er festet til bunnen 14 av dokken 1.

Ved aktivering av de hydrauliske sylindrene for bæresadlene 13 kan modulen 2 reguleres både i vertikal, aksial og tverrgående retning, samt i omkretsretningen, og modulen 2 innrettes etter å ha blitt forskjøvet inntil den allerede monterte lengden 5 (se fig. 5), som holdes på plass av en midlertidig sperrende innretning 28, og rager utenfor dokken 1 gjennom en nedre, vanntett lukket åpning 29 (i fig. 2 er åpningen vist avgrenset av fire bevegelige sektorer som ligner en lukker i et fotoapparat).

Deretter senkes en stasjon 31 for sveising, kontroll og sementering ved hjelp av en kran 30, ned til bunnen 14 av dokken 1 (se fig. 5), modulen 2 endeforbindes med den tidligere utlagte lengde 5, og deretter heves stasjonen 31 ved hjelp av kranen 30, støtterulleenhetene 32 som er anordnet i dokken 1 svinges opp, inntil de er i sperrestilling over ribbene 4 på modulen 2, og dokken fylles.

Hver støtterulleenhet 32 er dannet (se særlig fig. 9 og 10) av to små vogner 32 og 34 som ved 35 og 3 6 er hengslet til en ende av to L-formede armer 37 og 38, idet de andre ender er sammenkoblet ved hjelp av en hydraulisk sylinder 39, som ut-fører den funksjon å trykke vognene elastisk mot ribbene 4, for å kompensere for eventuelle ujevnheter i ribbene. Armene 37 og 3 8 er ved 40 og 41 hengslet til aksialt motsatt rettede flater (se fig. 10) på en bærekonstruksjon 42, fra hvilken en L-formet konstruksjon rager i tverretningen (se fig. 9), og den nedre gren 43 er ved 44 hengslet til en holder 45 som er festet til veggen i dokken 1, for å muliggjøre at hele rulleenheten 32 kan utføre svingebevegelsene. Den annen gren 46 av den L-formede konstruksjon er med sin frie ende ført inn i en del 47 med U-formet tverrsnitt og form av en sirkelbue, anordnet på tvers av og festet til veggen i dokken 1, hvilken del har en fortanning 47' i inngrep med et tannhjul 48 som er roterbart lagret på grenen 46 og drives av en liten motor 49 som også holdes av grenen 46. Aktivering av motoren 49 bevirker således at rulleenheten 32 svinger rundt punktet 44, fra sin arbeidsstilling der den er sperret ved hjelp av tappen 50, til en tilbaketrukket stilling der den kan sperres av tappen 51, og vice versa.

I figurene er også vist et par faste rulleenheter 52, som virker mot den monterte lengden av tunnelen 5.

Når dokken 1 er fullstendig fylt frakobles innretningen 2 8 for midlertidig sperring, den nedre åpningen 29 åpnes (se fig. 6), og modulen 2 føres ut ved å styres av støtterulleenhetene 32, og ved å skyves av drivsystemet 53.

Drivsystemet 53 er hovedsakelig dannet av en tverrgående bjelke 54 (se særlig fig. 11 - 13) som rager over hele dokken 1 og har sine ender ført inn mellom to flenser 55 og 56 og to langsgående, dobbelt L-formede styrebjelker 57 og 58 som er anordnet med innbyrdes motstående hull 59 med like avstander, og som forløper i hele lengden av dokken 1.

Hver av endene til bjelken 54 er tilkoblet hydrauliske, dobbeltvirkende sylindre 60 (to av disse er vist i figurene), med stempler 61 som er koblet til en blokk 62 utstyrt med to vertikale, innbyrdes motstående, hydrauliske jekker 63 og 64 (se fig. 12) egnet til innføring av de to tenner 65 og 66 i hullene 59 i flensene 55 og 56 til styrebjelkene 57 og 58.

På denne måte, ved innføring av tennene 65 og 66 i hullene 59, for å feste blokkene 62, og ved å drive stemplene ut av de hydrauliske sylindrene 60, forskyves bjelken 54 og følgelig modulen 2 forover, og ved å frakoble blokkene 62 og drive stemplene tilbake føres systemet tilbake til stillingen for å utføre en etterfølgende forskyvning, idet tennene 65 og 66 innføres i etterfølgende hull.

Etter utsetting av modulen 2 lukkes den nedre åpningen 29 på nytt, innretningen 28 for midlertidig sperring aktiveres, drivsystemet 53 (se fig. 7) og bæresadlene 13 føres tilbake til sine opprinnelige stillinger, støtterulleenhetene 32 svinges opp, den øvre åpning 12 åpnes på nytt og syklusen gjentas, ved at en annen, frittflytende modul 2' føres inn i dokken, og monteringen kan betraktes som fullført når lengden av monterte moduler som er satt ut rekker frem til den motsatte bredden i forhold til den bredden som dokken befinner seg ved.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for bygging av en undersjøisk tunnel for krysning av en vannstrekning, dannet av moduler (2, 2', 2''), ved at modulene sammenføyes etter hverandre ende mot ende i en byggedokk (1) og skyves ut av denne, inntil rekken av moduler kommer til den bredde eller strand som er motsatt av bredden eller stranden som dokken befinner seg ved, karakterisert ved at den omfatter de etter hverandre følgende trinn: a) at en av de prefabrikerte moduler (2, 2',2'') fløtes inn i dokken (1) gjennom en øvre åpning i denne, idet hver modul er utstyrt med sideribber (4), slik at modulen flyter fritt i dokken, b) at dokken (1) tømmes etter stengning av den øvre åpning, for å bevirke at den innførte modulen legger seg på bæresadler (13) anordnet på bunnen av dokken, hvilke sadler er regulerbare i retning vertikalt, aksialt, sideveis og i omkretsretningen, c) at modulen innrettes etter en modul som allerede er lagt ut og montert innenfor en nedre, vanntett lukket åpning i dokken og holdes på plass av en innretning (28) for midlertidig sperring inne i dokken, d) at det ned i dokken senkes en stasjon (31) for sveising, kontroll og sementering ved hjelp av en heiseinnretning (30), for å endeforbinde modulen med den allerede monterte modul, e) at stasjonen (31) for sveising, kontroll og sementering heves fra bunnen av dokken ved hjelp av heiseinnretningen (30) , f) at støtterulleenheter (32) som er festet til veggene i dokken svinges opp og danner anlegg mot sideribbene (4) på modulen, g) at dokken fylles, og at innretningen (28) for midlertidig sperring frakobles fra modulen, h) at den nedre åpningen åpnes, og at den tilkoblede modul skyves ut ved hjelp av et drivsystem (53) anordnet inne i dokken, mens den styres ved hjelp av støtterulleenhetene (32), i) at drivsystemet (53) føres tilbake sammen med bæresadlene (13) til den opprinnelige stilling, at innretningen (28) for midlertid sperring tilkobles på nytt, at den nedre åpning lukkes på nytt, at støtterulleenhetene (32) føres til sine opprinnelige stillinger, at den øvre åpning åpnes, og at en ny, frittflytende, prefabrikert modul innføres i dokken.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det benyttes i det minste to bæresadler (13).

3. Anordning for bygging av en undersjøisk tunnel for krysning av en vannstrekning, dannet av moduler (2, 2', 2''), ved at modulene sammenføyes etter hverandre ende mot ende i en byggedokk (1) og føres ut av dette, inntil rekken av moduler kommer til den bredde eller strand som er motsatt av bredden eller stranden som dokken befinner seg ved, karakterisert ved at den omfatter en stillingsregulerbar bæresadel (13) som befinner seg ved bunnen av dokken (1) og danner anlegg for en prefabrikert modul som innføres i dokken og senkes ved tømning av dokken, hvilken bæresadel (13) omfatter: a) et fundament (21) som kan beveges i aksial retning på bunnen av dokken (1), b) hjul (23) for bevegelse av fundamentet, c) en motor (24) for drift av sadelen, d) hydrauliske sylindre (25) som er festet til hver sin side av fundamentet, idet stemplene (26) til sylindrene samvirker med en faste skuldre og styrekonstruksjoner (27) som er festet til bunnen av dokken, e) vertikalt regulerbare, hydrauliske sylindre (20) som er festet til og holdes av fundamentet (21), f) en buet konstruksjon (15) anordnet over fundamentet, med et fast parti som er festet til den fløtbare enhet og et bevegelig parti (17) som kan beveges i omkretsretningen på overflaten av det faste partiet, idet det bevegelige partiet er innrettet til å understøtte modulen, og g) hydrauliske sylindre (19) som er hengslet til den buede konstruksjon (15), for å bevirke dreiebevegelse av det bevegelige partiet (17).

4. Anordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at den omfatter støtterulleenheter (32) som kan rotere og svinges til anlegg mot sideribbene (4) på modulen og er festet til veggene i dokken (1), hvilke støtterulleenheter omfatter: a) en bærekonstruksjon (42), b) to L-formede armer (37, 38), hengslet i sitt midtparti til bærekonstruksjonen, aksialt motsatt av hverandre, c) i det minste to vogner (33, 34) hengslet til en gren av hver L-formede arm (37, 38), d) hydrauliske sylindre (39) som forbinder de øvrige grener av de L-formede armer (37, 38) og er hengslet til disse, e) et L-formet element (43, 46) som er festet til bærekonstruksjonen (42) og rager i tverretningen, idet den nedre gren (43) av dette er hengslet til en holder (45) festet til veggen i dokken (1) , f) et tannhjul (48) som er montert på den annen gren (46) av det L-formede element, for å svinge hele støtterulleenheten (32) i tverretningen, fra en tilbakeført stilling til en aktiv stilling, g) en motor (49) som bæres av den annen gren (46), h) idet tannhjulet (48) er i inngrep med fortanningen (47') på en sirkelbueformet del (47) som rager på tvers av og er festet til veggen i dokken (1) , i) en tapp (50) som kan innføres mellom den annen gren (46) av den L-formede konstruksjon og den fortannede del (47), for sperring av støtterulleenheten (32) i de nevnte to stillinger.

5. Anordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at den omfatter et drivsystem (53) i dokken, for å drive ut en modul som er festet til en forutgående montert modul, hvilket drivsystem omfatter: a) en tverrgående skyvebjelke (54), b) to langsgående, dobbelt L-formede styrebjelker (57, 58) med motstående flenser (55, 56) som endene av skyvebjelken (54) er ført inn mellom, idet flensene (55, 56) på styrebjelkene (57, 58) er utstyrt med innbyrdes motstående hull (59) som er fordelt i hele lengden av dokken (1), c) i det minste en hydraulisk, dobbeltvirkende sylinder (60) tilkoblet enden av skyvebjelken (54), og d) en blokk (62) utstyrt med to innbyrdes motsatte, vertikale, hydrauliske jekker (63, 64), idet blokken er koblet til stempelet i den hydrauliske sylinderen, og jekkene (63, 64) har tenner (65, 66) for innføring i hullene (59) i flensene (55, 56) på de langsgående styrebjelker (57, 58).