RU2059041C1

RU2059041C1 - Artificial island

Info

Publication number: RU2059041C1
Application number: RU93013115A
Authority: RU
Inventors: А.Т. Беккер; М.И. Звонарев; Л.В. Ким
Original assignee: Дальневосточный государственный технический университет
Priority date: 1993-03-12
Filing date: 1993-03-12
Publication date: 1996-04-27

Abstract

FIELD: hydraulic engineering, particularly in creating artificial island to exploit and develop sea mineral resources. SUBSTANCE: artificial island has base pontoon, upper pontoon hinged to plates of protective shell. Hinges are stopped on the plates at spacing between lower edges and plate center of gravity exceeding spacing between this edge and center of gravity. Pontoon 1 covers pontoon 2 and is provided with rest ledge 5 formed at its upper plane. Pontoons 1 and 2 interconnected through pull rods 6 using chains or cables. Besides the pontoon has isolating member 7 in the form of angular shell of flexible material. Shape of the shell follows internal surface of protective shell. The isolating member may be made in the form of extended tank placed in chutes that are provided for edges of plates 4 making contact to each other. Soil core of the island is placed inside protective shell provided with plates 4. EFFECT: artificial island building. 5 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к строительству, в частности к возведению гидротехнических сооружений для разведки и освоения морских месторождений полезных ископаемых и т.п. The invention relates to the construction, in particular, to the construction of hydraulic structures for the exploration and development of offshore mineral deposits, etc.

Известен искусственный остров, содержащий грунтовое ядро и оградительную оболочку, выполненную в виде телескопического кессона, секции которого снабжены балластируемыми понтонами [1]
Недостаток этого технического решения повышенная материалоемкость и невозможность сооружения таким образом островов значительных габаритных размеров, особенно при увеличении глубины акватории.Known artificial island containing a soil core and enclosure made in the form of a telescopic caisson, sections of which are equipped with ballastable pontoons [1]
The disadvantage of this technical solution is the increased material consumption and the impossibility of constructing in this way islands of significant overall dimensions, especially with increasing depth of the water area.

Известен также искусственный остров, содержащий грунтовое ядро, защитную оболочку, размещенную вокруг грунтового ядра, два замкнутых по периметру понтона, один из которых размещен в основании защитной оболочки, а другой размещен в пределах грунтового ядра и соединен с верхней частью защитной оболочки, гибкие элементы фиксации понтонов друг с другом, изолирующие элементы для защиты грунтового ядра от размыва [2]
Недостаток этого технического решения слабая герметичность защитной оболочки из-за неплотного прилегания полок двутавров смежных витков, а потому ее недостаточная надежность, кроме того недостаточная несущая способность оболочки требует для ее возведения либо очень благоприятных природно-погодных условий, либо очень высокой скорости заполнения ее внутреннего пространства, что осложняет использование в сложных природно-климатических условиях и снижает ее надежность.Also known is an artificial island containing a soil core, a protective shell located around the soil core, two pontoons closed around the perimeter, one of which is located at the base of the protective shell, and the other is located within the soil core and connected to the upper part of the protective shell, flexible fixation elements pontoons with each other, insulating elements to protect the soil core from erosion [2]
The disadvantage of this technical solution is the poor tightness of the protective shell due to the loose fit of the shelves of the I-beams of adjacent turns, and therefore its insufficient reliability, in addition to the insufficient bearing capacity of the shell, requires either very favorable weather conditions or a very high filling rate of its internal space , which complicates the use in difficult climatic conditions and reduces its reliability.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, выражается в повышении надежности искусственного острова в сложных природно-климатических условиях. The problem to which the claimed solution is directed is expressed in increasing the reliability of the artificial island in difficult climatic conditions.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, выражается в повышении герметичности защитной оболочки при обеспечении ее повышенной несущей способности, позволяющей сохранить работоспособность ограждающего сооружения искусственного острова независимо от отсутствия-наличия грунтового ядра. The technical result that can be obtained by carrying out the invention is expressed in increasing the tightness of the containment while ensuring its increased load-bearing capacity, which allows maintaining the operability of the enclosing structure of the artificial island, regardless of the absence or presence of a soil core.

Поставленная задача решается тем, что искусственный остров, содержащий грунтовое ядро, защитную оболочку, размещенную вокруг грунтового ядра, два замкнутых по периметру понтона, один из которых размещен в основании защитной оболочки, а другой размещен в пределах грунтового ядра и соединен с верхней частью защитной оболочки, гибкие элементы фиксации понтонов друг с другом, изолирующие элементы для защиты грунтового ядра от размыва, отличается тем, что шарнир плиты защитной оболочки зафиксирован на плите на расстоянии от ее нижней кромки, превышающем расстояние от этой же кромки плиты до ее центра тяжести, при этом нижний понтон выполнен с вертикальным выступом по внешнему периметру, причем плиты защитной оболочки своими нижними кромками уперты во внутреннюю стенку выступа и оперты на сопряженную с ним верхнюю поверхность нижнего понтона. The problem is solved in that the artificial island containing the soil core, a protective shell located around the soil core, two closed along the perimeter of the pontoon, one of which is located at the base of the protective shell, and the other is located within the soil core and connected to the upper part of the protective shell , flexible elements for fixing the pontoons to each other, insulating elements to protect the soil core from erosion, characterized in that the hinge of the protective sheath plate is fixed to the plate at a distance from its lower edge, exceeding the distance from the same edge of the plate to its center of gravity, while the lower pontoon is made with a vertical protrusion along the outer perimeter, and the plates of the protective shell with their lower edges are abutted on the inner wall of the protrusion and supported on the upper surface of the lower pontoon associated with it.

Кроме того, изолирующий элемент выполнен из гибкого, непроницаемого для мелкозернистого песка, материала в виде замкнутого полотнища, конгруэнтного внутренней поверхности защитной оболочки, верхняя и нижняя кромки которого соединены соответственно с верхним и нижним понтонами. In addition, the insulating element is made of flexible, impervious to fine-grained sand, a material in the form of a closed panel congruent to the inner surface of the protective shell, the upper and lower edges of which are connected respectively to the upper and lower pontoons.

Кроме того, изолирующие элементы выполнены из гибкого водонепроницаемого материала, в виде перекрытых снизу удлиненных емкостей, заполненных твердеющим материалом, длина которых не меньше расстояния от нижней кромки плиты защитной оболочки до оси ее шарнира, а площадь поперечного сечения не меньше двух площадей сечения желобов, выполненных, по меньшей мере, в одних из обращенных друг к другу торцевых поверхностях плит защитной оболочки, в которых размещены изолирующие элементы. In addition, the insulating elements are made of flexible waterproof material, in the form of elongated containers overlapped from below, filled with hardening material, the length of which is not less than the distance from the lower edge of the protective sheath plate to the axis of its hinge, and the cross-sectional area is not less than two cross-sectional areas of the gutters made at least in one of the end surfaces of the protective shell plates facing each other, in which the insulating elements are placed.

Кроме того, каждый изолирующий элемент зафиксирован в соответствующем ему желобе плиты защитной оболочки. In addition, each insulating element is fixed in its corresponding trough plate protective sheath.

Кроме того, толщина плит защитной оболочки увеличена в местах продольного контакта их друг с другом. In addition, the thickness of the plates of the protective shell is increased in places of longitudinal contact with each other.

Анализ совокупности признаков, характеризующих заявленное решение, в сопоставлении с признаками аналогов и прототипа позволяет утверждать о соответствии заявленного решения критерию "новизна". The analysis of the totality of features that characterize the claimed solution, in comparison with the signs of analogues and prototype allows us to confirm the compliance of the claimed solution with the criterion of "novelty."

Признаки отличительной части формулы изобретения решают задачу обеспечения возможности самораскрываемости защитного сооружения искусственного острова. The features of the characterizing part of the claims solve the problem of enabling self-disclosure of the protective structure of the artificial island.

На фиг.1 схематически показан вид поперечного сечения через ограждающее сооружение острова при его транспортном положении; на фиг.2 то же, вид сверху; на фиг. 3 поперечный разрез искусственного острова (при кольцеобразном изолирующем элементе); на фиг.4 вид сверху искусственного острова; на фиг.5 фрагмент поперечного сечения защитной оболочки (при кольцеобразном изолирующем элементе); на фиг.6 то же, при изолирующем элементе в виде удлиненной емкости; на фиг.7 расчетная схема по определению параметров защитной оболочки. Figure 1 schematically shows a cross-sectional view through the enclosing structure of the island in its transport position; figure 2 is the same, a top view; in FIG. 3 cross section of an artificial island (with a ring-shaped insulating element); figure 4 is a top view of the artificial island; figure 5 fragment of the cross section of the protective sheath (with an annular insulating element); Fig.6 is the same with an insulating element in the form of an elongated container; Fig.7 design scheme for determining the parameters of the protective shell.

Искусственный остров содержит понтон 1 основания, верхний понтон 2, котоpый посредством шарнира 3 связан с плитами 4 защитной оболочки. Понтон 1 охватывает понтоны 2 и снабжен упорным выступом 5, сформированным на его верхней плоскости. Понтоны 1 и 2 скреплены между собой гибкими тягами 6 (например, цепями или тросами). Кроме того, на чертежах показан изолирующий элемент 7, выполненный в виде замкнутого полотнища из гибкого материала, форма которого повторяет внутреннюю поверхность защитной оболочки. The artificial island contains a base pontoon 1, an upper pontoon 2, which is connected by means of a hinge 3 to the plates 4 of the containment. The pontoon 1 covers the pontoons 2 and is provided with a persistent protrusion 5 formed on its upper plane. Pontoons 1 and 2 are fastened together by flexible rods 6 (for example, chains or cables). In addition, the drawings show an insulating element 7 made in the form of a closed panel of flexible material, the shape of which repeats the inner surface of the protective sheath.

Желоба 8 выполнены на контактирующих друг с другом кромках плит 4. Грунтовое ядро 9 острова размещено внутри защитной оболочки, образованной плитами 4. Кроме того, на чертежах показаны опорная поверхность 10 (дно акватории), изолирующий элемент, выполненный в виде удлиненной емкости 11. The grooves 8 are made on the edges of the plates 4 in contact with each other. The soil core 9 of the island is located inside the protective shell formed by the plates 4. In addition, the drawings show the supporting surface 10 (the bottom of the water area), an insulating element made in the form of an elongated container 11.

Понтоны 1 и 2 выполнены из железобетона, имеют в плане форму многогранника и собираются из понтонов (имеющих в плане форму трапеции), стыкуемых друг с другом. Плиты 4 защитной оболочки выполнены также из железобетона. Длину плит 4 принимают такой, чтобы они были не меньше величины l_п, определяемой из выражения
l_п ≥ Н/sin α, где l_п проектная длина плиты;
Н проектное превышение шарнира 3 над верхней плоскостью понтона 1;
α проектный угол наклона плиты 4 к горизонту.Pontoons 1 and 2 are made of reinforced concrete, have a polyhedron shape in plan and are assembled from pontoons (having a trapezoid shape in plan) that are joined to each other. The plates 4 of the containment are also made of reinforced concrete. The length of the plates 4 is taken such that they are not less than the value of l _p determined from the expression
l _p ≥ N / sin α, where l _{p is the} design length of the plate;
N design excess of the hinge 3 over the upper plane of the pontoon 1;
α design angle of the plate 4 to the horizon.

Если длина плиты принимается равной величине, определяемой из вышеприведенного выражения, шарнир 3 размещают у верхней кромки плиты 4, в противном случае верхняя кромка плиты 4 будет нависать над понтоном 2 (при транспортном размещении элементов ограждения искусственного острова). If the length of the plate is taken equal to the value determined from the above expression, the hinge 3 is placed at the upper edge of the plate 4, otherwise the upper edge of the plate 4 will hang over the pontoon 2 (when transporting the fencing elements of the artificial island).

В зависимости от проектных размеров искусственного острова, грузоподъемности подъемных механизмов, используемые при монтаже защитной оболочки плиты 4, формирующие каждую грань искусственного острова, выполняют либо сплошными (тогда они имеют в плане вид равнобедренной трапеции), либо составными, тогда крайние плиты 12 (см. фиг.5) имеют вид неравнобедренных трапеций, зеркально повторяющих друг друга, средние плиты 13 имеют вид пластин, прямоугольных в плане. Depending on the design dimensions of the artificial island, the lifting capacity of the hoists used when installing the protective sheath of the plate 4, forming each face of the artificial island, is either solid (then they have the plan of an isosceles trapezoid) or composite, then the outer plates 12 (see. 5) have the form of non-isosceles trapezoids that mirror each other, the middle plates 13 have the form of plates, rectangular in plan.

Целесообразно, чтобы плиты 4 были снабжены продольными ребрами жесткости, например за счет их утолщения у продольных кромок (кромками плиты контактируют друг с другом). It is advisable that the plates 4 were provided with longitudinal stiffeners, for example due to their thickening at the longitudinal edges (the edges of the plates are in contact with each other).

Предпочтительно, чтобы упорный выступ 5 понтона 1 был сформирован как неразъемный элемент понтона. Толщину этого выступа принимают из условия сохранения прочности при воздействии на него веса плиты 4 защитной оболочки, не скомпенсированного подъемной силой верхнего понтона 2. Гибкие тяги 6 (в количестве не менее 3 штук) закрепляют на понтоне 1 и, пропустив через клюзы понтона 2 (на чертежах не показаны ) или специально закрепленные на нем петли, фиксируют (стопорят) на верхней плоскости понтона 2. Для этих целей целесообразно использовать лебедки, временно размещаемые на понтоне 2 и демонтируемые после установки понтона на опорной поверхности 10. Preferably, the abutment protrusion 5 of the pontoon 1 is formed as an integral element of the pontoon. The thickness of this protrusion is taken from the condition of maintaining strength when exposed to the weight of the plate 4 of the protective shell, which is not compensated by the lifting force of the upper pontoon 2. Flexible rods 6 (in an amount of at least 3 pieces) are fixed to the pontoon 1 and passing through the locks of the pontoon 2 ( not shown) or loops specially fixed on it, fix (lock) on the upper plane of the pontoon 2. For these purposes, it is advisable to use winches temporarily placed on the pontoon 2 and dismantled after installing the pontoon on the supporting surface and 10.

Изолирующий элемент 7 представляет сoбой цельносклеенное замкнутое полотнище из ткани, не проницаемой для мелкозернистого песка, т.е. наиболее мелких частиц материала, используемого для отсыпки грунтового ядра. Верхняя кромка такой оболочки фиксируется на верхнем понтоне 2, а нижняя, соответственно, на нижнем. При использовании такого изолирующего элемента контактирующие кромки плит 4 защитной оболочки выполняются гладкими, т.е. без желобов 8. При использовании изолирующих элементов в виде удлиненных емкостей 11 используют рукава из гибкого водонепроницаемого материала (например, прорезиненной ткани или синтетической), нижний конец которого наглухо перекрывают. Эти "рукава" 11 фиксируют в одном из желобов 8, выполненных на контактирующих друг с другом кромках плит 4 (если желоба 8 выполнены на обеих кромках плит), а если желоба выполнены только на одной из стыкуемых кромок плит, "рукава" 11 размещают в каждом желобе 8. "Рукава" 11 фиксируют так, чтобы они не выступали за пределы желоба 8, что исключает их выдергивание из желоба и (или) разрушение при "раскрытии" ограждающего сооружения искусственного острова из транспортного положения в рабочее (проектное). При небольших глубинах акватории (и небольшой длине плит 4) возможна установка "рукавов" 11 после развертывания ограждающего сооружения из транспортного положения (при этом "рукава" 11 вводят в каждый желоб, т.е. каждый стык плит 4). Монтаж острова осуществляется следующим образом. The insulating element 7 is a whole-glued closed cloth panel that is not permeable to fine-grained sand, i.e. the smallest particles of material used to fill the soil core. The upper edge of such a shell is fixed on the upper pontoon 2, and the lower, respectively, on the bottom. When using such an insulating element, the contacting edges of the protective shell plates 4 are smooth, i.e. without gutters 8. When using insulating elements in the form of elongated containers 11, sleeves are made of flexible waterproof material (for example, rubberized fabric or synthetic), the lower end of which is tightly covered. These "sleeves" 11 are fixed in one of the grooves 8 made on the edges of the plates 4 in contact with each other (if the grooves 8 are made on both edges of the plates), and if the grooves are made on only one of the joined edges of the plates, the "sleeves" 11 are placed in each gutter 8. The “Sleeves” 11 are fixed so that they do not protrude beyond the gutter 8, which excludes their pulling out of the gutter and (or) destruction when the artificial island enclosing structure is “opened” from the transport position to the working (design) position. At small depths of the water area (and the short length of the slabs 4), it is possible to install “sleeves” 11 after deploying the enclosing structure from the transport position (in this case, “sleeves” 11 are inserted into each trench, i.e., each joint of the slabs 4). The installation of the island is as follows.

Вначале собирают круговые замкнутые понтоны 1 и 2 из линейных понтонов так, чтобы понтон 1 охватывал понтон 2. Понтоны 1 и 2 фиксируют друг с другом гибкими тягами 6, один конец которых фиксируют на понтоне 1, а свободный конец пропускают через клюзы понтона 2 и размещают на барабане соответствующей лебедки, временно монтируемой на понтоне 2. First, circular closed pontoons 1 and 2 are assembled from linear pontoons so that the pontoon 1 covers the pontoon 2. The pontoons 1 and 2 are fixed to each other by flexible rods 6, one end of which is fixed on the pontoon 1, and the free end is passed through the gates of the pontoon 2 and placed on the drum of the corresponding winch, temporarily mounted on the pontoon 2.

Плиты 4 защитной оболочки укладывают на собранное таким образом "плавучее основание" и скрепляют с понтоном 2 шарниром 3. The protective shell plates 4 are laid on the “floating base” assembled in this way and fastened to the pontoon 2 by a hinge 3.

Операцию установки изолирующего элемента 7 осуществляют следующим образом: замкнутое полотнище 7 укладывают на верхнюю плоскость понтона 1 и скрепляют с ним его нижнюю кромку, а верхнюю кромку замкнутого полотнища 7 скрепляют с понтоном 2, после чего устанавливают плиты 4 защитной оболочки. The installation operation of the insulating element 7 is carried out as follows: the closed panel 7 is laid on the upper plane of the pontoon 1 and fastened with its lower edge, and the upper edge of the closed panel 7 is fastened with the pontoon 2, after which the protective shell plates 4 are installed.

При использовании изолирующего элемента, выполненного в виде рукава 11, используют плиты 4, снабженные желобами 8 на продольных кромках, при этом перед скреплением плит 4 с понтоном 2 в их желобах 8 фиксируют "рукава" 11. When using an insulating element made in the form of a sleeve 11, use plates 4, equipped with grooves 8 on the longitudinal edges, while before attaching the plates 4 with the pontoon 2 in their grooves 8 fix the "sleeve" 11.

Собранное в транспортное положение ограждающее сооружение искусственного острова представляет сoбой концентрично-размещенные понтоны 1 и 2, на которых уложены плиты 4, при этом последние шарнирно скреплены с понтоном 2 и свободно оперты на выступ 5 понтона 1. The enclosing structure of the artificial island assembled in the transport position is concentrically placed pontoons 1 and 2, on which slabs 4 are laid, while the latter are pivotally attached to pontoon 2 and freely supported on the protrusion 5 of pontoon 1.

Далее, собранное указанным образом ограждающее сооружение искусственного острова выводят на место установки острова, где затапливают понтон 1, который, погружаясь на дно, уходит из-под опертого на него конца плиты 4, которая в результате этого, поворачиваясь в шарнире 3, постепенно принимает проектный наклон к горизонту. При этом, нижняя кромка каждой плиты 4 вначале выходит на верхнюю плоскость выступа 5 (с внешней стороны понтона), проскальзывает по ней до конца выступа и соскальзывает с него, переходя на верхнюю плоскость понтона 1. Работу монтажных лебедок координируют так, чтобы натяжение всех гибких тяг 6 было одинаковым. Further, the enclosing structure of the artificial island assembled in this way is taken to the island installation site, where the pontoon 1 is flooded, which, plunging to the bottom, leaves the end of the plate 4 supported on it, which as a result, turning in the hinge 3, gradually takes the design tilt to the horizon. At the same time, the lower edge of each plate 4 first goes to the upper plane of the protrusion 5 (on the outside of the pontoon), slides along it to the end of the protrusion and slides from it, passing to the upper plane of the pontoon 1. The work of the mounting winches is coordinated so that the tension of all flexible Rod 6 was the same.

Если после этой операции нижние кромки плит 4 не будут контактировать с верхней плоскостью понтона 1, понтон 2 притапливают до их опускания на эту плоскость. Затем выбирают слабину гибких тяг 6, жестко фиксируют их верхние концы на понтоне 2 и демонтируют монтажные лебедки. If after this operation the lower edges of the plates 4 will not come into contact with the upper plane of the pontoon 1, the pontoon 2 is heated until they are lowered onto this plane. Then choose the slack of the flexible rods 6, rigidly fix their upper ends on the pontoon 2 and dismantle the mounting winches.

После этого осуществляют отсыпку грунтового ядра (при использовании изолирующего элемента в виде замкнутого полотнища 7). After that, fill the soil core (when using an insulating element in the form of a closed panel 7).

При использовании изолирующего элемента в виде "рукава" 11, перед отсыпкой грунтового ядра внутрь защитной оболочки необходимо обеспечить ее непроницаемость, для чего в "рукава" 11 вводят твердеющий состав, например пенополиуретан, полимербетон и т.д. When using an insulating element in the form of a “sleeve” 11, it is necessary to ensure its impermeability before pouring the soil core into the protective sheath, for which a hardening composition, for example polyurethane foam, polymer concrete, etc., is introduced into the “sleeve” 11.

Claims

1. ARTIFICIAL ISLAND, containing a soil core, a protective shell placed around the soil core, two pontoons closed along the perimeter, one of which is located at the base of the protective shell, and the other is located within the soil core and connected to the upper part of the protective shell, flexible fixation elements pontoons with each other, insulating elements to protect the soil core from erosion, characterized in that the protective shell is made of interconnected reinforced concrete slabs, the connection of the pontoon with the upper part of the protective the shell is made using hinges fixed on the plate at a distance from its lower edge, greater than the distance from this edge to the center of gravity of the plate, while the lower pontoon is made with a vertical protrusion along the outer perimeter, and the plates of the protective shell with their lower edges abut against the inner wall of the protrusion and supported by the upper surface of the lower pontoon associated with it.

2. The island according to claim 1, characterized in that the insulating element is made of flexible, impervious to fine-grained sand material in the form of a closed panel congruent to the inner surface of the protective shell, the upper and lower edges of which are connected respectively to the upper and lower pontoons.

3. The island according to claim 1, characterized in that the insulating elements are made of flexible waterproof material in the form of elongated containers overlapped from below, filled with hardening material, the length of which is not less than the distance from the lower edge of the protective sheath plate to the axis of its hinge, and the cross-sectional area at least two cross-sectional areas of the grooves made in at least one of the end surfaces of the protective sheath plates facing one another, in which the insulating elements are placed.

4. The island according to claims 1 to 3, characterized in that the thickness of the plates of the protective shell is increased in places of their longitudinal contact with one another.

5. The island according to claim 3, characterized in that each insulating element is fixed in its corresponding gutter plate protective sheath.