CN102363440A - 浮托装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种将上部结构浮托至基础时限制驳船起伏和摇摆的装置及方法。在不使用次要锚泊线的情况下，驳船进出狭缝时，利用设置在基础上的辊式缓冲器对驳船进行导向，并在浮托位置处限制驳船的摇摆。基础的狭缝入口处设置有专用的竖向承载面。驳船上设置有弹性缓冲器。弹性缓冲器与基础的竖向承载面相啮合，并将驳船沿纵向定位在浮托位置。用拖船牵引驳船进入狭缝，直到弹性缓冲器与专用竖向承载面相啮合。拖船在浮托作业过程中持续牵引，以将驳船保持在浮托位置。

Description

浮托装置及方法

技术领域

本发明主要涉及近海结构的安装，尤其涉及上部结构在基础上的安装。

背景技术

浮托法是在近海环境中将上部结构安装到基础上的作业方法。基础可以是座底式或浮式结构。将上部结构装载在运输船(下称为驳船)上，从预制场地拖运到安装位置。在上述位置将驳船定位在基础的支腿之间，然后沉放上部结构直到上部结构的支腿穿入基础的支腿中为止。上部结构的沉放通过压舱下沉驳船，以及使在驳船甲板上方支撑上部结构的机械或液压装置收缩而实现。

在目前大多数的浮托方法中，单一驳船船体浮在基础的两排平行支腿之间。两排平行支腿之间的区域被称作“狭缝”。基础须设计为狭缝没有任何框架构件，且狭缝的深度须大于驳船的吃水深度。当驳船移动进入狭缝时，驳船的大部分浮于基础上方，因此称为浮托。驳船在狭缝中的最终位置，即上部结构可被沉放并与基础相对接的位置，称作浮托位置。图1和图2展示了利用狭缝进行浮托的概图。图1B为图1A的侧视图。图2为俯视图。

在某些情况下，基础的基本设计使其根本不具备作为驳船入口的狭缝。例如，筒式浮力平台的基础是单一的大直径垂直圆筒。由于不可能存在狭缝，上部结构被放在两个平行的驳船上运送到安装位置。在浮托过程中，基础刚好容纳于两驳船之间的空间，而上部结构则横跨在两驳船上。上部结构横跨两平行驳船的船体使两平行驳船形成双体船。因此，这种作业形式称作“双体船”浮托。图3-5展示了筒式浮力平台(图4)以及顺应塔式平台(图5)进行双体船浮托的概图。图3A为俯视图，图3B-5为侧视图。

根据安装位置的海面状态，载有上部结构的驳船的移动自由度为6度。因此，上部结构支腿与配套的基础支腿之间会产生相对移动。若上部结构和基础的配套支腿之间的相对移动过大，则须等待海面状态相对平静时才能进行浮托作业。为减少等待的时间，已经有多种装置用来限制水平面上的配套支腿间的相对移动。还有其它装置用来减少配套支腿间的竖向冲击荷载。

当驳船进出狭缝时，须小心控制驳船的水平位置，使其不对基础造成冲击和损坏。在入缝和出缝过程中对驳船位置的控制是浮托成功的关键。在入缝和出缝过程中，运输驳船水平位置控制的技术特点必须与在浮托位置限制配套支腿相对移动的技术特点相兼容。

在入缝和出缝过程中控制运输驳船水平位置的装置和方法，以及驳船处于浮托位置时控制配套支腿在水平面上的相对移动的装置和方法，在此作为重要的现有技术。

主要和次要锚泊装置被单独用于在入缝、出缝过程中控制驳船在浮托位置处的水平位置。主要锚泊装置是由运转在驳船的卷扬机和海底的锚之间的锚泊线组成的散布的锚泊阵列。次要锚泊装置是运转在驳船卷扬机或起锚机和基础的连接点之间的锚泊线阵列。图6-10为过程示意图，其展示了如何实现入缝作业以及如何将驳船限制在浮托位置。一般来说，主要锚泊线的长度是可调的；在驳船和上部结构移入狭缝时，(接在基础支腿上的)次要锚泊线依次与驳船连接。颠倒入缝的步骤即可实现出缝。拖船牵引驳船进入狭缝。在某些浮托作业中，主要锚泊装置的导航线穿过狭缝，并用于牵引驳船进入狭缝。如图6-10表明，在浮托作业过程中，通过主要和次要锚泊装置在所有位置均对驳船进行适当的限制既困难又很耗时。另外，在甲板上运转的多根张紧的锚泊线对于必须在甲板上工作的人是潜在的危险。

主要和次要锚泊装置的动作对于波浪力所导致的运输驳船的循环运动仅产生轻微的影响。散布的锚泊阵列是柔性装置，用于保持稳态或缓慢改变由恒速风或洋流引发的作用力。波浪效应导致驳船围绕一平均位置做周期运动。主要锚泊装置维持着驳船的平均位置。次要锚泊装置用于限制缓慢漂移力、阵风引起的移动，或用于限制主要锚泊线损坏而引起的扰动。除了其它因素之外，上部结构支腿与基础支腿相配合的接口的特征须允许波浪引起的周期移动。图11和12展示了通常如何设计接口的特征以允许上述相对移动。图11所示的最大容许偏移L须大于波浪引起的周期移动与阵风和缓慢漂移引起的位移之和。若实际偏移小于图11所示的最大容许偏移L，当上部结构下降时，基础支腿的开放端会接收上部结构支腿底端的穿入点。如图12所示，其结果是将支腿相连。

一些狭缝式浮托已采用缓冲器控制驳船的横向位置，并限制摇摆和偏航，以取代完全依靠主要和次要锚泊装置。缓冲器可以是刚性的，也可以是柔性的。通常，刚性缓冲器为直接连接基础的钢结构(图13)。为了使驳船与刚性缓冲器之间的冲击荷载最小化，狭缝须紧凑。也就是说，在驳船的侧舷与刚性缓冲器之间不能有很大的空隙。在入缝和出缝过程中，较大的空隙会导致驳船来回颠簸时产生更大的横向速度。在紧凑型狭缝式浮托中需要特别注意的是偏航问题，偏航会导致驳船对基础产生杠杆效应(图14)。紧凑型狭缝式浮托的优点在于，刚性缓冲器在横向上允许产生的移动很小；其缺点在于，会在驳船与基础之间产生较大的冲击力及杠杆效应。该冲击力大到仅在平和的环境中且基础在横向上足够坚固才可尝试进行紧凑型狭缝式浮托。

由于接口特征须容纳的横向移动大于“紧凑”狭缝式浮托所允许的横向移动，仅使用主要和次要锚泊装置的狭缝式浮托可称为“松散”狭缝式浮托。反之，在紧凑狭缝式浮托中，驳船和基础之间的横向作用力大于松散狭缝式浮托的横向作用力。若使用柔性缓冲器则会获得折中的效果。一般使用弹性材料如橡胶制造缓冲器，以使其具有柔性。柔性缓冲器的横向硬度大于次要锚泊装置，但远小于刚性缓冲器。通常情况下，柔性缓冲器在进出狭缝过程中取代次要锚泊系统，一旦驳船到达浮托位置，则安装次要锚泊线(弹力线)来控制平均纵向位置(图15)。

在图1中所示以及其它任何地方，最普遍的基础是导管架。狭缝在典型的导管架中，这展示了一种具有支撑在狭缝中或纵向上的支腿的结构，但该支腿在横向却没有支撑。这导致了支腿纵向强度大而横向强度小。因此，若处于不利环境之中，对于导管架优选采用松散狭缝法或改良的松散狭缝法。若基础本来就具有足够的横向强度，则可采用紧凑狭缝法。

在不利于浮托的环境中，已经使用特殊的特征来增加安装设备的利用率，即，可尝试实施的浮托安装阶段的天数。这种特殊的特征通过减小运输驳船在浮托位置的起伏和摇摆而增加利用率。这些特殊的特征用于常年涌浪的区域。狭缝标定为涌浪的主要方向以尽量减少摇摆，但涌浪会产生严重的起伏。在进出狭缝作业过程中，驳船的平均横向位置由主要和次要锚泊装置以及柔性缓冲器联合控制。在进出狭缝过程中，未限制驳船的起伏。

美国专利US 5,527,132公开了一种机械及液压装置，成功限制了在浮托位置的摇摆和起伏。然而，建造该装置并在作业条件下进行维护不但复杂且成本很高。该装置在浮托位置起作用，但在进出狭缝过程中不起作用。

在一些运河系统中以及一些干船坞入口处，用各种辊式缓冲器控制舰船的移动和位置。图16展示了辊式缓冲器的3种应用形式，即承冲靠船架(breastingdolphin)、在拐角附近驾船时的拐角防护、以及引导船只驶入闸门或运河入口的导向。辊式缓冲器具有多种形式，但各种形式均具有安装在竖轴上的弹性圆环。若承受的荷载较高，该弹性圆环可以是安装在车轮上的充气轮胎，车轮安装在竖轴上。若承受的荷载较低，该弹性圆环可由发泡材料制成，圆环直接安装在大直径竖轴上而不使用车轮。

发明内容

本发明解决现有技术中存在的缺陷。本发明是一种在将上部结构浮托至基础的过程中限制驳船起伏和摇摆的设备和方法。在驳船进出狭缝过程中，不采用次要锚泊线，而采用设置在基础上的辊式缓冲器来引导驳船，并限制在浮托位置的摇摆。专用的竖向承载面设置在基础的狭缝入口处。弹性缓冲器设置在驳船上。所述弹性缓冲器与基础上的所述专用竖向承载面相啮合，在浮托位置纵向定位驳船。用拖船牵引驳船进入狭缝，直到安装在驳船上的弹性缓冲器与狭缝入口处的专用竖向承载面相接。拖船持续牵引以将驳船保持在浮托位置，直到上部结构在基础上安装就位。之后，另一拖船将驳船拖出狭缝。

描述本发明的各种新颖性特征用附加的权利要求书中的特征来体现，并构成本公开文本的一部分。为了更好的理解本发明及其使用所带来的操作优势，参照附图以及描述性内容阐述本发明的优选实施例，构成本公开文本的一部分。

附图说明

图中引用的指定附图标记或相关部分始终保持不变，构成本说明书的一部分：

图1-16展示了现有技术。

图17和17A展示了基础上所需的设备。

图18和18A展示了驳船上所需的设备。

图19-21展示了驳船在基础狭缝中的一系列位置。

图22展示了采用双体船浮托的可选实施例。

具体实施方式

图17的俯视图展示了本发明基础上所需的设备，该基础上放置有甲板或上部结构。基础的中心上部水平支撑10全部示于基础支腿12之间，该基础上部水平支撑10也在临近部件的部分视图中示出，以便能够展示位于中心区域内的辊式缓冲器14。如图17所示，该辊式缓冲器14也设置在基础的各端部处。图17A最佳地展示了设置在基础支腿上的竖向承载面16。

图18和18A展示了本发明驳船18上所需的用于安装甲板或上部结构的设备。缓冲器框架20设置在驳船18的侧面，并从驳船18的侧面伸出。各缓冲器框架20的一侧设置有弹性缓冲器22。缓冲器框架20和弹性缓冲器22固定在驳船18上作为纵向制动件，以便在浮托位置定位驳船和上部结构。尽管本发明涉及的支撑上部结构的驳船是特定的，但应当理解地是，只要其尺寸适合本发明所述的作业方法，任何形式的浮式结构均可用于支撑和安装该上部结构。

使用本发明设备的浮托安装实施如下：如图19所示，朝基础牵引驳船18至驳船位于基础狭缝的中心，且辊式缓冲器14的第一节与驳船18相接。使用拖船(未示出)和牵引系索24牵引驳船18。图20展示了驳船18部分进入狭缝，图21展示了驳船在浮托位置全部进入狭缝。辊式缓冲器14与驳船18的侧面相接触，并限制驳船18在狭缝中的横向位置。如图21所示，弹性缓冲器22与基础的竖向承载面16定位相接触。拖船牵拉牵引系索24以保持该接触。随着驳船18的起伏，缓冲器22沿竖向承载面16上下滑动。为便于展示与竖向承载面16的相互作用，最接近缓冲器框架20的辊式缓冲器14未在图21中示出。

尽管所述装置大幅减小了起伏，但并未将其完全消除。该弹性缓冲器22在整个浮托作业过程中不断压缩和伸展。缓冲器22和竖向承载面16之间有时会张开一个小的间隙。但拖船系船柱的拉力和缓冲器22的硬度使得相匹配的支腿间的偏移并未超出图11中所示的最大允许偏移。

辊式缓冲器14施加的约束大大削弱了摇摆。辊式缓冲器14的硬度使得相匹配的支腿间的偏移并未超出图11中所示的最大允许偏移。

本发明省略了现有技术中的次要锚泊线。连接次要锚泊线的卷扬机和动力绞盘也被省略。如图15所示，若使用的是弹力线，也被本发明省略。在狭缝中纵向移动时，辊式缓冲器14由于其滚动而具有自动横向导向作用。安装在驳船框架上的弹性缓冲器与基础的竖向承载面相接触，形成了在浮托位置自动定位驳船的纵向制动。与现有技术相比，操作的简化使得实施浮托作业所需的时间极大减少。由于省略了运行在驳船甲板上方的张紧的次要锚泊线，人员安全得以加强。与现有技术相比，所需的设备也更加简化和经济。

图22展示了本发明的一个可选实施例，即针对筒式结构例如圆柱的双体船浮托。尽管表现不同，但其理念和方法与前述狭缝式浮托相同。辊式缓冲器14设置在圆筒结构26上，呈放射状向外延伸适当距离，以接触并引导双体驳船28。装有弹性缓冲器的缓冲器框架20也设置在双体驳船28上。圆筒结构26的外延部设置有竖向承载面30，以配合上述弹性缓冲器，在浮托作业和在圆筒结构26上安装上部结构的过程中对双体驳船28和上部结构进行固定。

由于与本发明无关，在展示本发明装置和方法的上述附图中并未示出现有技术中提到的主要锚泊线。根据特定的浮托设计，可使用一些、全部或者不使用现有技术中所示的主要锚泊线。

尽管以上展示和描述了本发明的详细实施例和/或细节以展示本发明原理的应用，但应当理解的是，本发明可按照权利要求书中更完整的描述或本领域技术人员所知的其它方式(包括任意和所有的等效替换)进行实施，而不违背上述原理。

Claims (3)

1.一种近海浮托作业装置，将支撑在浮式结构上的上部结构浮运至基础之上，然后将该上部结构安装在基础上，所述装置包括：

a.多个辊式缓冲器，所述多个辊式缓冲器与基础相连并从所述基础伸出，以便在浮托作业过程中与所述浮式结构相接；

b.与所述基础相连的竖向承载面；以及

c.至少两个弹性缓冲器，其与所述浮式结构相连并定位，以便在浮托作业过程中与所述基础的竖向承载面相接。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述弹性缓冲器位于所述浮式结构上用作为纵向制动件，以使浮式结构及上部结构呈适当的排列定位安装到基础上。

3.一种用于将支撑在浮式结构上的上部结构安装到近海基础上的浮托方法，包括如下步骤：

a.在所述基础上设置多个辊式缓冲器，以便所述辊式缓冲器从所述基础伸出并在浮托作业过程中接触和引导所述浮式结构；

b.在所述基础上设置至少两个竖向承载面；

c.在支撑上部结构的浮式结构上设置至少两个弹性缓冲器，从而所述弹性缓冲器在浮托作业过程中与所述基础的竖向承载面相接触；

d.将支撑上部结构的浮式结构移动到靠近基础的位置并与辊式缓冲器相接触，以便所述辊式缓冲器有助于使浮式结构在适当位置定位；

e.持续移动浮式结构至使弹性缓冲器与竖向承载面相接触的位置，上部结构和基础在该位置上对齐，以便将上部结构安装到基础上；

f.浮式结构压舱下沉，并将上部结构安装在基础上；以及

g.将浮式结构移除。

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