Способ формирования замкнутого участка дна акватории с возможностью его осушения и система, его реализующая
Изобретение относится к области гидротехнического строительства, а именно к технологии создания временного или постоянного ограждения замкнутого в плане участка дна акватории. Это обусловлено тем, что используется СПБ, на котором располагают набор кессонов, выполненных с возможностью взаимодействия с направляющими, расположенными по стенкам лаймы. При этом путем перемещения по направляющим погружают кессоны с помощью кранового оборудования, а после выравнивания СПБ по горизонту и с помощью кранового оборудования по направляющим монтируют кессоны, соединяя герметично их в вертикальной плоскости. Опуская кессоны на дно, формируют с их помощью на дне акватории замкнутый в плане участок путем ограждения его пространства, а после выполнения в этом пространстве работ с помощью кранового оборудования осуществляют подъем кессонов по упомянутым направляющим и разъединяют их поштучно. Изобретение обеспечивает снижение затрат и повышение надежности при реализации предлагаемой технологии. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.
Настоящие изобретения относятся к гидротехническому строительству, а именно - к технологии создания временного или постоянного ограждения замкнутого в плане участка дна акватории и расположенного над ним пространства по всей толще воды. Эти изобретения преимущественно могут быть использованы в прибрежных водах, руслах рек, закрытых или открытых акваториях при неустойчивом ветровом режиме, вызывающем соответствующее волнение, турбулизацию прибрежных течений и значительное помутнение придонных вод. Особенно эти изобретения перспективны при строительстве, монтажных и ремонтных работах, когда они должны быть выполнены независимо от рельефа дна, скорости течения и параметров волнения. При этом минимизируется опасность для жизни людей и степень воздействия на окружающую среду по сравнению с проведением в данных условиях этих работ другими способами и системами.
Известны разные способы формирования замкнутого участка дна акватории с возможностью его осушения и системы, их реализующие, в частности используемые для прокладки трубопровода под водой, а также системы, их реализующие, и монтажные комплексы соединения труб, используемые в них (см. Городские инженерные сети и коллекторы. Ленинград, Стройиздат, Ленинградское отделение, 1990, стр.206-216; стр.249-266; стр.310-332).
Эти известные способы, а также их системы реализации и монтажные комплексы соединения труб, используемые в них, чаще применяются при пересечении несудоходных водных преград или когда есть возможность остановки судоходства в створе перехода на период укладки трубопровода, отстроповкой специальных устройств, удерживающих трубопровод на поверхности воды, или перемещением плавучих опор.
В качестве монтажного комплекса соединения трубопровода из труб применяют сварочные агрегаты, которые располагают на берегу.
Однако эти известные способы прокладки подводных трубопроводов, системы, их реализующие, и монтажные комплексы соединения труб в трубопровод имеют существенный недостаток. Они неприменимы для прокладки трубопровода по дну акватории, если трубопровод собирают из труб, особенно большого диаметра, например более 1,5 метров, изготовленных из легких материалов, например из армированного стеклопластика, и/или имеющих выступающие конструкции или изготовленных из материалов, "плохо работающих" на изгиб (бетон, чугун), так как требуется формирование замкнутого в плане огражденного участка дна и проведение на нем соответствующих работ. При этом возникает необходимость осушения этого участка дна.
Часто ограждение замкнутого в плане участка дна и его осушение необходимо тогда, когда:
1) надо возвести опору моста;
2) построить подводный тоннель;
3) заглубить грунт и выполнить монтаж донных плит и защитных корпусов подводных заканчивают устьев скважин для последующего бурения, что особенно важно в условиях возможного воздействия на грунт ледовых образований;
4) сформировать в донном грунте шахту для входа или выхода горизонтально-наклонных скважин при прокладке подводных нефтегазопроводов в районе уреза воды (берега) при интенсивной размываемости берега и/или при сильном воздействии на прибрежный участок дна моря ледовых образований. Это исключает необходимость формирования искусственных островов и их последующую ликвидацию;
5) произвести монтаж и/или ремонт водозаборных/водосбросных устройств;
6) сформировать в условиях открытого моря участки бетонных ограждений, в том числе с формированием контрфорсов, при создании искусственных островов и т.д.
Например, известен способ сооружения жесткой конструкции на дне (Патент РФ №2062314, Е02В 3/06, опубл. 1996.06.20). Его сущность заключается в том, что используют оболочки специфической формы, которые состоят из плоских стальных пластин, собранных в конструкцию многоугольного, например пятиугольного, сечения, которая напоминает многогранную пирамиду. Оболочку 1 устанавливают на дно во взаимосвязи с оболочкой 20, которая должна быть установлена. Обе оболочки взаимно соединены посредством параллелограммной системы, образованной бимсами 29 и 30, со стержнями 31 и шарнирными соединениями 32. Оболочки можно применять в комбинации с оболочками со стенками, которые входят в вырезы в оболочках-колоннах. Между двойными стенками заливается бетон, а внутреннее пространство оболочек-колонн или между оболочками заполняется каменным материалом.
Известен комплекс для разработки донного грунта (Патент РФ №2062880, Е21С 50/00; E02D 29/063, опубл. 1996.06.27). Этот комплекс включает чашеобразную камеру, полый стояк, установленный на днище камеры с возможностью сообщения в рабочем положении ее полости с атмосферой, уплотнение, установленное по бортам камеры для герметизации ее полости на донном грунте, насос для откачки воды из полости камеры, приемную платформу и магистрали энерго- и жизнеобеспечения в полости камеры на донном грунте. Уплотнение камеры выполнено в виде полого эластичного тора, приемная платформа установлена над поверхностью водной среды в рабочем положении комплекса. Комплекс снабжен насосом для подачи жидкости в полость уплотнения и аппаратурой, регулирующей давление в полости уплотнения, а также упорами, установленными в рабочем положении комплекса между донным грунтом и днищем камеры. Упоры могут быть выполнены в виде гидроцилиндров, поршневая полость которых сообщена с насосом для подачи рабочей жидкости магистралью, имеющей регулирующее давление аппаратуру. Кроме того, комплекс может быть снабжен гибкими звеньями, закрепленными одними концами на приемной платформе, а другими - на днище камеры.
Известен способ возведения гидротехнического сооружения на мелководном участке акватории (Патент РФ №2224843, Е02В 17/00, опубл. 2003.11.27). Способ может быть использован при возведении долговременных гидротехнических сооружений при освоении и обустройстве мелководных участков акваторий, например при добыче и глубокой переработке углеводородного сырья, при строительстве рыборазводных промышленных комплексов, в частности при возведении искусственных островов. Плавучий железобетонный матричный понтон, оснащенный растворобетонным узлом и оснасткой для литья и монтажа свай, а также груженный сваями в виде труб, буксируют к месту возведения гидротехнического сооружения. Трубы устанавливают вертикально вдоль двух бортов железобетонного матричного понтона симметрично относительно его продольной оси. В полость труб заливают бетонную смесь. Матричный понтон перемещают в новую позицию и указанным выше образом монтируют следующую группу свай вдоль двух его бортов до завершения формирования свайного поля. Затем базовые понтоны, ширина которых равна ширине матричного понтона, поочередно заводят в промежутки между сваями и жестко крепят каждый из указанных понтонов к примыкающим к нему сваям. Внутрь каждого из базовых понтонов загружают утяжеляющий балласт. Затем на базовых понтонах создают полезную нагрузку за счет размещения на них производственного оборудования и/или образования ландшафтно-архитектурных форм. По меньшей мере, к одной из свободных сторон базового понтона крепят жестко с возможностью отсоединения навесной плавучий железобетонный понтон.
Все перечисленные известные изобретения направлены на формирование замкнутого в плане огражденного участка дна и проведение на нем соответствующих работ.
Однако они имеют существенные недостатки:
1. Ориентированы на выполнение только отдельных видов гидротехнических работ;
2. Не могут быть реализованы при наличии в акватории течений и/или требуют предварительного выравнивания рельефа дна, включая подсыпку грунта, что ведет к возникновению на акватории при наличии течения шлейфа загрязненных вод;
3. Создают повышенную опасность для жизни людей (водолазов), если работы ведутся с судов и снаружи сооружений и т.д.
Известен способ возведения тоннеля мелкого заложения на дне акватории и система, его реализующая (Патент РФ №2252300, E02D 29/063, Е02В 17/00, опубл. 2005.05.20). Это изобретение включает образование временного гидротехнического ограждения по периметру замкнутого в плане участка дна и удаление воды из огражденного пространства, выполнение внутри него строительных работ сухим способом с последующим демонтажом гидротехнического ограждения. Причем первоначально изготавливают единое с управляемой плавучестью гидротехническое ограждение без донной части. Затем его транспортируют и выводят на трассу тоннеля. Здесь притапливают до дна путем уменьшения его плавучести и фиксируют на дне с помощью фиксаторов и системы якорей. Верхнюю часть гидротехнического ограждения, размещенную над уровнем воды, выравнивают по горизонту и размещают на ней крановое оборудование и площадки для временного складирования строительных материалов. Потом возводят шпунтовые стенки внутри огражденного пространства, после чего удаляют воду из огражденного пространства, разрабатывают донный грунт путем отрывки котлована, а затем создают несущее свайное поле тоннеля, на котором возводят ростверк с размещением на нем сборных или монолитных железобетонных секций тоннеля. После проведения работ внутри огражденного пространства гидротехническому ограждению возвращают исходную плавучесть. Новым в системе для временного осушения участка дна, используемой для осуществления способа, является то, что временное гидротехническое ограждение выполнено в виде единой конструкции с управляемой плавучестью без донной части с подвижными фиксаторами в виде ножей по вертикальным стенкам.
Известная система для временного осушения участка дна (см. Патент РФ №2252300, Е02В 29/063, Е02В 17/00, опубл. 20.05.2005), которая содержит замкнутое в плане временное гидротехническое сооружение, выполненное в виде единой конструкции без донной части, с управляемой плавучестью, например в виде плавучего дока с расположенными по вертикальным стенам подвижными фиксаторами, например, в виде ножей. Эта система позволяет реализовать ранее отмеченный способ возведения тоннеля мелкого заложения на дне акватории.
Оба известных технических решения выбираются в качестве прототипа, так как имеют с заявляемыми изобретениями наибольшее число общих существенных признаков, объединены единым изобретательским замыслом и являются последними разработками по данной теме.
Однако прототипы имеют существенные недостатки, как то:
- необходимость предварительного выравнивания рельефа дна, а при слабых грунтах - дополнительной подсыпки грунта требуемого качества;
- при наличии течений возможен размыв грунта, а при недостаточной балластировке при волнении возможно проявление текстотропности грунта. В обоих случаях возникает необходимость в забивке шпунта, что практически лишает эти разработки важнейшего достоинства, отличающего их от традиционных способов временного осушения участка дна;
- из-за сравнительно большой высоты дока затруднена его буксировка и использование в условиях открытого моря.
Задачей настоящих изобретений является устранение отмеченных недостатков и получение технического результата, заключающегося в расширении функциональных возможностей применения способа формирования замкнутого в плане участка дна акватории с возможностью его осушения и системы, его реализующей.
Поставленная задача решена. Для этого в известном способе формирования замкнутого в плане участка дна акватории с возможностью его осушения, включающем первоначальное изготовление единого с управляемой плавучестью средства без донной части и с размещенными на ней крановым и другим оборудованием, площадками для временного складирования строительных материалов, которое затем транспортируют и выводят на место формирования замкнутого в плане огражденного участка дна акватории, позиционируют и фиксируют положение упомянутого плавучего средства над ним с помощью фиксаторов, после чего выравнивают по горизонту и затем на дне акватории возводят замкнутый в плане участок путем ограждения его пространства, после чего, при необходимости, удаляют воду из огражденного пространства и производят на нем работы, согласно настоящему изобретению единое с управляемой плавучестью средство без донной части изготавливают в виде самоподъемной с майной посередине плавучей баржи (СПБ) и на ней в качестве фиксаторов используют четное, не менее четырех, количество опускаемых опор, обеспечивающих при необходимости подъем корпуса СПБ на высоту, исключающую воздействие волновых нагрузок на корпус СПБ, с внутренней стенки майны устанавливают с возможностью заглубления в грунт направляющие (тавры), а поверх палубы СПБ в составе другого оборудования располагают набор кессонов, которые выполняют с возможностью взаимодействия с направляющими путем перемещения по ним при их погружении с помощью кранового оборудования, а после выравнивания СПБ по горизонту и с помощью кранового оборудования по направляющим монтируют кессоны, соединяя их для герметичности между собой традиционными замками или болтовыми соединениями, и опускают их на дно, формируя с их помощью на дне акватории замкнутый в плане участок путем ограждения его пространства, а после выполнения в этом пространстве работ с помощью кранового оборудования осуществляют подъем кессонов по упомянутым направляющим и разъединяют их поштучно.
Такое новое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет достичь следующих технических результатов:
- расширить область применения предлагаемого способа путем создания возможностей по формированию жесткого ограждения по замкнутому в плане участку дна акватории;
- создать из кессонов последовательный ряд с герметичным соединением их между собой в вертикальном направлении, что позволяет работать с кессонами на больших глубинах, чем это было традиционно;
- при наличии течений возможно исключить влияние размыва грунта на загрязнение потока, так как направляющие внедряются в грунт и обеспечивают набору кессонов жесткое положение на дне акватории;
- возможность перемещения СПБ по акватории.
Для решения указанной задачи была создана система формирования замкнутого в плане участка дна акватории с возможностью его осушения, содержащая единое с управляемой плавучестью средство без донной части, фиксаторы его положения над местом формирования замкнутого в плане участка дна акватории и размещенное на палубе крановое оборудование и другое оборудование, площадки для временного складирования строительных материалов, согласно настоящему изобретению в качестве единого с управляемой плавучестью средства без донной части применена самоподъемная с майной посередине плавучая баржа (СПБ) и на ней расположены фиксаторы в виде четного, не менее четырех, количества опускаемых опор, обеспечивающих при необходимости подъем корпуса СПБ на высоту, исключающую воздействие волновых нагрузок на корпус СПБ, с внутренней стенки майны установлены направляющие (тавры) с возможностью их заглубления в донный грунт, а поверх палубы СПБ расположен набор кессонов, которые выполнены с возможностью взаимодействия с направляющими путем перемещения по ним при их погружении с помощью кранового оборудования на дно и при подъеме с дна, а также с возможностью взаимодействия между собой с созданием герметичного в горизонтальной плоскости разъема и с формированием замкнутого в плане огражденного участка дна акватории.
Такое новое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет получить устройство, объединенное единым изобретательским замыслом с предлагаемым способом и обеспечивающее достижение следующего технического результата, как то: упростить и повысить надежность конструкции устройства, обеспечивающего формирование замкнутого в плане участка дна акватории с возможностью его осушения.
Существенные отличия как заявляемого способа формирования замкнутого в плане участка дна акватории с возможностью его осушения, так и системы, его реализующей, по сравнению с прототипами заключаются в том, что применен набор кессонов. Их поштучно монтируют между собой и опускают и поднимают по направляющим, размещенным по стенкам майны СПБ. Это позволяет в вертикальном направлении наращивать из кессонов соответствующее сооружение для выполнения подводных работ и иметь жесткую конструкцию, противодействующую быстрым течениям и большим давлениям воды в месте расположения этих кессонов на дне акватории. При этом с помощью кессонов обеспечивается формирование замкнутого в плане участка дна акватории с возможностью его осушения.
Предлагаемые изобретения обладают изобретательским уровнем, так как они для средней квалификации специалистов логически не следуют из известного уровня техники и объединены единым изобретательским замыслом. Так, например, из БСЭ, со ссылкой на следующую литературу: Зингоренко Г.И. и Силин Н.А. Гидромеханизация кессонных работ, М., 1949; Хализев Е.П. Выбор оптимального режима работы гидромеханизационных установок в кессонах, М., 1957; Правила безопасности при производстве работ под сжатым воздухом (Кессонные работы), 2 изд., М., 1960, известно, что кессон (от франц. caisson - ящик) - ограждающая конструкция для образования под водой или в водонасыщенном грунте рабочей камеры, свободной от воды. Поступление воды в рабочую камеру предотвращается нагнетанием в нее сжатого воздуха. Кессон обычно сооружается на поверхности и погружается в грунт под действием собственного веса и веса надкессонного строения по мере выемки грунта. Кессон может опускаться с суши, с искусственного насыпного или намытого островка или с поверхности воды. Основная рабочая операция при опускании кессона - разработка и выдача на поверхность грунта. Скальные и твердые глинистые грунты разрабатываются взрывным способом или пневматическими инструментами. При проходке песчаных и поддающихся размыву глинистых грунтов работы ведутся средствами гидромеханизации, грунты размываются гидромониторами и удаляются из кессона гидроэлеваторами. Гидромеханизация кессонных работ существенно сокращает количество работающих в кессоне, уменьшает вредность производства и расход сжатого воздуха, ускоряет и удешевляет строительство. При кессонных работах компрессорная станция непрерывно подает в кессон сжатый воздух, поддерживая в нем необходимое воздушное давление. В зависимости от величины воздушного давления в рабочей камере, согласно правилам безопасности должны проводиться мероприятия, предупреждающие возможность заболевания рабочих кессонной болезнью: регламентируется продолжительность рабочего дня, время шлюзования, т.е. перехода от атмосферного давления к рабочему, и вышлюзовывания (обратного процесса) и т.д.
В современном строительстве применяются железобетонные кессоны. Боковые стенки их (консоли) внизу заканчиваются стальным ножом, врезающимся в грунт в процессе опускания кессона. В верхнем перекрытии (потолке) имеются шахтные отверстия, над которыми монтируются шахтные трубы и шлюзовой аппарат, обеспечивающий доставку людей и материалов из зоны сжатого воздуха в зону атмосферного давления и обратно. После достижения ножом кессона проектной отметки рабочая камера полностью или частично заполняется бетоном или песком; иногда, при небольших эксплуатационных нагрузках и при прочном, малодеформируемом основании, рабочие камеры оставляют незаполненными.
Для подводных работ, не связанных с необходимостью заглубления в грунт (главным образом ремонтные и восстановительные работы в гидротехническом строительстве), иногда применяется съемный кессон - металлический или железобетонный ящик, открытый снизу (воздушный колокол) и опускаемый на дно. Сообщение с кессоном осуществляется с помощью вертикальных шахт, выводимых выше уровня воды.
Однако никто еще не формировал из кессонов вертикальный ствол для работы под водой и для осушения в огражденном им участке дна. Кроме того, в предлагаемых изобретениях кессоны опускают по направляющим, установленным по стенкам майны СПБ, что позволяет использовать устойчивое положение СПБ, имеющей фиксаторы своего положения в виде выдвижных опор и массы самой СПБ.
Известно судно типа СПБ «Судно-трубоукладчик (варианты) и способ прокладки трубопроводов (варианты)» (Патент РФ №2230967, F16L 1/19, опубл. 2004.06.20). Суть этого известного изобретения способа прокладки трубопровода с судна, которое выполняет функцию системы прокладки подводного трубопровода, заключается в том, что поочередно ведут соединения частей трубопровода в нитку с последующей ее укладкой на дно акватории через майну, имеющуюся на судне и расположенную по его середине. Но в этом судне майна не имеет направляющих, по которым можно было бы опускать последовательно два, три кессона и соединять их герметично с возможностью последующего разъединения.
Дополнительно отметим, что по предлагаемым изобретениям есть возможность вести контроль и управление процессом работ, осуществляемых на ограниченном в плане замкнутом участке дна. Для этого достаточно, например, иметь соответствующие датчики как на борту СПБ, так и в кессонах. По сравнению с аналогами и прототипом заявляемый способ формирования замкнутого в плане участка дна акватории с возможностью его осушения и система, его реализующая, имеет существенные отличия, как то:
- плавучая система выполнена в виде судна или баржи с майной, имеющей размеры больше габаритных размеров;
- на плавучей системе установлены выдвижные опорные колонны, позволяющие судну или барже занять над участком дна акватории жесткую позицию и по которым судно или баржа может подниматься или опускаться. Это позволяет уменьшить влияние волн на процесс опускания и подъема кессонов по направляющим, установленным по внутренним стенкам майны СПБ.
Проведенный заявителем патентно-информационный поиск показал, что заявляемая совокупность существенных отличительных признаков как способа, так и системы, его реализующей, не известны.
Поэтому с учетом результатов патентно-информационного поиска и наличия существенных отличий по сравнению с прототипом заявляемые технические решения можно считать новыми и имеющими изобретательский уровень.
Практическая применимость заявленных технических решений поясняется чертежами, где:
Фиг.1 - стадия позиционирования СПБ над местом формирования замкнутого в плане участка дна акватории с возможностью его осушения;
Фиг.2 - стадия опускания опор, подъема СПБ и заглубление направляющих для опускания и подъема по ним кессонов;
Фиг.3 - стадия опускания кессонов на дно;
Фиг.4 - стадия подготовки гипербарической камеры.
Предлагаемый способ формирования замкнутого в плане участка дна акватории с возможностью его осушения осуществляется следующим образом.
В заводских условиях первоначально изготавливают единое с управляемой плавучестью средство 1, у которого нет донной части 2. Это средство 1 изготавливают в виде самоподъемной с майной 2 посередине плавучей баржи (СПБ) и на ней размещают крановое оборудование 3, площадки 4 для временного складирования строительных материалов 5. На этой же СПБ 1 располагают фиксаторы 6 ее положения над местом 7 формирования замкнутого в плане участка 8 дна акватории 9 с возможностью его осушения. При этом в качестве фиксаторов 6 используют четное, не менее четырех, количество опускаемых опор, обеспечивающих при необходимости подъем корпуса СПБ 1 на высоту, исключающую воздействие волновых нагрузок на корпус СПБ 1. С внутренней стенки 10 майны 2 устанавливают направляющие (тавры) (Фиг.2, п.11). Поверх палубы СПБ 1, например на ее площадках 4 для временного складирования строительного материала, располагают набор кессонов 12. Их изготавливают с возможностью взаимодействия с направляющими 11 путем перемещения по ним при их погружении с помощью кранового оборудования 3 на дно и при подъеме с дна, а также с возможностью взаимодействия между собой с созданием герметичного в горизонтальной плоскости разъема (Фиг.3, п.13) и с формированием замкнутого в плане огражденного участка 8 дна акватории 9. После изготовления СПБ 1 и ее оснащения необходимым оборудованием СПБ транспортируют и выводят на место формирования замкнутого в плане огражденного участка 8 дна акватории 9. Позиционируют и фиксируют положение над ним СПБ 1 с помощью фиксаторов, т.е. опор, и при необходимости водометными движителями (подруливающими устройствами, якорными устройствами, швартовыми устройствами, позволяющими буксировать СПБ, а при больших скоростях течения - дополнительно удерживать СПБ буксирами (перечисленные средства перемещения и позиционирования СПБ на чертеже не показаны. Они являются необходимыми средствами по обеспечению безопасности транспортировки СПБ по акватории)). Как уже отмечалось, в качестве фиксаторов 6 используют четное, не менее четырех, количество опускаемых опор, обеспечивающих при необходимости подъем корпуса СПБ 1 на высоту, исключающую воздействие волновых нагрузок на корпус СПБ 1. С их помощью выравнивают по горизонту СПБ 1 и затем на дне акватории 9 возводят замкнутый в плане участок 8 путем ограждения его пространства с помощью погружаемого кранового оборудования кессонов 12. Причем с помощью кранового оборудования кессоны 12 опускают на дно акватории по направляющим 11, расположенным по внутренней стенке майны. Ответная часть этой направляющей имеется и на кессоне (на чертеже не показано). По ним же их и поднимают. При этом между последовательно погружаемым кессоном и уже установленным на дне кессоном создается герметичный в горизонтальной плоскости разъем, а также формируется замкнутый в плане огражденный участок дна акватории. Указанный герметичный в горизонтальной плоскости разъем между кессонами возникает за счет применения соответствующих (стандартных) замков (на чертеже не показаны), а герметичность - применением резиновых прокладок (на чертеже не показано).
Предлагаемая система, реализующая описанный способ формирования замкнутого в плане участка дна акватории с возможностью его осушения, представляет собой единое с управляемой плавучестью средство 1 без донной части. В качестве его применена самопогружная с майной 2 посередине плавучая баржа (СПБ). На ней расположены фиксаторы 6 в виде четного, не менее четырех, количества опускаемых опор, обеспечивающих при необходимости подъем корпуса СПБ 1 на высоту, исключающую воздействие волновых нагрузок на корпус СПБ. На палубе СПБ размещены крановое оборудование 3, площадки для временного складирования строительных материалов. С внутренней стенки майны 2 установлены направляющие 11 (тавры), а поверх палубы СПБ на ее площадках для временного складирования строительных материалов - набор кессонов 12. Каждый кессон выполнен с возможностью взаимодействия с направляющими путем перемещения по ним при их погружении с помощью кранов на дно и при подъеме с дна, а также с возможностью взаимодействия между собой с созданием герметичного в горизонтальной плоскости разъема и с формированием замкнутого в плане огражденного участка дна акватории.
Необходимо отметить, что при реализации предлагаемых изобретений они должны отвечать следующим требованиям:
1. Позиционирование СПБ над местом проведения работ осуществляется как с использованием упомянутых ранее устройств, так и с помощью определения координат с помощью спутников (система GPS или GLANAS) или соответствующих реперов, а также магнитометрических и/или акустических (зонаров) датчиков.
2. Опускание опор на дно акватории, подъем корпуса СПБ на высоту, исключающую воздействие волновых нагрузок на этот корпус и виброзаглубление в грунт дна направляющих (тавров) для последующего опускания по ним кессонов (Фиг.2).
3. Опускание кессонов на дно акватории осуществляется с помощью кранового оборудования по направляющим, установленным по внутренней стенке майны (Фиг.3).
Для производства некоторых видов работ возможно использование воздушного колокола (гипербарической камеры), образованного кессонами и верхней крышкой со шлюзом (Фиг 4, п.14).
4. Конструктивные особенности СПБ для реализации предлагаемого способа.
4.1. Конструктивно-архитектурный тип и основное оснащение СПБ представлены на фиг.1÷4.
4.2. Размеры майны в плане для производства перечисленных выше работ должны составлять примерно 10×15 м или, для сокращения количества перемещений СПБ при производстве некоторых видов работ, увеличены по длине до 25-30 м. При этом в средней части майны предусматривается размещение вертикальной рамы для фиксации направляющих при опускании кессонов.
4.3. Конструктивной особенностью СПБ, отличающей ее от других типов систем, является наличие на стенках майны шлицов (направляющих) для фиксирования в горизонтальной плоскости погружаемых в грунт дна акватории балок, имеющих в поперечном сечении форму тавра.
Для обеспечения свободного скольжения погружаемых в дно балок эти шлицы должны иметь амортизированные ролики.
Конструктивные размеры и прочностные характеристики балок и шлицов должны определяться исходя из нагрузок, возникающих от течения воды и глубины акватории, на которой будет использоваться эта СПБ.
4.4. Кессоны, представляющие собой короба без дна и верхней крышки, должны иметь высоту ориентировочно 4-5 м и обладать необходимой прочностью, которая обеспечивала бы устойчивость стенок кессонов при воздействии на них столба воды (в случае, если для производства работ требуется осушение полости), соответствующего глубине акватории.
При этом для использования направляющих, расположенных по внутренней стенке майны, в качестве промежуточных опор внешние стенки кессонов должны иметь шлицы, аналогичные шлицам, расположенным на стенках майны (на чертеже не показаны). Величина зазоров между роликами кессонов и направляющими, погруженными в грунт, должна учитывать величину возможного смещения балок (стрелку прогиба).
4.5. Нижняя кромка нижнего кессона должна быть выполнена в форме ножа, с тем чтобы при заглублении сопротивление грунта было минимальным. Для повышения скорости заглубления к внутренней кромке ножей под давлением подается вода и/или воздух, что способствует размыву грунта внутрь кессонов и минимизирует выход пульпы наружу. Для этого в стенках кессонов размещаются трубопроводы.
Для минимизации грузоподъемности кранового оборудования стенки кессонов имеют воздушные полости, что обеспечивает им при погружении в воду или подъеме из воды нулевую или положительную плавучесть.
Для создания повышенной нагрузки на ножи полости заполняются водой.
Верхняя кромка нижнего кессона и обе кромки остальных кессонов должны иметь прорезиненную или иную прокладку для обеспечения необходимой герметичности стыков между соединяемыми кессонами, которая обеспечивается замками (фиксаторами), расположенными на внешней стороне кессонов, или болтовыми соединениями.
4.6. Для соединения кессонов между собой в процессе их опускания и для разборки их - при подъеме на стенках майны должны быть предусмотрены поворотные или выдвигаемые в сторону стенок кессонов фиксаторы, на которые опираются наружные горизонтальные ребра кессонов. Конструкция таких фиксаторов традиционная и не требует пояснения.
4.7. При размещении кессонов и балок на палубе должны быть предусмотрены необходимые проходы и выполнение работ со стропами в процессе проведения соответствующих операций. Для размещения другого оборудования могут быть использованы участки палубы внутри кессонов.
4.8. СПД для строительства сооружений, возвышающихся над уровнем воды, должна быть катамаранного типа, или, по крайней мере, носовая часть должна иметь рецесс в носовой части высотой до 3 м, обеспечивающий возможность строительства таких сооружений.
4.9. СПД должна иметь также швартовные и буксирное устройства. Необходимость установки подруливающих устройств и параметры якорной системы позиционирования определяются при проектировании.
5. Дополнительное оборудование, необходимое для проведения работ.
5.1. Помимо 2-х подъемных кранов, СПБ должна быть оснащена следующими техническими средствами:
1) вибропогружателями для заглубления балок (направляющих) и, при необходимости, шпунта в грунт,
2) гидромониторами - для размыва грунта,
3) погружными насосами - для откачки воды и пульпы, образующейся при размыве грунта гидромониторами,
4) ковшами для выема грунта, включающего камни, после осушения полости кессонов,
5) емкостями - для складирования и/или отстоя грунта.
5.2. В штатное оборудование ПБУ для производства гидротехнических работ необходимо включить водолазный пост с соответствующим оснащением для выполнения водолазных работ.
5.3 Для использования кессонов в качестве гипербарической камеры СПБ должна иметь компрессор, рассчитанный на создание в полости до 1,5-2 атмосфер избыточного давления (в зависимости от проектной глубины, предусмотренной техническим заданием).
В самой шлюзовой камере должно быть предусмотрено 2 отделения: для входа и выхода работающих, в которых в соответствующих режимах проводятся операции компрессии и декомпрессии.
5.4. Внутренность крышки должна быть оборудована необходимыми талевыми и/или другими средствами для перемещения грузов внутри полости.
5.5. Для проведения строительно-монтажных и ремонтных работ СПБ должна быть оснащена средствами для выполнения сварочных и газорезательных работ и различными видами пневмоинструмента.
6. Обеспечение устойчивости СПБ на грунте.
6.1. Для обеспечения большей устойчивости СПБ при наличии боковых и/или фронтальных течений нижняя часть опор СПБ должна иметь:
- средства размыва грунта как для заглубления их в грунт, так и для устранения явления «прилипания» опор к грунту при подъеме опор,
- внутри колонн сваи для вдавливания их в грунт средствами гидравлики и/или с использованием вибрации.
6.2. При больших глубинах акватории и больших скоростях течения, действующего на кессоны, устойчивость СПБ против опрокидывания и вибрации обеспечивается дополнительной балластировкой путем заполнения цистерн того или иного борта. В результате этого создается дополнительный восстанавливающий момент, противодействующий опрокидыванию сооружения.
6.3. Условие устойчивости СПБ на грунте показано на Фиг.5, приведенной ниже, и будет иметь вид:
((РСПБ·LСПБ+Рб·Lб)-Рт·Lт)>0,
где Рт - нагрузка на кессоны от течения (вычисляется по известной формуле гидромеханики);
РСПБ, Рб - соответственно, масса СПБ без балласта и масса самого балласта;
Lт, LСПБ, Lб - плечи действующих нагрузок относительно оси предполагаемого поворота СПБ при опрокидывании.
7. Выполнение перечисленных видов гидротехнических работ предполагает дополнительную проработку вопросов технологии их проведения, которые не являются предметом данного изобретения.
1. Способ формирования замкнутого в плане участка дна акватории с возможностью его осушения, включающий первоначальное изготовление единого с управляемой плавучестью средства без донной части и с размещенными на ней крановым и другим оборудованием, площадками для временного складирования строительных материалов, которое затем транспортируют и выводят на место формирования замкнутого в плане огражденного участка дна акватории, позиционируют и фиксируют положение упомянутого плавучего средства над ним с помощью фиксаторов, после чего выравнивают по горизонту и, затем на дне акватории возводят замкнутый в плане участок путем ограждения его пространства, после чего, при необходимости, удаляют воду из огражденного пространства и производят на нем работы, отличающийся тем, что единое с управляемой плавучестью средство без донной части изготавливают в виде самоподъемной с майной посередине плавучей баржи (СПБ) и на ней в качестве фиксаторов используют четное, не менее четырех, количество опускаемых опор, обеспечивающих при необходимости подъема корпуса СПБ на высоту, исключающую воздействие волновых нагрузок на корпус СПБ, с внутренней стенки майны устанавливают с возможностью заглубления в грунт направляющие (тавры), а поверх палубы СПБ в составе другого оборудования располагают набор кессонов, которые выполняют с возможностью взаимодействия с направляющими путем перемещения по ним при их погружении с помощью кранового оборудования, а после выравнивания СПБ по горизонту с помощью кранового оборудования по направляющим монтируют кессоны, соединяя их для герметичности между собой традиционными замками или болтовыми соединениями и опускают их на дно, формируя с их помощью на дне акватории замкнутый в плане участок путем ограждения его пространства, а после выполнения в этом пространстве работ с помощью кранового оборудования осуществляют подъем кессонов по упомянутым направляющим и разъединяют их поштучно.
2. Система формирования замкнутого в плане участка дна акватории с возможностью его осушения, содержащая единое с управляемой плавучестью средство без донной части, фиксаторы его положения над местом формирования замкнутого в плане участка дна акватории и размещенное на палубе крановое оборудование и другое оборудование, площадки для временного складирования строительных материалов, отличающаяся тем, что в качестве единого с управляемой плавучестью средства без донной части применена самоподъемная с майной посередине плавучая баржа (СПБ) и на ней расположены фиксаторы в виде четного, не менее четырех, количества опускаемых опор, обеспечивающих при необходимости подъем корпуса СПБ на высоту, исключающую воздействие волновых нагрузок на корпус СПБ, с внутренней стенки майны установлены направляющие (тавры) с возможностью их заглубления в донный грунт, а поверх палубы СПБ расположен набор кессонов, которые выполнены с возможностью взаимодействия с направляющими путем перемещения по ним при их погружении с помощью кранового оборудования на дно и при подъеме с дна, а также с возможностью взаимодействия между собой с созданием герметичного в горизонтальной плоскости разъема и с формированием замкнутого в плане огражденного участка дна акватории.
