СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАПЛАВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ГИДРОТЕХНИЧЕСКОГО СООРУЖЕНИЯ
METHOD TO MANUFACTURE FLOAT-ON ELEMENTS OF HYDRAULIC ENGINEERING STRUCTURE

Изобретение относится к строительству и гидротехническому строительству, а именно к наплавному методу строительства, и может быть использовано для изготовления массивов-гигантов и иных аналогичных наплавных элементов гидротехнических сооружений.
Наплавной способ строительства по сравнению с традиционным (за перемычками) обеспечивает существенное уменьшение расхода бетона, облегчение конструкций, перенесение основных, наиболее сложных работ в индустриальные условия стройбазы и ускорение темпов строительства. Одной из важнейших проблем при возведении сооружений наплавным методом остается задача о выборе удовлетворительного строительного дока, к которому обычно предъявляют существенно жесткие требования по ряду технических и, в первую очередь, геометрических параметров: глубина дока, ширина батопорта и высота его порога, наличие подводных каналов необходимой для буксировки (вывода на акваторию) наплавных элементов глубины и т.п. Требуемые характеристики дока определяются геометрическими (габариты) и мореходными (плавучестью, остойчивостью и т.п.) качествами наплавных элементов, изготовляемых в нем.
В силу эквивалентности с точки зрения достижения одинаковых технических результатов, функциональной идентичности и конструктивной аналогичности в настоящем документе термин "наплавной элемент" употребляется наравне с терминами "наплавной блок", "наплавная конструкция", "массив-гигант" и т.п., термины "док", "строительный док", "сухой док" и "сухой строительный док" - наравне с термином "стапельное место, огражденное от моря (акватории) временной перемычкой", а "вывод наплавных элементов через батопорт дока" - с "выводом через отверстие, образованное за счет разбора временной перемычки (или ее части), ограждающей стапельное место от моря (акватории)". Не имеет значения конкретное название, указывающее на специализацию наплавного элемента (наплавной блок волнолома, мола, наплавное здание ГЭС, ПЭС, ВолЭС, основание морской стационарной или плавучей платформы и т.п.), определяющим является конструктивное и функциональное родство, определенное методом производства работ, а именно - наплавным методом, предполагающим, что наплавной элемент обладает плавучестью и его буксировку к месту установки в проектное положение осуществляют по водному пути.
Известен выбранный в качестве прототипа классический способ изготовления наплавных элементов гидротехнического сооружения, реализованный в проекте системы технического водоснабжения атомной электростанции "Куданкулам" в Индии [журнал "Гидротехническое строительство" , 2010 г., №8,, "Использование наплавных конструкций для системы технического водоснабжения атомной электростанции "Куданкулам" в Индии", авт.: Петухов Д.В., Кубасов А.П., Дынкин А.С.; изд. "Энергопрогресс"]. Способ изготовления наплавных элементов гидротехнического сооружения включает производство строительно-монтажных работ по возведению наплавных элементов в сухом строительном доке, заполнение сухого строительного дока водой и вывод наплавных элементов из дока через батопорт.
Недостаток решения состоит в высокой степени влияния глубины дока (отметки порога батопорта) на геометрические и весовые характеристики наплавных элементов. Так, например, осадка наплавных элементов при обеспеченной остойчивости находится в сильной зависимости от их ширины, высоты и толщин элементов конструкций. Все это является причиной необоснованного эксплуатационными требованиями роста стоимости наплавных элементов за счет повышения материалоемкости и т.п.Этот недостаток способа в других частных ситуациях может приводить к росту стоимости строительства за счет необходимости использования понтонов [см. журн. "Малая энергетика", 2011 г., №1-2 "Определение дока для наплавных блоков в проекте Северной ПЭС", авт. Усачев И.Н., изд. ОАО "НИИЭС"], за счет удорожания строительного дока (реконструкция, строительство нового), за счет переноса строительства наплавных элементов в доки, расположенные в климатических зонах (или зарубежных странах) с существенно более высокими расценками на строительно-монтажные работы и т.п.
Задачей настоящего изобретения является повышение технологичности изготовления наплавных элементов гидротехнического сооружения, а также снижение требований к строительным докам за счет реализации мероприятий (как правило, на стадии производства строительно-монтажных работ и до всплытия наплавных элементов), обеспечивающих повышение остойчивости наплавных элементов преимущественно без необходимости их балластировки и/или использования понтонов, а также без необоснованного эксплуатационными требованиями увеличения их габаритов (увеличения ширины и/или снижения высоты с необходимостью их последующей достройки за пределами дока и т.п.).
Объектом изобретения является способ изготовления наплавных элементов гидротехнического сооружения, включающий производство строительно-монтажных работ по возведению наплавных элементов в сухом доке, заполнение сухого дока водой и вывод наплавных элементов из дока через батопорт, отличающийся тем, что по меньшей мере два наплавных элемента объединяют до их всплытия с помощью временных связей в единую систему, представляющую собой остойчивое многокорпусное судно. Использование предлагаемого решения позволяет повысить остойчивость наплавных элементов без необходимости их балластировки и/или использования понтонов, а также назначить более экономичные габаритные размеры наплавных элементов.
Изобретение имеет развитие, состоящее в том, что наплавные элементы объединяют вплотную, т.е. без зазора между их смежными наружными гранями. Это позволяет сократить материалоемкость временных связей за счет передачи значительной части реакции, возникающей при всплытии многокорпусного судна между наплавными элементами, через их смежные контактирующие наружные грани.
Изобретение имеет второе развитие, состоящее в том, что наплавные элементы объединяют с расчетным зазором между их наружными гранями. Это позволяет регулировать величину поперечного метацентрического радиуса и, соответственно, восстанавливающего момента.
Изобретение имеет третье развитие, состоящее в том, что после вывода наплавных элементов в составе единой системы (катамарана) из дока через батопорт производят их балластировку до обеспечения остойчивости наплавных элементов по отдельности и отсоединяют наплавные элементы друг от друга. Это позволяет повысить ходкость, управляемость и поворотливость наплавных элементов и обеспечить повышение их маневренности после преодоления пути с малыми глубинами.
Изобретение имеет четвертое развитие, состоящее в том, что после вывода наплавных элементов в составе единой системы (катамарана) из дока через батопорт к ним присоединяют по меньшей мере еще один наплавной элемент. Это позволяет снизить амплитуду и период качки многокорпусного судна, состоящего из объединенных наплавных элементов, под действием волны, ветра и других сил, а также увеличить величину поперечного метацентрического радиуса (что может потребоваться, например, для обеспечения динамической остойчивости при расчетном морском волнении).
Изобретение имеет пятое развитие, состоящее в том, что после вывода из дока через батопорт наплавные элементы буксируют и швартуют к набережной (пирсу и т.п.) и производят строительно-монтажные работы по их достройке наплаву, а также при необходимости и соответствующую их добалластировку. Это позволяет оптимизировать (улучшить) мореходные качества многокорпусного судна (в т.ч. снизить осадку и повысить остойчивость), состоящего из наплавных элементов на период вывода из дока в т.ч. за счет использования наплавных элементов одинаковой и/или пониженной высоты.
Изобретение имеет шестое развитие, состоящее в том, что после вывода из дока наплавные элементы фиксируют (устанавливают на дно акватории, подводное основание и/или на монтажные опоры, сваи и т.п.) и производят строительно-монтажные работы по их достройке. Это позволяет исключить качку и повысить устойчивость наплавных элементов, а следовательно, и технологичность строительно-монтажных (достроечных) работ.
Изобретение имеет седьмое развитие, состоящее в том, что наплавные элементы балластируют и/или присоединяют к ним понтоны и/или иные устройства, способствующие повышению остойчивости и плавучести (снижению осадки). Это позволяет дополнительно снизить требования к характеристикам дока.
В некоторых случаях, когда осадка одиночного наплавного элемента не позволяет произвести его буксировку к месту его установки в проектное положение по водному пути с относительно малыми глубинами, следует также объединять наплавные элементы в единую систему (катамаран) на весь период буксировки.
Использование предложенного технического решения позволяет обеспечить достижение новых технических результатов по сравнению с прототипом. Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемыми техническими результатами приведена в таблице 1 (см. стр.6).
Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами:
- на фиг.1, 2 и 3, 4 изображен поперечный разрез по двум наплавным элементам, объединенным с помощью временных связей в единую систему, представляющую собой многокорпусное судно (катамаран), вплотную и с расчетным зазором между наружными гранями наплавных элементов соответственно.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом (см. фиг.1 и 2). В сухом строительном доке производят строительно-монтажные работы по возведению наплавных элементов (1) гидротехнического сооружения. При этом (в т.ч. с целью экономичного использования полезных площадей дока) наплавные элементы располагают в непосредственной близости друг от друга, между их смежными наружными гранями устраивают деформационный шов (2), а наружные стенки (которым принадлежат эти грани) скрепляют временными связями (3), образуя таким образом систему, представляющую собой многокорпусное судно (катамаран). Затем сухой строительный док заполняют водой, а всплывшее многокорпусное судно, состоящее из соединенных наплавных элементов (1), выводят из дока через батопорт. Впоследствии после преодоления участка водного пути с малыми глубинами производят расчетную балластировку наплавных элементов до обеспечения их остойчивости по отдельности и разъединяют их путем выключения из работы временных связей (3).
Возможность осуществления заявляемого изобретения показана следующим примером.
Пример 1. Изготовление наплавных блоков отсекающей плотины приливной электростанции (ПЭС).
Работы производят следующим образом (см. фиг.3-6). В сухом строительном доке судостроительного предприятия возводят наплавные блоки отсекающей плотины ПЭС. Затем производят монтаж и фиксацию временных связей, соединяющих наплавные блоки в единую систему, представляющую собой многокорпусное судно (катамаран), обладающую остойчивостью при существенно меньшей осадке по сравнению с отдельными наплавными элементами. Док заполняют водой и "катамаран" выводят на участок акватории с большими глубинами, где наплавные блоки балластируют (водой, материалом искуственного основания и т.п.) до обеспечения их остойчивости по отдельности и демонтируют временные связи. После этого наплавные блоки готовы к буксировке к месту их установки и сопряжения с дном акватории в створе отсекающей плотины ПЭС.
Аналогичным образом может быть реализовано изготовление других наплавных (плавучих) массивов-гигантов аналогичной конструкции: опор ЛЭП, монументов, мостовых опор, блоков плотин ПВЭС и ВолЭС, опорных блоков морских стационарных платформ и др.
Таблица 1.Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемыми техническими результатами
Новый технический результат по сравнению с прототипом
Показатели
Отличительный признак (причина улучшения показателей)
Прототипа
Объекта изобретения
1
2
3
4
Повышение технологичности изготовления наплавных элементов гидротехнического сооружения.
Требуются дополнительные работы (балластировка наплавных элементов), использование вспомогательных дорогостоящих устройств (понтоны и т.п.).
Не требуются дополнительные работы (балластировка наплавных элементов), использование вспомогательных дорогостоящих устройств (понтоны и т.п.).
Наплавные элементы объединяют в единую систему, представляющую собой остойчивое многокорпусное судно.
Снижение материалоемкости наплавных элементов гидротехнического сооружения.
Габариты определяются мореходными качествами одного наплавного элемента, что, как правило, приводит к их необоснованному эксплуатационными требованиями увеличению.
Габариты определяются мореходными качествами системы наплавных элементов, представляющей собой многокорпусное судно (катамаран), что не требует увеличения габаритов наплавных элементов из условия обеспечения их остойчивости.
Наплавные элементы объединяют в единую систему, представляющую собой остойчивое многокорпусное судно.
Снижение требований к характеристикам строительных доков.
Необходимая минимальная глубина дока определяется осадкой при обеспеченной остойчивости наплавных элементов, которую, как правило, достигают за счет балластировки наплавных элементов, увеличивающей осадку.
Необходимая минимальная глубина дока определяется осадкой при обеспеченной остойчивости наплавных элементов, которую, как правило, достигают без балластировки, а за счет объединения наплавных элементов в единую систему (катамаран), имеющую большую величину поперечного метацен-трического радиуса.
Наплавные элементы объединяют в единую систему, представляющую собой остойчивое многокорпусное судно. Производятстроительно-монтажные работы по достройке наплавных элементов после вывода их из дока, но до установки в проектное положение (швартуют к набережной).
Обеспечение остойчивости при меньшей осадке.
Остойчивость достигают за счет балластировки наплавных элементов, увеличивающей осадку.
Остойчивость достигают без балластировки, а за счет объединения наплавных элементов в единую систему (катамаран), имеющую большую величину поперечного метацентрического радиуса.
Наплавные элементы объединяют в единую систему, представляющую собой остойчивое многокорпусное судно.