СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПОДВОДНО-ТЕХНИЧЕСКИХ РАБОТ ПРИ МОНТАЖЕ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ОБЪЕКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD TO PERFORM UNDERWATER TECHNICAL WORKS DURING INSTALLATION OF BULK ITEMS AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к гидротехническому строительству, в частности к строительству причалов, подводных ограждающих конструкций, искусственных островов, подводных защитных сооружений на шельфе.
Известно, что при строительстве причалов из массивов-гигантов применяется метод доставки массивов-гигантов наплавным способом с последующим их затоплением и загрузкой балластом (В.Г.Яковенко «Строительство причалов» - М.: Транспорт, 1981, с.106-111, 170-173).
Известный метод строительства причалов характеризуется высокой трудоемкостью работ в связи со сложностью выполнения на больших глубинах операции установки под водой массивов-гигантов и их загрузки балластом, а также необходимостью использования при монтаже таких объектов плавкранов большой грузоподъемности.
Известен способ блок-модульного строительства гидротехнических сооружений в подводных котлованах, принятый в качестве прототипа, заключающийся в том, что блок-модули заводской готовности доставляют к месту строительства на баржах-площадках и устанавливают в проектное положение на подводное основание в один или несколько ярусов с помощью плавучего подъемного средства большой грузоподъемности, при этом баржу-площадку с блок-модулем устанавливают над подводным котлованом, с помощью плавучего подъемного средства осуществляют застроповку и подъем блок-модуля над баржой-площадкой, выводят баржу-площадку из под блок-модуля, после чего блок-модуль опускают и устанавливают в проектное положение на подводное основание, блок-модули сооружения скрепляют друг с другом и герметизируют по сопрягаемым частям с помощью быстро соединяемых устройств (патент РФ №2401356 С1, дата приоритета 17.02.2009, дата публикации 10.10.2010, авторы Киселев В.А. и др., RU, прототип).
Недостатком способа, принятого в качестве прототипа, является высокая трудоемкость работ, а также затратность, обусловленные использованием плавучего подъемного средства большой грузоподъемности, и сложностью маневрирования баржи-площадки в месте проведения монтажных работ.
Известно подъемное средство большой грузоподъемности, используемое в способе по патенту РФ №2401356, включающее плавучее основание в виде корпуса судна и установленное на нем грузоподъемное стреловое устройство, выполненное уравновешенным на поворотной колонне, содержащее основную грузовую стрелу и вспомогательную противовесную стрелу с навешиваемым на нее выносным противовесом, связанные между собой полиспастными системами, и опирающиеся на опорные гидроцилиндры, причем подъем крупногабаритного тяжеловесного изделия осуществляют одновременно несколько грузоподъемных устройств, установленных на одном корпусе судна, работающих совместно и синхронно, с возможностью изменения расстояния между точками подвеса груза, в зависимости от длины и распределения масс поднимаемого изделия, самоукладывающихся в транспортное положение под углом, относительно продольной оси судна (патент РФ №2320529 С1, дата приоритета 25.05.2006, дата публикации 27.03.2008, авторы Киселев В.А. и др., RU).
Недостатком известного устройства является сложность конструкции и высокая материалоемкость, в связи с чем, экономически целесообразно использование данной конструкции для выполнения работ по подъему, монтажу и перегрузке супертяжеловесных и супергабаритных изделий.
Известны плавсредства катамаранного типа для выполнения аварийно-спасательных работ, например для подъема аварийных подводных лодок (патенты РФ №№2284277, 2328405, 2377155, 2388648). Каждое из них имеет специальное назначение и непригодно для монтажа под водой, например, массивов-гигантов, так как плавкорпуса катамарана объединены в единую конструкцию с носа и кормы таким образом, что между ними невозможно ввести баржу с массивом-гигантом.
Известен комплекс для подъема затонувшего объекта, принятый в качестве прототипа устройства, включающий базовое судно-катамаран, состоящее из двух корпусов, размещенный на нем грузоподъемный механизм в виде мостового крана, связанный с помощью стальных проволочных канатов с траверсой, снабженной грузозахватным приспособлением и блоком ракетных движителей с регулируемой силой тяги, при этом грузозахватное приспособление выполнено в виде шарнирно установленных на траверсе рычагов, кинематически связанных с ней с помощью силовых цилиндров и взаимодействующих с затонувшим объектом (патент РФ №2366591 С1, дата приоритета 07.05.2008, дата публикации 10.09.2009, автор Тарасов Ю.Д., RU, прототип).
Недостатком устройства, принятого за прототип, является ограниченное применение, связанное с подъемом объектов и непригодностью для монтажа под водой.
Задачей изобретения является оптимизация технологии и снижение затрат на производство подводно-технических работ при монтаже крупногабаритных объектов и конструкций.
Для решения поставленной задачи способ производства подводно-технических работ при монтаже крупногабаритных объектов, включающий доставку объекта в виде массива-гиганта к месту монтажа, его затопление и монтаж с использованием грузовой баржи и плавучего подъемного средства, согласно изобретению, его осуществляют с использованием плавсредства катамаранного типа, выполненного с возможностью размещения загруженной баржи в пространстве между образующими катамаран понтонами, соединенными между собой металлическими рамными конструкциями с грузоподъемными средствами для подъема и опускания массива-гиганта, а также снабженными конструкциями с выдвижными элементами, обеспечивающими удержание массива-гиганта при доставке его к месту монтажа, при этом баржу с массивом-гигантом полной готовности заводят на водной акватории в пространство между понтонами плавсредства катамаранного типа, поднимают с помощью его грузоподъемных средств массив-гигант, выводят из пространства между понтонами в акваторию разгруженную баржу, опускают массив-гигант для укладки его на выдвижные элементы, выдвигают указанные элементы с помощью привода и опирают на них массив-гигант, плавсредство с массивом-гигантом самоходом или буксировкой доставляют к месту производства работ, швартуют плавсредство и осуществляют затопление массива-гиганта и монтаж освобождением от удерживающих его выдвижных элементов с использованием грузоподъемных средств, которыми оборудовано плавсредство.
Согласно изобретению, в способе могут быть применены массивы-гиганты в форме параллелепипеда.
Согласно изобретению, в способе могут быть применены массивы-гиганты в форме усеченного параллелепипеда со скошенным основанием, или выполненные с учетом рельефа подводной поверхности, при этом их выполняют с ответными нишами-гнездами, взаимодействующими с соответствующими им выдвижными элементами, удерживающими массив-гигант, и снабжают в основании грунтовыми фиксаторами.
Согласно изобретению, в способе может применяться массив-гигант, сформированный из малогабаритных объектов путем их объединения на платформе в крупный модуль.
Согласно изобретению, в способе используют массивы-гиганты как с водопроницаемыми бортами, так и с водонепроницаемыми бортами и переборками.
Для решения поставленной задачи в плавсредстве катамаранного типа, включающем объединенные между собой понтоны с размещенными между ними грузозахватным и грузоподъемным механизмами, согласно изобретению, понтоны объединены в катамаран металлическими рамными конструкциями с возможностью расположения между ними грузового плавсредства с крупногабаритными объектами, в носовой и кормовой частях плавсредства установлены съемные переходные мосты, корпус каждого из понтонов оборудован конструкциями с выдвижными элементами-полубимсами, являющимися опорными элементами консольного типа, расположенными в верхней части и/или в днище корпуса понтона и управляемыми гидравлическими или механическими сервомоторами с соответствующими им приводами, металлические рамные конструкции снабжены полиспастными подвесками и тяговыми лебедками, образующими подъемно-тяговую систему, а на палубе плавсредства установлены швартовые лебедки.
Согласно изобретению, конструкция с выдвижным элементом-полубимсом, управляемым гидравлическим сервомотором, снабжена выполненной в корпусе понтона направляющей, в которой установлен полубимс, направляющая герметично связана с торцевой стенкой гидроцилиндра, а передвижной шток гидроцилиндра соединен с полубимсом, при этом гидроцилиндр связан с системой подачи жидкости в его полости, содержащей нагнетательный насос.
На фиг.1 схематично изображено плавсредство катамаранного типа, используемое в способе производства подводно-технических работ при монтаже крупногабаритных объектов в виде массивов-гигантов, общий вид; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.3 изображено плавсредство с конструкциями выдвижных элементов-полубимсов, расположенных в днище; на фиг.4 показана схема работы выдвижного элемента-полубимса с использованием гидравлического сервомотора; на фиг.5 (а, б, в) показаны формы блоков, используемых в способе.
Плавсредство катамаранного типа, используемое в способе производства подводно-технических работ при монтаже крупногабаритных объектов, например при возведении причалов из массивов-гигантов, образовано из двух понтонов 1, объединенных в катамаран металлическими рамными конструкциями 2 с возможностью расположения между ними баржи с массивом-гигантом 3, предназначенным для монтажа под водой (условно не показано). Для обеспечения жесткости конструкции и для производства технологических рабочих операций в носовой и кормовой частях плавсредства установлены съемные переходные мосты 4, частично разгружающие металлические рамные конструкции 2 от действия изгибающих моментов. Корпус каждого из понтонов 1 оборудован конструкциями с выдвижными элементами-полубимсами 5, предназначенными для установки на них массива-гиганта 3. Выдвижные элементы-полубимсы 5 являются опорными элементами консольного типа и расположены в верхней части корпуса понтона, как показано на фиг.1, или в днище - фиг.3. Такое расположение выдвижных элементов-полубимсов связано с формой выполнения закрепляемых на них массивов-гигантов 3. Для установки массива-гиганта с плоской формой основания, как показано на фиг.5(a) или фиг.5(в), предназначены выдвижные элементы-полубимсы, расположенные сверху, а для установки массива-гиганта, имеющего скошенное основание, как показано на фиг.5(б), предназначены выдвижные элементы-полубимсы, расположенные снизу. При этом закрепляемый на них массив-гигант снабжен выполненными в нем ответными нишами-гнездами 6, взаимодействующими с нижними выдвижными элементами-полубимсами. Наиболее оптимальным является вариант, в котором конструкции с выдвижными элементами-полубимсами 5 установлены и в верхней части, и в днище корпуса понтона (условно не показано). Для управления выдвижными элементами-полубимсами 5 в корпусах понтонов установлены гидравлические сервомоторы с приводом. Сервомоторы могут быть также и в механическом исполнении с реечным, винтовым и т.п. механизмами перемещения (условно не показано). Однако каждый из них должен иметь свой привод. Наиболее эффективным является использование гидравлических сервомоторов с гидроприводом. При этом конструкция с выдвижным элементом-полубимсом, управляемым гидравлическим сервомотором, снабжена выполненной в корпусе понтона направляющей 7, в которой установлен выдвижной элемент-полубимс 5. Направляющая 7 герметично связана с торцевой стенкой 8 гидроцилиндра 9, а передвижной шток 10 гидроцилиндра с поршнем 11 соединен с выдвижным элементом-полубимсом 5. При этом гидроцилиндр 9 связан с системой подачи жидкости в его полости, содержащей нагнетательный насос 12 и элементы системы подачи жидкости в полости гидроцилиндра, в виде автоматически регулируемых запорных устройств 13, 14, 15, 16, 17. Для обеспечения подачи жидкости в полости работающих гидроцилиндров задействован один нагнетательный насос 12.
Металлические рамные конструкции 2, связывающие корпуса понтонов 1 в носовой и кормовой частях, снабжены полиспастными подвесками 18 и тяговыми лебедками 19, образующими подъемно-тяговую систему, позволяющую подбирать оптимальные режимы тяговых усилий на лебедках и полиспастных подвесках при проведении рабочих операций.
На палубе плавсредства в носовой и кормовой частях установлены также швартовые лебедки 20, которые служат для установки плавсредства в заданной точке производства работ.
Способ производства подводно-технических работ при монтаже крупногабаритных объектов, например при возведении причалов из массивов-гигантов, с использованием заявленного плавсредства катамаранного типа осуществляют следующим образом. Предполагается, что массивы-гиганты изготавливают и загружают балластом на поверхности. При этом блоки массивов-гигантов могут быть любой формы, как показано на фиг.5 (а, б, в). При этом они могут быть выполнены с фиксаторами 21 в основании, могут быть сформированы из малогабаритных объектов объединением их на платформе 22 в крупный модуль, а корпус массива-гиганта для снижения неблагоприятных фильтрационных воздействий и их регулирования выполняют с водопроницаемыми или водонепроницаемыми бортами и переборками (условно не показано). Готовые массивы-гиганты, например, на барже-площадке доставляют на указанный катамаран. Баржу-площадку заводят в пространство между понтонами 1 катамарана на водной акватории и подводят под грузоподъемные полиспастные подвески 18. С помощью подъемно-тяговой системы катамарана массив-гигант 3 приподнимают на высоту, достаточную для выведения баржи и выдвижения полубимсов 5. После этого баржу выводят в акваторию. Затем с помощью гидропривода выдвигают полубимсы 5, например верхние или палубные, на которые опускают массив-гигант 3. При использовании нижних или подводных выдвижных элементов-полубимсов массив-гигант располагают с возможностью их взаимодействия с ответными нишами-гнездами 6 массива-гиганта. После установки массива-гиганта на выдвижные элементы-полубимсы 5 его раскрепляют. Далее катамаран самоходом или буксировкой транспортируют к месту укладки массива-гиганта на грунт. При подходе катамарана к месту погружения массива-гиганта на грунт катамаран выставляется в расчетный створ и расчаливается на швартовых кранцах с помощью швартовых лебедок 20. При погружении массива-гиганта под воду возможно маневрирование корпусом катамарана с помощью швартовых лебедок 20. Полиспастные подвески 18 катамарана позволяют регулировать скорость погружения и с точностью установить массив-гигант на грунт с учетом дифферента и крена.
Преимущество заявляемого способа производства подводно-технических работ при монтаже крупногабаритных объектов заключается в упрощении технологии и снижении затрат на производство подводно-технических работ при монтаже крупногабаритных объектов и конструкций за счет использования для его осуществления плавредства катамаранного типа, позволяющего оптимизировать технологию и отказаться от использования конструктивно сложного и дорогостоящего плав-крана большой грузоподъемности.