加拿大极地人工岛水下平台施工技术.pdf

第卷第,期海岸 工程年月加拿大极地人工岛水下平台施工技术一、引言在加拿大波弗特海的人工岛建造过程 中,采用 了“种建造坡 度为一二水下平台的方法,这种方法不仅减少了建岛用料,而且缩短了施工工期,降低了施工费用。二、人工岛的建造方法填料的挖取及运送用吸扬式挖泥船或铰吸式挖泥船从岛体附近的采料场挖取填料,用浮式管道或浮式软管输至建岛工地,采料场距建岛工地不应超过。如果建岛工地无填料可取,可用拖斗挖泥船将填料送至建岛现场。采用何种挖料系统,应根据采料场的位置、水深、材料性质及岛体的位置、形状和大小来决定。由于人工岛位干无防护的海域,挖泥设备应具备长期从事远距离海上作业的能力并经得住风浪的颠簸。自航式拖斗吸扬挖泥船可在浪高的海况条件下作业,具备上述作业条件。挖取的填料经排泥管输入船舱,填料可在短时间内从数个液压操作的船舱底门排卸。人工岛的结构用砂料建造的人工岛露出水面后,由于受海浪和水流的冲击,无法再向堤坡填充砂料因此,用砂料填充的深水人工岛均 由水下平台和上部结构两部分组成。座落在水 下平台上的上部结构为混凝土或钢制 沉箱,或船形结构物。靠用砂料填充上部结构来增加平台的砂粒应力,使之具有礼 强 的抗力,抗击 由浪、冰产生的横向力。石油公司设计的人工 岛由个正方形混凝土 沉箱构成,沉箱 的正方形空间用砂 料填充。加拿大公司计划采用个钢制沉箱,呈圆形排放,其中心空间填充砂料。盯公司已建成一个装配着钻塔及设备的巨大钢制沉箱,沉箱座在水下平台平面上并用挖取的砂料填充。在沉箱堤脚处,水下平台上部易受海浪及水流的冲蚀。如果增加基础深度,可减轻海浪对平台上部的冲蚀 同时,还可减少填料量和加大沉箱的尺寸。这就要求有一个最佳的基础深度,它不仅取决于水深,且还取决于填料费用和对沉箱及平台堤脚的冲蚀保护程度等例 如,人工岛的基础探度为,而和公司沉箱环形场地的基础深度为和,沉箱礴出水面的高度取决于砂粒抗击冰的能力和为防止海浪侵没岛体时所采取的保护措施。建造水下平台所需的设备水越深,坡度越小,所需的填料量就越大见图。考虑到建设工期短和费用 因素,需海岸工程第卷减少填砂量。解决的办法是,用浮式管道将粒径。的砂 料从挖泥船泵输至平底船,并由平底船上的水下竖管排卸,筑起数道环形堤坡。然后,再用砂料填充环形堤坡 的芯部这样,可分层建造人工岛,每层的半径不断缩小,人工岛建成后的坡度为,。这种筑环形堤坡的建岛方法需使用下列设备在 自航式拖斗吸扬挖泥船上安装一套专用卸料装置,通过吸入式作用而并非重力式从料斗中卸料,这样可控制挖泥船的卸料量,同时还可用泵输砾石,而不会发生阻塞现象采用一套专用的连接系统,既使在海浪冲击的不利条件下也可将浮式管道与舶船相联接,单底船的水下竖管应尽量接近环形堤坡,以减小水下沉混合流的水力冲击,具有全套观测定位系统填料,一一一厂厂厂厂厂厂厂厂厂门门门门门门门门产产产产产产产产产乃乃丫丫丫奋、公公产产产产产产沙沙沙沙沙乡乡毖多多多一一户口户口声声声声乒夕坡度水下平台高度图水下平台填料对比三、人工岛的施工人工岛水下平台的建设工期取决于采料场的远近、填料量、气候条件和挖泥船的采料能力。人工岛的建设分为四个阶段进行见图。第一阶段是挖去硬粘土上层的软粘土,直到露出坚硬的土层为止。此项工作是为了确保人工岛基础的稳定性,防止其下沉。第二阶段是建造堤坡,将挖泥船中的填料用泵吸入平底船,用虹吸管填充砂料。输料量应与平底船的航速保持一致,以确保每段堤坡的填料均匀在某些情况下,可使用拖斗挖泥船,通过自身的吸管填充砂料环形堤坡的芯部可直接从船底的阀门卸料填充或泵输砂料,用吸管填充。第三阶段,当水下平台达到所要求的高度后,将开底挖泥船、浮式软管和平底船配套使用,为水下平 台铺一层从海底挖取的砾石进行保护。最后一阶段是安放匕部结构,用拖斗挖泥船挖取泥砂,填充芯部。第,期加拿大极地人工岛水下平台施工技术图人工岛结构四、理论应用如果用水下竖管排出的填料沉入海底,就会出现这样一种情况。填料在沉向海底的过程中,因携带的水量产生冲击力,而形成一湍流的洼坑填料漫过洼坑,以密度流流下斜坡。粗砂沉降在斜坡上,细砂继续下流。密度流的流速受砂沉降的影响比平衡速度慢。平衡流速随颗粒粒径与密度成正比。随着细砂沿斜坡的流速放慢,斜坡呈凹形。如果水平移动竖管,可使洼坑局部填充,但仍会留下微小的洼凹。用二维数据和公式求解坡度的公式为一内在公式中,为“常数”既使其它参数变化,值仍保持不变。一,肠一凡些二丛。李一内内如加,由式和式导出一一一一一一一二丝一一之一,、之一,若填料的颗粒粒径增大,则值与平衡速度成正比由于颗粒粒径的增大减小了水海岸工程第卷的阻力和砂沉降时 的携带水量,因此,值与肠值成反比。若泵输的砂量不变,则为恒定值。因此,坡度与颗粒粒径成正比。如果填料中的砂量相同,而含水量增多和由于水下竖管距海底 的距离增大而使填料下沉时携带更多 的水量的话,则值与肠值成反比,这就降低了填料的密度,使值减小,如果减小值并保持其它参数不变,将能增大值。显然,如果增大砂粒粒径并缩短水下竖管与海底 的高度,那么,就能加大陡坡坡度,降低每延米的填料量。五、结论在人工岛的建设中,成功的运用了上述方法建造了水下平台,并为其铺设了一层砾石保护层,平 台坡度达到了,这比坡度 为的水 下平台节省填料,从而大大节约了费用并缩短了施工工期。今后,可采用这种方法在更深的水域建造人 毛岛。既使建岛所用 的砂料不是一人工 岛使用 的那种粗砂,但如果将该方法略加砂生,也能建造坡度为的人工 岛水下平台。符号说明密度流流速、坡度保护层厚度体积密度水密度填料密度尸砂粒密度,填充量盆常数王勇摘译 自金学民校