CN1531616A - 用于切割水下结构的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种用于在海底面深度以下切割水下结构的方法及一种用于实施所述方法的设备，所述结构被安置在海底上，该方法包括以下步骤：在考虑结构(30)的特征之后确定切割的理想平面，所述特征即：结构的形态及其在底面(20)上的定位，底面(20)本身的形状和坚固性，以及切割必须被实现的位于底面(20)的水平之下的深度；将切割装置(1，2，3，4；5，2，3，4；7，8，2，3，4；9，2，3，4)定位并锚定在切割区域附近；在结构(30)附近获得至少一个穿孔或钻孔(21)，所述穿孔或钻孔沿着平行于切割方向且优选是处于切割平面上的方向，穿过底面(20)并至少到达对结构进行切割的预定深度；将切割装置(3，4)引入所述穿孔或钻孔(21)内并对结构(30)进行切割。

Description

用于切割水下结构的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于切割水下结构(underwarter structures)的方法和设备。
背景技术
目前，以清除和/或更换水中结构为目的的水中结构的切割是通过采用不同方法和应用不同种类的设备而实现的。
公知的用于切割水中结构的使用固定刀片操作的装置例如在US-A-3056267中公开，而设有几个作用相同的旋转刀片的装置在US-A-4180 047中公开。然而，这两种设备都存在缺点，即仅能在水下结构的露出部分和自由端操作。
在属于同一申请人的文献EP-B-0 540 834中，记载了一种使用金刚石缆绳(diamond cable)作为切割装置的用于切割水下结构的方法和设备；该设备允许在位于底面端和表面之间的任何深度切割水下结构。
目前，考虑到对环境的影响，对新的在实践中各处均可实施的设备的要求非常严格，要求水下结构的切割不能留下从(海)底面凸出的残留柱墩(stump)，而能实现低于其底面的深度的切割。在这些情况下，应用目前可利用的装置，必须清除待切割的结构地基周围的相应量的海底物。这种额外的操作，除了成本较高之外，经常会破坏环境，而正相反，这种类型的“地下”切割则将对环境起到保护作用。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于切割水下结构的方法，该方法能够实现所述的在底面之下的深度进行切割，且消耗的装置和能量最小，尽可能地限制对海洋环境的影响，且从海底清除的物质最少。
本发明的另一个目的是提供一种设备，该设备适于实施上述构思的切割方法。
因此，本发明的目的是提供一种用于在海底面深度之下切割水下结构的方法，所述结构被安置在海底上，该方法包括以下步骤：
-在考虑结构的特征之后确定切割的理想平面，所述特征即：结构的形态及其在底面上的定位，底面本身的形状和坚实性，以及切割必须被实现的位于底面水平之下的深度；
-将切割装置定位并锚定在切割区域附近；
-在结构附近获得至少一个穿孔或钻孔，所述穿孔或钻孔沿着平行于切割方向且优选是处于切割平面上的方向，穿过底面并至少到达对结构进行切割的预定深度；
-将切割装置引入所述穿孔或钻孔内并对结构进行切割。
按照本发明的方法的一个优选实施例，优选的是获得两个具有平行轴线的穿孔或钻孔，这两个穿孔或钻孔以这样一种方式布置，即待切割的结构被置于所述穿孔或钻孔之间。
在底面上的待切割结构附近以及在所述结构本身上，实现切割装置的定位和锚定。
本发明的另一目的是提供一种用于实施按照本发明的方法的设备，该设备包括：用于穿孔或钻孔的装置，包括一切割架和一可移动切割单元的用于切割的装置，用于所述穿孔装置和所述切割装置的定位的装置以及锚定装置。
优选的是，所述用于穿孔的装置与所述切割架相连，且穿孔装置和切割装置的用于定位和锚定的装置是相同的。
附图说明
根据本发明的以下优选实施例的详细说明，本发明的其它优点和特征将表现得更明显，所述优选实施例是参照附页的附图的非限定示例，其中：
图1为用于实施按照本发明的方法的设备的第一实施例的透视图，其中所述设备位于待切割的水下结构附近；
图2到图4连续地示出了按照本发明的方法的操作步骤；
图5为侧视图，其中部分为按照本发明的设备的第二实施例的截面图；
图6为沿着图5的线VI-VI的横切面视图；
图7示出了按照本发明的设备的第三实施例在待切割结构附近的定位；
图8示出了图7所示设备的操作；
图9为沿着图8的线IX-IX的截面图；
图10示出了按照本发明的设备的另一实施例的操作；
图11为用于支撑按照图10所示发明的设备的装置的透视图。
具体实施方式
在图1中示出了旨在执行按照本发明的方法的设备；附图标记1表示设备的支撑基座，该基座基本上呈矩形形状，在其上表面上的每个角落附近设有四个凸缘101，在其上紧固有连接基座1与牵引缆绳10的抬升杆或缆绳11。所述基座1还设有用于锚定到待切割结构30附近的底面20的装置；所述锚定装置包括爪201，所述爪可相对于从基座1凸出的耳状凸缘301摆动，并被连接到设有相对的杆411的成对液压千斤顶401上。
板2被连接到基座1上，借助从导轨上凸出的垂缘(flap)322，两导轨302在它们的一端被铰接到板2的凸缘112上；在所述导轨302的另一端附近，所述导轨通过垂缘312被连接到按顺序铰接于板2的凸缘222上的铰接臂202，212上。被连接于彼此之间的铰接臂的分支202，212的两端与千斤顶102的杆122相连，所述千斤顶的另一端可摆动地与凸缘112相连。借助横动杆402，两导轨302在彼此之间被连接在一起。
两个管状元件3被安装在导轨302上，由于与所述元件3一体的滑块403的作用，所述两个管状元件可纵向滑动，而且所述管状元件以悬于滑块403之上的方式被安装在所述滑块403中。在所述管状元件3的指向导轨302的直接铰接在板2上的端部的端部处，安装有用于对底面钻孔的装置，该装置包括钻孔或切割头303，而在所述管状元件3的相反一端，安装有两个用于排出在底面钻孔期间被清除的物质的管203。在每个管状元件3上均形成面对另一个管状元件的一纵向槽103；在两个槽之间，其中仅有一个在图中是可见的，安装切割工具，该切割工具包括金刚石缆绳4，借助在下文将进行举例说明和描述的装置，该缆绳可在所述管状元件3中移动。
在图2中，按照本发明的设备已经被放置在临近待切割结构30的底面20上，在千斤顶401的作用下，爪201自身已被推入底面之中，这样就实现了基座1的锚定和设备的安置，从而为随后的操作做好准备。
在图3中，千斤顶102已被致动，从而抬升对导轨302起作用的铰接臂202，212。从而，所述导轨302和安装于其上的管状元件3，相对于底面的平面适当地倾斜；所述倾斜根据已经为结构30的切割建立的理想切割平面进行选择，且所述理想切割平面主要依赖于结构自身的特征，例如位置、截面和材料，还依赖于底面的特征以及切割必须被实现的底面本身的深度之下的深度。一达到所期望的倾斜，所述管状元件就借助滑块403沿着导轨302移位，且钻头303钻入底面20，这样就形成了两个钻孔21。所获得的钻孔平行于切割工具4的理想切割方向，且以这样一种方式获得钻孔，即结构被包含在所述钻孔之间。由钻头303清除的物质被适当地沿着管状元件3输送，并借助排出管203被排出到底面上。
在图4中，底面的钻孔步骤已经完成，且钻头已经达到并超过切割必须被实现的深度，在此位置，所述切割装置被致动，且作为切割工具4的金刚石缆绳首先影响被包含在两个钻孔21之间的底面部分，然后影响结构30，这样就形成了切口31。然后，通过使滑块403在导轨302上沿相反方向滑动，所述切割装置能够向上退回到如图3所示的位置，且所述钻头被从各钻孔21中抽出；水下结构30的位于切口31之上的部分能够被方便地抓住并被清除。
从上文所述明显可以看出，在实现于所述结构位于其上的底面的深度之下对水下结构进行切割时，按照本发明的方法避免了至今所遇到的几个不方便之处。实际上，到目前为止，为了达到所需深度，必须对结构的周围进行充分挖掘，而与此不同的是，所述切割装置被导入清除最少量底面部分的穿孔内，这样就显著地限制了操作的环境影响，而且显著地增加了动作的简易性和迅速性。
在图5中示出了按照本发明的设备的第二实施例；相同的附图标记表示相同的部件。在该例中，基座1被安装在滑行底板(slidingshoes)5上，所述滑行底板5设有相对于所述滑行底板横向定向的推进器105和轴向定向的推进器205。所述推进器105，205分别被安装在支架115，215上。
从图中可以注意到，位于管状元件3的端部的钻头303被连接在减速器313的轴323上；按照本发明，钻头的基本上呈圆锥形伸展的侧壁由等角度间隔设置的刀片343构成。在管状元件的紧挨着所述减速器313的下游部分，壁503进一步将所述元件3的内部划分为管523和部分513，所述管523用于排出由钻头303清除的物质，而在部分513内安装切割装置，其通过槽103与外部相通，且切割工具4在所述槽中滑动。在所述管状元件3的相反端，且在排出管523上，安置一抽吸器213，该抽吸器将碎片排入排出管203中。
管状元件3以悬于滑块403之上的方式被安装在该滑块上，由于与所述滑块一体的减速器423的作用，所述滑块沿着导轨302移动，在减速器的轴423上装有一小齿轮433，该小齿轮与安装在导轨302的侧壁上的齿条332协同工作。
图6为沿着图5中线Vl-VI的截面图；在管状元件的内部安装有切割装置，该切割装置包括缆绳4，而且缆绳优选为金刚石类型，该缆绳被安装在滑轮104上，所述滑轮又被连接在***滑架204中的轴114上。轴114的一端设有一小伞齿轮124，该小伞齿轮与安装在滑架204上的减速器404的小伞齿轮414相啮合。滑架204设有两个滑行底板214，所述滑行底板214与导轨304协同操作，所述导轨304与壁503相连，所述壁503将管状元件3分为部分513和输送管523；在所述壁503上还装有用于将供给液体输送给钻头302的减速器313(见图5)的管道333，在滑架204上以悬垂方式连接有减速器504，在该减速器的轴524上连接一小齿轮514，该小齿轮与安装在壁503上的齿条533相啮合。减速器404和504通过由可沿形成在管状元件3的内壁上的导轨613移动的支撑元件603承载的管道424和534被进给。
通过以下说明，适于执行按照本发明的方法的设备的操作将表现得更明显。如图1所示，设备在底面30上的定位可以借助牵引缆绳10从表面进行控制，或者是，通过使用直接置于设备本身之上的装置，使设备能够相对于待切割的结构被定位，上述装置在如图5所示的实施例的情况下是推进器105，205。在上述两种情况下，在设备定位和锚定之后，由于作用在铰接臂202，212上的千斤顶102的作用，导轨302相对于待切割结构被定向，从而将它们定位于所述结构的理想切割平面上。
随后，减速器413被致动，以使载有管状元件3的滑块403向前运动，在所述管状元件的端部安装有由减速器313旋转驱动的钻头303。在钻头钻入底面30时，所产生的碎片被送入设置在管状元件3内部的输送管523中，并且在抽吸器213的作用下通过排出管203排出。
当钻头已到达相对于待切割结构的适当深度之后，钻孔被中断，安装在滑架204上的减速器504被致动，与所述减速器一起，所述滑架还载有金刚石缆绳4，所述减速器驱动在其上安装有缆绳4本身的滑轮104。所述切割装置沿着管状元件3向前移动，直到它们首先碰到底面20，然后到达结构30，并切入所述结构中形成切口31。在该位置，所述切割装置也能够停下来，随后如果是在缆绳的情况下则通过放弃切割而被拉回；然后，所述管状元件3将退回，并将恢复这样切割的结构30。
在图7中示出了按照本发明的设备的另一个实施例；相同的附图标记表示相同的部件。在图示说明的情况下，已说明的板2被连接在与可移动平面407和杆107，207一起形成的支撑件7上，它们彼此铰链连接在一起，形成一个铰接的平行四边形。千斤顶307的杆以可摆动的方式连接到杆207上，而其另一端被铰接到平面407上。所述板407的一端与锚定架8的凸缘408铰链连接，而另一端与连接到所述锚定架8的千斤顶308的杆318相连。所述锚定架8设有两个锚定夹具108，旨在卡住结构30。借助被连接到槽508和507的抬升杆或缆绳41，所述设备被连接到牵引缆绳40。
在图8中示出了按照图7所示实施例的处于结构的切割结束阶段的设备，所述管状元件处于钻孔21内，且切割工具4横切结构30本身。从图中可以了解，在设备的锚定直接在结构30本身上进行的情况下，钻孔装置和切割装置的定位由三种不同的可能进行的调节而获得，这三种调节分别由支撑件7的铰接平行四边形，可移动平面407的千斤顶308，以及与千斤顶102协同操作的铰接臂202，212执行，另外，上述调节还以与前述按照本发明的设备的其它实施例相类似的方式进行操作。
在图9中示出了沿着图8中线IX-IX的截面的夹爪108。在两个固定臂108上，安装有一对可在销138上摇摆的摇动杆118，其中每个摇动杆的一端设有一也可相对于杆118摇摆的闭锁元件128，且在其另一端与千斤顶148的杆158铰链连接，而所述千斤顶又可摇摆地连接到锚定架8上。在与臂相连的两个千斤顶148之间，安装有一个千斤顶208，在该千斤顶的杆上安置一闭锁元件228，其能够卡住结构30并对准该结构的中心。
该实施例的优点显而易见，首先，由于与底面相接触的部分仅是管状元件3，钻头303和切割工具4穿透底面本身的部分，因此在其操作期间不受与底面特征及其整齐度相关的任何影响。其次，在切割之后，由于结构30仍然与设备的支撑件相连，即与设备的以夹爪108为代表的锚定装置相连，因此在结构的移动期间能够较好地进行控制。
在图10中示出了按照本发明的设备的另一实施例；板2被安装在与支架9的竖直梁相连的基座409上，该支架9包括一斜梁209和一横梁309；在斜梁209与横梁309相连的端部，且在竖直梁109与横梁309相连的端部均设有底脚219。所有底脚219均设有钻孔装置509和膨胀***件609。钻孔装置509形成钻孔22，所述底脚219和竖直梁的端部被***所述钻孔22中，所述膨胀***件609将其锁定在适当位置。参照图11可以看出，支架9包括彼此面对的且由横杆119和319连接起来的两个竖直梁109，两个斜梁209和两个横梁309。
按照这种方式构思的本发明的设备的支撑件显著地减小了用于将设备定位在待切割结构附近所需要的空间，因此能够被应用在底面的周围不规则或平坦底面部分的范围有限的情况下。此外，所述锚定***表现出非常快速且有效，能够适用于非常困难的周围环境状况。
因此，从操作的速度和效率的观点来看，按照本发明的方法和用于实施所述方法的设备能够达到显著的效果，而且还显著地限制了对环境的影响。

Claims (20)

1.一种用于在海底面深度以下切割水下结构的方法，所述结构被安置在海底上，该方法包括以下步骤：
-在考虑结构(30)的特征之后确定切割的理想平面，所述特征即：结构的形态及其在底面(20)上的定位，底面(20)本身的形状和坚实性，以及切割必须被实现的底面(20)的水平之下的深度；
-将切割装置(1，2，3，4；5，2，3，4；7，8，2，3，4；9，2，3，4)定位并锚定在切割区域附近；
-在结构(30)附近获得至少一个穿孔或钻孔(21)，所述穿孔或钻孔沿着平行于切割方向且优选是处于切割平面上的方向，穿过底面(20)并至少到达对结构进行切割的预定深度；
-将切割装置(3，4)引入所述穿孔或钻孔(21)内并对结构(30)进行切割。
2.如权利要求1所述的方法，其中获得两个具有平行轴线的穿孔或钻孔(21)，这两个穿孔或钻孔以这样一种方式布置，即待切割的结构(30)被置于所述穿孔或钻孔(21)之间。
3.如权利要求1所述的方法，其中在待切割结构(30)附近于底面(20)上进行切割装置(1，2，3，4；5，2，3，4；9，2，3，4)的定位和锚定。
4.如权利要求1所述的方法，其中在同样的待切割结构(30)上进行切割装置(7，8，2，3，4)的定位和锚定。
5.一种用于实施在海底面以下对水下结构进行切割的方法的设备，所述方法包括以下步骤：(a)在考虑结构的特征之后确定切割的理想平面；(b)将切割装置定位并锚定在切割区域附近；(c)在结构附近获得至少一个穿孔或钻孔穿过底面并至少到达对结构进行切割的预定深度，沿着平行于切割方向且优选是处于切割平面上；(d)将切割装置引入所述穿孔或钻孔内并对结构进行切割，其特征在于，包括：用于穿孔或钻孔的装置(303)，包括一个切割架(2，3，304，533)和一个可移动切割单元(204，504，404，4)的用于切割的装置，用于所述穿孔装置(2，3，303)和所述切割装置(2，3，304，533，204，504，404，4)的定位的装置(302，202，212，102，122；307，207，308，407)以及锚定装置(201，401；108，509，609)。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述用于穿孔或钻孔的装置(303)与所述切割架(2，302，3)相连，且切割装置和穿孔装置的定位装置(302，202，212，102，122；307，207，308，407)是相同的。
7.如权利要求6所述的设备，其中所述切割架包括一板(2)，在该板上铰接(322)有两个彼此平行且被连接在一起的导轨(302)，设有相对于所述板(2)倾斜的调节装置(102，122，202，212)，在所述导轨(302)上设置有纵向可移动的所述穿孔装置(3，303)和所述可移动切割单元(204，504，404，4)，所述板(2)与所述支撑装置(1；7，8；5；9)相连。
8.如权利要求7所述的设备，其中在所述导轨(302)上设置两个管状元件(3)，这两个管状元件均以悬臂的方式的方式每个安装在驱动装置(413，433，332)的作用下可在所述导轨(302)上移动的滑块(403)上，所述穿孔装置(303)被设置在所述管状元件(3)的一端，在所述管状元件的内部容纳有所述可移动切割单元(204，504，404，4)，切割工具(4)相对于所述管状装置横向布置，并穿过两个在管状元件中获得的彼此面对的纵向槽(103)。
9.如权利要求8所述的设备，其中所述穿孔装置包括：设有驱动装置(313，323)的、由设置在基本上呈圆锥形表面上且以平均角度间隔设置的若干刀片(343)形成的钻头(303)。
10.如权利要求8所述的设备，其中每个所述管状元件(3)在其内部均包括：一用于排出由所述穿孔装置(303)清除的物质的排出管(523)，和一用于容纳所述可移动切割单元(204，504，404，4)的空间(513)。
11.如权利要求8所述的设备，其中所述可移动切割单元包括设置在每个所述管状元件(3)内部的滑架(204)，所述滑架可在由驱动装置(504，533)合适地定位的导轨(304)上移动，在所述滑架上安装有至少一个设有驱动装置(404)的滑轮(104)，所述滑轮载有闭环缆绳，优选是金刚石缆绳。
12.如权利要求7所述的设备，其中所述支撑装置包括一基本上呈平面的基座(1)，所述基座设有用于锚定到底面的装置(201，401)。
13.如权利要求12所述的设备，其中所述锚定借助重力而实现。
14.如权利要求12所述的设备，其中所述锚定装置包括两个或多个铰链连接于所述基座(1)且设有致动装置(401)的爪(201)。
15.如权利要求12所述的设备，其中所述锚定装置包括两个或多个设有穿孔装置(509)和膨胀***件(609)的底脚(219)，
16.如权利要求12所述的设备，其中所述基座(1)被安装在滑行底板(5)上。
17.如权利要求12所述的设备，其中所述支撑装置设有用于移动设备的装置(105，205)。
18.如权利要求17所述的设备，其中所述用于移动的装置包括至少一个推进器(105，205)
19.如权利要求7所述的设备，其中所述支撑装置包括一支架(9)，该支架大致由分别彼此平行的且由两个位于所述斜梁(209)处的横梁(119)连接起来的两个竖直梁(109)，两个斜梁(209)和两个横梁(309)形成，所述板(2)被定位在所述竖直梁(109)上，所述支架(9)设有四个装有锚定装置(509，609)的底脚(219)。
20.如权利要求7所述的设备，其中所述板(2)经可调节连接装置(7，407，307，207)被连接到与待切割结构(30)锚定的锚定架(8)上，所述锚定架设有用于夹持待切割结构(30)的装置(108)。
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