СПОСОБ УСТАНОВКИ МОРСКОЙ СТАЦИОНАРНОЙ ПЛАТФОРМЫ С ПЛОСКИМ ДНИЩЕМ И МОРСКАЯ СТАЦИОНАРНАЯ ПЛАТФОРМА Российский патент 1996 года по МПК E02B17/00 

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям оснований и фундаментов, а конкретно к установке морских стационарных платформ на дно и их конструкциям.

Известны морские платформы, установленные в Северном море, в частности к ним относится стационарная платформа типа "БЕРИЛ А" со ступенчатой поверхностью днища фундаментной плиты, а также "ЭКОФИСК".

Недостатком указанных платформ является наличие выступом на нижней поверхности фундаментной плиты, вследствие чего при опускании на морское дно сооружение при соприкосновении с постелью разрыхляет ее, а также разрушает материковых грунт, в результате чего под нижней частью сооружения образуются каверны с пустотами, которые после установки платформы требуют проведения дополнительных работ по заполнению цементно-песчаным раствором.

Известны также платформы типа "ФРИГ ТР1", "СТАТФОРД А", "НАЙНИЭН", а также отечественные, устанавливаемые в Северном море. Указанные платформы для увеличения сил торможения имеют по периметру "юбку" из металлического шпунта высотой 4.5 м четыре пустотелых сваи по углам, диаметром 600.1200 мм и высотой 6.7 м.

Назначение "юбки" и свай гашение горизонтальной скорости сооружения перед его посадкой на постель и оповещение о близости грунта. Общим недостатком указанных платформ являются те же нарушения постели и структуры природного залегания грунта, а это приводит, как правило, к цементации каверн и неравномерной осадке сооружения в целом вследствие дополнительных воздействий в виде бокового подводного течения или давления льда.

В конструктивных решениях платформ возникает также опасность зависания части платформы вследствие того, что в одном углу опорная свая из-за меняющегося рельефа при посадке на постель может не дойти до коренных пород, а остановилась в зоне с раковиной, что представляет основную опасность, так как это приводит к перераспределению усилий, к перемене расчетной схемы фундаментной плиты и образованию трещины с разрушением по линии зависания. Кроме того, в указанных платформах установка свай предполагает шарнирное соединение их с фундаментной плитой и "юбкой", что менее прочно, так как первое соприкосновение постели и грунта происходит со сваей, а затем с "юбкой", поэтому при значительных воздействиях при торможении шарнирное соединение может значительно отклониться от проектного положения за счет менее жесткой конструкции "юбки", что приведет к разрушению узла или поломке сваи.

Общим недостатком для указанных платформ является также неудовлетворительная регулировка скорости подхода сооружения к расчетной точке погружения. Так платформа "БЕРИЛ А" при подходе к расчетной позиции при высоте волны 0,8 м и ветре 2 балла по шкале "БОРОРТА" имела промах 84 м.

Платформа "БРЕНТ Б" при ветре в 2 балла имела промах 25 м. Расчетная фаза торможения платформы "БЕРИЛ А" составила 54 м при заглублении сваи в момент остановки 1,62 м. Указанные данные приведены в исследованиях:
1) Нafner Т. Rohrleitunger und Bahaltеr im Meer-mit Jnst Wasserbau Uniw Stuttgart, 1987, N 51230;
2) Chari T. R. Geotechnical aspects of icebery scour on ocean floors, Canadian geotechnical, 1979, N 16.

Цель изобретения повышение точности опускания морской стационарной платформы на выбранный участок дна посредством создания стационарной морской платформы, обеспечивающей самостоятельное регулирование торможения платформы одновременно с ее погружением, уплотнение и разравнивание постели, сохранение неразрушенности постели и материкового грунта, надежное закрепление платформы к дну моря анкерными сваями, повышение прочности, трещиностойкости и долговечности фундаментной плиты и платформы.

Поставленная цель достигается тем, что способ установки морской стационарной платформы с плоским днищем, включающий транспортировку платформы буксирами на плаву к месту ее размещения и погружение платформы на дно моря путем заполнения балластных отсеков, включает определенную последовательность выполнения работ сначала производят выравнивание дна моря в месте размещения платформы с образованием постели, одновременно с погружением платформы осуществляют торможение платформы поворотными панелями, установленными на днище платформы, отклоняя их постепенно на угол от 0 до 90^о к ее днищу, а при соприкосновении панелей с постелью угол из отклонения уменьшают от 90 до 0^о, а после установки платформы в проектное положение производят ее закрепление к дну моря анкерными сваями.

Дополнительно к этому морская стационарная платформа, включающая полую фундаментную плиту с верхним строением, балластными отсеками и плоским днищем, дополнительно снабжена поворотными тормозными панелями, шарнирно прикрепленными одной кромкой к днищу фундаментной плиты с возможностью поворота относительно него на угол до 90^о, и гидродомкратами, шток каждого из которых шарнирно соединен со свободной кромкой одной из панелей, при этом панели в горизонтальном положении установлены заподлицо с днищем фундаментной плиты и каждый гидродомкрат снабжен гидроамортизатором, выполненным с пружиной, при этом панели расположены на расстоянии 0,15L друг от друга по линии, перпендикулярной оси шарниров и снабжены датчиками контакта с поверхностью постели, прикрепленными к лицевой грани каждой панели по ее высоте на расстоянии 0,1l друг от друга, где L длина панели, м, l высота панели, м, а фундаментная плита имеет консольные выступы с вертикальными отверстиями, в которых заподлицо с днищем плиты установлены сваи с гидродомкратами или вибрационными устройствами, соединенными с верхними частями свай.

На фиг. 1 изображен общий вид платформы при транспортировке к месту назначения; на фиг. 2 план платформы с расположением опорных свай; на фиг. 3 первая стадия погружения загружение балластных емкостей и начало торможения тормозными панелями; на фиг. 4 вторая стадия погружения тормозные панели соприкасаются с постелью, возникают силы трения; на фиг. 5 третья стадия фундаментная плита подошла к теоретической точке погружения, происходит анкеровка фундаментной плиты посредством вдавливания анкерных свай в грунт; на фиг. 6 узел I на фиг. 3; на фиг. 7 узел II на фиг. 3; на фиг. 8 положение сваи в узле платформы после вхождения в грунт; на фиг. 9 способ закрепления "юбки" и сваи к плите в существующих платформах.

Морская стационарная платформа включает фундаментную плиту 1, опорные анкерные сваи 2, ниши для поворотных панелей 3, поворотные панели 4, датчики 5 первого контакта, направляющие отверстия 6 для прохождения свай, гидродомкрат или вибрационный погружатель 7, шток 8, гидродомкрат 9, гидроамортизатор 10 с пружиной 11, подвижную диафрагму 12, неподвижную диафрагму 13, вентили 14 и 15, насосную станцию 16, постель 17, поршень 18, шток 19, держатель 20, консоль 21, оголовок сваи 22, закладную деталь 23, шарниры 24 и 25, вторичную консоль 26 и "юбку" 27.

Способ установки морской стационарной платформы включает ряд мероприятий и осуществляется по этапам.

Подготовительный этап.

По данным геологических, метеорологических, гидрологических исследований, а также параметров, учитывающих конструктивные решения по предлагаемому способу установки платформы, создается несколько вариантов расчетных схем и на компьютерной основе определяется теоретическая расчетная фаза торможения платформы. Одновременно проводится моделирование на модели поставленной задачи погружения и торможения платформы также с учетом рекомендаций предлагаемого решения с целью определения опытной фазы торможения платформы. Конструктивная величина торможения определится как средняя величина расчетной и опытной фаз. В подготовительный этап входит также выравнивание дна моря в месте размещения платформы с образованием постели.

Транспортировка морской стационарной платформы осуществляется по известной технологической схеме буксирами, как показано на фиг. 1. Заканчивается транспортировка платформы, не доходя до координатной точки погружения на величину конструктивной фазы торможения. После этого начинается первая стадия погружения торможение платформы происходит одновременно с загружением балластных цистерн и работы тормозных устройств в два этапа.

В первом этапе (фиг. 3) до соприкосновения с постелью включаются из центрального пункта тормозные устройства, показанные на фиг. 6, и в результате этого поворотные панели 4, расположенные в нишах 3, отключаются на угол α.

Вследствие этого имеем
W q₁ + q₂, где W усилие транспортировки буксирами;
q₁ сопротивление воды платформе;
q₂ переменное сопротивление (давление) на тормозные панели, зависящее от угла наклона α
Тормозное устройство работает следующим образом.

Включается насосная станция 16. Перекрывают вентиль 14. Включают вентиль 15. В результате чего отключается гаситель 10 энергии и шток 8 гидродомкрата 9 опускается вниз и происходит отклонение всех синхронно связанных тормозных панелей. Предусматривается при этом, что движение платформы происходит с правой стороны налево, как показано стрелкой на фиг. 3.

Увеличивая или уменьшая угол отклонения панелей 4, можно регулировать величину торможения за счет сил трения и давления воды на тормозные панели. Регулирование фазы торможения осуществляется с одного пульта управления.

Момент соприкосновения панелей 4 с постелью грунта 16 фиксируется датчиками 5 с этого начинается второй этап вторая стадия погружения платформы (фиг. 4). Данные от датчиков 5 передают на центральный пункт и оттуда поступает в автоматическом режиме команда отключить насосную станцию 16 и вентиль 15 и открыть кран 14. Под давлением грунта шток 8 цилиндра 9 отклоняется вверх, в результате торможения жидкость поступает через вентиль 14 в камеру гидроамортизатора 10, давит на поршень 18 и далее через шток 19 на диафрагму 20 и далее на пружину 11. При этом шток 19 имеет свободное перемещение внутри пружины 11 на величину Δ.

Под действием вертикальной силы веса платформы с поэтапным загружением балластных цистерн происходит плавное прижатие панели 4 к постели 17 с ее выравниванием и уплотнением, с одновременным гашением энергии при горизонтальном движении платформы тормозными устройствами. Как вследствие этого шток 8 входит в цилиндр 9, что позволяет тормозной панели 4 войти в нишу 3 и занять свое первоначальное положение. В результате этого платформа опустится на координатную точку базирования платформы.

После установки платформы на постель в проектное положение начинается закрепление фундаментной плиты платформы к дну моря анкерными сваями (фиг. 2 и 7). Осуществляется это следующим образом в консольной части фундаментной плиты 1 предусматриваются сквозные отверстия 6 с диаметром больше диаметра свай на величину 30.40 мм, в которые вставляются до погружения платформы пустотелые железобетонные сваи 2 диаметром 3.6 м и закрепляются в вертикальном положении держателем 20, консолью 21. На оголовнике 22 крепится вибрационный погружатель или гидродомкрат 7. После этого освобождаются держатели 4, включаются вибраторы или домкраты и сваи 2 свободно проходит в отверстие 6 и далее углубляется в материк на длину зоны анкеровки. Окончательное закрепление сваи в вертикальной плоскости осуществляется вторичной консолью 28, прикрепленной к детали 25, с упором на верх сваи после снятия вибропогружателя. После этого происходит укладка мелкозернистого бетона в пространство между сваей по наружному периметру и внутренним периметром отверстия фундаментной плиты.

Использование предлагаемого способа установки морской стационарной платформы и морской стационарной платформы обеспечивает по сравнению с существующими способами и морскими стационарными платформами следующие преимущества: позволяет повысить точность установки платформы на морское дно посредством самостоятельного регулирования скорости подхода сооружения за счет гашения энергии конструктивными элементами платформы; дает возможность разравнивать и уплотнять постель; сохраняет природную структуру грунта без образования каверн и пустот под фундаментной плитой вследствие отсутствия висячих опорных свай и "юбки" на нижней поверхности фундаментной плиты; отказ от затрат на цементацию каверн и пустот под фундаментной плитой; надежная анкеровка фундаментной плиты анкерными сваями к дну моря; повышение прочности, трещиностойкости и долговечности фундаментной плиты и платформы вследствие отсутствия зависания одного из углов фундаментной плиты; экономичности за счет сокращения использования времени буксиров и более точного опускания платформы на выбранный участок морского дна.

Область применения - гидротехнические сооружения, основания и фундаменты, а конкретно установка морских стационарных платформ на дно, разработка конструктивного решения платформы. Цель изобретения: повышение точности опускания морской стационарной платформы на морское дно посредством создания стационарной морской платформы, обеспечивающей самостоятельное регулирование торможения платформы одновременно с ее погружением, уплотнение и разравнивание постели, сохранение неразрушенности постели и материкового грунта, надежное прикрепление платформы к дну моря анкерными сваями, повышение прочности, трещиностойкости и долговечности фундаментной плиты и платформы. Сущность изобретения - в создании стационарной морской платформы и на этой базе разработка способа установки морской стационарной платформы, дающего возможность повысить точность установки на морское дно посредством самостоятельного регулирования подхода платформы за счет гашения энергии конструктивными элементами платформы. Способ установки морской стационарной платформы включает в себя выравнивание дна моря в месте размещения платформы; одновременно с погружением платформы осуществляют торможение платформы поворотными панелями, установленными на днище платформы, отклоняя их постепенно на угол 0 - 90^o к ее днищу, а при соприкосновении панелей с постелью угол их отклонения уменьшают от 90 до 0^o; закрепление платформы анкерными сваями к дну моря. Морская стационарная платформа включает в себя тормозные панели, прикрепленные кромкой к днищу и установленные заподлицо с днищем фундаментной плиты, отклонение панелей осуществляется гидродомкратом, соединенным с гидроамортизатором, фундаментная плита имеет консольные выступы с вертикальными отверстиями, в которых заподлицо с днищем плиты установлены сваи с гидродомкратами или вибрационными устройствами. Новизна изобретения в применении поворотных панелей для торможения платформы при подходе к месту ее размещения на морском дне. 2 с. и 6 з. п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ установки морской стационарной платформы с плоским днищем, включающий транспортировку платформы буксирами на плаву к месту ее размещения и погружение платформы на дно моря путем заполнения балластных отсеков, отличающийся тем, что сначала производят выравнивание дна моря в месте размещения платформы с образованием постели, одновременно с погружением платформы осуществляют торможение платформы поворотными панелями, установленными на днище платформы, отклоняя их постепенно на угол 0 - 90^o к ее днищу, а при соприкосновении панелей с постелью угол их отклонения уменьшают от 90 до 0^o. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после установки платформы в проектном положение производят ее закрепление к дну моря анкерными сваями. 3. Морская стационарная платформа, включающая полую фундаментную плиту с верхним строением, балластными отсеками и плоским днищем, отличающаяся тем, что она снабжена поворотными тормозными панелями, шарнирно прикрепленными одной кромкой к днищу фундаментной плиты с возможностью поворота относительно него на угол до 90^o, и гидродомкратами, шток каждого из которых шарнирно соединен со свободной кромкой одной из панелей. 4. Платформа по п.3, отличающаяся тем, что панели в горизонтальном положении установлены заподлицо с днищем фундаментной плиты. 5. Платфома по пп.3 и 4, отличающаяся тем, что каждый гидродомкрат снабжен гидроамортизатором. 6. Платформа по п.5, отличающаяся тем, что гидроамортизатор выполнен с пружиной. 7. Платформа по пп.3 и 4, отличающаяся тем, что панели расположены на расстоянии 0,15 L одна от другой по линии, перпендикулярной оси шарниров, и снабжены датчиками контакта с поверхностью постели, прикрепленными к лицевой грани каждой панели по ее высоте на расстоянии 0,1 l друг от друга, где L - длина панели, м, l высота панели, м. 8. Платформа по пп.3 7, отличающаяся тем, что фундаментная плита имеет консольные выступы с вертикальными отверстиями, в которых заподлицо с днищем плиты установлены сваи, и гидродомкратами или вибрационными устройствами, соединенными с верхними частями сваи.