国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

超高硬度鈣質(zhì)巖海底預(yù)挖溝施工技術(shù)

2022-01-10 07:48趙九龍姜大正陳世海
石油工程建設(shè) 2021年6期
關(guān)鍵詞:海床鈣質(zhì)挖掘機(jī)

趙九龍,姜大正,陳世海

交通運(yùn)輸部上海打撈局,上海 200090

為了保護(hù)海洋油氣管道的水下安全,避免船舶航行、漁業(yè)活動(dòng)等對(duì)管道產(chǎn)生損害[1-2],在近岸、淺水區(qū)域,管道往往需要通過挖溝埋設(shè)在海床下。

挖溝埋設(shè)方法[3-4]通常分為預(yù)挖溝與后挖溝兩類。預(yù)挖溝埋設(shè)即先挖溝,再鋪設(shè),后填埋,此方法適用于水深較淺、地質(zhì)堅(jiān)硬的海域條件。后挖溝埋設(shè)即先鋪管,再使用專門的水下挖溝機(jī)騎在管道上進(jìn)行挖溝,隨著挖溝機(jī)沿管道作業(yè)的推進(jìn),管道逐一落入已掘進(jìn)的管溝之中,管道的填埋依靠自然回淤模式完成,此方法適用于水深較深、地質(zhì)相對(duì)松軟的海域條件。

針對(duì)近岸淺水預(yù)挖溝作業(yè),姜進(jìn)方[3]提出了多種挖溝設(shè)備及工藝方法,結(jié)合錦州20-2氣田近岸段海底管道登陸預(yù)挖溝工程,詳細(xì)闡明了近岸段預(yù)挖溝工藝,并比較了噴射-絞吸式挖溝機(jī)、絞吸式挖溝機(jī)、犁式挖溝機(jī)針對(duì)不同土質(zhì)所呈現(xiàn)的挖溝效果。章慶生[5]等研制了一種淺水挖溝機(jī),采用拖曳滑撬機(jī)體與液壓鉸刀結(jié)合的設(shè)計(jì)方案,較好解決了水深0.8~15 m海域所存在的大型鋪管船進(jìn)不去,而陸上施工設(shè)備又用不上的技術(shù)難題,該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、拖曳力小,在實(shí)際工程應(yīng)用中收到了良好的效果。張國光[6-7]、Cheuk[8]、Sherif[9]、陳建平[10]等對(duì)梨式、液壓鉸刀式挖溝機(jī)設(shè)備進(jìn)行了一系列的探究和創(chuàng)新。李文濤[11]、王智鵬[12]等對(duì)現(xiàn)代埋管挖溝機(jī)發(fā)展趨勢進(jìn)行了研究,總體上以噴射式、液壓機(jī)械式為主。

但是對(duì)于超高硬度鈣質(zhì)巖海底挖溝,卻鮮有相關(guān)的工藝及設(shè)備研究。本文結(jié)合工程實(shí)際探索了一種適于近岸超高硬度鈣質(zhì)巖海底預(yù)挖溝的工藝方法。

1 工程背景

沙特3648項(xiàng)目的施工區(qū)域位于沙特阿美Berri油田,Berri油田位于達(dá)曼港以北100 km的阿布阿里島和朱拜爾港之間的區(qū)域,該項(xiàng)目包括5條新管道的安裝鋪設(shè),涉及TP-1、TP-2、TP-3、58/63、95/100、52/57等6組石油平臺(tái)的改造更新,該油田施工區(qū)域如圖1所示。

圖1 Berri油田施工區(qū)域

上海打撈局負(fù)責(zé)TP-1至GOSP-5輸油管道的安裝施工。管道直徑36 in(1 in=25.4 mm),混凝土保護(hù)層厚度2 in,安裝長度從海上里程2.597 km處至登陸點(diǎn)里程6.684 km處,跨距4.1 km,如圖2所示。水深情況如圖3所示,遠(yuǎn)岸端最深處水深7.6 m(LAT)。由于施工區(qū)域水深較淺,輸油管道必須掩埋在海床以下1 m,防止近岸船舶航行、拋錨對(duì)其產(chǎn)生損害。因此,在海底管道安裝前需要對(duì)其所途經(jīng)的路由進(jìn)行預(yù)挖溝作業(yè),該區(qū)域海床地質(zhì)為30~50 MPa超高硬度的鈣質(zhì)巖,挖溝難度巨大。

圖2 登陸段管道路由

圖3 挖溝路由水深情況 (LAT)

2 施工范圍及要求

預(yù)挖溝作業(yè)從2019年2月份開始,至2020年3月份結(jié)束,前后歷時(shí)約一年。根據(jù)鉆孔調(diào)查報(bào)告,挖溝路由中,除了近岸段的300 m為泥沙土質(zhì)外,其余3.8 km為鈣質(zhì)巖海床地質(zhì),鈣質(zhì)巖深度達(dá)到海床下4.8 m,地質(zhì)強(qiáng)度為30~50 MPa。根據(jù)設(shè)計(jì)要求[13-15],溝截面應(yīng)為倒梯形,深度2 m、底邊寬3 m、溝邊角度約為45°,如圖4所示。根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)評(píng)規(guī)范要求,在挖溝過程中,路由兩側(cè)各50m界限處需配備可移動(dòng)的檔泥簾結(jié)構(gòu),控制挖溝作業(yè)引起的大面積泥水渾濁對(duì)水下生態(tài)系統(tǒng)造成的危害。

圖4 溝截面設(shè)計(jì)要求

3 鈣質(zhì)巖區(qū)域挖溝作業(yè)

鈣質(zhì)巖區(qū)域挖溝路由長度為3.8 km,高平潮最大水深接近10 m,淺水插樁式挖溝船(見圖5)是最優(yōu)選擇的作業(yè)平臺(tái)。

圖5 淺水插樁式挖溝船

淺水插樁式挖溝船基于小型無動(dòng)力工程駁船改造而成,該項(xiàng)目主作業(yè)船Murjan 4512長45 m、寬12m、型深2.5m、最大吃水1.87m,載重噸位500t,無動(dòng)力系統(tǒng),適配1 000 bhp(1 bhp=0.746 kW) 以上拖輪航行施工。在淺水區(qū)域,通過甲板面的3個(gè)定位樁落底進(jìn)行穩(wěn)船作業(yè),完美替代了拋定位錨作業(yè)的方式,使船舶布場、移船更加靈活迅捷,保證較高的施工效率,如圖6所示。在拖輪的輔助下,挖溝船在挖溝路由正上方或者一側(cè)進(jìn)行穩(wěn)船作業(yè),圖7為常規(guī)的挖溝船作業(yè)照片。

圖6 挖溝船作業(yè)圖(黃色為雙層擋泥簾)

圖7 挖溝船工作照

Hitachi EX1200型挖掘機(jī)綁扎在挖溝船船尾木甲板上,適配9 m桁架、6 m抓臂、3.4~6.7 m3抓斗。由于海底泥石過于堅(jiān)固,直接使用抓斗進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)僅僅可以去除海底路由表面的軟土浮泥,一旦接觸到鈣質(zhì)巖層,挖掘機(jī)的抓斗就像直接在鋼筋混凝土路面施工一樣,難有絲毫的進(jìn)度可言。因此,攻克難題的唯一方法是先打破鈣質(zhì)巖層,然后再使用挖掘機(jī)進(jìn)行挖溝作業(yè)。對(duì)液壓式滾輪碎石器(Hydraulic Rock Wheel)、固定式碎石鎬(Dump Ripper)、液壓式振動(dòng)錘(Jack Hammer)、高頻振動(dòng)液壓鎬(Xcentric Ripper) 4種破石設(shè)備先后進(jìn)行了試驗(yàn)評(píng)估。

3.1 液壓式滾輪碎石器

挖掘機(jī)駕駛員通過操控挖掘機(jī)動(dòng)力站對(duì)液壓式滾輪碎石器(見圖8) 進(jìn)行操控。如圖9所示,滾輪碎石器滾輪上固定著密集的錐形齒,具備較強(qiáng)的硬度,滾輪帶動(dòng)錐形齒轉(zhuǎn)動(dòng),錐形齒與海床接觸、摩擦,將鈣質(zhì)巖層磨碎;但是在施工中并沒有收到很好的破石效果。經(jīng)過潛水探摸發(fā)現(xiàn),僅僅是表面的鈣質(zhì)巖破損,沒有出現(xiàn)連帶的碎裂區(qū)域,破石效率相對(duì)低下。由于長時(shí)間的高強(qiáng)度作業(yè),錐形齒根部斷裂現(xiàn)象頻出,說明滾輪碎石器不適用于此類鈣質(zhì)巖海床的破石作業(yè)。

圖8 滾輪碎石器

圖9 滾輪碎石器上的錐形齒

3.2 固定式碎石鎬

圖10為固定式碎石鎬,其頭部為彎錐形結(jié)構(gòu)形式,依靠挖掘機(jī)自身臂力及運(yùn)動(dòng)慣性插入海底巖層,從而引起片區(qū)的連帶破碎效應(yīng)。經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn),海底巖層連帶片區(qū)破碎效應(yīng)明顯,但是由于挖掘機(jī)臂力有限,施工效率相對(duì)低下。再加上長時(shí)間的高強(qiáng)度撞擊,碎石鎬頭部經(jīng)常斷裂丟失,造成了一定的生產(chǎn)待機(jī)。

圖10 固定式碎石鎬

3.3 液壓式破碎錘

固定式碎石鎬的初步成效給我方技術(shù)人員帶來了啟發(fā),如果碎石鎬的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度再大一點(diǎn),或者碎石鎬可以高頻振動(dòng),一定會(huì)有更好的工作效率。經(jīng)過市場調(diào)研,市面上常見的是市政工程中用于破碎路面的破碎錘,如圖11所示。

圖11 液壓式破碎錘

破碎錘在混凝土路面施工具有非常好的效果,但是經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)踐,由于該項(xiàng)目施工區(qū)域的海底鈣質(zhì)巖層沉積時(shí)間久遠(yuǎn),而且具有一定的黏性,常規(guī)的細(xì)長破碎錘不能在鈣質(zhì)巖層中產(chǎn)生連帶的片區(qū)破碎效應(yīng)。在3 m見方的區(qū)域內(nèi)使用破碎錘施工,形成的海床效果如圖12所示,其中黑色區(qū)域?yàn)槊看斡|底破石形成的細(xì)小坑穴。

圖12 碎石錘破石效果

3.4 高頻振動(dòng)液壓鎬

高頻振動(dòng)液壓鎬同時(shí)具備固定式碎石鎬的外形特征以及液壓式破碎錘的高頻振動(dòng)特點(diǎn)。其型號(hào)與技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 高頻振動(dòng)液壓鎬型號(hào)與參數(shù)

經(jīng)過比選,XR82型高頻振動(dòng)液壓鎬被確定為主破石工具,圖13是高頻振動(dòng)液壓鎬的施工照片。

圖13 高頻振動(dòng)液壓鎬施工現(xiàn)場

高頻振動(dòng)液壓鎬依靠挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)提供液壓動(dòng)力,結(jié)合錐形結(jié)構(gòu)(見圖14),以700 min-1的振動(dòng)頻率形成了圖15所示的海床連帶破碎效應(yīng)。其中黑色區(qū)域?yàn)槊恳淮斡|底鉆破所形成的坑穴,坑穴周圍的海床在巨大的局部擴(kuò)張力作用下,形成了連帶裂紋。同樣是3 m的長度區(qū)域,與圖12形成鮮明的對(duì)比,證明了高頻振動(dòng)液壓鎬具有更高的效率和更好的破石效果。

圖14 高頻振動(dòng)液壓鎬結(jié)構(gòu)形式

圖15 高頻振動(dòng)液壓鎬破石效果示意

3.5 破石、挖溝工藝形成

破石完成后,挖溝船將換下高頻振動(dòng)液壓鎬,裝上抓斗繼續(xù)完成挖溝作業(yè),如圖16所示。

圖16 破石完成后的挖溝作業(yè)

為了進(jìn)一步提高施工效率,2#淺水插樁式挖溝船Ijzeren Hein專門負(fù)責(zé)挖溝作業(yè),與破石船Murjan 4512形成無縫對(duì)接,如圖17所示。

圖17 兩船同步作業(yè) (右為Murjan4512,左為IjzerenHein)

4 潮汐段挖溝作業(yè)工藝

潮汐段挖溝使用加高式挖掘機(jī)完成,所謂的加高式挖掘機(jī)(如圖18所示),即對(duì)傳統(tǒng)意義的陸用挖掘機(jī)進(jìn)行改造加高,在履帶和駕駛艙、動(dòng)力系統(tǒng)中間加裝了2 m高的鋼制筒體,使挖掘機(jī)具備涉水功能,可以在2.5 m水深范圍內(nèi)安全穩(wěn)定地進(jìn)行施工作業(yè)。

圖18 加高式挖掘機(jī)

本次改造的基體是DOOSAN480LCA-HD陸用反鏟式挖掘機(jī),自制2 m高鋼制筒體,在登陸點(diǎn)進(jìn)行了電氣、線路改造,并得到了第三方的檢驗(yàn)認(rèn)證。加高式挖掘機(jī)在挖溝路由的東側(cè)進(jìn)行移動(dòng),利用2 m3的抓斗進(jìn)行挖溝作業(yè),抓取的泥石有序地拋至其運(yùn)動(dòng)軌跡的東側(cè),便于后續(xù)管溝回填,如圖19所示。該設(shè)備挖溝效率相對(duì)于船舶來講更加快捷,并且對(duì)于惡劣天氣的耐受力較強(qiáng),同時(shí)成本相對(duì)較低。

圖19 加高式挖掘機(jī)施工現(xiàn)場

5 結(jié)束語

本文基于實(shí)際的工程項(xiàng)目,針對(duì)超高硬度鈣質(zhì)巖海床進(jìn)行了一系列的挖溝工藝改進(jìn)和嘗試,形成了以下幾點(diǎn)成果。

(1)應(yīng)用了先破石再挖溝的施工思路,形成了一種適用于近岸超高硬度鈣質(zhì)巖海床挖溝作業(yè)的施工工藝。

(2)實(shí)踐評(píng)估了4種破石設(shè)備的優(yōu)劣性,驗(yàn)證出高頻振動(dòng)液壓鎬是最適于超高硬度鈣質(zhì)巖海床挖溝的設(shè)備工具,并給出了高頻振動(dòng)液壓鎬具有連帶破碎效應(yīng)的海床破石效果圖。

(3)在潮汐段路由引入了加高式水陸兩棲挖掘機(jī)實(shí)施挖溝作業(yè)。

猜你喜歡
海床鈣質(zhì)挖掘機(jī)
波浪荷載引起不同埋深管線周圍海床響應(yīng)和液化分析
地質(zhì)探秘
“鋼鐵巨獸”超級(jí)挖掘機(jī)
Gemini表面活性劑體系下鈣質(zhì)磷礦中白云石的可浮性研究
波浪荷載作用下海床的液化及參數(shù)分析
波致砂土海床剪切與液化破壞特征對(duì)比研究?
基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法的海底管線海床穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
露天采礦挖掘機(jī)的維修保養(yǎng)
徐工XW1300C大型挖掘機(jī)
挖掘機(jī)的較量:履帶式挖掘機(jī)VS.輪式挖掘機(jī)