用于將基礎(chǔ)元件安裝在水下地層中的方法和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及借助于驅(qū)動(dòng)器(4)將基礎(chǔ)元件，尤其是(單)樁，安裝在堅(jiān)硬的水下地層(3)中的方法和系統(tǒng)。所述方法包括以下步驟：將基礎(chǔ)元件(2)放置在水下地層(3)上；放置用于減小從所述驅(qū)動(dòng)器(4)輸入的噪音的屏障(7)；在將屏障(7)圍繞所述基礎(chǔ)元件(2)定位的同時(shí)，借助于驅(qū)動(dòng)器(4)將基礎(chǔ)元件(2)驅(qū)動(dòng)到水下地層中(3)，并且，在所述驅(qū)動(dòng)的至少一部分期間，減小從水下地層(3)傳遞到屏障(7)的外壁(9)的噪音。
【專利說明】用于將基礎(chǔ)元件安裝在水下地層中的方法和設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種借助于驅(qū)動(dòng)器(諸如液壓驅(qū)動(dòng)器)將基礎(chǔ)元件，特別是(單)樁，安裝在堅(jiān)硬的水下地層中的方法。這種方法包括以下步驟:將基礎(chǔ)元件放置在水下地層上；將用于減小由驅(qū)動(dòng)器輸入的噪音的屏障放置到周圍的水中；以及，在將屏障圍繞基礎(chǔ)元件定位的同時(shí)，借助于驅(qū)動(dòng)器將基礎(chǔ)元件驅(qū)動(dòng)到地層中。本發(fā)明還涉及一種用于安裝基礎(chǔ)元件的系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]如在歐洲專利公報(bào)I 989 358中解釋的那樣，在水下進(jìn)行離岸夯實(shí)工作，以便建立例如用于鉆井平臺(tái)和風(fēng)力渦輪機(jī)的基礎(chǔ)。對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)而言，將直徑大于4米的大單樁夯入到海床中。這種夯實(shí)導(dǎo)致很大的水下噪音輸入，這可能對(duì)海洋動(dòng)物群造成負(fù)面影響。為了降低水下噪音輸入，在根據(jù)EP I 989 358的方法和裝置中，由固定的浸沒式套筒包圍要被夯入的材料。套筒有利地具有類似三明治的結(jié)構(gòu)。在EPl 989 358的圖1中示出的示例中，套筒具有用于引導(dǎo)樁的至少一個(gè)緩沖引導(dǎo)元件。
[0003]EP I 640 508涉及一種用于樁的引導(dǎo)裝置，這種裝置具有緊固在船自升式鉆井平臺(tái)上的框架，用于當(dāng)將支柱夯入到海底中時(shí)環(huán)繞并且引導(dǎo)支柱。鼓風(fēng)裝置的噴嘴組件附接在框架處，所述鼓風(fēng)裝置的噴嘴組件能夠從位于框架下方的上部待命位置下降到位于底棲部分(benthic divis1n)中的操作位置。樁在鼓風(fēng)操作中被環(huán)形定界。該組件具有帶有出口開口的管。
[0004]WO 2010/151121涉及一種用于被動(dòng)地降低因布置在水體的液面高度下方的聲源所造成的液體中的聲音振動(dòng)的裝置，所述裝置包括細(xì)長的管，所述細(xì)長的管可布置在聲源上，所述管包括外壁和內(nèi)壁，其中，管設(shè)計(jì)成保持內(nèi)壁和外壁之間的中間空間中的某一期望壓力。在這種情況中，壓力相對(duì)于環(huán)境壓力降低。由于降低的壓力，因此聲音振動(dòng)將不易于傳播到外界，并且降低了管周圍區(qū)域中的噪音水平。“在水體中，管的外壁和內(nèi)壁可設(shè)置成首尾相接，例如，通過首先將內(nèi)壁錨固到底部中，然后將圍繞內(nèi)壁布置的外壁錨固到底部中。然而，還可能將管作為一個(gè)整體放置，即，內(nèi)壁和外壁已經(jīng)在底部處已被組裝以形成一個(gè)部件”。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是進(jìn)一步提高噪音減輕，特別是在將基礎(chǔ)元件驅(qū)動(dòng)到堅(jiān)硬的海底地層中時(shí)和/或當(dāng)噪音減輕屏障由具有高彈性模量(例如，超過10GPa)的材料制成時(shí)。
[0006]為此，本發(fā)明的方法包括:優(yōu)選地通過使得屏障的至少外壁與地層基本上動(dòng)態(tài)不連接而在至少部分驅(qū)動(dòng)過程期間衰減從(水下)地層傳至屏障的外壁的噪音傳遞。
[0007]發(fā)現(xiàn)的是，基礎(chǔ)元件(例如，單樁)和屏障之間的介質(zhì)(典型地為(海)水)不僅是聲音傳遞路徑而且使得由樁驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的噪音經(jīng)由擱置有屏障的地層從樁傳遞到屏障外壁。當(dāng)?shù)貙影▓?jiān)硬材料，諸如，巖石、混凝土塊(沖刷防護(hù))或壓實(shí)的沙，和/或當(dāng)屏障由具有高彈性模量的材料制成的情況中，尤為如此。當(dāng)由樁驅(qū)動(dòng)器的脈沖式打擊所產(chǎn)生的噪音包含大范圍的頻率時(shí)，典型地在一個(gè)或多個(gè)固有頻率條件下激勵(lì)屏障的外壁。通過衰減經(jīng)由地層的噪音傳遞，可以避免或至少降低這種激勵(lì)，并且進(jìn)一步減輕總的聲音輻射。
[0008]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的方法和系統(tǒng)，例如通過減小地層與屏障的至少外壁的下端部之間的接觸面的硬度(模量)來被動(dòng)地實(shí)現(xiàn)衰減，或者例如通過建立屏障的主固有頻率和提供用于消除由樁驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的噪音頻率來積極地實(shí)現(xiàn)這種衰減。
[0009]在一個(gè)實(shí)施例中，例如通過使得屏障的外壁從屏障的內(nèi)壁(在屏障是雙壁結(jié)構(gòu)的情況)、從樁(在屏障是單壁結(jié)構(gòu)的情況)或者從水面船舶懸垂下來，使得屏障的外壁的下端部保持與地層(典型地上方)相距一段距離。這個(gè)距離的范圍優(yōu)選地處于5厘米至200厘米，優(yōu)選地處于10厘米至100厘米，優(yōu)選地處于15厘米至70厘米。
[0010]在另一個(gè)實(shí)施例中，屏障具有至少50%、優(yōu)選地至少70%的浮力，或具有100%或更多的浮力(在100%的情況中，屏障的密度等于水(海水)的密度)，在所述情況中，屏障漂浮。在后述構(gòu)造中，優(yōu)選的是，通過地層上的一個(gè)或多個(gè)壓重物(諸如擱置在地層上的混凝土塊或泡沫環(huán))和連接件(諸如將屏障連接到塊或環(huán)的帶或鏈)將屏障保持到位。
[0011]在另一個(gè)實(shí)施例中，噪聲衰減材料定位在屏障的外壁的下端部與地層之間，所述噪音衰減材料典型地呈環(huán)形形狀，所述環(huán)的圓周對(duì)應(yīng)于屏障的圓周。
[0012]本發(fā)明還涉及一種用于將基礎(chǔ)元件，特別是(單)樁，安裝在堅(jiān)硬的水下地層中的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)器、水面船舶和屏障，所述屏障圍繞基礎(chǔ)元件放置，以便減小從驅(qū)動(dòng)器輸入的噪音。這種系統(tǒng)還包括用于在至少部分驅(qū)動(dòng)過程期間衰減從地層傳遞到屏障外壁的噪音的裝置。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中，除了用于固定驅(qū)動(dòng)器的起重機(jī)之外，水面船舶還包括用于在驅(qū)動(dòng)的至少一部分期間懸垂屏障并且將屏障保持成與地層相距一段距離的起重機(jī)。應(yīng)注意的是，在這個(gè)方面中，已知的船舶包括單個(gè)起重機(jī)，用于操作樁和屏障并且在操作期間固定樁驅(qū)動(dòng)器。
[0014]在另一個(gè)實(shí)施例中，屏障具有至少50%，優(yōu)選地至少70%的浮力，或者具有100%或更大的浮力，為此，例如，屏障包括一個(gè)或多個(gè)室，和/或屏障由密度低于水的材料制成。
[0015]在再一個(gè)實(shí)施例中，屏障設(shè)置有由噪音衰減材料制成的支撐件，所述支撐件附接到屏障或與屏障分離開，所述材料的模量低于屏障的外壁的模量而且低于水下地層的模量。在驅(qū)動(dòng)期間，支撐件定位在屏障的下邊沿與地層之間。
[0016]為了完整起見，注意以下現(xiàn)有技術(shù)。
[0017]JP 60-159218公開了一種用于打樁錘的隔音器，其包括隔音筒體，所述隔音筒體由彈性材料形成并且呈波紋管的形狀。隔音筒體圍繞樁固定。
[0018]DE I 784 396公開了一種打樁驅(qū)動(dòng)錘，其包括伸縮式吸音套筒。
[0019]EP 2 395 156涉及一種用于安裝基礎(chǔ)元件，尤其是(單)樁，的方法，所述方法包括以下步驟:將基礎(chǔ)元件放置在水下地層上；和借助于安裝在水面船舶上的夾持器來保持基礎(chǔ)元件到位。
[0020]T.J Garlson等人“Hydroacoustic measurements During Pile Driving At theHood Canal Bridge, September Through November2004” 公開了一種 HDPE 樁套筒，所述HDPE樁套筒裝配在24英寸的樁上并且從高于水面的地點(diǎn)抵達(dá)低于水面的地面高度。所提及的套筒的直徑和壁厚分別為34英寸和I又3/8英寸。
[0021]現(xiàn)在將參照附圖更加詳細(xì)地解釋本發(fā)明，所述附圖示出了本方法和系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例。
[0022]在本發(fā)明的框架中，詞語“堅(jiān)硬的地層”指的是天然地層或人工地層，其至少位于與屏障的交界處，所述“堅(jiān)硬的地層”包括彈性模量超過1MPa的材料。典型的示例包括但不局限于:巖石(模量通常介于1GPa至90GPa的范圍內(nèi))、緊密壓實(shí)的沙(模量通常處于20MPa至150MPa的范圍內(nèi))和所謂的沖刷防護(hù)(模量通常為1GPa至90GPa)，即，在驅(qū)動(dòng)之前堆放在驅(qū)動(dòng)地點(diǎn)并且旨在保護(hù)所安裝的基礎(chǔ)元件免于被例如強(qiáng)水流侵蝕的巖石、混凝土塊或類似物。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的橫截面，其中，噪音減輕屏障從水面船舶上懸垂下來；
[0024]圖2和圖3是根據(jù)本發(fā)明的包括可膨脹墊的第二實(shí)施例的透視圖和橫截面；
[0025]圖4是包括浮動(dòng)式屏障的第三實(shí)施例的透視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]應(yīng)注意的是，附圖本身是示意性的并且可以省略對(duì)于理解本發(fā)明并非必不可少的細(xì)節(jié)。
[0027]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的用于將單樁2安裝在水下地層3 (例如海床上)的系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例。在這個(gè)示例中，單樁2具有圓形橫截面并且其直徑為5米，而且旨在在安裝之后作為風(fēng)力渦輪機(jī)的基礎(chǔ)。
[0028]系統(tǒng)I包括:液壓驅(qū)動(dòng)器4 (圖2示出)，例如，連接到水面船舶(諸如船或自升式駁船)的甲板上的動(dòng)力源組的IHC Hydrohammer S-1800 ;驅(qū)動(dòng)器屏障6，用于將驅(qū)動(dòng)器牢固地安裝在單樁和砧(因被驅(qū)動(dòng)器屏障隱藏而不可見)上，以用于將撞擊能量從驅(qū)動(dòng)器4傳遞到單樁。
[0029]系統(tǒng)還包括噪音減輕屏障7，該噪音減輕屏障由例如鋼制成并且圍繞基礎(chǔ)元件放置，以便減小由驅(qū)動(dòng)器輸入到周圍水中的噪音。在這個(gè)示例中，屏障包括內(nèi)壁8和外壁9，即，屏障是雙壁結(jié)構(gòu)，并且具有圓形橫截面和6米的內(nèi)徑。雙壁提供了一個(gè)或多個(gè)用于空氣或多孔材料的室10并且使得屏障具有50%的浮力。
[0030]屏障的上邊沿設(shè)置有可拆卸的延長器，所述可拆卸的延長器用于將屏障的有效長度調(diào)節(jié)至安裝有基礎(chǔ)元件的地點(diǎn)處的水深度。通常，優(yōu)選的是，一旦處于合適位置，隔音屏障便延伸至該水位上方。
[0031]船5包括:第一起重機(jī)11，用于提升并且操縱單樁2和屏障7 ;和第二起重機(jī)(未示出)，用于在驅(qū)動(dòng)期間固定液壓驅(qū)動(dòng)器。
[0032]實(shí)施單樁的安裝例如如下所述。將起重機(jī)的纜繩附接到存儲(chǔ)在船甲板上的單樁的上端部，并且將單樁向船外提升，將單樁操縱至豎立位置，下放到海床上，并且根據(jù)情況需要，在其自重的作用下允許穿透沖刷防護(hù)并且可能穿透海床。在這個(gè)階段期間，例如借助于振動(dòng)裝置將單樁驅(qū)動(dòng)到海床中至數(shù)米深度處，以便進(jìn)一步使得單樁穩(wěn)定。
[0033]將驅(qū)動(dòng)器定位在單樁的頂部上，并且在單樁和驅(qū)動(dòng)器上方提升屏障?？商娲兀胖闷琳?，并且隨后將驅(qū)動(dòng)器放置在屏障內(nèi)部且在樁的頂部上。在這個(gè)位置中，將樁驅(qū)動(dòng)至所需深度。最后，移除驅(qū)動(dòng)器，在樁上方提升屏障并且將所述屏障放回到甲板或海中，以及完成安裝。
[0034]根據(jù)本發(fā)明，至少在驅(qū)動(dòng)期間，在屏障的下邊沿與海床之間保持20厘米至100厘米的距離，從而使得所述屏障和所述海床動(dòng)態(tài)不連接。結(jié)果，基本沒有噪音或振動(dòng)經(jīng)由海床傳遞到屏障，盡管因該距離而通過環(huán)形開口泄漏噪音，但是該噪音的能量明顯小于因海床激勵(lì)屏障的外壁而產(chǎn)生的噪音，即，進(jìn)一步減輕了總的聲音輻射。
[0035]在圖2和圖3示出的實(shí)施例中，屏障7擱置在環(huán)形的膨脹墊12上，所述環(huán)形膨脹墊的彈性模量比海床的模量以及比屏障的模量小至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，墊至少有效地衰減較高的頻率，即，作為低通濾波器。
[0036]圖4示出了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:屏障7，所述屏障7具有超過100%的浮力，例如，通過使得屏障的內(nèi)壁和外壁間隔得更遠(yuǎn)來實(shí)現(xiàn)；和壓重物13，所述壓重物用于保持浮動(dòng)屏障豎立并且與海床間隔開大于20厘米至100厘米范圍內(nèi)的距離。在這個(gè)示例中，通過環(huán)提供壓重物，該環(huán)用于產(chǎn)生雙壁屏障7內(nèi)部的泡沫屏障，S卩，環(huán)的外徑小于浮力屏障的內(nèi)徑。屏障通過帶14附接到環(huán)。
[0037]本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，并且可在權(quán)利要求的范圍內(nèi)以多種方式改變。例如，通過內(nèi)壁和外壁之間的互連件，屏障的外壁可從屏障的內(nèi)壁懸垂下來(擱置在地層中)。優(yōu)選的是這種互連件由緩沖材料制成或設(shè)置有緩沖材料。
【權(quán)利要求】
1.一種借助于驅(qū)動(dòng)器(4)將基礎(chǔ)元件(2)，尤其是(單)樁，安裝在堅(jiān)硬的水下地層(3)中的方法，所述方法包括以下步驟: 將基礎(chǔ)元件(2)放置在所述水下地層(3)上， 放置用于減小從所述驅(qū)動(dòng)器(4)輸入的噪音的屏障(7)， 在將所述屏障(7)圍繞所述基礎(chǔ)元件(2)定位的同時(shí)，借助于所述驅(qū)動(dòng)器(4)將所述基礎(chǔ)元件(2)驅(qū)動(dòng)到所述水下地層(3)中， 其特征在于: 在所述驅(qū)動(dòng)的至少一部分期間，減小從所述水下地層(3)傳遞到所述屏障(7)的外壁(9)的噪音。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括:至少使得所述屏障(7)的所述外壁(9)與所述水下地層(3)基本上動(dòng)態(tài)不連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述屏障(7)的所述外壁(9)的至少下端部保持與所述水下地層(3)相距一段距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，使所述屏障(7)懸垂。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其中，所述屏障(7)具有至少50%的浮力。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述屏障(7)漂浮并且由在所述水下地層(3)上的一個(gè)或多個(gè)壓重物(13)保持到位。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中，將噪音衰減材料(12)定位在所述水下地層(3)與所述屏障(7)的所述外壁(9)的下端部之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述噪音衰減材料的模量低于所述屏障(7)的所述外壁(9)的材料的模量并且低于所述水下地層(3)的模量。
9.一種用于將尤其是(單)樁的基礎(chǔ)元件(2)安裝在堅(jiān)硬的水下地層(3)中的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)器(4)、水面船舶(5)和屏障(7)，所述屏障圍繞所述基礎(chǔ)元件(2)放置，以減小從所述驅(qū)動(dòng)器(4)輸入的噪音，其特征在于，噪音衰減裝置(12 ;13，14)設(shè)置用于在所述驅(qū)動(dòng)的至少一部分期間衰減從所述水下地層(3)傳遞到所述屏障(7)的外壁(9)的噪曰?
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)(1)，其中，除了用于在驅(qū)動(dòng)期間固定所述驅(qū)動(dòng)器(4)的起重機(jī)之外，所述水面船舶(5)還包括用于在所述驅(qū)動(dòng)的至少一部分期間保持所述屏障(7)與所述地層(3)相距一段距離的起重機(jī)(11)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的系統(tǒng)(I)，其中，所述屏障(7)具有至少50%的浮力。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)(1)，其中，所述屏障(7)至少包括內(nèi)壁(8)和外壁(9)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)(1)，其中，所述屏障(7)具有超過100%的浮力，并且所述系統(tǒng)(I)還包括用于保持浮動(dòng)的屏障(7)豎立的壓重物(13)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至13中的任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(1)，其中，所述屏障(7)設(shè)置有由噪音衰減材料制成的支撐件(12)，所述支撐件定位在所述屏障(7)的下邊沿與所述水下地層⑶之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)(I)，其中，所述支撐件(12)的模量低于所述屏障(7)的所述外壁(9)的材料的模量并且低于所述水下地層(3)的模量。
【文檔編號(hào)】E02D7/02GK104271843SQ201380023463
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月11日
【發(fā)明者】J·E·斯塔姆 申請(qǐng)人:Ihc荷蘭Ie有限公司