用于将基础元件安装在水下地层中的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及借助于驱动器(4)将基础元件，尤其是(单)桩，安装在坚硬的水下地层(3)中的方法和系统。所述方法包括以下步骤：将基础元件(2)放置在水下地层(3)上；放置用于减小从所述驱动器(4)输入的噪音的屏障(7)；在将屏障(7)围绕所述基础元件(2)定位的同时，借助于驱动器(4)将基础元件(2)驱动到水下地层中(3)，并且，在所述驱动的至少一部分期间，减小从水下地层(3)传递到屏障(7)的外壁(9)的噪音。
【专利说明】用于将基础元件安装在水下地层中的方法和设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种借助于驱动器(诸如液压驱动器)将基础元件，特别是(单)桩，安装在坚硬的水下地层中的方法。这种方法包括以下步骤:将基础元件放置在水下地层上；将用于减小由驱动器输入的噪音的屏障放置到周围的水中；以及，在将屏障围绕基础元件定位的同时，借助于驱动器将基础元件驱动到地层中。本发明还涉及一种用于安装基础元件的系统。
【背景技术】
[0002]如在欧洲专利公报I 989 358中解释的那样，在水下进行离岸夯实工作，以便建立例如用于钻井平台和风力涡轮机的基础。对于风力涡轮机而言，将直径大于4米的大单桩夯入到海床中。这种夯实导致很大的水下噪音输入，这可能对海洋动物群造成负面影响。为了降低水下噪音输入，在根据EP I 989 358的方法和装置中，由固定的浸没式套筒包围要被夯入的材料。套筒有利地具有类似三明治的结构。在EPl 989 358的图1中示出的示例中，套筒具有用于引导桩的至少一个缓冲引导元件。
[0003]EP I 640 508涉及一种用于桩的引导装置，这种装置具有紧固在船自升式钻井平台上的框架，用于当将支柱夯入到海底中时环绕并且引导支柱。鼓风装置的喷嘴组件附接在框架处，所述鼓风装置的喷嘴组件能够从位于框架下方的上部待命位置下降到位于底栖部分(benthic divis1n)中的操作位置。桩在鼓风操作中被环形定界。该组件具有带有出口开口的管。
[0004]WO 2010/151121涉及一种用于被动地降低因布置在水体的液面高度下方的声源所造成的液体中的声音振动的装置，所述装置包括细长的管，所述细长的管可布置在声源上，所述管包括外壁和内壁，其中，管设计成保持内壁和外壁之间的中间空间中的某一期望压力。在这种情况中，压力相对于环境压力降低。由于降低的压力，因此声音振动将不易于传播到外界，并且降低了管周围区域中的噪音水平。“在水体中，管的外壁和内壁可设置成首尾相接，例如，通过首先将内壁锚固到底部中，然后将围绕内壁布置的外壁锚固到底部中。然而，还可能将管作为一个整体放置，即，内壁和外壁已经在底部处已被组装以形成一个部件”。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是进一步提高噪音减轻，特别是在将基础元件驱动到坚硬的海底地层中时和/或当噪音减轻屏障由具有高弹性模量(例如，超过10GPa)的材料制成时。
[0006]为此，本发明的方法包括:优选地通过使得屏障的至少外壁与地层基本上动态不连接而在至少部分驱动过程期间衰减从(水下)地层传至屏障的外壁的噪音传递。
[0007]发现的是，基础元件(例如，单桩)和屏障之间的介质(典型地为(海)水)不仅是声音传递路径而且使得由桩驱动器产生的噪音经由搁置有屏障的地层从桩传递到屏障外壁。当地层包括坚硬材料，诸如，岩石、混凝土块(冲刷防护)或压实的沙，和/或当屏障由具有高弹性模量的材料制成的情况中，尤为如此。当由桩驱动器的脉冲式打击所产生的噪音包含大范围的频率时，典型地在一个或多个固有频率条件下激励屏障的外壁。通过衰减经由地层的噪音传递，可以避免或至少降低这种激励，并且进一步减轻总的声音辐射。
[0008]相对于现有技术的方法和系统，例如通过减小地层与屏障的至少外壁的下端部之间的接触面的硬度(模量)来被动地实现衰减，或者例如通过建立屏障的主固有频率和提供用于消除由桩驱动器产生的噪音频率来积极地实现这种衰减。
[0009]在一个实施例中，例如通过使得屏障的外壁从屏障的内壁(在屏障是双壁结构的情况)、从桩(在屏障是单壁结构的情况)或者从水面船舶悬垂下来，使得屏障的外壁的下端部保持与地层(典型地上方)相距一段距离。这个距离的范围优选地处于5厘米至200厘米，优选地处于10厘米至100厘米，优选地处于15厘米至70厘米。
[0010]在另一个实施例中，屏障具有至少50%、优选地至少70%的浮力，或具有100%或更多的浮力(在100%的情况中，屏障的密度等于水(海水)的密度)，在所述情况中，屏障漂浮。在后述构造中，优选的是，通过地层上的一个或多个压重物(诸如搁置在地层上的混凝土块或泡沫环)和连接件(诸如将屏障连接到块或环的带或链)将屏障保持到位。
[0011]在另一个实施例中，噪声衰减材料定位在屏障的外壁的下端部与地层之间，所述噪音衰减材料典型地呈环形形状，所述环的圆周对应于屏障的圆周。
[0012]本发明还涉及一种用于将基础元件，特别是(单)桩，安装在坚硬的水下地层中的系统，所述系统包括驱动器、水面船舶和屏障，所述屏障围绕基础元件放置，以便减小从驱动器输入的噪音。这种系统还包括用于在至少部分驱动过程期间衰减从地层传递到屏障外壁的噪音的装置。
[0013]在一个实施例中，除了用于固定驱动器的起重机之外，水面船舶还包括用于在驱动的至少一部分期间悬垂屏障并且将屏障保持成与地层相距一段距离的起重机。应注意的是，在这个方面中，已知的船舶包括单个起重机，用于操作桩和屏障并且在操作期间固定桩驱动器。
[0014]在另一个实施例中，屏障具有至少50%，优选地至少70%的浮力，或者具有100%或更大的浮力，为此，例如，屏障包括一个或多个室，和/或屏障由密度低于水的材料制成。
[0015]在再一个实施例中，屏障设置有由噪音衰减材料制成的支撑件，所述支撑件附接到屏障或与屏障分离开，所述材料的模量低于屏障的外壁的模量而且低于水下地层的模量。在驱动期间，支撑件定位在屏障的下边沿与地层之间。
[0016]为了完整起见，注意以下现有技术。
[0017]JP 60-159218公开了一种用于打桩锤的隔音器，其包括隔音筒体，所述隔音筒体由弹性材料形成并且呈波纹管的形状。隔音筒体围绕桩固定。
[0018]DE I 784 396公开了一种打桩驱动锤，其包括伸缩式吸音套筒。
[0019]EP 2 395 156涉及一种用于安装基础元件，尤其是(单)桩，的方法，所述方法包括以下步骤:将基础元件放置在水下地层上；和借助于安装在水面船舶上的夹持器来保持基础元件到位。
[0020]T.J Garlson等人“Hydroacoustic measurements During Pile Driving At theHood Canal Bridge, September Through November2004” 公开了一种 HDPE 桩套筒，所述HDPE桩套筒装配在24英寸的桩上并且从高于水面的地点抵达低于水面的地面高度。所提及的套筒的直径和壁厚分别为34英寸和I又3/8英寸。
[0021]现在将参照附图更加详细地解释本发明，所述附图示出了本方法和系统的优选实施例。
[0022]在本发明的框架中，词语“坚硬的地层”指的是天然地层或人工地层，其至少位于与屏障的交界处，所述“坚硬的地层”包括弹性模量超过1MPa的材料。典型的示例包括但不局限于:岩石(模量通常介于1GPa至90GPa的范围内)、紧密压实的沙(模量通常处于20MPa至150MPa的范围内)和所谓的冲刷防护(模量通常为1GPa至90GPa)，即，在驱动之前堆放在驱动地点并且旨在保护所安装的基础元件免于被例如强水流侵蚀的岩石、混凝土块或类似物。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是根据本发明的第一实施例的横截面，其中，噪音减轻屏障从水面船舶上悬垂下来；
[0024]图2和图3是根据本发明的包括可膨胀垫的第二实施例的透视图和横截面；
[0025]图4是包括浮动式屏障的第三实施例的透视图。
【具体实施方式】
[0026]应注意的是，附图本身是示意性的并且可以省略对于理解本发明并非必不可少的细节。
[0027]图1示出了根据本发明的用于将单桩2安装在水下地层3 (例如海床上)的系统I的一个实施例。在这个示例中，单桩2具有圆形横截面并且其直径为5米，而且旨在在安装之后作为风力涡轮机的基础。
[0028]系统I包括:液压驱动器4 (图2示出)，例如，连接到水面船舶(诸如船或自升式驳船)的甲板上的动力源组的IHC Hydrohammer S-1800 ;驱动器屏障6，用于将驱动器牢固地安装在单桩和砧(因被驱动器屏障隐藏而不可见)上，以用于将撞击能量从驱动器4传递到单桩。
[0029]系统还包括噪音减轻屏障7，该噪音减轻屏障由例如钢制成并且围绕基础元件放置，以便减小由驱动器输入到周围水中的噪音。在这个示例中，屏障包括内壁8和外壁9，即，屏障是双壁结构，并且具有圆形横截面和6米的内径。双壁提供了一个或多个用于空气或多孔材料的室10并且使得屏障具有50%的浮力。
[0030]屏障的上边沿设置有可拆卸的延长器，所述可拆卸的延长器用于将屏障的有效长度调节至安装有基础元件的地点处的水深度。通常，优选的是，一旦处于合适位置，隔音屏障便延伸至该水位上方。
[0031]船5包括:第一起重机11，用于提升并且操纵单桩2和屏障7 ;和第二起重机(未示出)，用于在驱动期间固定液压驱动器。
[0032]实施单桩的安装例如如下所述。将起重机的缆绳附接到存储在船甲板上的单桩的上端部，并且将单桩向船外提升，将单桩操纵至竖立位置，下放到海床上，并且根据情况需要，在其自重的作用下允许穿透冲刷防护并且可能穿透海床。在这个阶段期间，例如借助于振动装置将单桩驱动到海床中至数米深度处，以便进一步使得单桩稳定。
[0033]将驱动器定位在单桩的顶部上，并且在单桩和驱动器上方提升屏障。可替代地，放置屏障，并且随后将驱动器放置在屏障内部且在桩的顶部上。在这个位置中，将桩驱动至所需深度。最后，移除驱动器，在桩上方提升屏障并且将所述屏障放回到甲板或海中，以及完成安装。
[0034]根据本发明，至少在驱动期间，在屏障的下边沿与海床之间保持20厘米至100厘米的距离，从而使得所述屏障和所述海床动态不连接。结果，基本没有噪音或振动经由海床传递到屏障，尽管因该距离而通过环形开口泄漏噪音，但是该噪音的能量明显小于因海床激励屏障的外壁而产生的噪音，即，进一步减轻了总的声音辐射。
[0035]在图2和图3示出的实施例中，屏障7搁置在环形的膨胀垫12上，所述环形膨胀垫的弹性模量比海床的模量以及比屏障的模量小至少一个数量级。因此，垫至少有效地衰减较高的频率，即，作为低通滤波器。
[0036]图4示出了一种系统，该系统包括:屏障7，所述屏障7具有超过100%的浮力，例如，通过使得屏障的内壁和外壁间隔得更远来实现；和压重物13，所述压重物用于保持浮动屏障竖立并且与海床间隔开大于20厘米至100厘米范围内的距离。在这个示例中，通过环提供压重物，该环用于产生双壁屏障7内部的泡沫屏障，S卩，环的外径小于浮力屏障的内径。屏障通过带14附接到环。
[0037]本发明并不局限于上述实施例，并且可在权利要求的范围内以多种方式改变。例如，通过内壁和外壁之间的互连件，屏障的外壁可从屏障的内壁悬垂下来(搁置在地层中)。优选的是这种互连件由缓冲材料制成或设置有缓冲材料。
【权利要求】
1.一种借助于驱动器(4)将基础元件(2)，尤其是(单)桩，安装在坚硬的水下地层(3)中的方法，所述方法包括以下步骤: 将基础元件(2)放置在所述水下地层(3)上， 放置用于减小从所述驱动器(4)输入的噪音的屏障(7)， 在将所述屏障(7)围绕所述基础元件(2)定位的同时，借助于所述驱动器(4)将所述基础元件(2)驱动到所述水下地层(3)中， 其特征在于: 在所述驱动的至少一部分期间，减小从所述水下地层(3)传递到所述屏障(7)的外壁(9)的噪音。
2.根据权利要求1所述的方法，包括:至少使得所述屏障(7)的所述外壁(9)与所述水下地层(3)基本上动态不连接。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述屏障(7)的所述外壁(9)的至少下端部保持与所述水下地层(3)相距一段距离。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，使所述屏障(7)悬垂。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述屏障(7)具有至少50%的浮力。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述屏障(7)漂浮并且由在所述水下地层(3)上的一个或多个压重物(13)保持到位。
7.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，将噪音衰减材料(12)定位在所述水下地层(3)与所述屏障(7)的所述外壁(9)的下端部之间。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述噪音衰减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层(3)的模量。
9.一种用于将尤其是(单)桩的基础元件(2)安装在坚硬的水下地层(3)中的系统，所述系统包括驱动器(4)、水面船舶(5)和屏障(7)，所述屏障围绕所述基础元件(2)放置，以减小从所述驱动器(4)输入的噪音，其特征在于，噪音衰减装置(12 ;13，14)设置用于在所述驱动的至少一部分期间衰减从所述水下地层(3)传递到所述屏障(7)的外壁(9)的噪曰?
10.根据权利要求9所述的系统(1)，其中，除了用于在驱动期间固定所述驱动器(4)的起重机之外，所述水面船舶(5)还包括用于在所述驱动的至少一部分期间保持所述屏障(7)与所述地层(3)相距一段距离的起重机(11)。
11.根据权利要求9或10所述的系统(I)，其中，所述屏障(7)具有至少50%的浮力。
12.根据权利要求11所述的系统(1)，其中，所述屏障(7)至少包括内壁(8)和外壁(9)。
13.根据权利要求12所述的系统(1)，其中，所述屏障(7)具有超过100%的浮力，并且所述系统(I)还包括用于保持浮动的屏障(7)竖立的压重物(13)。
14.根据权利要求9至13中的任意一项所述的系统(1)，其中，所述屏障(7)设置有由噪音衰减材料制成的支撑件(12)，所述支撑件定位在所述屏障(7)的下边沿与所述水下地层⑶之间。
15.根据权利要求14所述的系统(I)，其中，所述支撑件(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层(3)的模量。
【文档编号】E02D7/02GK104271843SQ201380023463
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2013年4月10日 优先权日:2012年4月11日
【发明者】J·E·斯塔姆 申请人:Ihc荷兰Ie有限公司