本發(fā)明屬于海洋工程領(lǐng)域，具體地，涉及一種吊桶式海底懸空管道拋砂治理裝置及施工方法，用于治理海底懸空管道。

背景技術(shù)：

海底管道由于受到復(fù)雜的水下環(huán)境的影響，很容易產(chǎn)生懸空現(xiàn)象。在海浪、海流作用下，懸空管段會產(chǎn)生渦激振動，引起疲勞損傷，縮短使用壽命，進(jìn)而帶來附加的經(jīng)濟(jì)損失?，F(xiàn)階段，工程實(shí)踐中多采用砂袋法、灰漿氣囊、鋼結(jié)構(gòu)支撐法、短樁錨固等方法治理懸空管道。其中，工程中普遍采用的砂袋法有操作簡單，經(jīng)濟(jì)有效等優(yōu)點(diǎn)，但是，砂袋法的施工方法卻非常落后，一般做法是先在陸地上人工將砂子打包成袋，然后通過吊車裝于施工船上，當(dāng)施工船到達(dá)懸空管道上方海面時，再由施工人員將砂袋推下船，丟進(jìn)海里。上述施工依靠大量人力來完成，費(fèi)時費(fèi)力。此外，砂袋法還無法控制砂袋在不撞擊管道的情況下精確落到懸空處。因此，發(fā)明一種既精確高效又能解放人力的砂袋法施工裝置是非常必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種吊桶式海底懸空管道拋砂治理裝置及施工方法，該裝置通過一艘裝砂子的母船和一艘小型的拋砂施工船連接，實(shí)現(xiàn)砂子打包成袋、砂袋拋填等過程的機(jī)械化，通過不同的運(yùn)動方式，實(shí)現(xiàn)懸空治理區(qū)的全覆蓋，通過鋼絲繩將裝了砂袋的吊桶下放至海底懸空管道處，實(shí)現(xiàn)砂袋水下著地點(diǎn)的可控，實(shí)現(xiàn)精確有效施工，解決了現(xiàn)階段砂袋法治理懸空管道的施工技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利所采用技術(shù)方案如下：

吊桶式海底懸空管道拋砂治理裝置，包括：母船和拋砂船；母船為有動力駁船，拋砂船為無動力船；拋砂船的船尾連接于母船的側(cè)舷，拋砂船的縱軸線垂直于母船的縱軸線，母船提供動力并儲存砂子，拋砂船將砂子打包成袋并由拋砂船上的吊桶完成砂袋的拋填工作。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、實(shí)現(xiàn)了海底懸空管道砂袋法治理施工過程的機(jī)械化，相比傳統(tǒng)施工方法，打包砂子和拋填砂袋全部自動化，不再需要人工操作實(shí)現(xiàn)，提高了施工效率，帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

2、可以實(shí)現(xiàn)科學(xué)有效地施工，相比傳統(tǒng)的方法，實(shí)現(xiàn)了砂袋著地位置的可控，避免砂袋未丟入施工區(qū)或者撞擊管道情況。

3、通過裝置兩個方向的運(yùn)動自由度實(shí)現(xiàn)了懸空管道治理區(qū)的全覆蓋。

4、吊桶系統(tǒng)可收回至拋砂船，減小了托運(yùn)阻力。

5、連接結(jié)構(gòu)可以解決拋砂船和母船由于載重變化而引起吃水不同的高度配合問題。

6、拋砂船體積較小，無動力，造價低，可與母船剝離，與不同的母船連接使用，適用范圍廣。

附圖說明

圖1是吊桶式海底懸空管道拋砂治理裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是吊桶式海底懸空管道拋砂治理裝置兩船連接示意圖；

圖3是吊桶式海底懸空管道拋砂治理裝置母船示意圖；

圖4是吊桶式海底懸空管道拋砂治理裝置拋砂船示意圖；

圖5是圖4中A-A剖面示意圖；

圖6是吊桶示意圖；

圖中：1、母船，2、拋砂船，101、母船船體，102、固接槽，111、滑孔，112、絲杠孔，121、砂子存放區(qū)，122、吸砂器，123、母船方管，201、拋砂船船體，202、開口矩形槽，203、矩形淺槽，204、砂袋投入腔，211、高度配合臺，212、高度調(diào)節(jié)絲杠，213、滑動軸，214、絲杠軸，221、拋砂船方管，222、支撐梁，223、打包機(jī)，224、輥道傳送帶，231、鋼絲繩卷軸，232、電機(jī)，233、吊裝鋼絲繩，234、傾倒鋼絲繩，235、吊桶，236、桶口吊耳，237、桶底吊耳，241、控制室

具體實(shí)施方式

圖1至圖6所示，吊桶式海底懸空管道拋砂治理裝置，包括：母船1和拋砂船2；母船1為有動力駁船，拋砂船2為無動力船；拋砂船2的船尾連接于母船1的側(cè)舷，拋砂船2的縱軸線垂直于母船1的縱軸線，母船1提供動力并儲存砂子，拋砂船2將砂子打包成袋并由拋砂船2上的吊桶235完成砂袋的拋填工作。

如圖1-2所示，母船船體1靠近拋砂船2的船體側(cè)緣有一固接槽102，用于與拋砂船2連接，內(nèi)部設(shè)置連接絲杠孔112和關(guān)于絲杠孔112兩側(cè)對稱分布的滑孔111。

如圖5所示，拋砂船船體201的船尾邊緣設(shè)有開口矩形槽202，矩形開口槽202內(nèi)有通過高度調(diào)節(jié)絲杠212連接高度配合臺211，高度調(diào)節(jié)絲杠212可控制其升高或降低，解決兩船由于吃水高度不同引起的配合問題；高度配合臺211靠近母船1一側(cè)水平方向連接有絲杠軸214和滑動軸213，用于與母船1連接。

如圖2所示，拋砂船2通過絲杠孔112和絲杠軸214組成的絲杠配合、滑孔111和滑動軸213組成的滑動軸承配合連接母船1的側(cè)緣，一方面被限制了自由晃動，另一方面，又可通過絲杠做遠(yuǎn)離母船1或靠近母船1的運(yùn)動。

如3所示，母船1有砂子存放區(qū)121、吸砂器122和母船方管123用于存放砂子和運(yùn)輸砂子的結(jié)構(gòu)；砂子存放區(qū)121位于母船船體101甲板中部，分割為多個平行的槽體；槽體靠近拋砂船2的側(cè)壁底部開孔，開孔外連水平母船方管123、內(nèi)連吸砂器122，吸砂器122提供運(yùn)輸動力，母船方管123為砂子從母船1向拋砂船2過渡的結(jié)構(gòu)。

如4-5所示，拋砂船2內(nèi)設(shè)置水平矩形淺槽203，水平矩形淺槽203內(nèi)設(shè)置有打包結(jié)構(gòu)拋砂船2部分，自船尾至船首依次為拋砂船方管221、支撐梁222、打包機(jī)223、輥道傳送帶224和砂袋投入腔204；拋砂船方管221為帶有豎直彎頭的方管，一側(cè)與母船方管123連接，形成了兩船砂子過渡通道，另一側(cè)連接下方的打包機(jī)223；支撐梁222為高度可調(diào)節(jié)梁，用于固定和支撐拋砂船方管221，通過支撐梁222可調(diào)節(jié)拋砂船方管221和母船方管123同高套接；打包機(jī)223下方連接有輥道傳送帶224；輥道傳送帶224船首一側(cè)有砂袋投入腔204，砂袋投入腔204上部由傾斜的槽體和半個圓柱孔連接而成，下部為等徑圓柱孔，上下部分弧面連接，下腔口正對吊桶235。

如圖1所示，砂子從母船存放區(qū)121經(jīng)由母船方管123和拋砂船方管221輸送至打包機(jī)223處打包，打包好的砂袋再由輥道傳送帶224輸送到拋砂船2船首的砂袋投入腔204內(nèi)，落入吊桶235。

如圖1和圖4-6所示，吊桶式海底懸空管道拋砂治理裝置通過拋砂船2船尾的鋼絲繩卷軸231和電機(jī)232控制吊桶235升降實(shí)現(xiàn)拋砂過程；吊桶235為圓柱殼桶，桶體和桶底均有用于減小提升阻力的軸對稱開孔，桶體上緣對稱分布兩個桶口吊耳236，連有吊裝鋼絲繩233，桶壁外側(cè)底部有一個桶底吊耳237，位于兩個桶口吊耳233連線的中垂面上，桶底吊耳237連有傾倒鋼絲繩234；吊裝鋼絲繩233和傾倒鋼絲繩234分別連接有一組電機(jī)232和鋼絲繩卷軸231；裝置工作時，吊裝鋼絲繩233控制吊桶235滿載下放和空載起吊，傾倒鋼絲繩234控制掀翻吊桶235拋砂。

如圖1-5所示，控制室241位于拋砂船2的高度配合臺211上，控制室241內(nèi)裝有吸砂器122、打包機(jī)223、輥道傳送帶224、電機(jī)232的控制結(jié)構(gòu)，所有控制技術(shù)采用現(xiàn)有技術(shù)。

吸砂器122、打包機(jī)223、輥道傳送帶224都采用現(xiàn)有技術(shù)。

采用吊桶式海底懸空管道拋砂治理裝置進(jìn)行施工，包括以下步驟：

1、在港口將砂子裝入母船1的砂子存放區(qū)121，將拋砂船2拖綁在母船1的船尾，通過母船1的動力將拋砂船2托運(yùn)到施工處，即懸空管道附近上方水面。

2、通過圖2所示的絲杠和滑動軸承將拋砂船2連接母船1側(cè)舷，并調(diào)節(jié)至二者距離最短，母船方管123和拋砂船方管221也相應(yīng)配合套接，完成母船1和拋砂船2的連接。調(diào)整位置，使母船1與管道平行，拋砂船2與管道垂直。

3、將吊桶235放入砂袋投入腔204中，依次打開控制室241處輥道傳送帶224、打包機(jī)223和吸砂器122的開關(guān)，砂子在吸砂器103的吸力作用下經(jīng)由母船方管123和拋砂船方管221落入打包機(jī)223，由打包機(jī)223打包成袋，再由輥道傳送帶224運(yùn)至砂袋投入腔204，掉入吊桶235中，吊桶239裝滿后，關(guān)閉各結(jié)構(gòu)控制開關(guān)。

4、打開控制室241中吊裝鋼絲繩233對應(yīng)電機(jī)232的下放開關(guān)，下放裝滿砂袋的吊桶235，傾倒鋼絲繩234隨動，待吊桶235到達(dá)海底懸空處，關(guān)閉其下放開關(guān)。打開控制室241中傾倒鋼絲繩234對應(yīng)電機(jī)232的起吊開關(guān)，牽引傾倒鋼絲繩234掀翻吊桶235，將砂袋傾倒于管道懸空處，關(guān)閉其起吊開關(guān)。打開吊裝鋼絲繩233對應(yīng)電機(jī)232的起吊開關(guān)，傾倒鋼絲繩234隨動，將吊桶235從海底拉回砂袋投入腔204處。至此，完成一次施工。

5、重復(fù)3-4過程，進(jìn)行重復(fù)施工。

6、通過不同施工方式達(dá)到施工區(qū)的全覆蓋：母船1向前移動，帶動拋砂船2橫向向前移動，實(shí)現(xiàn)沿管道方向施工；母船1保持不動，調(diào)節(jié)兩船連接絲杠，使拋砂船2做遠(yuǎn)離母船1或靠近母船1的運(yùn)動，沿垂直于管道的方向施工；調(diào)節(jié)母船1與拋砂船2有一定距離并保持距離不變，母船1帶動拋砂船一起向前移動，在管道另一側(cè)沿管道方向施工。通過上述三種運(yùn)動改變拋砂船2相對管道的位置，進(jìn)行過程(5)，完成管道各個位置的施工，覆蓋全部施工區(qū)。

7、施工完畢后，依次關(guān)閉控制室241內(nèi)所有結(jié)構(gòu)控制開關(guān)。

8、通過兩船連接絲杠和滑動軸承將拋砂船2與母船1分離，并托運(yùn)回港口。