專利名稱：海底水力疏浚的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海底水力疏浚的方法。
背景技術(shù)：
人們希望能夠在許多情形下從海底區(qū)域內(nèi)清除沉積物。這些區(qū)域可以是港口、航道或者具有被污染的沉積物的區(qū)域。人們也可能希望將該沉積物再沉積在水下或者將該沉積物堆放在海岸上，可能隨后還會對其進行純化處理。
還有水壩(dams)，其主要在內(nèi)陸，在那里，流入的河流可能沉積大量的沉積物，這樣水壩就逐漸讓沉積物填充直到水壩的蓄水量變得不受希望的低。而且，假如沉積物隨著水流入發(fā)電站，則沉積物會消極地影響到水壩的穩(wěn)定性，阻塞閘門等并導(dǎo)致渦輪機不希望的磨損。沉積物的形式可能有大塊巖石，很細小的顆粒象泥沙和泥土以及處于其間的任何顆粒。
在現(xiàn)有技術(shù)中人們公知，如果將泵放于水面或者水面上方，則泵不能產(chǎn)生大于一個大氣壓的真空壓力或者吸力。因而，當將泵放于水面或者水面上方時，就對如何有效地將沉積物從海底清除以及沉積物可以被清除的深度形成一種局限性。
也可以將壓力泵設(shè)置在海底用以提升沉積物，但是，將這樣的設(shè)備定位和重新復(fù)位成本很昂貴。
而且，在現(xiàn)有的疏浚工程領(lǐng)域中公知，將沉積物從海底清除并將沉積物放置在一個仍然位于水面之下的升高的水平面上。
這種方式的優(yōu)點是，在自然水面與沉積物被泵送到的水平面之間的水柱壓力差可以被用作為泵送所需提升力的一部分。
疏浚可以通過設(shè)置在某一第一位置與海底接觸的管口而實現(xiàn)，通過管口吸入大量的沉積物，在海底形成一個圓形洼坑。根據(jù)所討論位置的沉積物的松散或密實程度，當洼坑變得更深時沉積物將傾向于滑入該洼坑，而且洼坑壁將變得更加陡峭。有時，會突然有大量的沉積物滑出而沒有任何預(yù)警，隨之而來管口會被堵塞和/或被阻塞。傳統(tǒng)上，除了頻繁地移動管口以使洼坑永遠不會變得很深或者使洼坑壁不會很陡峭之外，還沒有其它方法可以避免此問題的發(fā)生。然而，假如有大量沉積物需要清除的話，就很不方便，因為區(qū)域內(nèi)的每一位置都需要處理好幾次，以便清除所需量的沉積物。
導(dǎo)致問題的另一種情況涉及到這樣的實事，海底因其特性或者自然狀態(tài)會發(fā)生很大變化，而且，非常適用于松散沉積物的管口卻不適用于密實的沉積物。預(yù)先根據(jù)海底的特性而調(diào)整吸力功率的可能性一直很小。
美國專利NO.3,693,272公開了一種系統(tǒng)(裝置)，其主要是能夠在(從)很深的地方進行疏浚。然而，其技術(shù)方案的局限性是，它涉及一種封閉系統(tǒng)，比如它易于受到大塊巖石和其它外來雜質(zhì)的攻擊，而且不容易檢查和維護。這樣，它就不能很好地適合于本發(fā)明的目的，本發(fā)明希望顆粒大小可以有很大的變化，巖石的大小是一個基本的因素。
美國專利NO.3,815,267也公開了一種封閉系統(tǒng)，用于從海底吸取沉積物，如果用于顆粒大小變化很大的沉積物，則總體上具有與上述專利相同的缺點或者局限性。
美國專利NO.1,468,199公開了一種方法和設(shè)備，其借助于一個在大氣壓力下運轉(zhuǎn)的半潛式的敞口容器以及一個低于海底的吸管來實現(xiàn)疏浚，其中完全是通過在吸管表面與吸管伸入所述敞口容器內(nèi)的出口之間的液體壓力的差值來提供吸力的。該專利還描述了將沉積物提升到水面的設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種方法，用于將由細小顆粒和大尺寸巖石兩者組成的沉積物從海底挖掘/泵送到自然水面之下的一個水平面，隨后再利用傳統(tǒng)技術(shù)運輸該沉積物。
本發(fā)明的另一目的是提供一種方法，它允許沉積物具有可能的最高濃度，以便可以以盡可能低的成本對沉積物進行隨后的處理和沉積。
本發(fā)明的再一目的是提供一種多用途的方法，其中沉積物可以被沉積在一個特定的填埋點，沉積物可以被容易地運送到這樣的填埋點，或者沉積物可以被泵送到比如一只駁船上以便進行進一步的運輸。
本發(fā)明的還一目的是提供一種方法，用于將沉積物從水壩運輸?shù)揭粋€低于水壩水面的位置，它是以一種將所需外能保持盡可能低的方式通過管道或者隧道而運輸?shù)剿鑫恢玫摹Ｋ牧硪荒康氖悄軌蜻\輸一種具有可能的最高濃度的沉積物而沉積物不會堵塞管道或者隧道。
本發(fā)明的再一目的是利用一種開放式系統(tǒng)實施所述方法，具有良好的維護和維修的易接近性，并具有高度的操作可靠性。
本發(fā)明的另一目的是以一種在很大程度上針對松散或者密實沉積物進行自我調(diào)節(jié)的方式，并借助于在某種意義上堅固耐用、將不會被通常提升的挖掘物堵塞的裝置實施所述方法。
本發(fā)明的再一目的是提供一種方法，它允許連續(xù)作業(yè)，而與要被挖掘的沉積物的顆粒大小的變化無關(guān)。
本發(fā)明的還一目的是提供一種低成本的方法，它在很大程度上允許利用傳統(tǒng)的設(shè)備。
上述目的將通過本發(fā)明的由權(quán)利要求1限定的方法來實現(xiàn)。
本發(fā)明優(yōu)選實施例的方法由從屬權(quán)利要求公開。


下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細描述，其中圖1示出本發(fā)明的一個實施例的示意圖；圖2和3示出本發(fā)明的一些細節(jié)的不同變化；圖4示出本發(fā)明一種具體應(yīng)用的實施例的示意圖；圖5示出本發(fā)明的一個細節(jié)的一個具體實施例；圖6示出與本發(fā)明圖2所示實施例有關(guān)的一種額外功能。
具體實施例方式
圖1示意性地示出用于實施本發(fā)明的裝置，以挖掘海底1或者水壩底部的一個區(qū)域。設(shè)置一根軟管或者導(dǎo)管2以便將沉積物從海底1運輸?shù)揭蝗萜?，其中，容器3內(nèi)的水和沉積物的水平面4要低于容器外部自然水平面5。容器3最好是向周圍環(huán)境敞開，并且在任何情況下都以一種方便工人容易維護和維修的方式設(shè)置。裝置與容器3相連接設(shè)置，將沉積物根據(jù)顆粒大小以一個或者多個小部分的方式進行運輸。
本發(fā)明的一個重要特征是，巖石和其它大顆?？梢员粡暮５孜《鵁o堵塞危險，因為導(dǎo)管2是平滑的而且其橫截面沒有任何縮小。
比如容器3可以設(shè)置成為一只駁船的一部分或者具有被連接到一石油平臺的腿部上的儲罐形式。最好是，容器的垂直水平面可以根據(jù)需要而調(diào)節(jié)。
如圖1所示，在導(dǎo)管的出口7與容器內(nèi)的水和沉積物的水平面4之間設(shè)有一柵欄6。采用這種設(shè)置，其最小直徑大于該柵欄孔徑的巖石和顆粒被阻擋在柵欄上，而其它沉積物將通過它。由大顆粒組成的沉積物用粗大的組分8表示，而由較小顆粒組成的沉積物用細小組分9表示。借助于該柵欄，細小組分9可以通過采用不必形成用于處理大巖石或者其它大顆粒的設(shè)備而被單獨清除。這種設(shè)備可以包括傳統(tǒng)的泵或類似物。圖1示出這樣一個泵10，它具有一根導(dǎo)管11與之相連并用于將細小組分12與一規(guī)定量的水一起運送到一個單獨的儲罐13，比如儲罐可以被設(shè)置在一只駁船上。優(yōu)選地，該細小組分可以被泵送到水下的一個不同位置或者一個指定的填埋點，可能是到一個用于純化和進一步運輸?shù)闹虚g站。然而，對細小組分和/或粗大組分的進一步處理不是本發(fā)明的主題。而且圖1示出了一臺挖掘機或者提升設(shè)備14，用于處理被阻擋在柵欄6上的粗大組分8。作為選擇，以一種類似于處理細小組分的方式，粗大組分可以按一種控制方式被送回到水下的一個方便位置或者被放置在一個單獨的容器(未示出)內(nèi)，比如容器位于一只駁船上或者一個填埋點。
如圖1所示，在導(dǎo)管2的下端設(shè)有一特殊的抽吸歧管15(也被表示為一“薩克斯管”頭)，歧管的下端設(shè)有許多的孔口或者狹縫16，在與孔口16相隔一段垂直距離的薩克斯管頭的自由端處設(shè)有一開口17。當孔口16在任何時候?qū)⑽氤练e物和變量的水時，開口17將總是只吸入水。導(dǎo)管內(nèi)沉積物的濃度變得越低，則速度越大而且吸力變得越大。相反，如果沉積物的濃度高，則速度降低，因而吸力減小，從而，與通過開口17被吸入的水的量相比較，導(dǎo)致通過孔口16被吸入的沉積物的量減少。用另一種方式表示，所述薩克斯管頭的特性是，吸力由水流入導(dǎo)管的速度決定。采用此方式，抽吸歧管15可以自身調(diào)節(jié)，而且不容易被堵塞。
抽吸歧管15采用合適的尺寸，即在孔口16與開口17之間具有足夠的垂直距離，則在滑落的沉積物滑入洼坑期間以及在滑入洼坑之后，抽吸歧管也能起作用，在挖掘期間抽吸歧管可以產(chǎn)生該洼坑。這是因為，開口17被提升到一個它總是無約束而且能夠吸入水的水平面，即使隨后幾乎完全堵塞，也能確保管口15和導(dǎo)管2內(nèi)的沉積物濃度會快速降低。依據(jù)使用情況，足夠的距離可以是2-6米。
圖1所示抽吸歧管在使用時的一個重要優(yōu)點是，它可以在很大程度上單獨保持在海底經(jīng)歷較短或者較長時間，不需要被連續(xù)地控制。為了將該抽吸歧管保持在垂直位置，浮力裝置(未示出)可以被連接到抽吸歧管本身上和/或連接到導(dǎo)管2部分上。挖掘時，該抽吸歧管將逐漸沉落在它所形成的海底洼坑內(nèi)，同時如上所述保持對沉積物濃度的自身調(diào)節(jié)，從而很好地消除導(dǎo)管或者抽吸歧管被堵塞的危險。
應(yīng)當強調(diào)的是，圖中的尺寸不是實際尺寸，導(dǎo)管2的程度可以是幾百米，而抽吸歧管15通常是2-6米高。
圖2示出容器3的另一實施例。這里未設(shè)用以阻擋最大顆粒的柵欄，取而代之的是設(shè)置了一根導(dǎo)管18以將沉積物抽出?？梢酝ㄟ^連接到該導(dǎo)管18上的一噴射泵19來實現(xiàn)該抽出功能。這種處理粗大組分的方式的優(yōu)點在于，在很大程度上它可以作為一個連續(xù)過程來實現(xiàn)，其缺點在于，它對粗大組分和細小組分之間的明顯區(qū)分較少，因為一些細小顆粒將必然混入粗大組分中。如圖2所示，細小組分將借助于一傳統(tǒng)泵10被清除。
圖3示出了容器3的另一實施例，其中，在容器3的底部設(shè)置一根基本上垂直的管道20，該管道20具有一艙門21。正常情況下艙門是關(guān)閉的，由于容器內(nèi)沒有設(shè)置柵欄，大塊巖石將會聚集在艙門附近，而更細小的顆粒在很大程度上分散于上面的水中。根據(jù)需要或者根據(jù)規(guī)定的時間間隔，將艙門臨時開啟，以便巖石落回到容器下面的底部。在艙門開啟期間，容器3內(nèi)部與外部的水之間形成了流體連通。這樣，水將向上流入管道以設(shè)法平衡容器內(nèi)部和外部的水位。因而希望將艙門保持盡可能短的開啟時間，隨后一次開啟時，它將要求正常地將容器內(nèi)的一些水抽出去，以便獲得水位間的所需壓力差。
圖4示出了本發(fā)明的一種變型，包括一水壩22。其中許多細節(jié)與圖1所示的細節(jié)相同，比如，容器3內(nèi)設(shè)置柵欄6以阻擋最大顆粒/巖石8。一根用于運輸細小組分和一定量水的導(dǎo)管23從容器3向水壩22的一個下游位置延伸，該位置是一個比容器3內(nèi)的水平面4更低的位置。在容器3內(nèi)部，導(dǎo)管23伸展成帶槽的導(dǎo)管24，其槽允許顆粒連同被控制量的水一起流入管道。在1994年12月第3期的“Gemini”中和1995年3月的“Hydropower and Dams(水力發(fā)電和水壩)”中首先記載了這種帶槽導(dǎo)管(沉積物流出管)。這樣布置就可以抽出導(dǎo)管23能夠運送的最高可能濃度的沉積物，而沒有堵塞導(dǎo)管的危險。剩余的水被抽回到水壩/海里，或者如果需要，多余的水可以流回容器。
應(yīng)當注意的是，利用導(dǎo)管23運送細小組分到一個更低的位置比如水壩外面，是以使用上述這樣一種帶槽導(dǎo)管為條件的。而且，假如導(dǎo)管23很長，有利的是可以為其設(shè)置一傳統(tǒng)泵，以便在所有條件下保持所需的運送能力。
當容器3內(nèi)有不需要的多余水時，可以利用一泵(未示出)將這些污染最小的水從該容器內(nèi)抽出。如果該水位變低以致不能達到導(dǎo)管23內(nèi)的所需比例，就允許更多的水流入容器3。
圖5示出了一種抽吸歧管25的優(yōu)選結(jié)構(gòu)，其具有兩個開口或者兩套開口16′、17′。該抽吸歧管基本上是直的，并包括一個圓柱形外殼26，外殼內(nèi)部形成一個基本上為環(huán)形的空腔27。在外殼26的上端，所設(shè)開口17′與所述環(huán)形空腔27連通。外殼26的垂直高度具有與“薩克斯管頭”15的自由端的高度相同的大小。操作該抽吸歧管25的方式類似于操作薩克斯管頭15的方式。挖掘時，沉積物和一些水將被吸入孔口16′并通過導(dǎo)管2′被運送到一個接近水面的容器(未示出)。水將被吸入開口17′并被向下運送至環(huán)形空腔27直到抽吸歧管的下端，從這里開始以與沉積物形成混合物的方式運送到容器。被吸入開口17′的水量，象薩克斯管頭一樣，在很大程度上將根據(jù)導(dǎo)管中沉積物的濃度進行自身調(diào)節(jié)。與薩克斯管頭相比較，這種管頭的優(yōu)點在于，它的體積稍微小些，而且它具有與導(dǎo)管整個橫截面相同的孔徑，并能夠運送大巖石卻沒有堵塞的危險。另一方面，該直的抽吸歧管在相同情形下不能被保留在底部，而是需要更加連續(xù)地控制。
圖6示出一個主要與圖2所示發(fā)明相同的實施例，但是增加了新的功能，一噴射泵28被連接到位于抽吸歧管(未示出)上方的導(dǎo)管2上，以改善抽吸能力。為了盡可能污染更少的水，有利的是，通過一根供水管29向噴射泵28供應(yīng)來自容器3的水?？赡芨欣氖牵斔M入供水管29時對水過濾。這樣的噴射泵28也可以被用在本發(fā)明的任何實施例中，而不僅僅是圖6所示的實施例。在PCT專利申請PCT/NO 00/00359和挪威專利申請No.200014843中記載了用于這一目的的噴射泵。
利用本發(fā)明，對抽吸歧管的操作和定位更加簡單，而且它能被準確地定位在所需的位置。它可以被應(yīng)用于比較深的水域進行挖掘，而且堵塞抽吸導(dǎo)管、導(dǎo)致停機的危險就很小。能夠更容易地對被連接到第二水平面即容器3的所有設(shè)備進行維護和維修。
使用中應(yīng)當對船塢疏浚和近海岸疏浚進行區(qū)分，前者的深度典型的是30米，后者的深度至少是50米，更典型的是200-300米。本發(fā)明適用于所有深度范圍，但是，根據(jù)實施疏浚地點的深度，它自然地需要在自然水平面與所述第二水平面之間進行高度差調(diào)節(jié)。
根據(jù)實際需要，導(dǎo)管2的橫截面將要在很大范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，但是通常不會超過50厘米，也很少小于10厘米。
計算實例在下表中給出了四個計算實例。應(yīng)當注意的是，這些實例純粹是理論上的，實際效能將取決于沉積物的性質(zhì)和將沉積物吸入導(dǎo)管的效率。當包含噴射泵時，可以預(yù)料的是，它將由已經(jīng)被較早吸入的被部分污染的水提供能量。


開始兩個計算實例對于在港口船塢進行疏浚的典型地點是有效的?？梢钥闯觯绻捎脟娚浔?，則水的消耗量大大減少，此外抽吸導(dǎo)管的直徑也可以減小，因而更容易處理。
后面兩個實例對于深度明顯大于船塢的典型近海岸地點是有效的。在噴射泵被已被污染的水增加能量的條件下，在此地點采用噴射泵將會盡可能地給疏浚提供非常高濃度的干材料。
采用噴射泵的其它優(yōu)點是疏浚的深度可能更大，增加總體生產(chǎn)能力以及可能將高度降低到水平面2。
權(quán)利要求
1.一種從海底、水壩底部等處進行水力疏浚沉積物的方法，所述沉積物包括從粒徑非常大的巖石到細小顆粒物之間變化的顆粒，所述方法包括一第一操作步驟，其中，沉積物通過一軟管或者導(dǎo)管(2)被抽吸或者泵送到一個位于自然水面下的第二水平面，這利用了在該自然水面與所述第二水平面之間的水壓力差以提供或者增強所需的抽吸或泵送能力，在所述第二水平面上接收到的沉積物被放置在一個容器(3)內(nèi)，通過設(shè)置于自然水面或者自然水面之上的機械設(shè)備可以接近該容器，容器內(nèi)的至少一部分沉積物可以被一實質(zhì)上的傳統(tǒng)泵(10)或提升方法或者通過將它釋放到一較低水平面而清除，其特征在于在所述軟管或?qū)Ч?2)的下端設(shè)有一個具有兩個進口或兩套進口(16、17)的抽吸歧管(15)，其中一個進口或一套進口(16)被設(shè)置在或者接近于該抽吸歧管的下端，并用于從底部吸入所述沉積物和一些水，另一個進口或另一套進口(17)被設(shè)置成與所述第一個進口或第一套進口(16)相距一垂直距離并用于僅僅吸入水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過位于所述第二水平面上的傳統(tǒng)設(shè)備而將所述沉積物進行所需程度的分離并且在一個可選擇的基座上被進一步運送到至少另外一個水平面，在此水平面沉積物通過適合于顆粒大小和各自組分濃度的方法被運送出去。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過將一噴射泵連接到位于海底與所述第二水平面之間的所述軟管/導(dǎo)管上，可以提高將沉積物從海底泵送到所述第二水平面的生產(chǎn)能力。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述噴射泵由被從所述第二水平面泵送的水提供能量，以便盡可能少的水被所述挖掘出的沉積物污染、和/或與之混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于用于在所述第二水平面接收沉積物的容器是敞口的，并被連接到一只或多只駁船或者浮船上，或者構(gòu)成一只駁船或浮船的一部分，最好是以這樣的方式，該容器的垂直位置可以相對于所述駁船或浮船進行調(diào)節(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過一個或者多個柵欄將所述第二水平面上的沉積物分成兩個或多個組分，其中最大顆粒的組分被阻擋在柵欄上并被一機械提升設(shè)備進一步提升到一第三水平面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在所述第二水平面上接收到的最小顆粒的組分被吸入位于容器底部的一具有縱向狹槽的帶槽導(dǎo)管內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于在所述第二水平面上接收到的最小顆粒的組分連同水一起、部分地或者完全是借助于重力通過管道或者隧道被運送到一較低的水平面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于裝置被設(shè)置在所述第二水平面以確保所述容器內(nèi)的水平面基本上保持恒定。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于利用一柵欄將位于所述第二水平面上的沉積物分離成兩個組分，以便最大顆粒的組分包含最小直徑通常小到5厘米的巖石。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于自然水面與所述第二水平面之間的高度差典型地在2-30米的范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于從海底到所述第二水平面的垂直泵送距離典型地在5-300米的范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述泵送導(dǎo)管的直徑典型地為10-50厘米。
全文摘要
一種從海底、水壩底部等進行水力疏浚沉積物的方法，包括一第一操作步驟，其中，沉積物通過一軟管或者導(dǎo)管(2)被抽吸或者泵送到一個位于自然水面下的第二水平面，這利用了在該自然水面與所述第二水平面之間的水壓力差以提供或者增強所需的抽吸或泵送能力。在所述第二水平面上，沉積物被接收在一個容器(3)內(nèi)，通過設(shè)置于自然水面或者自然水面之上的機械設(shè)備可以接觸到該容器，容器內(nèi)的至少一部分沉積物可以被一實質(zhì)上的傳統(tǒng)泵或者傳統(tǒng)的提升方法或者通過將沉積物釋放到一較低水平面而清除。在所述軟管或?qū)Ч?2)的下端設(shè)有一個具有兩個進口或者兩套進口(16，17)的抽吸歧管(15)，其中一個進口或者一套進口(16)被設(shè)置在或者接近于該抽吸歧管的下端，并用于從底部吸入所述沉積物和一些水，另一個進口或者另一套進口(17)被設(shè)置成與所述第一個進口或第一套進口(16)相距一垂直距離并僅僅用于吸入水。
文檔編號F04F5/00GK1503868SQ01821428
公開日2004年6月9日 申請日期2001年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月27日
發(fā)明者湯姆·雅各布森, 貢納·法格沃爾, 奧拉夫·夸爾沃格, 泰耶·法格沃爾, 夸爾沃格, 湯姆 雅各布森, 法格沃爾 申請人:Gto深海有限公司