Опускное сооружение и способего погружения

Сфез Сфввтсннк Сфцналнстнческнк РвсеублнкОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ИТИЛЬСТВУ е 11846650(51)М. Кл.з Е 02 0 27/10 с присоединением заявки Ио 2 72 3817/33 Госуяарствееный кометет СССР яо ямам изобретеннйе открытей(088. 8) Дата опубликования описания 150781 Г.И.Нестеров и И,И.егорая Институт по проектированию г дских инженерных сооружений "Ленгипроинжпввщ "(54) ОПУСКНОЕ СООРУЖЕНИЕ И СПОСОБ ЕГО ПОГРУЖЕНИЯ 2 Изобретение относится к строитель"ству подземных сооружений различного назначения, а также мажет быть использовано при сооружении, например,опорных оснований в открытом море.Известно опускное сооружение,включакв 1 ее ствол с ножевой частьюи наружной оболочкой, выполненнойиэ эластичного материала со сквозными 1 Овертикальными капиллярами с герметичной крьаакой, в верхней части соединенной с вакуум-насосом 1 .Недостатком этого опускного сооружения является низкая надежность оболочки, выполненной из эластичногоматериала.Наиболее близким техническим решением по своей сущности и достигаемому результату к данному изобретениюявляется опускное сооружение, вклю" 2 Очающее арьврованний по периметру продольными стержнями трубчатый ствол ..Р 3;Недостатком данного опускногосооружения является увеличение срокавозведения подземного сооруженияи отсутствие технических средств длярегулирования сил трения между поверхностью трубчатого ствола и грун ЗО том в процессе погружения конструкции.Известен также способ погруженияопускного сооружения, включающий разработку грунта в полости ствола с одновременным по мере погружения заполнением зазора между грунтом инаружной поверхностью ствола текучейсредой и осуществление циркуляцди те"кучей бреды 33.Н вдост ат ком этого способа является низкая интенсивность циркуляциитекучей средЫ,Цель изобретения ф- облегчение погружения в грунт за счет обеспечения возможности регулирования силтрения между поверхностью ствола игрунтом в процессе погружения.Указанная цель достигается тем,что в известном опускном сооружении,включающем армированный по периметру,продольными стержнями трубчатый ствол,последний снаружи покрыт элвктроизоляционным материалом и снабжен расположенными на его наружной поверхности подключенными к регулируемомуисточнику тока продольными электродами и магнитной системой, причемйагнитная система может быть выполнена в виде пластинчатых постоянных846650 Составитель М. Перловктор Н.Горват Техред Ж. Кастелевцч Корректс ак иал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проект 391/40НИИПИ Г по дел13 О 35Тираж 693 Подписноеударственного комитета СССРизобретений и открытийсква, Ж, Раушская наб., д. 4/магнитов, расположенных с чередованием, ное распределение гидростатичвскихполюсов по периметру трубчатого ство. - " давлений текучей среды в кольцевыхла, или в виде подключенной к регули- зазорах конструкции. При этом бокоруемому источнику тока обмотки, обра- вое давление, действунщве на внутзованной частью продольных арматур.; - реннюю поверхность трубчатой секции,ных стержней ствола, обмотка магнитной 5 предусматривается значительно меньшее,системы и электроды могут быть выпол" чем боковое давление, действукцвеиены составными из отдельных секций, на внешнюю поверхность той же трубча,каждая из которых снабжена блоками уп- той секции, Это обеспечивается либоравления, через которые автономно сое- изменением удельного веса текучейдинена с регулируемым источником то- о среды, либо изменением высоты трубчака. ,тых секций.При этом в известном способе погру- Так, в случае использования конжения опускного сооружения, включаю- струкции, изображенной на фиг, 1,щем разработку грунта в полости распределение нагрузок между секциямиствола с одновременным по мерв погру- осуществляется за счет изменения удвль 1жения заполнением зазора между грув ного веса текучей среды в кольцевыхтом и наружной поверхностью ствола зазорах. При этом удельный вес текутекучей средой и осуществление цирку-чвй среды в кольцевом зазоре 6 больляции текучей среды, зазор между шв, чем вкольцевом зазоре 7, а вгрунтом и наружной поверхностью ство- кольцевом зазоре 8 меньше, чем вла заполняют электропроводящей теку) кольцевом зазоре 7.чей средой, а циркуляцию текучей сре- В случае использования конструкды осуществляют путем пропускания ции, изображенной на Фиг, 2, распречерез нее регулируемого электрвчес- делвние нагрузок между секциями осукого тока и одновременно создания на ществляется за счет изменения цроповерхности ствола регулируемого 5 тиводавлений между секциями при раэмагнитного потока, перпвндикулярно- ной высоте трубчатых секций и одинаго направлениюэлектрического тока. новом удельном весе текучей среди вНа фиг, 1 изображено опускное к ольцввых з аз орах.сооружение, продольный разрез, на . В случае использования конструкцииФиг. 2 " то же, вариант выполнения, в качестве опорного основания в морена Фиг, 3 - то же, опускное сооружв" (см. Фиг. 3), в качестве текучей срение, сооружавмое в море, на Фиг. 4 ды в процессе погружения используетсярасположение обмотки магнитной системы морская вода, которая электропроводи электродов на трубчатой секции на. После завершения погружения констволаф на фиг. 5 - вид А: на фиг. 4 ф,35струкции кольцевые зазоры между трубна фиг. 6 - блок-схема управления чатыми секциями заполняются вязкойпроцессом погружения, на Фиг. 7- массой на битумной основе с различопускное сооружение, продольный раз- нымк удельными весами.рвз, начальный период погружения;- на Указанные варианты исполненияфиг. 8 - то же, вид и плане, на фиг. опускного сооружения обеспечивают9изображена циркуляционня гидрав снижение тсдщины стенок стволов глулическая система для погружения опус- бокого заложения, экономию материаловкного сооружения описываевим сдособоЫф и не уменьшают их надежности.на Фиг. 10 - магнитная и электричес- В стены трубчатых секций 1-3 ствокая системы. для погружения опускно- ла при их изготовлении закладываютго сооруженияф на Фиг. 11 - направ металлическую арматуру 9, продольныеления силовых магнитных линий, те- стержни которой, расположенные почение электрических токов и система их периметрам, с переьычками 10, расуправления погружением сооружения, , положенными в нижних и верхних часОписываемое опускное сооружение тях трубчатых секций конструкции,содержит концентрически расположен выполнены в виде обмоток магнитнойные трубчатые секции 1-3, нижние системы фиг. 4 и 5) . Обмотки магнитчасти которых снабжены кольцевыми ной систвьы электроизолированы от бвуступами 4. Между трубчатыми свкция- тона и могут быть выполнены кз сверхми 1-3, а также между грунтом 5 и проводящих материалов, Боковыв повнешней трубчатой секцией 1 имеются верхности трубчатых секций покрытыкольцввыв зазоры 6-8 с шириной от55 элвктроиэ опяционным материалом 11,одного до нескольких дециметров, на котором расположены электроды 12.заполняете электропроводящей теку- Электроды 12 расположены вдоль xрочей средой, например, тиксотропнымдольной оси трубчатой секции. Электро"раствором. Трубчатые секции 1" 3 выпол- изоляционный материал 11 и электродынешг; например, монолитными из бето 12 дополнительно обеспечивают гидроизоляцию и прочность трубчатых секДля пропорционального распрвдвле- ций.Ния нагрузки с внешней трубчатой сек- Обмотка магнитной систвмю трубции на внутренние секции конструк- чатой секции может быть выполнена сек-.ции предусматривается пропорциональ -, в 5 ционированной (см. Фиг. 6), Секции13-16 обмотки магнитной система под- ,ключены через блоки 17-20 управления к регулируемому источнику тока 21. Аналогично электроды 12 могут быть выполнены также секционированными, 1 секции 22-25 электродов подключены через блоки 26-29 управления к регу,пируемому источнику тока 21. Блоки 17" 20, 26-29 управления предназначены для коммутации токов и изменения их направления. Все блоки управления подключены к центральному посту управления на фиг. условно не показа+ Изменение направления токов в блоках управления осуществляется, например, с помощью силовых контакторов и ключей на чертежах не показано).Источник тока 21 выполнен регулируемым для изменения силы тока в цепях магнитной системы и электродов.В стенах каподца могут быть выполнены каналы 30, имеющие на нижних концах отводы 31, выходящие наружу непосредственно над уступом 4, Электроды 12 изготавливаются из материала, не подверженного электрохимижвским реакциям.Магнитная система может быть выполнена из постоянных магнитов, при этом поверхность секций опускного сооружения покрывается чередующимися по знаку пластинчатыми полюсами и электродами.При погружении сооружения в дно моря для исключения влияния электрических и магнитных полей на окружающую среду магнитная и электри,ческие системы могут быть установлены на внутренней поверхности сооружения.При .выполнении опускного сооружвния в ниде одной секции Ииг. 11) обмотка магнитной систеьи и электроды 12 электрической систеьы подключаются к системе 32 управления погружением сооружения, состоящей из блоков 33 управления, пульта 34 управ" ления и регулируемого источника 35 питания.Погружение опускного сооружения осуществляется следующим образом,В исходном состоянии ксточник тока 21 отключен, После изготовления опускного колодца (секции колодца) производят разработку грунта в полости колодца известными способами. Колодец под действием собственного веса начинает погружаться, плотно при легая своей наружной поверхностью к окружающему грунту ( на участке ниже уступа 4). При подходе уступа 4 к низу форшахты 36 между наружной поверхностью опускного колодца и внутренней стенкой форшахты 36 устанавливают:.кольцевой листовой каркас 37 с уплотнением, открытый снизу, имеющий раструбы 38 и упругие шланговыв ответвления 39. Шлангоныв ответвления при помощи раструбов присоединяются кканалам Зб колодца. После этого В процессе погружения трубчатойсекции направление магнитного поля, :создаваемого обмоткой магнитной системы, н основном перпендикулярно линиям электрического тока, то на электропронодящую текучую среду в по;граничном слое с кции будут действо" вать электромагнитные силы в направлении вдоль трубчатой секции, например, вверх. Прн этом создается градиент плотности текучей среды, направленный в сторону увепичения электр. ромагнитных снл.Под действием электроф магнитных силтекучая среда отбрасывается от секции. Реакция отбрасываемой электромагнитной силой текучей 46 среды создает давление (эквивалентное упору) н пограничном слое секции, снижакщее увеличивающее) силу трения по наружной поверхности секции, 1 погружаемой в грунт, и облвгчакщве б 5 затрудняющее) ее погружение. приступают к нагнетанию через отвер-стие в каркасе 37 глинистого раствора, обладающегоэлектропроводностью,заполняя им кольцевое пространство .между грунтом н наружной поверхностьюколодца, пространство каркаса 37 иканалон 30. Глинистым раствором заполняются укаэанные пространства по мере погружения колодца в грунт. Припогружении сооружения в дно моря вмес то глинистого раствора используетсяморская вода, которая электропроводна. При этом вспомогательное оборудо-;вание (кольцевой каркас 37, шланговые ответвления 39 с раструбами 38)исключается,Грунт немедленно вступает в контактс глинистым раствором и удерживаетсякм от обрушения. Для этого необходимо,Мтобы глинистый раствор обладал достаточно большим удельным весом и не .20 слишком большой вязкостью, Для увеличения удельного веса раствора в не"го добавляют утяжелители, обладающие нысокой электропроводностью.Включают источник тока 21. По сек 75 циям 13-16 обмотки магнитной систе"ьн и между электродаьы 12 черезэлектронроводящую текучую среду начинают течь токи, которые возбуждаютпо периметру трубчатой секции электромагнитное поле (фиг. 5) .Известно, что при подведении кнеподвижной проводящей жидкости извне разности потенциалов и наложениина нве поперечного магнитного поляпод действием кондуктивных электромагнитных пондеромотореюх сил жидкость приходит в движение, При этомна поток накладывается поле индуктив-но наведенных электромагнитных сил,которые оказывают влияние на струк 40 туру твчения, Изменяя распределениеэлвктромагнитного поля, можно воздействовать на весь объем жидкостиили ее отдельные слои.Давление (эквивалентное упору) невелико, например для трубчатой секции с размерами 6 = 250 м, а = 125 ми 614 м, где- длина трубчатойсекции", а - длина одной ветви обмотки магнитной системы, выполненной из,сверхпроводящих материалов, 6 : радиус трубчатой секции, при к = 2 иВр, 7 ал, где к - число пар электродов, Вр- критическое значение индукции магнитного поля, может составитьориентировочно в единицах мощностиупора порядка 48300 кВт при подведенной мощности к электродам порядка55000 кВт, что значительно облегчитпогружение трубчатоЦ секции,В процессе погружения секции 1 возникает технологическая необходимОсть.регулирования силы трения по боковойповерхности секций, погружаемой вгрунт например в случаях кренов, заисания, самопроизвольного опускания, 20после бетонирования днища - всплывания.В случае крена, например, вправообычно производят пригрузку металлическими болванками, сборными железобетонными элементами и т,п., которыеразмещают на левой стороне конструкции. Размещение пригрузки. не всегдаможно компактно и безопасно разместить на стене конструкции. ЗОВ описываемом техническом решениипри помощи регулируемого, источникатока 21 и блоков 17-20 и 26-29 уп"равления изменяют силу тока в электрических и магнитных цепях. Уменьшается сила тока в секциях 13 и 14 магнитной системы и увеличивается всекциях 15 и 1 б, а также уменьшаетсясила тока в секция 22 и 23 электро-дов и увеличивается в секциях 24 и 25,За счет этого увеличивается. давление 40(упор) справа. В слабых грунтах возможно ликвидировать крен без интенсиФикации разработки грунта с левойстороны погружаемой конструкции. 45В случае зависания опускного сооружения увеличивают токи прьпорци"онально в каждой секции магнитнойскстеьи и электродов. За счет этогоувеличивается давление (упорпо всему периметру опускного сооружения,что облегчает освобождение конструкции от зависания. При этом в зимнихусловиях производства работ кон"трукция не замерзает, так как при тече-.нии тОков через арматуру конструкциивыделяется тепло.В случае самопроизвольного опуска"ния конструкции изменяют направлениетоков в электрических цепях. За счетэтого увеличивается сила трения по60боковой поверхности трубчатой секции,а развиваемай упор препятствует погружению секции.После погружения трубчатой секциина заданную глубину заложения осуще 65 ствляется аналогично погружение последующих секций 2 и 3 меньших диаметров, при этом секция. 1 является направляющей при погружении секции 2, а секция 2 - направляющей при погружении сек 3В случае использования опускного сооружения, изображенного на фиг, 2 после завершения погружения секции 1 бетонируется днище секции, на котором возводятся секции 2 и 3 с последующим заполнением кольцевых зазоров 7 и 8 текучей средой.Таким образом, управление электромагнитным полем и силой электрического тока в электрических цепях осуществляется известными приемами по сигналам с центрального поста управления погружением конструкции.При реализации описываемого технического решения обеспечивается регулирование силы трения между поверх" ,костями трубчатых секций и грунтом в процессе погружения, а также облегчается погружение конструкции типапускных колодцев. Формула изобретения1. Опускное сооружение, включающее армированный по периметру продольными стержнями трубчатый ствол, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью облегчения погружения в грунт за счет обеспечения воэможности регулирования сил трения между поверхностью ствола и грунтом в процессе погружения, трубчатый ствол снаружи покрыт электроизоляционным материалом и снабжен расположенными на его наружной поверхности .подключенными к регулируемому источнику тока продольными электродами и магнитной системой.2. Опускное сооружение по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что магнитная система выпопнена в виде пластинчатых постоянных магнитов, расположенных с чередованием полюсов по периметру трубчатого ствопа.3. Опускное сооружение по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем,: что магнитная система выполнена в виде подключенной к регулируемому источнику тока обмотки , образованной частью продопьных арматурных стержней ствода4. Опускное сооружение по п. 3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что обмотка магнитной систеьн и электроды выполнены составными из отдельаюх секций, каждая из которых снабжена бло" ками управления, через которые автономно соединена с регулируеьым источником тока.5. Способ погружения опускного сооружения по пп. 1-4, включающий разработку грунта в полости ствола с одновременным по мерв погружения запопнением зазора между грунтом и наружной поверхностью ствола текучейсредой и осуществление циркуляциитекучей среды, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, зазор между грунтом инаружной поверхностью ствола заполняют электропроводящей текучей средой,а циркуляцию текучей среды .осуществляют путем пропускания через нее регулируемого электрического тока и одновременного создания на поверхностиствола регулируемого магнитного по тока, перпендикулярного, направлениюэлектрического тока. источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 548688, кл. Е 02 О 5/54,Е 02 027/10,1974.2. Патент США В 3496726,кл. 61-41, 1970,3. Авторское свидетельство СССРР 66941, кл. Е 02 О 23/14, 1946.