NO773700L - Fremgangsmaate til understoettelse av en undervannsledning - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for utforming av gjenstander av betong. Fremgangsmåten er spesielt aktuell for in-situ konstruksjon av undervannsstøtter eller til-dekning av rørledninger.

Betong som fremstilles av blandinger av sand, til-slagsmateriale og hydraulisk sement er et spesielt hensiktsmessig og allsidig bygningsmateriale. Det kjennes mange teknikker for utformning av betong til praktisk talt enhver form på land, men disse teknikker lar seg ikke lett tilpasse for bruk under vann, f.eks. havbunnen. Tilpasningsproblemene øker med stigende vanndyp. På forholdsvis grunt vann kan det f.eks. være praktisk og økonomisk å benytte senkkasser for å bygge under-vannskonstruksjoner i vannfrie omgivelser. På større dyp vil bruken av slike anordninger bli mindre effektiv og mer kostbar. Slike problemer i forbindelse med betongkonstruksjoner under vann er av spesiell betydning ved arbeidet med oljeproduksjon fra undervannsbrønner.

Ved bygging av undervanns-rørledninger er det f.eks. ønskelig å anordne organer for forankring av rør i havbunnen med korte mellomrom for at rørledningen skal hindres fra å be-vege seg. En betongmasse som avstøtter og omgir rørledningssek-sjoner ville danne en hensiktsmessig forankring, men det har hittil ikke vært mulig på en hensiktsmessig måte å anbringe en tilpasset , formet, enhetlig betongmasse på plass i området 100 eller flere meters dyp.

Det er i liknende situasjoner kjent å benytte sekke-lerrets sandsekker fylt med tørre betongkomponenter. Sekkene bygges opp til den ønskede form og vil under påvirkning av det omgivende vann danne en enhet av adskilte, uregelmessige betong- blokker. Det vil være innlysende at oppbygningen av en slik konstruksjon er arbeidsintens og-at den resulterende konstruksjon, som består av ikke sammenbundne "blokker", ikke er mot-standsdyktig mot bevegelse.

Det kan også være mulig å opprette en forskaling på havbunnen og helle betong i denne. Vanskelighetene ved å gjennom-føre en slik fremgangsmåte på havbunnen er dog åpenlyst be-.tydelig.

Ifølge foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en fremgangsmåte for utforming av en på forhånd bestemt betongform på havbunnen, hvorved flytende betong leveres fra et fartøy eller en konstruksjon på overflaten til en fleksibel sekk eller form på havbunnen. Alternativt kan det på enkelte steder være mulig å levere betongen som skal benyttes ifølge oppfinnelsen via en rørledning fra.en installasjon på land.

Ifølge oppfinnelsen tilveiebringes således en fremgangsmåte for forming av en betongstøtte eller et betongdekke for en undervanns rørledning, som innebærer at en fleksibel, ugjennomtrengelig sekk anordnes nær rørledningen, at sekken forbindes med organer for betonglevering, at sekken fylles med betong i flytende form, inntil den antar de...ønskede dimensjoner og den ønskede form i kontakt med rørledningen, hvorpå betongen får størkne.

Oppfinnelsen omfatter også betongkonstruksjoner som er utformet ved ovenstående fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen.

Sekken som befinner seg i sammenlagt eller tom tilstand kan anordnes i den ønskede stilling på havbunnen av dykkere.

Den kan før og under fylling holdes på plass ved hensiktsmessige organer, f.eks. klemmer eller stropper. Kiler kan under fyl-lingen av sekken avstøtte rørledningen, slik at den fylte sekk ikke tar rørledningens vekt før betongen er størknet. De tomme sekker kan anordnes nær rørledningen med de nødvendige mellomrom etterat rørledningen er lagt ut under vannet, de kan f.eks. festes til rørledningen med stropper eller sekkene kan endog festes til rørledningen før denne legges ut under vann.

Por å hindre at vann trenger inn i sekkene når man begynner å pumpe inn betong, er det ønskelig å forsyne rørfor-bindelsen mellom sekken og betongkilden med en forbikoplingsventil nær sekken. Porbikoplingsventilen er åpen inntil betongen har fortrengt vannet i rørforbindelsen, hvorpå ventilen lukkes og ventilen inn til sekken åpnes".

Ved en annen utførelsesform av oppfinnelsen tilveiebringes en anordning for utforming av en betongstøtte eller et betongdekke for undervanns rørledninger som omfatter en ugjennomtrengelig, fleksibel sekk eller pose, som har et innløp for tilførsel av flytende betong, forbindelser mellom innløpet og en betongkilde og en forbikoplingsventil nær sekkens inntak. Det kan benyttes hensiktsmessige pumper for levering av betong fra kilden.til sekkene.

Hensiktsmessige materialer for fremstilling av den fleksible sekk omfatter polymerbelagte tekstiler. Polyamid-eller polyesterstoffer som på begge sider er belagt med forbindelser på polykloroprenbasis, foretrekkes spesielt.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningen der: Fig. 1 er et partielt snitt, som viser undervannsrøret (i snitt) og under dette en tom, fleksibel form,

fig. 2 er et sideriss av anordningen som vist i fig. 1,

fig. 3 er et snitt som viser den fleksible form 2 som i betongfylt og størknet tilstand avstøtter rørseksjonen,

fig. 4 er en perspektivgjengivelse av en fleksibel form som er egnet til bruk ved foreliggende oppfinnelse,

fig. 5 er et partielt snitt av et pari av en rørled-ning som ligger på havbunnen,

fig. 6 er et snitt av en rørledning med en betongfylt, fleksibel sekk som virker som dekke og tynger ledningen og

fig. 7 er en skjematisk gjengivelse av et avstøttet rør.

Undervannsrøret 1 som vist i fig. 1, ble senket nesten ned på havbunnen fra et fartøy på overflaten og lagt på plass av dykkere. Avstanden mellom laveste punkt på røromkretsen og havbunnen IA var ca. 150 mm, men denne avstand varierte langs røret som følge av ujevnheter i havbunnen. Midlertidige (ikke viste) kiler ble med mellomrom anordnet mellom røret og havbunnen og trossene som ble brukt ved utlegging av rørledningen ble trukket opp til overflatefartøyet.

En tom, fleksibel sekkeform 2, ca. 4,5 m lang og 3,5 m bred, ble anordnet under røret og festet til dette ved hjelp av stropper 3- Formens lengdeakse forløp i flukt med rørets lengdeakse 0. En fleksibe-1 mateslange 9 (fig- 4) med en ende koplet til en betongblander- og leveringsanordning på overflatefartøyet ble senket og ved hjelp av koplinger koplet til en manifold 8, som sto i forbindelse med formen via mate-rør 6 og 7.

Under installasjon var den fleksible mateslange 9 vannfylt. For å unngå at vann ble tømt i den fleksible form var manifolden 8 forsynt med en forbikoplingsventil 10.

Betong som var blandet på overflatefartøyet, ble helt

i en trakt, koplet til øvre ende av mateslangen 9 og forbikoplingsventilen 10 i nedre ende av slange ble åpnet. Flytende betong rant ned i mateslangen og drev ut vannet i denne gjennom åpningen i ventilen 10. Så snart den flytende betong ble obser-vert ved åpningen, ble ventilen lukket og betongen således tvunget til å strømme gjennom rørene 6 og 7 inn i den fleksible form.

Flytende betong ble fortsatt matet til formen som svulmet opp på grunn av sin fleksibilitet. Etterat tilstrekkelig flytende betong var blitt tilført for å danne et sjikt på

ca. 150 mm tykkelse, ble enhver ytterligere tykkelsesøkning under røret effektivt hindret av trykket som nevnte rør utøvet. Det skjedde derfor bare ytterligere deformering i de mindre, begrensede områder 2A forløpende fra midtlinjen til formens om-krets. Når ytterligere betong ble tilført, inntok disse områder 2A på hver sin side av røret gradvis en buet tverrsnittsform. Som vist i fig. 3 ble områdene 2B av sekkens flate tilpasset rørets buede form, mens flatene 2A fikk den bueform som normalt assosieres med oppblåse folier.

Ytterligere betong ble tilført inntil kontakten mellom sekken og røret var utvidet til punkter omtrent på høyde med rørets horisontale midtlinje. Som vist i fig. 3 vil en således utformet konstruksjon etterat betongen er størknet, avstøtte og delvis omgi røret med sin betongmasse 11.

..I ovenstående eksempel ble rørledningen lagt på et dyp på ca. 100 m og hadde en diameter på ca. 1 m. Den fleksible form hadde en nominell kapasitet på 9000 liter. Den ble fremstilt av vulkanisert, elastomer-belagt polyamidstoff og hadde den generelle form som vist i fig. 4, hvor formen sees sammensatt

av strimlene 1, 1, 1, 2 og 1, 3 av belagt stoff, hvorved skjøtene mellom nærliggende strimler er dekket med beskyttende strimler, likeledes av belagt stoff. Identiske koplinger 4,,5 står i forbindelse med identiske, fleksible mateslanger 6, 7 som begge er koplet til manifolden 8.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen begrenser seg ikke til bygging av gjenstander for nye anlegg. Den kan med like godt resultat benyttes for reparasjon eller utbedring av foreliggende anlegg. Fig. 5 viser et parti av en undervanns rørled-ning 12, som ligger på havbunnen IB. Et område 13 under rørled-ningen er blitt fjernet ved sjøens skuring og røret er uav-støttet over en betydelig strekning. Det kan derfor lett bøyes og endog brekke. Slike situasjoner avsløres ved periodevise rutinemessige inspeksjoner og krever øyeblikkelig utbedring. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gir god mulighet for utbedring og krever lite forberedende arbeid på havbunnen. En fleksibel form kan lett og hurtig settes på plass av fagfolk på undervanns-arbeid. Når den er fylt, vil den føye seg etter røret og havbunnens nye konturer.

En fleksibel form kan også med fordel benyttes for dannelse av et betongdekke som omgir øvre flate av en undervannsledning. Det er kjent at en undervannsledning eller en seksjon av en slik ledning under visse forhold kan brytes løs fra sine fester og bli flytende nok til å flyte over havbunnen. Under slike forhold kan en fleksibel form 14, fylt med betong 15 og tilpasset som vist i fig. 6, benyttes som dekke for å utøve tilstrekkelig vektbelastning til at det flytende rør 16 igjen inntar sin normale stilling. Dessuten kan et tungt dekke av denne type gi verdifull beskyttelse for røret, f. eks. mot skader ved støt. Et slikt dekke kan også kombineres med den anordning som er beskrevet i fig. 1-4 for dannelse av en fullstendig omslut-tende, todelt betong-konstruksjon rundt et undervannsrør.

Det skal bemerkes at effekten av den fremgangsmåte som omtalt ovenfor, avhenger av at en fleksibel form kan vise en forutsigbar adferd under de trykk som utøves av den innsprøytede, flytende betong og av sjøvannet over formen. De nødvendige dimensjoner av den fleksible form kan lett beregnes av fagfolk, slik at de tilfredsstiller de strukturelle krav ved enhver spesiell anvendelsesform. Hovedvariablene som må vies oppmerksomhet er rørledningens diameter, dens avstand fra havbunnen og rør-ledningens vekt i vann pr. lengdeenhet. Bruddstyrken av det materiale som benyttes for fremstilling av den fleksible form eller sekk er selvsagt også betydningsfull.

Skjønt oppfinnelsen ikke skal begrenses til en spesiell teori, illustrerer det nedenstående en måte hvorpå hensiktsmessige beregninger kan gjennomføres for å sikre hensiktsmessige dimensjoner for en spesiell anvendelsesform.

Under henvisning til fig. 7 forutsettes at det er nød-vendig å bestemme bredden av sekken og den maksimale spenning av materialet for en sekk som er konstruert for fremstilling av en betongstøtte for et rør med en diameter på 0,6 m som skal holdes på 1,5 m høyde over havbunnen. Det forutsettes at en kontaktvinkel mellom støtte og rør på 90° (se fig. 7, hvor 9 = 45°) gir tilstrekkelig kontaktareal med havbunnen for å hindre trykksvikt av bunnen. Et maksimalt oppblåsingstrykk P på 35 kPa (ca. 0,3515 kg/cm ) forutsettes.

a) Kontaktlengden mellom sekken og havbunnen er lik

b) Sekkens frie overflateradius c) Sekkens nødgendige bredde er da d) Maksimal spenning i materialet er

I tilfelle der havbunnen kan være svakere, kan det

fastsettes en større verdi for kontaktlengden og tilsvarende verdi for 9 kan beregnes.

Det skal bemerkes at 9 i prinsippet kan variere fra 0 til 90°. Der det bare kreves vertikal støtte, det vil si ved anvendelse hvor det prinsipielle krav bare er å støtte røret på en fast avstand fra havbunnen, kan det vise seg tilfredsstillende å benytte en vinkel 9 på bare opp til få grader. Men under forhold hvor det kreves sideavstøtting, f.eks. hvis sterke understrømmer eller slepeankere kan forekomme, er en større verdi for 9 ønskelig. I mange tilfelle kan en verdi for 9 i området 40° til 50° være tilf redsstillende .

Faktorer som bestemmer lengden av sekken og antallet av avstandden mellom sekker for en spesiell rørledningslengde omfatter rørledningens vekt i fylt tilstand og havbunnens art. Kravene for enhver spesiell anvendelse kan således igjen lett bestemmes av fagfolk.

Ved sekkens "bredde" forstås den tomme, flate sekkens dimensjon i den retning som forløper perpendikulært på den aktuelle rørledning. Ved sekkens "lengde" forstås den dimensjon som forløper i samme retning som den aktuelle rørledning.

Det skal bemerkes at praktiske utførelser om ønsket kan utvikles som resultat av praktisk erfaring snarere enn ved teoretisk vurdering, men i slike tilfelle kan de korrekte teoretiske beregninger benyttes som kontroll av en spesiell utformning .

Skjønt ovenstående teoretiske beregning inneholdt en verdi for H på 1,5 m og for r på 0,93 m, er dette bare ment som en illustrasjon. Ved gjennomføring av foreliggende oppfinnelse foretrekkes en maksimal verdi for r på 0,75 m, hvilket vil si at sekkens frie høyde 2r ikke er større enn 1,5 m- "Fri høyde" er sekkens maksimale høyde ovenfor dens umiddelbare underlag på havbunnen. Når det kreves større verdier for den frie høyde, foretrekkes bruk av to sekker, hvorved den første, på havbunnen, hensiktsmessig er en enkel posesekk med i det vesentlige plan overflate og den andre som anbringes over den første, har den generelle form som f.eks. vist i fig. 3. Betongen i første sekk bør selvsagt få størkne før den andre sekken fylles.

Ved gjennomføring av oppfinnelsen foretrekkes å fylle de fleksible former til et maksimalt trykk på 0,3515 kg/cm 2 og 0,2109 kg/cm<2>til 0,2812 kg/cm<2>har vist seg tilfredsstillende. Disse trykk kan imidlertid om ønsket varieres og vil i høy grad avhenge av den benyttede sekkens bruddstyrke.

I de ovenfor omtalte eksempler omfatter den fleksible form eller sekk ifølge oppfinnelsen et ugjennomtrengelig hylster for tilførsel av flytende materiale og evakuering før og fremming av installasjons på det ønskede sted. Det kan være for-delaktig å la spennings- og trykkmålere inngå i enheten som omfatter formen og mateledningen. Innvendige avstivningsorganer kan likeledes inngå i den fleksible form for senere å leires i betongfyllingen. En type avstivningsorgan er en trosse som for-løper tvers over formens indre, men ender utenfor formen. Tet-ninger i formveggen kan sikre at hylsterets ugjennomtrengelig-het ikke svekkes. Trosseendene kan festes til liner som forbindes med ankere som drives ned i havbunnen. En slik anordning kan være ønskelig, hvis det sannsynligvis blir vanskelig å fiksere formen på plass, eller hvis selve konstruksjonen lett kan forstyrres av vannbevegelse. Det vil være innlysende at liknende forholdsregler kan tas ved bruk av liner som er festet til formens ytterflate. Ved en slik anordning må det imidlertid godtas at forankringens effekt og levetid står i et direkte forhold til formstoffets styrke.

Det vil som oftest ikke være nødvendig at den fleksible sekk er konstruert av et materiale som vil overleve betongkon-struksjonen den inneholder. Men det vil være innlysende at sekkens levetid under vann i det minste bør være lang nok til å omfatte den tid det tar for betongen å størkne, det vil si et par dager eller uker. Det er videre kjent at et stort betong-volum har en tendens til å sprekke under størkning. I mange tilfelle kan det derfor være tilrådelig å bruke en sekk som har lang levetid under vann for å sikre at den størknede betongmasse ikke faller sammen.

Ettersom betongen under installasjon og størkningsperiode er isolert fra det omgivende vann, vil det ikke være nødvendig å benytte spesielt sammensatte betongblandinger, slik det ellers er ved konvensjonell undervannsbygging.

Claims (17)

1. Fremgangsmåte for avstøtting eller tildekking av en undervannsrørledning ved utforming av en betongkonstruksjon i kontakt med rørledningen i den ønskede stilling, karakterisert ved at en fleksibel, ugjennomtrengelig sekk anordnes inntil rørledningen, at sekken forbindes med en flytende betongkilde, at sekken fylles med betong i flytende form inntil sekken inntar de ønskede dimensjoner og den ønskede form i kontakt med rørledningen, hvorpå betongen får størkne.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at sekken i tom tilstand spennes fast til rør-ledningen før den fylles med betong.

3. - Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at sekken spennes fast på rørledningen etterat denne er senket på plass.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at rørledningen avstøttes på kiler inn-; til sekken er fylt med betong og betongen er størknet.

5. Fremgangsmåte som angitt i ett av foranstående krav, karakterisert ved at sekken har et inntak med en forbikoplingsventil,' at forbikoplingsventilen holdes åpen mens betongen mates til sekken, inntil betongen har fortrengt vannet i forbindelsen mellom sekken og betongkilden, at forbikoplingsventilen deretter lukkes og betong slippes inn i sekken.

6. Fremgangsmåte som angitt i ett av foranstående krav, karakterisert ved at sekken anbringes under rørledningen, den flytende betong pumpes inn i sekken inntil denne fyller ethvert hulrom mellom rørledningen og havbunnen og hever seg tilstrekkelig i kontakt med nedre rørlednings-flate til å danne en kontaktvinkel fra 80° til 100°.

7. Fremgangsmåte som angitt i ett av foranstående krav, karakterisert ved at den maksimale høyde av sekken over havbunnen ikke er større enn 1,5 m.

8. Fremgangsmåte som angitt i ett av kravene 1-6, karakterisert ved at det benyttes to sekker, idet den første anbringes i kontakt med havbunnen og har en i det vesentlige plan toppflate og den andre ligger på den første og føyer seg etter rørets underflate, og hvorved den første sekk fylles med betong som får størkne før den andre sekken fylles.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, karakterisert ved at den maksimale høyde av den andre sekken over havbunnen er større enn 1,5 m.

10. Fremgangsmåte som angitt i ett av kravene 1-53karakterisert ved at sekken anbringes over rørled-ningen og når den er fylt med betong, gir en kontaktvinkel på 80° til 100° med rørets øvre flate.

11. Fremgangsmåte som angitt i ett av foranstående krav, karakterisert ved at sekken fylles til maksimalt oppblåsingstrykk på ca. 0,3515 kg/cm 2.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 11, karakterisert ved at sekken fylles til et oppblåsnings-trykk fra 0,2109 kg/cm <2> til 0,2812 kg/cm <2.>

13. Anordning for utforming av en rørstøtte eller et rør-dekke av betong under vann, karakterisert ved at den omfatter en ugjennomtrengelig, fleksibel sekk, som har et innløp for flytende betong, en forbindelse mellom innløpet og en betongkilde og en forbikoplingsventil nær sekkens innløp.

14. Anordning som angitt i krav 1J> s karakterisert ved at sekken er fremstilt av polyamid eller poly-esterstoff som på begge sider er belagt med en polykloropren-forbindelse.

15. Anordning som angitt i krav 13 eller 14, karakterisert ved at forbindelsen er en fleksibel mate-ledning.

16. Anordning som angitt i krav 13, 14 eller 15, karakterisert ved at forbindelsen via en manifold, er koplet til flere innløp til sekken.

17. Anordning som angitt i ett av kravene 13-l6, karakterisert ved at sekken inneholder forsterknings-organer.