NL8502262A

NL8502262A - METHOD AND APPARATUS FOR PROPULATING AN UNDERWATER PIPE SHIELD.

Info

Publication number: NL8502262A
Application number: NL8502262A
Authority: NL
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 1984-08-17
Filing date: 1985-08-16
Publication date: 1986-03-17
Also published as: GB2163198B; GB2163198A; NO853214L; GB8520491D0

Description

' . r_ - A". r_ - A

- 1 -- 1 -

METHODE EN INRICHTING VOOR HET VOORTSTUWEN VAN EEN ONDERWATERPIJPSLEUFSCHILDMETHOD AND APPARATUS FOR PROPULATING AN UNDERWATER PIPE SHIELD

De uitvinding heeft betrekking op een methode en inrichting voor het yoortstuwen van een onderwaterpijp-sleufschild.The invention relates to a method and device for yachting of an underwater pipe trench shield.

Wanneer betrekkelijk stijve pijpleidingen met een grote 5 diameter worden neergelaten in een in de waterbodem gegraven sleuf, dan is de buigkromming gewoonlijk zo gering dat een grote spanwijdte ontstaat, waardoor een onaanvaardbaar grote sleuf gegraven dient te worden. Wanneer bijvoorbeeld een 3,5 meter diepe sleuf in een zandbodem is gegraven, kan de helling 10 van de sleufzijwanden in de orde van ëën op drie zijn, en de hoeveelheid uit te graven grond kan vijfmaal zoveel zijn als bij een sleuf met vertikale zijwanden. Het is dërhalve niet alleen wenselijk de hoeveelheid uit te graven grond te verminderen, maar er dient ook te worden voorkomen dat de 15 sleuf dichtslibt voordat de pijpleiding de bodem van de sleuf heeft bereikt, dit om zowel verlaging in energiebehoeften als tijdsbesparing voor de aanleg te bewerkstelligen. Dit probleem kan, zoals bekend, worden opgelost door toepassing van een onderwatersleuvengraver welke gecombineerd is met een 20 pijpleggeleider. Met behulp van de bekende inrichting wordt een sleuf gevormd waarin gelijktijdig een langwerpig schild wordt aangebracht ten einde te voorkomen dat de zijwanden van de sleuf instorten. Daarna wordt een pijpleiding zodanig in de sleuf neergelaten dat de pijpleiding de sleuf aan het ene eind 25 van het schild binnentreedt en de bodem van de sleuf nadert voordat hij het schild aan het andere eind verlaat. Ten einde de vereiste schildlengte te verminderen, wordt de pijpleiding gedurende de pijplegwerkzaamheden onderworpen aan buigspanningen, maar desalniettemin is het schild een lang U.i 2 52 ï - 2 - uitrustingsstuk, in het algemeen met een lengte van meer dan 30 meter. Wanneer een schild van een dergelijke afmeting voortgesleept wordt (bijvoorbeeld door middel van kabels), dan is de trekkracht die nodig is voor het overwinnen van de 5 grondweerstand (wrijving en snijkopdruk) in het algemeen in de g orde van 10 N. Het is derhalve gewenst middelen te verschaffen ter vermindering van de grote trekkracht die noodzakelijk is voor het voortstuwen van het schild.When relatively stiff pipelines of large diameter are lowered into a trench dug in the water bottom, the bending curvature is usually so small that a large wingspan is created, which implies digging an unacceptably large trench. For example, when a 3.5 meter deep trench is dug in a sandy bottom, the slope of the trench sidewalls can be on the order of one in three, and the amount of soil to be excavated can be five times that of a trench with vertical sidewalls. Therefore, it is not only desirable to reduce the amount of soil to be excavated, but also to prevent the trench from clogging up before the pipeline has reached the trench bottom, both to reduce energy requirements and to save construction time. accomplish. As is known, this problem can be solved by using an underwater trench digger combined with a pipe laying guide. With the aid of the known device, a slot is formed in which an elongated shield is simultaneously applied in order to prevent the side walls of the slot from collapsing. Thereafter, a pipeline is lowered into the trench such that the pipeline enters the trench at one end of the shield and approaches the bottom of the trench before leaving the shield at the other end. In order to reduce the required shield length, the pipeline is subjected to bending stresses during pipelaying operations, but nevertheless the shield is a long U.i 2 52 2 - 2 work tool, generally more than 30 meters in length. When a shield of such a size is dragged (for example by means of cables), the tensile force required to overcome the ground resistance (friction and cutting head pressure) is generally in the order of 10 N. It is therefore desired to provide means to reduce the high tensile force necessary for propelling the shield.

Het doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen IQ· van een methode en inrichting voor het voortstuwen van een onderwaterpijpsleufschild, welke methode en inrichting de energiebehoefte die normaal voor het voortbewegen van de inrichting noodzakelijk is vermindert en tevens constructietijd bespaart. De onderhavige uitvinding verschaft 15 hiertoe een-methode voor.het voortstuwen van een langwerpig uit segmenten bestaand graafschild in een grondsleuf, waarbij een opeenvolgende voortstuwing van schildsegmenten plaatsvindt door op elk willekeurig moment minder segmenten in voorwaartse richting te verplaatsen dan wat de niet-bewegende segmenten 20 aan grondreactiekracht op de bewegende segmenten kunnen overbrengen.The object of the present invention is to provide a method and device for propelling an underwater pipe trench shield, which method and device reduces the energy requirement normally required to propel the device and also saves construction time. To this end, the present invention provides a method for propelling an elongated segmented digging shield into a ground trench, wherein successive propulsion of shield segments occurs by moving fewer segments in the forward direction than the non-moving segments at any one time 20 can transmit ground reaction force to the moving segments.

De onderhavige uitvinding heeft tevens betrekking op een langwerpig graafschild dat een serie afzonderlijk beweegbare, met elkaar verbonden schildsegmenten omvat, en middelen voor 25 het opeenvolgend voortstüwen van de schildsegmenten in een grondsleuf door op een bepaald moment minder segmenten te verplaatsen dan wat de niet-bewegende segmenten aan grondreactiekracht kunnen overbrengen op de bewegende segmenten. Bij voorkeur wordt op de schildsegmenten een 30 oppervlak aangebracht dat weerstand biedt tegen achterwaartse beweging.The present invention also relates to an elongated digging shield comprising a series of individually movable, interconnected shield segments, and means for sequentially advancing the shield segments into a ground trench by moving fewer segments at a time than what the non-moving segments can transfer ground reaction force to the moving segments. Preferably, a surface is provided on the shield segments which is resistant to backward movement.

%%

Andere doeleinden, verschillen ten opzichte van de bestaande techniek, voordelen en kenmerken van de uitvinding zullen voor deskundigen duidelijk zijn bij beschouwing van het 35 volgende.Other objects, differences from the prior art, advantages and features of the invention will be apparent to those skilled in the art upon consideration of the following.

8502262 - 3 -8502262 - 3 -

Figuur 1 toont een zij-aanzicht en gedeeltelijke doorsnede van een sleufschild en graafelement volgens de uitvinding.Figure 1 shows a side view and partial cross-section of a trench shield and digging element according to the invention.

Figuur 2 en figuur 3 tonen, respectievelijk, een 5 bovenaanzicht en een eindaanzicht van het sleufschild in het graafelement van figuur 1.Figure 2 and Figure 3 show, respectively, a top view and an end view of the trench shield in the digging element of Figure 1.

Figuur 4 toont de stapsgewijze voortstuwing van het sleufschild, waarbij de verschillende stappen van voortstuwing zijn afgebeeld in een vertikale volgorde.Figure 4 shows the stepwise propulsion of the trench shield, with the different propulsion steps depicted in a vertical order.

10 De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting en methode voor het gelijktijdig graven van een sleuf en het leggen van onderwaterpijpleldingen en meer in het bijzonder op een methode voor het voortstuwen van de inrichting. De inrichting omvat, in een enkelvoudige eenheid, 15 een graafdeel, een daaraan bevestigd schild voor het tegenhouden van de sleufzijwand en een pijpleggeleider. Afzonderlijke segmenten die het schild vormen zijn verbonden met bewegingsmiddelen, zoals in het navolgende beschreven, welke middelen voortstuwingskracht aan het schild verlenen. De 20 graafmachine maakt een sleuf met een iets grotere doorsnede dan vereist is, het schild voorkomt dat de sleuf door het bezwijken van de zijwanden weer sluit, en de pijpgeleider zorgt ervoor dat de pijpleiding wordt neergelaten in dat gedeelte van de sleuf dat beschermd wordt door het schild. De 25 pijpleiding wordt, bij voorkeur aan het oppervlak van de zee of op drijvend ijs samengesteld en wordt, indien vereist, met behulp van een pijphelling of ander middel ondersteund en in het voorste deel van het schild geleid. De toegepaste pijpleggeleider en graafmachine kunnen van elk in de techniek 30 bekend geschikt type zijn, en behoeven derhalve geen uitvoerige beschrijving.The present invention relates to a device and method for simultaneously digging a trench and laying underwater pipelaying, and more particularly to a method for propelling the device. The device comprises, in a single unit, a digging member, an attached shield for retaining the trench sidewall and a pipelaying conductor. Individual segments that form the shield are connected to moving means, as described below, which provide propulsion power to the shield. The excavator makes a trench with a slightly larger diameter than required, the shield prevents the trench from closing again due to the collapse of the side walls, and the pipe guide ensures that the pipeline is lowered into that part of the trench protected by the shield. The pipeline is assembled, preferably on the surface of the sea or on floating ice, and if required is supported by a pipe ramp or other means and guided into the forward portion of the shield. The pipelaying conductor and excavator used can be of any suitable type known in the art, and therefore do not need detailed description.

Het graafschild dient tijdens de werkzaamheden gemakkelijk in voorwaartse richting door de grond te kunnen worden bewogen. Voor praktische pijpafmetingen en 35 ingraafdiepten leiden geometrische beperkingen tot een zeer groot uitrustingsstuk, in het algemeen met een lengte van meer 8502232 - 4 - dan 30 meter. Wanneer een dergelijk systeem getrokken wordt, dan is de trekkracht die nodig is voor het overwinnen van de grondweerstand in de orde van 10 N. De hier beschreven voortstuwingsmethode voor het schild zorgt ervoor dat de 5 inrichting niet behoeft te worden getrokken. De methode kan worden omschreven als een "worm"-methode van voortstuwen en kan als volgt worden uitgevoerd, De schildsegmenten worden bij voorkeur opeenvolgend voortgestuwd zoals getoond in de uitvoeringsvorm-van figuur 4. Het schild gaat derhalve vooruit 10 door constant een of meer segmenten in voorwaartse richting te bewegen, terwijl de niet-bewegende segmenten grondreactiekracht overbrengen op de bewegende segmenten. De hier beschreven beweging wordt bij voorkeur bereikt door tussen de segmenten dubbelwerkende hydraulische plunjers. Het 15 is noodzakelijk dat de beschikbare reactiekracht afkomstig van de stationaire segmenten groter is dan de kracht die nodig is voor het voortstuwen van de snijkop of het overwinnen van de statische of dynamische grondfrictie welke ondervonden wordt door de bewegende segmenten. Dit wordt bewerkstelligd door het 20 verschaffen van een groot aantal segmenten.The digging shield should be able to move easily in the forward direction during work. For practical pipe sizes and 35 burial depths, geometric constraints lead to a very large work tool, generally with a length of more than 8502232 - 4 - than 30 meters. When such a system is drawn, the tensile force required to overcome the ground resistance is of the order of 10 N. The shield propulsion method described herein eliminates the need to pull the device. The method can be described as a "worm" method of propulsion and can be performed as follows. The shield segments are preferably propelled sequentially as shown in the embodiment of Figure 4. Thus, the shield advances through one or more segments constantly move in the forward direction, while the non-moving segments transmit ground reaction force to the moving segments. The movement described here is preferably achieved by double-acting hydraulic plungers between the segments. It is imperative that the available reaction force from the stationary segments be greater than the force required to propel the cutting head or overcome the static or dynamic ground friction experienced by the moving segments. This is accomplished by providing a large number of segments.

Voordelen van de worm-methode zijn, 1) er zijn geen beperkingen in grootte; de inrichting kan desgewenst worden aangepast aan de gewenste pijp- en sleufgeometrie; 2) er is een minimum aantal bewegende delen; en 3) een omgekeerde 25 bedieningsvolgorde maakt het mogelijk dat de eenheid zich in achterwaartse richting beweegt. Andere verbeteringen die bijdragen tot het nuttig gebruik van de inrichting zijn: 1) het aanbrengen van een speciaal oppervlak (bijvoorbeeld een "visschub"-oppervlak) op de segmenten ter verbetering van de 30 wrijvingsverhouding tussen voortstuwing en aanhechting, zodat op een gegeven moment grotere aantallen segmenten zich gelijktijdig kunnen voortbewegen, en 2) plaatsing van een segment met een variabele lengte achter het snijmechanisme, dat zodanig wordt bediend dat de snijkop zich met een 35 constante snelheid in voorwaartse richting beweegt, terwijl de achterste segmenten zich op cyclische wijze voortbewegen.Advantages of the worm method are, 1) there are no size limitations; the device can be adapted to the desired pipe and trench geometry if desired; 2) there is a minimum number of moving parts; and 3) a reverse operating sequence allows the unit to move backward. Other improvements that contribute to the useful use of the device are: 1) applying a special surface (for example, a "fish scale" surface) to the segments to improve the friction ratio between propulsion and adhesion, so that at some point greater numbers of segments can move simultaneously, and 2) placing a variable length segment behind the cutting mechanism, which is operated such that the cutting head moves forward at a constant speed, while the rear segments move in a cyclic manner.

8502 2 62 ^ .......... .V « - 5 -8502 2 62 ^ ........... V «- 5 -

Na deze algemene beschrijving van de inrichting en methode volgens de uitvinding, alsmede de voordelen daarvan ten opzichte van de bestaande techniek, volgt thans een gedetailleerde beschrijving aan de hand van de bijbehorende 5 tekeningen.After this general description of the device and method according to the invention, as well as the advantages thereof over the existing technique, now follows a detailed description with reference to the accompanying drawings.

De figuren 1, 2 en 3 tonen, respectievelijk, het zij-, het boven- en het vooraanzicht van de inrichting volgens de uitvinding. Een sleufschild 1 met pijpgeleidingsrollen 2 en 3 is aan de voorzijde ervan voorzien van graafelement 4. Het IQ graafelement 4 is voorzien van snijelementen 5 welke desgewenst kunnen worden verlengd.Figures 1, 2 and 3 show, respectively, the side, top and front view of the device according to the invention. A trench shield 1 with pipe guide rollers 2 and 3 is provided with digging element 4 at the front thereof. The IQ digging element 4 is provided with cutting elements 5 which can be extended if desired.

De snijelementen 5 kunnen worden gekanteld of vooruitbewogen of in de werkruimte worden teruggetrokken door middel van in de eenheid aanwezige hydraulische plunjers (niet 15 getoond). De snijelëmenten 5 kunnen ook ten opzichte van het element 4 worden opgehesen of neergelaten, waardoor de hoogte van de sleufbodem kan worden geregeld. Strijkborden 6 en 7 aan weerszijden van het graafelement 4 dienen voor het wegvoeren van losgemaakte grond aan de bovenzijde van het sleufschild 1.The cutting elements 5 can be tilted or advanced or retracted into the working space by means of hydraulic plungers present in the unit (not shown 15). The cutting elements 5 can also be lifted or lowered relative to the element 4, whereby the height of the slot bottom can be controlled. Ironing boards 6 and 7 on either side of the digging element 4 serve to carry away loosened soil at the top of the trench shield 1.

20 Slede 8 houdt het sleufschild op het juiste niveau in de grond. De pijpleiding 9 wordt achtereenvolgens geleid via de geleidingseenheid 4, en de geleidingsroliën 2 en 3 naar de bodem van de sleuf nabij het achtereind van schild 1.20 Carriage 8 keeps the trench shield in the ground at the correct level. The pipeline 9 is successively guided through the guide unit 4, and the guide rolls 2 and 3 to the bottom of the trench near the rear end of shield 1.

Figuur 3 is een vooraanzicht van het graafelement 4 en 25 toont motoren 10 en 11 welke hydraulisch of elektrisch kunnen zijn bekrachtigd, en die de snijelementen 5 en 12 (bijvoorbeeld schroefboren) bekrachtigt, welke zodanig kunnen worden gekanteld dat zij een V-vormige sleuf graven, bijvoorbeeld een sleuf met een tophoek van 16 graden ten einde 30 de opgehangen pijpleiding 9 vrij te houden in het geval de snijelementen 5 en 12 dienen te worden vervangen terwijl het element in de sleuf blijft.Figure 3 is a front view of the digging elements 4 and 25 showing motors 10 and 11 which can be hydraulically or electrically actuated and which energize the cutting elements 5 and 12 (e.g. screw drills) which can be tilted to dig a V-shaped slot , for example, a slot with an apex angle of 16 degrees in order to keep the suspended pipeline 9 free in case the cutting elements 5 and 12 have to be replaced while the element remains in the slot.

Zoals in de figuren 1 en 2 is getoond, wordt de inrichting aangedreven en voortgestuwd door middel van 35 hydraulische plunjers 13, 14 en 15, of een ander aandrijfwerktuig zoals een symmetrisch van schroefdraad 8502 £ h - 6 - s> 4 voorziene drijfas. Deze plunjers kunnen in beweging worden gebracht door hydraulische vloeistof (niet getoond) of door middel van elektrische voorzieningen, bijvoorbeeld een motor (niet getoond). In beide gevallen werken de plunjers zodanig 5 dat zij afwisselend of opeenvolgend de schildsegmenten van elkaar afduwen en daarna naar elkaar terugtrekken. Zo heeft, in de in figuren 1 en 2 getoonde situatie, plunjer 13 de segmenten 16 en 17 van elkaar afgeduwd, terwijl plunjers 14 en 15 de segmenten 17 en 18 respectievelijk 18 en 19 naar elkaar 1(J toe hebben getrokken. Deze handeling kan in.een reeks worden uitgevoerd zoals getoond in figuur 4, waarbij de derde lijn III met de segmenten 20 toont dat het eerste segment 23 is voortgestuwd, en daarna toont elke. volgende lijn met segmenten de voortstuwing van nog een segment totdat de reeks lijn VIII 15 bereikt waarna een nieuwe voortbewegingscyclus begint. Lijn IX is derhalve gelijk aan lijn III en geeft de eerste stap van de volgende cyclus weer. Ofschoon de getoonde volgorde de ‘voorkeur geniet, kan de werkwijze ook worden uitgevoerd door verschillende combinaties van segmenten te zamen voort te 20 stuwen.As shown in Figures 1 and 2, the device is driven and propelled by hydraulic plungers 13, 14 and 15, or some other driving tool such as a symmetrically threaded drive shaft 8502 - h - 6 - s> 4. These plungers can be moved by hydraulic fluid (not shown) or by electrical means, for example a motor (not shown). In both cases, the plungers operate such that they alternately or sequentially push the shield segments apart and then retract. For example, in the situation shown in Figures 1 and 2, plunger 13 has pushed segments 16 and 17 apart, while plungers 14 and 15 have pulled segments 17 and 18 towards each other 1 (J). This operation can in a series are performed as shown in Figure 4, wherein the third line III with the segments 20 shows that the first segment 23 has been propelled, and then each subsequent line with segments shows the propulsion of another segment until the series line VIII 15, after which a new propellant cycle begins, therefore line IX is equal to line III and represents the first step of the next cycle Although the sequence shown is preferred, the method can also be carried out by proceeding different combinations of segments together to stow 20.

In een aantrekkelijke uitvoeringsvorm die niet getoond is in figuur 4, wordt het voorste segment 23 (of snijsectie, zoals getoond in figuur 1) met continu variable tussenruimte voor de achtergelegen secties geplaatst, zodat het voorste 25 segment (of snijsectie) met een constante snelheid in voorwaartse richting door de bodem kan worden voortgestuwd in plaats van op cyclische wijze.In an attractive embodiment not shown in Figure 4, the front segment 23 (or cutting section, as shown in Figure 1) is placed with continuously variable spacing for the rear sections, so that the front segment (or cutting section) is at a constant speed can be propelled forward through the bottom rather than cyclically.

850 2 2 82850 2 2 82

Claims

Method for propelling an elongated, segmental digging shield into a ground trench, characterized in that the method comprises: sequentially advancing shield segments by moving fewer segments in the forward direction than the non-moving at any one time segments can transmit ground reaction force to the moving segments.

2. Method according to claim 1, characterized in that the forward shield segment is propelled at a constant speed while the posterior segments are cyclically advanced.

3. Elongated digging shield comprising: a series of individually movable, interconnected shield segments; and means for sequentially propelling the shield segments into a ground trench by moving fewer segments at any one time than what the non-moving segments can transmit ground reaction force to the moving segments.

Digging shield according to claim 3, comprising a surface applied to the shield segments which is resistant to backward movement. 8502 2 3 ^