[发明专利]用于水下打桩的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及打桩器，尤其涉及打夯设备、包含该打夯设备的系统以及用于将物体打到深水下土壤中的方法和应用。

背景技术

为了将桩、引井器、土壤取样装置以及其它物体垂直打压到海底土壤中，存在大且重的表面加力捶打装置。现存的捶打装置极其大且极其昂贵来进行部署，且由于它们的尺寸和复杂度，现存的捶打装置趋于限制于相对较浅的海水深度，并限制于驱打相对较大的物体。现有技术还包括在海底中钻孔和/或喷射孔，然后将物体插到该孔中，但这些技术需要极大且昂贵的船或平台，并且为了安装物体需要相当多的时间。此外，在桩、引井器和其它物体须保持在土壤中的情形中，这些物体需要比如果将物体打到海底土壤中所必须的长度更长。这是由于放置在钻孔或喷射孔中的物体的保持能力或强度降低所引起的，而保持能力或强度降低由于孔壁处的土壤干扰和孔相对于物体尺寸扩大而引起。

授予Warrington等人的美国专利5662175描述可用在水下的桩锤，该桩锤将水用作液压流体，以参见的方式引入该专利。液压动力装置位于水面，并通过管连接于液压操作夯。由于通过管将水泵送至较大深度是不切实际的，因而对于桩锤可使用的深度具有实际限制。

授予Kuehn的美国专利4872514；5667341；5788418以及5915883大体描述可用在相对深的水中的打桩器，以参见的方式引入这些专利。Kuehn的′883专利描述可潜水液压驱打单元，该可潜水液压驱打单元能连接于水下打夯设备或切除工具的驱打机构。驱打单元具有由电动机供电的液压泵，该液压泵通过脐带缆线从水面接收电。驱打单元具有另一根脐带缆线，该脐带缆线插到打夯设备或切除工具中，而远程操作潜水器(ROV)用于观察并制造该连接。在下降由脐带缆线所支承设备的过程中，脐带缆线易于受损，且Kuehn的′341专利描述使用ROV的脐带缆线，以与驱打单元进行信号和数据传输。

由Clive Jones所发明的国际专利申请号PCT/GB2006/001239即国际公开号WO2006109018描述一种用于将桩打到水下海床中的设备，该设备包括桩导向件、导向部件、打桩装置以及动力源，桩导向件包括基部框架，导向部件安装在基部框架上并构造成对桩进行导向，打桩装置用于将桩打到海床中，而动力源用于供给动力以驱动打桩装置。Jones的申请描述作为远程操作潜水器(ROV)一部分的动力源。Jones披露诸如由荷兰IHC公司的液压打桩锤(Dutch Company IHC Hydrohammer BV)供应的IHC液压打桩锤之类可作为打桩装置的液压锤。根据IHC说明册，IHC液压打桩锤包括构造成单件的锤和活塞杆以及用于锤的外壳，这表示该组件设计成：锤在基本干净、干燥的气态环境中往复运动，在由极其深的水所施加的压力下难于保持该环境。

发明内容

在一实施例中，本发明提供打夯设备，该打夯设备包括：锤框架，该锤框架具有上端和下端以及在上端和下端之间延伸的侧壁，该侧壁具有适合于使水通过侧壁的水开口；锤，该锤接纳在锤框架中，且锤框架和锤适合于使该锤在锤框架内部往复运动，而夯适合于在接触水的同时进行操作。该锤包括重本体、上部锤导向件以及下部锤导向件，重本体具有上表面和下表面，上部锤导向件从重本体的上表面向上延伸，而下部锤导向件从重本体的下表面向下延伸。上部锤导向件、重本体以及下部锤导向件具有共轴孔，且该框架具有用于接纳上部锤导向件的上部导向开口和用于接纳下部锤导向件的下部导向开口。打夯设备具有砧座，该砧座位于锤框架的下端中，且砧座适合于接收并传递来自锤的冲击力。液压框架联接于锤框架的上端；液压缸接纳在液压框架中；活塞接纳在液压缸中；以及活塞杆附连于该活塞。联接机构适合于将活塞杆的另一端联接于锤，且在锤被提升时，联接机构在活塞杆和锤之间提供基本刚性连接，而在锤冲撞所述砧座时，联接机构在活塞杆和锤之间提供基本非刚性连接。液压流体回路适合于为提升锤提供提升力，并适合于释放锤。较佳的是，裙部从锤框架的下端伸出，且该裙部适合于与所要打到土壤中的物体接触，并适合于接收来自锤的冲撞力和将该冲撞力传递至所要打到土壤中的物体。在一实施例中，联接机构提供在活塞杆和锤之间的连接，该连接可在基本刚性提升连接、基本刚性下推连接以及基本非刚性冲撞连接之间运动，以防止活塞杆弯折。