[发明专利]用于衰减压力脉冲的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于衰减当使用冲击机构在海上打桩期间生成的水压力脉冲的方法，该海上打桩包括用于驱使至少一个桩子进入海洋或湖泊的底部处的地层的阶段，该桩子借助该冲击机构限定纵轴并且具有外周，同时沿该桩子的轴向延伸的至少一部分，该桩子被海水或湖水环绕。本发明还涉及一种用于衰减当使用冲击机构驱动至少一个桩进入海或湖的底部的地层的海上打桩期间生成的水压力脉冲的设备，该桩子限定纵轴并且具有外周，同时沿该桩子的轴向延伸的至少一部分，该桩子被海水或湖水环绕。本发明还涉及一种包括上述设备的海上打桩系统。

背景技术

当在海上或湖中安装将要在海洋或湖泊的底部处由地层支撑的各种结构或构造例如桥梁、石油平台或风车地点时，可能使用海上打桩过程。海上打桩涉及驱使例如由钢制造的一个或多个桩子（柱状物）进入海洋的底部处的地层。桩子通常具有大型中空管道的形式，优选地具有圆形横截面，具有大约1-3米的外直径。在海上打桩期间通常使用具有纵向延伸的桩子，该纵向延伸超过了海洋的深度。可以借助可以用各种方式设计的撞击或冲击机构驱使桩子进入地层中。冲击机构可以包括连接在桩子的顶端处的锤砧，以及被配置为击打锤砧并且因此驱使桩子的底端进入海洋的底部处的地层的撞击或打桩锤。可以液压地或气动地驱动或者例如由其他手段驱动打桩锤。

大型打桩锤可能具有不到200吨的重量。当桩子基本上垂直地定位于水中并且打桩锤击打桩子的顶部以驱使桩子进入海洋的底部时，创建了压力脉冲，压力脉冲经过桩子传播并且将声压或水压辐射到水中。生成的水压脉冲经过水以远离桩子的径向方向传播。击打桩子的大型打桩锤可能在水中在距离桩子750米的径向距离处造成180-210dB范围内的峰值压力等级以及150-180dB范围内的暴露声级SEL。SEL的定义为在一秒钟上积分的单脉冲能量等级。近些年来，在750米的径向距离处测量的SEL已经成为了用于定义水中的最高可接受声音等级的最常用值。人们相信在例如海上打桩期间生成的高等级的声音或水压脉冲可能对于海洋生命/生物具有不利的影响。因而，存在使水声或噪声等级保持处于可接受等级的动机，并且当局已经开始设置在海上打桩期间不能超过的水声限制。根据海上打桩事件的750米处的160dB是在海上打桩期间不能超过的要求等级的一个示例。

可以利用在750米半径处低于160dB的SEL来打桩具有相对小（即小于1米）的外直径的小型桩子，而无需任何附加的或辅助的声音抑制措施。通常，用于风车和工业海上平台的具有大于1米的外直径的大型桩子需要更大的打桩锤输入能量并且在没有任何附加的或辅助的声音抑制措施的前提下不能利用在750米半径处低于160dB的SEL来打桩。

目前，存在多种已知的抑制方法或技术以用于衰减在海上打桩期间生成的水压脉冲来降低SEL。在低衰减区域（即低于4dB），打桩锤输入能量对土壤阻力的准确的打桩管理和结构桩子阻尼在大多数情况都是足够的。

通常通过自由地移动并且作为桩子周围的空气幕而应用的多个自由气泡来获得更大的衰减，即4-8dB。

对于还要更大的衰减，即8-12dB，建议了使用气泡的更成熟的技术，其使用具有特定直径并且被围绕在薄塑料壳体中的多个气泡，该薄塑料壳体被安装在大型网的特定位置处。建议在桩子周围应用该网并且该网围绕该桩子。

现有技术的抑制方法或技术具有的限制是其仅允许12-15dB的最大衰减，但是现有技术的该最大衰减需要准确的或最佳的打桩过程控制以及使用已知最复杂的技术。如果需要更大的衰减，则并没有安全和鲁棒的现有技术。

发明目的

本发明的发明人已发现使用自由气泡的技术遭受低衰减可靠性，因为气泡大小和气泡位置沿桩子的纵向延伸是不受控制的。此外，使用自由气泡的技术具有与海水环境有关的限制并且受到海水的横向移动的损害。此外，本发明的发明人已认识到与使用围绕在薄塑料壳体中的气泡和网相关的缺点。网可能是大体积的并且海上打桩现场的环境可能妨碍网完全地围绕桩子。当安装和去除网时利用被空气填充的壳体管理大型网也是复杂的，因为该壳体可能对于机械应力敏感。因而，在海上打桩期间需要水压脉冲的可靠的和有效的衰减。

本发明的目的因而在于改进海上打桩过程以及降低海上打桩对于周围海洋环境的影响。

另一个目标在于当使用冲击机构时改进在海上打桩期间生成的水压力脉冲的衰减。

发明内容