专利名称：一种人工岛抗冰新型异性护面块体—伞型体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于浅海采油的人工岛抗冰新型异性护面块体-伞形体，主要是抵抗温度很低情况下的大型平整冰。
背景技术：
目前，在浅海中，国内进行海底采油时一部分通过采用人工岛进行。砂石人工岛则是人工岛系列中最简易、最常用的结构形式。公知的砂石人工岛主要由护面、岛面、护底、棱体、垫层以及防浪胸墙组成。一般情况下，其主要受到的冲击来自波浪、海流、自身的载荷以及运行载荷，海冰的冲击不是主要冲击力。但在北方冬季，浅海由于温度下降结冰形成大范围的海冰冰块，冰块在风和波浪的作用下会产生移动冲击人工岛护面并在护面上产生上爬，严重的情况下，冰块上爬到岛面冲击和破坏岛面上的工作和生活区域。此时，海冰的冲击力是主要冲击力，其破坏远远大于波浪和海流等海况引起的破坏，但现有的国内砂石人工岛护面中，其抗冰异性块体结构形式设计主要是考虑波浪为控制载荷来设计，再根据设计人员的经验进行改进，这种设计对严寒地区不能满足环境要求，且设计不够合理，护面经常会出现大大小小范围崩堤的情况，严重危及了岛面上工作人员作业的安全环境。为了解决这个问题，国内通用的方法是采用比设计更大的异性块体，使得冰块在上爬过程中产生破坏，这种设计成本高，异性块体体积和重量大，且施工难度大。
发明内容
本发明的目的是为了有效减弱冰块对护面和岛面的冲击，使得冰块不能上爬到岛面，保护工作人员的安全，且大面积的冰块在上爬过程中自动断裂并坠入海底，达到保护人工岛安全，特提出一种人工岛抗冰新型异性护面块体-伞型体。
为了达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种人工岛抗冰新型异性护面块体-伞型体，其结构特征是，块体由混凝土铸成，整个砂石人工岛的护面由n块这种异性块体相连，如图1所示；单块是一种新型的异性块体-伞型体，每个异性块体有两个接触冰板的工作面，两工作面的边不在同一水平面上，两边之间的角度差为倾角b，b最大不超过10°；块体中间有一通孔，块体中H为工作面上的宽边，R为工作面的长边，V为块体相互连接的边，尺寸H和V之间的关系为V＝2/5H，尺寸R和H的关系为R＝1.5H；当两个异性块体互相嵌固相连时，则护面上部的顶边4和下部的底边5之间角度则相差2b，如果有n个异性块体相连，则有护面最下部块体的底边和最上部块体的顶边相差角度为nb，nb小于或等于90°，最大不大于95°，最小不小于80°。当大范围的冰块先接触护面最底部块体的底边时，由于坡角和环境驱动力的作用，冰板产生上爬，当上爬到最底部的顶边时，由于两边有一定角度差，冰板不能直线上爬，并且冰面不能全部接触到异性块体的表面，随着接触块体的增加，冰板与护面的角度也随之加大，最终冰块先后在护面上发生并完成断裂和倾覆两个过程，从而达到保护护面和岛面的目的。
本发明的有益效果是本异性块体组成的人工岛护面可以防止大型固定平整冰块直接冲击和破坏人工岛岛面上的工作和生活区域，同时能有效的断冰和覆冰；而且结构设计方便、简单、效果好、价格不高，能广泛用于浅海钻井、采油的人工岛抗冰护面，也可用于其它岛屿、海岸工程的抗冰护面。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为由异性块体组成的人工岛抗冰护面结构，块体之间的连接方式为互相嵌固。图中2为异性块体；3为冰板。每个块体之间的角度差为b。
图2、图3为异性块体的特征尺度图。图中1为通孔，H为块体的抗冰的工作面，其中边4为工作面上的顶边，边5为工作面上的底边；a为坡角；b为倾角，即边5与边4之间的角度差；V为异性块体互相连接的边；R为异性块体的工作面上的长边。
图4、图5、图6为异性块体组成的护面结构抗冰爬坡接触和冰块断裂过程示意图。
图7、图8为异性块体的三维效果图
具体实施例方式
按照图1所示，将n块异性块体按人工岛抗冰护面结构形式从底向上逐步互相嵌固连接组装而成，块体与块体应连接紧密，最大间隙不超过2cm。由于一个异性块体上下两边有b的角度差，b＜10°，当n个异性块体相连接时，则这个结构的最底部和最顶部有nb之间的角度差，一般情况下nb最大90°，根据设计需要看放大5°，最小不小于80°。
在图2、图3中，异性块体主要的工作面为上边4和下边5，边4和边5之间有一角度差为b，最大不超过10°。在块体中间有一直通孔1，R为异性块体的工作面上的长边，此边一般情况下取值为1.5H；H为异性块体的工作面上的宽边，对于15-20米水深，其值在1.8-2.2米；水深为10-15米，其值在1.5-2米；水深为5-10米，其值在1-1.5米。V是异性块体互相连接的边，此边为护面设计厚度的一半，根据计算和经验得出此边长为2/5H。α坡角，根据<滩海斜坡式砂石人工岛结构设计与施工技术规范>进行选取；b倾角，根据水位深度的不同来选择，水深在15-20米，取值为2-4°；对于15-10米，取值为4-7°；对于10-5米，取值为7-10°；对于5米以下，一般情况取10-11°，最大不超过12°，以上取值仅为参考值，其值需要根据异性块体具体的长宽不同而变化。
从图4、图5、图6中可看出，护面有坡角a和倾角b两个参数，其中坡角a根据<滩海斜坡式砂石人工岛结构设计与施工技术规范>进行选择，一般情况下小于45度。倾角b为块体自有的角度，应小于10°，其值根据水深和块体工作面上的边H的不同而不同.由于每块块体之间有一倾角b，如果有n块异性块体互相这样连接，则最底部的块体的边与最顶部上面的块体的两边的倾角为nb，nb大于或者等于90°，但不大于95°。由于异性块体上下边之间有角度差和坡角的关系，冰块上爬到一定程度时发生断裂，在后继冰的推动下，断裂后的冰块继续上爬，当爬到一定程度时，作用于断裂冰块上的力有其自身的重力、接触结构的摩擦力以及后继冰的驱动力，如果坡角以及倾角的设计合理，当上爬到一定高度的时，断裂冰块自身的重量和摩擦力的合力大于后继冰的驱动力，大的冰块发生倾覆坠入海底。
权利要求
1.一种人工岛抗冰新型异性护面块体-伞型体，其特征在于块体由混凝土铸成，整个砂石人工岛的护面由n块异性块体互相嵌固连接而成；单块是一种新型的异性块体-伞型体，每个异性块体有两个接触冰块的工作面，两工作面的边不在同一水平面上，两边之间的角度差为倾角b，b最大不超过10°；块体中间有一通孔，异性块体中H为工作面上的宽边，直接与冰块接触，R为工作面的长边，V为块体相互连接的边，尺寸H与V之间的关系为V＝2/5H，尺寸R与H的关系为R＝1.5H；当两个异性块体互相嵌固连接时，则护面上部的顶边4和下部的底边5之间角度则相差2b，如果有n个异性块体相连接，则护面最下部的块体底边和最上部的块体的顶边相差角度为nb，nb小于或等于90°，最大不大于95°，最小不小于80°。
2.根据权利要求1所述的人工岛抗冰新型异性护面块体-伞型体，其特征是异性块体的工作面上的宽边H，对于15-20米水深，其值为1.8-2.2；水深为10-15米，其值为1.5-2米；水深为5-10米，其值为1-1.5米。
3.根据权利要求1所述的人工岛抗冰新型异性护面块体-伞型体，其特征是两边之间的夹角为倾角b，根据水位深度的不同来选择，水深在15-20米，取值为2-4°；对于15-10米，取值为4-7°；对于10-5米，取值为7-10°；对于5米以下，一般情况下取值为10-11°，最大不超过12°。
全文摘要
本发明涉及一种用于浅海采油的人工岛抗冰新型异性护面块体—伞型体。它可以组合成一种简易的断冰、覆冰的特殊的人工岛护坡抗冰护面，特别适用于抵抗极端冰况下的大型平整冰块。人工岛的整体结构形式由n块异性块体相互嵌固连接组成，单个块体是一种异性块体—伞型体；每个异性块体有两个接触冰板的工作面，两边之间有不超过10°的夹角；当n个异性块体相连接时，则护面块体中的最下部的底边与最上部的顶边相差角度最大不大于90°，最小不小于80°。当冰块接触护坡上的块体的工作边时，随着角度加大，冰块在护面上会发生断裂和倾覆，达到保护护面和岛面。本发明结构设计方便、简单、效果好，能广泛用于浅海钻井、采油的人工岛抗冰护面。
文档编号E02B3/14GK101067298SQ20071004923
公开日2007年11月7日 申请日期2007年6月1日 优先权日2007年6月1日
发明者艾志久, 舒仕勇 申请人:西南石油大学