专利名称：水下打桩导向架的制作方法
技术领域：
本发明涉及海洋工程安装设备，尤其涉及一种用于海洋石油开采工程中 水下打桩作业时，对桩进行导向及扶正的水下打桩导向架。
背景技术：
插入海底的独立钢桩用于将锚泊系统中的系泊腿固定于海底。在海上进 行插桩作业时，不仅要求对钢桩进行垂直方向的导向定位，还要求限制桩在 水平面内的方位角，因为钢桩上系有锚链，锚链方向有--定要求。因此插桩 及打桩作业需要利用水下打桩导向架，以保证钢桩在海底的安装精度要求。
在施工中可以借助钢桩的翼板作为导向，但是，不同地层钢桩翼板尺寸 差别较大，这样一种导向架就不能同时对不同翼板的钢桩进行导向。在现有 技术中，国外有带控制系统的开合式打桩导向架，且只能适用于一种钢桩型 式，另外，对于水下作业设备，设置有控制系统、液压系统或者机械传动机 构，肯定会增大施工作业的不可靠性。目前尚缺乏适用于不同钢桩型式、不 带任何控制系统、无机械转动机构的可靠性更高的导向架。
有鉴于此，设计一种不带任何控制系统、无机械转动且可适用于不同钢 桩翼板型式的导向架是本技术领域迫切需要解决的问题之一。 发明内容.
本发明的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种水下 打桩导向架，其包括由底座、导向立柱和支撑构成的导向架主体以及设置在
导向架主体上的固定导向块、移动导向块、配重块及钢丝绳滑道组件；该导
向架可用于具有宽翼板的钢桩(用于软地层)的打桩作业，其通过固定导向
块、移动导向块、配重及钢丝绳滑道组件的作用，也可适用于窄翼板钢桩的
打桩作业；该导向架无任何控制系统、无机械转动机构，能够同时适用于钢
桩翼板尺寸差别较大的多种钢桩，操作简便、安全可靠，有效提高施工作业 效率和质量。
本发明的目的是由以下技术方案实现的。
本发明水下打桩导向架，其特征在于，包括 一导向架主体，其包括底 座、两个导向立柱、数个支撑体及数个吊耳，两个导向立柱对应设置在底座 上，且两对应内侧设有导向槽；数个支撑体分布在底座左右侧及前后侧，支 撑体一端固定在底座上，而另一端与导向立柱上端固定；数个起吊用吊耳为 左右对称布设在底座上； 一固定导向块，其位于两个导向立柱的内侧而固定 于底座上； 一移动导向块，其活动式设置在两个导向立柱相对应内侧的导向 槽内，其两侧分别与钢丝绳一端连接；两个钢丝绳滑道组件，分别固联于两
个导向立柱顶部，其包括滑槽、钢丝绳和支撑板，滑槽通过支撑板而固定在 立柱顶部，滑槽内设有摩擦衬板，钢丝绳位于滑槽内摩擦衬板上，其一端连 接配重，另端与移动导向块连接，配重块与移动导向块分置于导向立柱两侧。
前述的水下打桩导向架，其特征在于所述底座为一侧具有开口的板体， 该板体上面设有数个加强梁和出水孔，板体上面远离开口位置处设有一圈防 折弯梁，且板体上设有8个起吊用吊耳，平均分布在板体的前后左右相应梁 上； 一方面使导向架在起吊时底座受力相对均匀，另一方面保证起吊绳索在 松扣后能顺利落在底座非开口一侧，从而保证锚链能顺利入泥，板体底面设 有数块防止滑移的入泥板。
前述的水下打桩导向架，其特征在于所述两个导向立柱顶部分别设有 喇叭开口，且两个导向立柱对应内侧设置的导向槽是自喇叭开口处开始向下 整个贯通，底座上对应处也设置有开口槽，该开口槽与立柱上的导向槽贯通 一体，供桩上的导向翼板穿过底座而进入地下。
前述的水下打桩导向架，其特征在于所述移动导向块由中空的锥形体 与柱形体固定连接一体构成，且锥形体位于柱形体上方，该锥形体的设计是 为了便于桩前端的导入；移动导向块外侧对应设有两个导向翼板，该导向翼 板分别活动式插设在两个导向立柱相对应内侧的导向槽内，且导向翼板顶端 设有供钢丝绳连接的吊耳；该移动导向块设有供锚链通过的开口及加强筋。
前述的水下打桩导向架，其特征在于所述移动导向块的锥形体部设有 扇形滑槽，该扇形滑槽的设置是为了便于桩前端导入后桩上的导向翼板能沿 该扇形滑槽滑入柱部的矩形导向槽内，以实现对桩的水平方位的导向，滑槽 的宽度大于吊装旋转作业精度范围；所述移动导向块的柱形体部设有矩形导 向槽，该导向槽的宽度略大于桩上翼板厚度；所述扇形滑槽与矩形导向槽相 互贯通。
前述的水下打桩导向架，其特征在于所述固定导向块由中空的锥形体 与柱形体固定连接一体构成，且锥形体位于柱形体上方，其外侧对应设有两
个插接部，该插接部分别插设在两个导向立柱相对应内侧的导向槽内；该画 定导向块设有供锚链通过的开口及加强筋。
前述的水下打桩导向架，其特征在于所述固定导向块的锥形体部设有 扇形滑槽，该扇形滑槽的宽度稍大于矩形导向槽的宽度；所述移动导向块的 柱形体部设有矩形导向槽，该导向槽的开口宽度略大于桩上翼板厚度；所述 扇形滑槽与矩形导向槽相互贯通。
前述水下打桩导向架，其特征在于所述钢丝绳滑道组件的滑槽借助支 撑板而固定在导向立柱顶部喇叭开口处；所述配重为框体内设置金属块构成; 所述钢丝绳一端连接在配重块的框体上，另一端与移动导向块的吊耳连接。
前述水下打桩导向架，其特征在于所述支撑体为8个，分布在底座前 后左右侧各2个，支撑体一端固定在底座上，而另一端与导向立柱上端固定。
本发明水下打桩导向架的有益效果，其适用于水下打桩时的扶正，也适 用于对桩在水平方位的导向，结构简单易造，制造成本低；该水下打桩导向 架实现了一架多用的功效，即可对不同翼板尺寸的钢桩进行扶正和水平方位 的导向；该水下打桩导向架无任何控制系统和机械转动机构，提高了水下作 业的可靠性、工作效率和施工质量。
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图1A为本发明水下打桩导向架立体结构示意图。
图1B为本发明水下打桩导向架结构俯视示意图。
图1C为本发明水下打桩导向架结构左视示意图。
图2A为本发明水下打桩导向架底座结构俯视示意图。
图2B为本发明水下打桩导向架底座结构仰视示意图。
图3为本发明水下打桩导向架导向立柱结构示意图。
图4为本发明水下打桩导向架移动导向块结构示意图。
图5A为本发明水下打桩导向架钢丝绳滑道组件结构示意图。
图5B为图5A所示滑道结构断面示意图。
图6为本发明水下打桩导向架的起吊状态示意图。
图中主要标号说明l导向架主体、ll底座、111出水孔、112防折弯梁、 113入泥板、114加强梁、12支撑体、13导向立柱、131导向喇叭口、 132导 向槽、14起吊用吊耳、2固定导向块、3配重、4移动导向块、41锥形体、42
吊耳、43导向翼板、44加强筋、45柱形体、46矩形导向槽、47扇形滑槽、 48锚链通il用开口、 5钢丝绳滑道组件、51滑槽、511摩擦衬板、52支撑板、 53钢丝绳、6起吊绳索、7起吊横梁。
具体实施例方式
参阅图1A、图1B、图1C所示，本发明水下打桩导向架包括一导向架主 体l，其包括底座ll、两个导向立柱13、数个支撑体12及数个起吊用的吊耳 14，两个导向立柱13对应设置在底座11上，且两对应内侧设有导向槽132 (图3所示)；数个支撑体12分布在底座11左右侧及前后侧，支撑体12 — 端固定在底座ll上，而另一端与导向立柱13上端固定；数个起吊用吊耳14 为左右对称布设在底座ll上； 一固定导向块2，其位于两个导向立柱13的内 侧而固定于底座11上； 一移动导向块4，其活动式设置在两个导向立柱13相 对应内侧fe导向槽132内，其两侧分别与钢丝绳53—端连接，以与导向立柱 13另一侧的配重3相联而沿导向立柱13上的导向槽132滑动；两个钢丝绳滑 道组件5，分别固联于两个导向立柱13顶部，其包括滑槽51、钢丝绳53和 支撑板52 (图5A所示)，滑槽51通过支撑板52而固定在导向立柱13顶部， 滑槽51内设有摩擦衬板511，钢丝绳53位于滑槽51内摩擦衬板511上(图 5B所示)，其一端连接配重3，另一端与移动导向块4连接，配重3与移动导 向块4分置于导向立柱13两侧，借助配重3的重量保证移动导向块4不能自 行下滑。
参阅图2A、 2B所示，底座11为具有U字形开口的板体，开口的目的是 便于桩上锚链通过，该板体上面设有数个加强梁114和出水孔111，板体上面 远离开口位置处设有一圈防折弯梁112，以防止起吊时底座11折弯；板体上 设有8个起吊用吊耳14 (图1A、 1B所示)，平均分布在板体的前后左右侧， 这样一方面可使导向架在起吊时底座11受力相对均匀，另一方面保证起吊绳 索在松扣后能顺利落在非开口一侧；板体底面设有数块防止滑移的入泥板 113，可以防止在送桩过程中由于桩的碰撞或在打桩过程中桩的倾斜而导致导 向架l的滑移。
参阅图3所示，导向立柱13的顶部设有导向喇叭口 131,其作用是便于 具有宽翼板的钢桩的对桩作业，从而减小对桩难度，提高工效；且两个导向 立柱13对应内侧设置的导向槽132是自喇叭开口 131处开始向下整个贯通， 底座ll上对应处也设置有开口槽，该开口槽与导向槽132贯通一体，供桩上
的导向翼板穿过底座11而进入地下，从而对桩进行垂直和水平方向的导向。
两个导向块(即固定导向块2和移动导向块4)用于窄翼板钢桩的导向。 工作时，桩上翼板在两个导向块上的矩形导向槽46内滑动，移动导向块4通 过其上的导向翼板43在导向立柱13上的导向槽132内滑动。如图4所示， 移动导向±# 4是由中空的锥形体41与柱形体45固定连接一体构成，且锥形 体41位于柱形体45上方，其外侧对应设有两个导向翼板43，该导向翼板43 分别活动式插设在两个导向立柱13相对应内侧的导向槽132内，且导向翼板 43顶端设有供钢丝绳53连接的吊耳42;该移动导向块4设有供锚链通过的 开口48及加强筋44。该移动导向块4的锥形体部41设有扇形滑槽47，该扇 形滑槽的宽度大于吊装方位角度调整精度范围，也就是扇形滑槽的宽度与吊 装主桩旋转作业定位角度的精度有关，移动导向块4的柱形体部45设有矩形 导向槽46，该导向槽46的开口宽度略大于桩上翼板厚度；所述扇形滑槽47 与矩形导向槽46相互贯通；移动导向块4上设置的矩形导向槽46是供桩上 翼板通过，其顶端设计成圆锥形的导向喇叭口 41，便于桩前端的导入；锥形 喇叭口 41'上开有扇形滑槽47，可在较大的水平方位范围内使桩上翼板落入导 向槽46，从而降低对桩难度；固定导向块2的结构与移动导向块4基本相同， 只是锥形喇叭口和其上的扇形滑槽稍小一些，固定导向块2固联在导向架底 座ll上；固定导向块2由中空的锥形体与柱形体固定连接一体构成，且锥形 体位于柱形体上方，其外侧对应设有两个插接部，该插接部分别插设在两个 导向立柱相对应内侧的导向槽内；该固定导向块设有供锚链通过的开口及加 强筋；该固定导向块的锥形体部设有扇形滑槽，柱形体部设有矩形导向槽， 扇形滑槽的宽度稍大于矩形槽的宽度，矩形导向槽的开口宽度略大于桩上翼 板厚度；所述扇形滑槽与矩形导向槽相互贯通，扇形滑槽与矩形导向槽的设 置是为了进一步保证桩的水平方位角和垂直方向的定位精度要求。
参阅图1A、 1B、 1C所示，钢丝绳滑道组件5固联在导向立柱13顶部的 喇叭口 131上；钢丝绳滑道组件5的滑槽51借助支撑板52而固定在导向立 柱13顶部喇叭开口 131处，如图5A、 5B所示；配重3为框体内设置金属块 构成；钢丝绳53--端连接在配重3框体上，另一端与移动导向块4的吊耳42 连接，钢丝绳滑槽51内设置摩擦衬板511为滑动摩擦系数极小的耐磨材料制 成，钢丝绳53从滑槽51内设置摩擦衬板511穿过，将配重3和移动导向块4 的重量传递给导向立柱13。
参阅图1A所示，本发明水下打桩导向架的支撑体12为8个，分布在底 座11前后左右侧各2个，支撑体12—端固定在底座上，而另一端与导向立 柱13上端固定。
本发明水下打桩导向架各部件均为焊接结构，其组装过程如图1A、 1B、 1C所示，先将导向立柱13焊接在底座11上，再将8个支撑体12 —端焊接在 底座11上，另一端焊接在导向立柱13顶部，以支撑导向立柱13，该支撑体 12分布在底座11前后左右侧各2个；8个起吊用吊耳14分别焊接在底座11 前后左右侧相应加强梁处。将固定导向块2外侧对应设有的两个插接部，分 别插设在两个导向立柱13相对应内侧的导向槽132内，且使固定导向块2底 部焊接固定在底座11上，再将移动导向块4的导向翼板43分别活动式插设 在两个导向立柱13相对应内侧的导向槽132内，且导向翼板43顶端的吊耳 42与钢丝绳53连接；然后，将钢丝绳滑道组件5的滑槽51借助支撑板52固 定在导向立柱13顶部喇叭开口处，将钢丝绳53从滑槽51内的摩擦衬板511 上穿过，钢丝绳53的另一端连接在配重3的框体上，即完成本发明的水下打 桩导向架的组装工作。
导向^主体部分可以直接用于宽翼板桩的对桩作业，即在对桩时使桩上 宽翼板落在导向立柱13的导向喇叭口 131的斜边上，这样在桩的自重的作用 下，桩上翼板沿该斜边滑入立柱13的导向槽132内，从而实现桩的水平方位 的定向；桩上翼板进入导向槽132内后势必要靠在导向槽132的内壁上，而 垂直方向的倾斜度要求则是靠桩上翼板与导向槽132之间的间隙得到保证。
当桩是窄翼板时，亦即窄翼板不能直接进入导向槽132内时，这时就需 借助导向块进行导向。移动导向块4可借助配重3和钢丝绳滑道组件5悬吊 在导向立柱13的导向喇叭口 131之下，而固定导向块2焊接在底座11的相 应上。对桩时，只要桩的前端落入移动导向块4的锥形体41内就能在其自重 的作用下滑入移动导向块的柱部45;吊装设备再调整其水平方位，使桩上翼 板落入移动导向块锥部41上的扇形滑槽47内，这样桩在其自重的作用下滑 入导向块柱部45上的矩形导向槽46内，从而实现桩的水平方位的定向；桩 继续下落，直至桩上翼板进入固定导向块的矩形导向槽内，这时就能保证桩 的垂直方向的安装精度要求。
本发明水下打桩导向架用于水下独立桩在海上进行插桩作业时的导向及 打桩时的扶正。导向架在海上施工作业的过程是
(1) 导向架建造好后起吊至驳船的甲板上，然后运输到作业现场。
(2) 起重驳船抛锚就好位后，在导向架上安装定位设备，包括USBL (超 声波定位系统)系统的BEACON (信号发声器)、水下电螺经、倾斜测量仪等， 该定位设备为现有技术，故不再进行赘述；当检査导向架状态完好后，利用 起重驳船吊机的起吊绳索6、起吊横梁7，按照图6所示方式将导向架吊起， 在定位系统的弓I导下放到海底。
(3) 借助R0V (水下机器人)操作，将起吊横梁上的吊扣从起重设备的 吊钩上脱出，起重驳船用吊机将独立桩吊起，放入水中；在R0V的引导下， 将独立桩插入导向架中；R0V (水下机器人)及其操作为现有技术，故不再进 行赘述。
(4) 独立桩在自重作用下入泥一定深度(该深度为靠自重下沉到不再下 沉为止)，之后起重设备的吊机脱钩，独立桩通过其上的翼板靠在导向槽的内 壁上，依靠桩上翼板与导向槽132之间的间隙保证独立桩垂直方向的倾斜度 要求。.
(5) 用吊机将打桩锤吊起，与送桩连接，之后吊入水中，在R0V的引导 下，将送桩的插尖插入桩顶；
(6) 在桩、打桩锤和送桩自重的作用下独立桩入泥深度加深，之后吊机 松吊，独立桩仍通过其上的翼板靠在导向槽的内壁上，依靠桩上翼板与导向 槽132之间的间隙保证独立桩垂直方向的倾斜度要求。
(7) 打桩锤开始打桩，直至桩顶入泥l米。
(8) 将打桩锤、送桩吊回起重驳船上；由ROV将起吊横梁上的吊扣挂到 吊钩上，将导向架吊起在海底小范围移动，或吊起放至驳船的甲板上大范围 移动，等待下一个水下桩安装时再次使用。
本发明的水下打桩导向架具有的优点和特点是1、其包括主体部分(即
底座、导向立柱和支撑体)和可拆卸部分(即移动导向块、固定导向块、配
重和钢丝绳滑道组件)，可适用于具有不同尺寸翼板的钢桩当桩上翼板尺寸 较宽时，即可以直接落在导向立柱13上的导向喇叭口 131的斜边上，直接利 用导向架主体对桩进行导向；当桩上翼板宽度小到无法落在导向立柱13上的
导向喇叭口 131的斜边上时，可通过加装的导向块对桩进行导向，导向块靠 其上的翼板插设在导向立柱13的导向槽132内进行导向，而独立桩则靠其上 的翼板插设在导向块中的导向槽内进行导向。只要桩上翼板能进入导向块上
的导向槽即能对该桩进行导向；2、无液压等控制系统，且无机械转动机构， 因此在水下工作时的可靠性更高；3、在用于小尺寸翼板钢桩时采用机械式升 降工作原理，且利用滑动摩擦系数极小的板材作为滑动摩擦衬板，取代了传 统的滚动滑轮，从而克服了滚动轴承在海水下易腐蚀而卡死的弊端；4、底座 设计了防滑移结构，保证施工操作的稳固性和可靠程度；5、其结构设计合理 简单，建造和安装均很简便，工作可靠性高，可以满足重复使用、工作寿命 长等经济性要求，为海上施工作业节约大量成本。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而己，并非对本发明作任何形式上 的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等 同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1、一种水下打桩导向架，其特征在于，包括一导向架主体，其包括底座、两个导向立柱、数个支撑体及数个吊耳，两个导向立柱对应设置在底座上，且两对应内侧设有导向槽；数个支撑体分布在底座左右侧及前后侧，支撑体一端固定在底座上，而另一端与导向立柱上端固定；数个吊耳为左右对称布设在底座上；一固定导向块，其位于两个导向立柱的内侧而固定于底座上；一移动导向块，其活动式设置在两个导向立柱相对应内侧的导向槽内，其两侧分别与钢丝绳一端连接；两个钢丝绳滑道组件，分别固联于两个导向立柱顶部，其包括滑槽、钢丝绳和支撑板，滑槽通过支撑板而固定在立柱顶部，滑槽内设有摩擦衬板，钢丝绳位于滑槽内摩擦衬板上，其一端连接配重，另一端与移动导向块连接，配重块与移动导向块分置于导向立柱两侧。
2、 根据权利要求l所述的水下打桩导向架，其特征在于所述底座为一 侧具有开口的板体，该板体上面设有数个加强梁和出水孔，板体上面远离开 口位置处设有一圈防折弯梁，且板体上设有8个起吊用吊耳，分布在板体的 前后左右相应梁上；板体底面设有数块防止滑移的入泥板。
3、 根据权利要求l所述的水下打桩导向架，其特征在于所述两个导向立柱顶部分别设有喇叭开口，且两个导向立柱对应内侧设置的导向槽是自喇 叭开口处开始向下整个贯通，底座上对应处也设置有开口槽，该开口槽与立 柱上的导向槽贯通一体，供桩上的导向翼板穿过底座而进入地下。
4、 根据权利要求l所述的水下打桩导向架，其特征在于所述移动导向 块由中空的锥形体与柱形体固定连接一体构成，且锥形体位于柱形体上方； 移动导向块外侧对应设有两个导向翼板，该导向翼板分别活动式插设在两个 导向立柱相对应内侧的导向槽内，且导向翼板顶端设有供钢丝绳连接的吊耳； 该移动导向块设有供锚链通过的开口及加强筋。
5、 根据权利要求4所述的水下打桩导向架，其特征在于所述移动导向 块的锥形体部设有扇形滑槽，滑槽的宽度大于吊装旋转作业精度范围；所述 移动导向块的柱形体部设有矩形导向槽，该导向槽的宽度大于桩上翼板厚度； 所述扇形滑槽与矩形导向槽相互贯通。
6、 根据权利要求l所述的水下打桩导向架，其特征在于所述固定导向 块由中空的锥形体与柱形体固定连接一体构成，且锥形体位于柱形体上方， 其外侧对应设有两个插接部，该插接部分别插设在两个导向立柱相对应内侧的导向槽内；该固定导向块设有供锚链通过的开口及加强筋。
7、 根据权利要求6所述的水下打桩导向架，其特征在于所述固定导向 块的锥形体部设有扇形滑槽，该扇形滑槽的宽度大于矩形导向槽的宽度；所 述移动导向块的柱形体部设有矩形导向槽，该导向槽的开口宽度大于桩上翼 板厚度；所述扇形滑槽与矩形导向槽相互贯通。
8、 根据权利要求l所述的水下打桩导向架，其特征在于所述钢丝绳滑 道组件的滑槽借助支撑板而固定在导向立柱顶部喇叭开口处；所述配重为框 体内设置金属块构成；所述钢丝绳一端连接在配重块的框体上，另一端与移 动导向块的吊耳连接。
9、 根据权利要求l所述的水下打桩导向架，其特征在于所述支撑体为 8个，分布在底座前后左右侧各2个，支撑体一端固定在底座上，而另一端与 导向立柱上端固定。
全文摘要
一种水下打桩导向架，包括导向架主体，两个导向立柱对应设在底座上，对应内侧设导向槽；数个支撑体分布在底座左右侧及前后侧，支撑体一端固定在底座上，另端与导向立柱上端固定；数个吊耳左右对称布设在底座上；固定导向块位于导向立柱内侧而固定于底座上；移动导向块活动式插设在导向立柱导向槽内，两侧分别与钢丝绳一端连接；钢丝绳滑道组件固联于导向立柱顶部，其滑槽通过支撑板而固定在立柱顶部，滑槽内设摩擦衬板，钢丝绳位于滑槽内摩擦衬板上，一端连接配重，另端与移动导向块连接，配重块与移动导向块分置于导向立柱两侧；导向架无控制系统和机械转动机构，适用于钢桩翼板尺寸差别较大的多种钢桩，操作简便、安全可靠，施工作业效率和质量高。
文档编号E02D13/00GK101363223SQ200710058600
公开日2009年2月11日 申请日期2007年8月6日 优先权日2007年8月6日
发明者喻开安, 信 左, 房晓明, 李怀亮, 段梦兰, 秦彦晰, 薛士辉, 谢维维, 陈宝洁, 陈应华, 陈永訢 申请人:中国海洋石油总公司;海洋石油工程股份有限公司;中国石油大学(北京)