淺析海底挖溝機

海底挖溝機分類
海底挖溝機是埋設海底管道和電纜的重要設備,主要可以分為三大類:沖射式挖溝機、犁式挖溝機、機械式挖溝機。沖射式挖溝機是利用高壓射流,對海底地層進行沖刷,從而開鑿出溝槽;犁式挖溝機是利用犁刀,在母船的拖動下,開出溝槽;機械式挖溝機是利用鏈鋸或切割頭,對海底地層切削,形成溝槽。沖射式挖溝機和犁式挖溝機,主要適用於黏土、淤泥和砂土工程地質狀況,對於堅硬的基岩,則無能為力,而機械式挖溝機可以很好地適用於岩石和硬土區域。

 

(a.) 沖射式挖溝滑橇

(b.) 自推進爬行挖溝機

(c.) 挖溝型ROV

(d.) 非接觸式控流挖溝機

 

沖射式挖溝機分類
沖射式挖溝機可以分為:沖射式挖溝滑橇、自推進爬行挖溝機、挖溝型ROV(Remotely Operated Vehicle)、非接觸式控流挖溝機。沖射式挖溝滑橇主要由噴沖系統、抽吸系統、機架等組成。最初沖射式挖溝滑橇的動力單元,全部安裝在母船甲板上,包括高壓水泵和空氣壓縮機。滑橇的行走是靠母船的拖動,其工作原理是預先將管道鋪設在海底,沖射式挖溝滑橇騎跨在管道上,挖溝機本身的重量,通過兩側的滑橇傳遞到海床。挖溝時,母船通過鋼纜拖動滑橇沿著管道前進,利用橡膠軟管將高壓水輸送到滑橇上的噴沖臂上,用高壓水射流將海底土質破碎或者液化,然後再利用橡膠軟管將壓縮空氣輸入到收抽吸臂中,利用氣體上升的浮力帶動泥漿,從而將泥漿排出溝外形成溝槽。目前沖射式挖溝滑橇採用潛水泵代替甲板上的水泵,射流抽吸泵排泥代替氣舉排泥,母船僅提供電力和拖力。在石油管線埋設進入深水區後,沖射式挖溝滑橇需要的纜繩越來越長,給施工作業帶來很大的不便。此時市場出現自推進爬行挖溝機,它自身安裝履帶,通過液壓系統驅動履帶,推動挖溝機前進,目前應用的深水挖溝機,大多採用此種形式。挖溝型ROV是一台具有挖溝功能的ROV,目前的挖溝型ROV同時配備螺旋槳和履帶,一般被設計具有一定的負浮力,以保證在海底挖溝時的穩定性。非接觸式控流挖溝機是簡化的水下射流挖溝設備,它與管道和海底土體均不作接觸,與以往的挖溝設備明顯不同,主要由螺旋槳和噴管組成,無推進器或者支架,所有的功率消耗都用於挖溝,使得效率得以提高。特點是重量輕、結構簡單、適應性強、效率高,但是本身不具有移動的能力,需要依賴母船的動態定位功能。

(a.) V形挖溝犁

(b.) 矩形挖溝犁

 

犁式挖溝機分類
犁式挖溝機可以分為:V形挖溝犁、矩形挖溝犁。V形挖溝犁主要用於海底管道埋設,海底管道的直徑較大,埋設時所需的溝槽深度和寬度都較大,此時溝槽邊坡需要有較小的坡角,來保證穩定性。因此,針對海底管道埋設開挖的溝槽,大部分都是V形的溝槽,被稱為V形挖溝犁。這種挖溝犁需要巨大的拖力,在開溝完成後,溝槽無法自行回填,需要回填犁對溝槽進行回填。矩形挖溝犁挖出的溝槽截面為狹窄的矩形,其深度大於寬度,故稱為矩形挖溝犁,主要用於海底電纜埋設。海底電纜的直徑較小,為減少開挖的土方量,在埋設過程中,多開挖矩形溝槽,當電纜放入溝槽後,一般不需要進行回填,在海流、重力等作用下,可實現自動掩埋。

(a.) 單鏈鋸挖溝機

(b.) 多鏈鋸挖溝機

(c.) 多功能挖溝機

 

機械式挖溝機分類
機械式挖溝機可以分為:單鏈鋸挖溝機、多鏈鋸挖溝機以及可以攜帶多種作業模組的多功能挖溝機。單鏈鋸挖溝機的主要特點是只安裝一條挖溝鏈鋸,它適用於海底電纜埋設。海底電纜直徑多在450公釐之內,因此挖溝的開鑿寬度較窄,形成側壁直立的溝槽,以降低開挖量。針對這樣的工程要求,多採用單條鏈鋸挖溝,鏈鋸切割的岩石碎屑排出方向與挖溝機前進方向一致,配合將開鑿下來的岩石碎屑排出,此類型的挖溝機多安裝抽吸系統。多鏈鋸挖溝機的主要特點是安裝有多條挖溝鏈條,主要用於海底管道埋設。海底管道直徑最大可達1500公釐,埋設在海底地面1~2公尺之間,需要開挖的溝槽截面較大,單條鏈鋸不能滿足挖溝寬度要求,需要多條鏈鋸同時作業。多功能挖溝機是以機械式挖溝機為本體,開發多種海底作業功能的綜合型海底爬行機器人,可以進行水下鑽探、水下取樣、電纜打撈等複雜的操作。

 

 

資料來源:船舶中心彙整

[1] Royal IHC
[2] Nexans
[3] Forum Energy Technologies, Inc.
[4] Rotech SUBSEA
[5] SMD