9. l Khỏi niệm chung
12.7 Thủy triều và súng cồn
Thủy triều xảy ra do lực hấp dẫn của mặt trăng và mặt trời. Do sự tương quan về khối lượng và khoảng cỏch, ảnh hưởng của mặt trời chỉ bằng một nửa so với ảnh hưởng của mặt trăng tới thủy triều. Khi trăng non hoặc trũn, trỏi đất, mặt trời và mặt trăng nằm trờn cựng một đường thẳng, khi đú thỡ thựy triều lờn cao nhất, và được gọi là triều cường. Khi mặt trời và mặt trăng cỏch nhau khoảng giữa vào ngày thượng huyền (1/4 đầu) và hạ huyền (1/4 cuối), thủy triều lờn thấp hơn, và được gọi là triều kiệt.
Chương 13: KHAI QUÁT THI CễNG CễNG TRèNH BIỂN 13.1: Giới thiệu chung
Do kớch thước và độ phức tạp của hầu hết cỏc cụng trỡnh ngoài khơi cũng như do mụi trường nơi chỳng được xõy dựng và lắp đặt, quỏ trỡnh xõy dựng (biến những bản mẫu thiết kế thành những cụng trỡnh thật sự) đũi hỏi kĩ thuật xõy dựng cú trỡnh độ cũng như kinh nghiệm, quản lớ, giỏm sỏt, tiến độ và nghiệm thu cụng trỡnh một cỏch cẩn trọng, khụng sai sút. Tất cả những nội dung nờu trờn được thể hiện trong thuật ngữ “Thi cụng”.
Cỏc cụng trỡnh ngoài khơi (giàn khoan) và hệ thống đường ống dẫn dầu đũi hỏi rất nhiều vốn đầu tư. Thi cụng liờn quan đến sự phỏt triển khỏi niệm và sự hợp nhất giữa bản thiết kế và quỏ trỡnh xõy dựng. Nú bao gồm việc phõn tớch và lờn sơ đồ, kiểm soỏt chất lượng và bảo hiểm, kĩ thuật xõy dựng an toàn và dự đoỏn chi phớ cựng với lịch trỡnh và kiểm soỏt ngõn quĩ.
Nú cũng bao gồm một yếu tố đặc biệt liờn quan đến cỏc kết cấu ngoài khơi: kiểm soỏt trọng lượng. Nú cũng đặt ra việc cần phải làm như: chở nhõn viờn và vận chuyển nguyờn vật liệu, cần trục và thiết kế cỏc cẩu nặng và lắp rỏp mỏy múc, hệ thống đường ống của kết cấu. Thi cụng sử dụng cỏc kĩ thuật được đơn giản húa và chuẩn húa nhằm vượt qua cỏc khú khăn thường gặp ở cỏc cụng trỡnh phức tạp trong mụi trường ngoài khơi. Cuối cựng, phạm vi ỏp dụng của nú bao gồm triển khai, lắp đặt và di dời và cú thể là việc tận thu.
13.2 Cỏc giai đoạn tiến hành xõy dựng đối với cỏc cụng trỡnh ngoài khơi
Cỏc cụng trỡnh ngoài khơi đều phải trải qua một chuỗi cỏc giai đoạn riờng biệt từ khõu chế tạo đến làm nổi, đỏnh cao độ (hạ thủy), đến định vị ổn định nổi, đến vận chuyển, lắp rỏp cỏc bộ phận kết cấu (module) và kết nối tất cả cỏc mụ-đun với nhau. Khi lờn sơ đồ thi cụng, việc tỏch biệt những giai đoạn này bằng tờn gọi, mụ tả chi tiết cũng như bằng những bản vẽ (xem hỡnh 13.1 và 13.2) là hết sức quan trọng.
Việc đầu tiờn hiển nhiờn là giải quyết những giai đoạn chớnh trong khõu xõy dựng. Mỗi giai đoạn chớnh cú thể được chia nhỏ thành những giai đoạn chi tiết.
Kinh nghiệm trong quỏ trỡnh chuẩn bị cho cỏc mụ tả chi tiết và cỏc bản vẽ đó cho thấy những lỗi “chết người” xảy ra do “đốt chỏy giai đoạn”. Mục đớch của lờn sơ đồ thi cụng sẽ trở nờn vụ nghĩa nếu đốt chỏy giai đoạn.
Vấn đề cốt lừi của nhiều giai đoạn liờn quan đến sự tỏc động qua lại giữa hai hay nhiều nguyờn tắc. Vớ dụ: Đổ đỏ tăng trọng bằng cỏc hệ thống cơ khớ cú quan hệ mật thiết với sức chứa của kết cấu, tớnh ổn định khi vận hành trờn biển và theo dừi thiết bị.
( S2. C2-> C3) (a) Ghộp mặt đế (b) S2: Ghộp phần trờn
(c) C2: Chu trỡnh lắp ghộp tiến hành như sau
(1) Lắp rỏp tường PC
(2) Kết nối cỏc tường PC
(3) Đúng vỏn phần đế
(4) Đúng vỏn phần mặt
(d) C3: Chu trỡnh tương tự C2, tiến hành từ trong ra ngoài và theo chiều kim
Hỡnh 13.1 : Bản vẽ mụ tả giai đoạn tiến hành thi cụng (cụng ty kĩ thuật và xõy
dựng Kajima)
Hỡnh 13.2: cỏc giai đoạn thi cụng được phỏc thảo bằng CAD
Một số điểm đỏng lưu tõm chưa được đề cập kĩ càng trong giai đoạn lờn sơ đồ cho cụng trỡnh bao gồm:
Formatted: Font: Bold
Formatted: Font: Bold
1.Bản vẽ nhỏp, cú liờn quan đến độ sõu trong suốt những giai đoạn thi cụng hay hạ thủy đầu tiờn, phần nổi.
2.Sự ổn định trong suốt quỏ trỡnh lắp đặt, tỏc động của cỏc bề mặt thoỏng. 3.Việc khúa, định vị giỏ đỡ và cỏc kết cấu trờn boong trong quỏ trỡnh vận chuyển.
4.Tỏc động thủy động lực học của kết cấu trong suốt quỏ trỡnh kộo, đặc biệt là
lực gia tốc tỏc động trong quỏ trỡnh lắp đặt, ỏp lực tớch lũy.
5.Tỏc động của ỏp lực và sự thay đổi nhiệt độ lờn chức năng của việc trang bị
mỏy múc, cỏc van và cỏc mỏy tớnh mini.
6.Súng và cỏc lực do dũng nước tỏc động trong quỏ trỡnh xõy dựng. Tiếp xỳc
ban đầu với mặt biển và tỏc động qua lại của nước bị lưu giữ khi được xả ra ngoài.
7. Tải trọng va chạm của dõy cột tàu từ năng lượng được lưu trữ do lệch trục
kộo dài. việc sử dụng đầu giảm tải và đường kớnh bỏnh xe hợp lớ.
8. Tỏc động của nước nụng và độ sõu lưu động tối thiểu trước tỏc động của
súng, phản ứng của kết cấu hay thuyền, ổn định nổi, sự lệch hướng, nghiờng theo chiều giú và xúi nền biển.
9. Kiểm soỏt bản vẽ và tớnh ổn định trong trường hợp dõy chuyền hạ thủy bị
giỏn đoạn, kẹt van hay vỏch ngăn bị cuốn đi dẫn đến ngập nước bờn trong.
10. Lỗi của con người trong quỏ trỡnh kiểm soỏt việc hạ thủy, thực hiện theo sự
kiểm soỏt, theo những gỡ được huấn luyện, hay cỏch ly hệ thống nếu cần.
11. Lắp đặt cỏc dõy chuyền, cỏp kiểm soỏt tại cỏc điểm trung tõm để ngăn chặn
tắc nghẽn trong quỏ trỡnh vận hành then chốt.
12. Trọng lượng khụng đủ và việc kiểm soỏt dung sai trong quỏ trỡnh chế tạo
dẫn đến rủi ro khi hạ thủy.
13. Thiếu chỳ ý đến sức chịu lực ở cỏc bộ phận chứa nước cú đầu nước khỏc
nhau để hạ thủy.
14. Thiếu an toàn cỏc cọc nằm trong giỏ đỡ khi lụi kộo.
15. Khụng cú khă năng đạt được mức thấm yờu cầu của quỏ trỡnh hạ cọc với
những trang thiết bị cú sẵn.
16. Ngập nước chõn gớa đỡ ngoài ý muốn do van bị tắc hay do cỏc khe hở.
17. Xoỏy nước, chấn rung và sự mỏi.
18. Hàn tạm thời cỏc phụ tựng và mặt đúng mà khụng cần cỏc quỏ trỡnh bắt
buộc sau đú.
19. Thay đổi trong quỏ trỡnh hạ thủy và cỏc chi tiết gia cố trong quỏ trỡnh chế
tạo mà khụng xin ý lại ý kiến của kĩ sư.
Trong cỏc cụng trỡnh ngoài khơi, với những sự phỏt triển mang tớnh cỏch mạng trong trang thiết bị, dụng cụ, với cỏc kết cấu, hệ thống, mụi trường mới, khỏi niệm về những kinh nghiệm cụ thể cú thể khụng tồn tại. Thay vỡ chỉ dựa trờn trực giỏc, sử dụng một cỏch tỉnh tỏo việc kế hoạch thi cụng và đỏnh giỏ cỏc giai đoạn sẽ giỳp cho việc xõy dựng hiệu quả và hợp lớ hơn.
13.3: Cỏc nguyờn tắc thi cụng
Một số nguyờn tắc cú thể được ỏp dụng vào việc giảm thiểu thời gian, chi phớ của việc xõy dựng là:
1. Phõn nhỏ thành cỏc module và bộ phận lớn để phự hợp cho quỏ trỡnh lắp rỏp
và sản xuất.
2. Sự chế tạo đồng thời của cỏc bộ phận tại những vị trớ và với những điều kiện
thuận lợi nhất.
rỏp.
4. Cung cấp những trang thiết bị và dụng cụ cần thiết cho việc lắp rỏp tại hiện
trường. Nơi sản xuất cần cú đủ khụng gian cho việc lắp rỏp từng cụm, bảo quản, lối
vào- tiếp cận. những trang thiết bị cú thể bao gồm mỏy nõng động cơ điện đồng bộ,
cần cẩu đi trờn đất, cần cẩu trờn phao nổi, cần trục trọng tải nặng, xưởng chữa tàu và lũng chảo để xõy dựng.
5. Hỡnh dạng được đơn giản húa.
6. Tiờu chuẩn húa cỏc chi tiết, kớch cỡ, phõn cấp đến mức cú thể thực hiện
được.
7. Khụng làm quỏ giới hạn dung sai cho phộp, chuẩn bị linh hoạt và điều chỉnh
trong kết nối đặc biệt là hệ thống ống dẫn cơ khớ.
8. Sự lựa chọn cỏc hệ thống kết cấu mà việc chế tạo sẽ đũi hỏi cỏc kĩ năng và
tay nghề với yờu cầu nền tảng cơ sở liờn tục và thống nhất.
9. Trỏnh gõy ra đỉnh yờu cầu nhõn lực cao. lựa chọn phương phỏp xõy dựng cú
quan hệ với những yờu cầu giống nhau.
10.Phũng ngừa cỏc yếu tố thời tiết tỏc động, vỡ vậy cần lờn kế hoạch cho cỏc
phõn xưởng sản xuất sẵn và sơn đõy là cỏc phần việc cú thể ảnh hưởng từ thời tiết và mụi trường.
11.Hiện đại húa cỏc hệ thống cơ khớ để hợp nhất với kết cấu để tạo thành cỏc
bộ phận lớn hơn cú thể, ngay cả khi nú yờu cầu cú yếu tố phụ thờm hay sự ngắt quóng trong thi cụng.
12.Việc lựa chọn cỏc phương phỏp xõy dựng cần phự hợp với một kết cấu cụ
thể, trỏnh dựng một phương phỏp duy nhất như bơm bờtụng, vỏn khuụn trượt, hàn hoặc lao dầm, nờn linh hoạt trong việc chọn phương phỏp thi cụng.
13.4 Phương tiện và phương phỏp chế tạo
Đối với những cụng trỡnh ngoài khơi, những giai đoạn xõy dựng đầu tiờn được tiến hành tại những địa điểm xõy dựng cơ sở trờn bờ.
Cỏc cụng trỡnh ngoài biển thường cú diện tớch khỏ rộng và đũi hỏi đội ngũ cỏn bộ với số lượng lớn trong từng giai đoạn cụ thể. Vỡ vậy, sẽ kinh tế hơn nếu sử dụng nỗ lực và tiền của để xõy dựng cỏc trang thiết bị tốt nhất với bề mặt, đường, kết cấu hợp lớ và cả nhà ở (nếu cú thể) để tạo điều kiện làm việc hiệu quả nhất.
Cụng việc thường diễn ra 24giờ/ngày, vỡ vậy cần đảm bảo ỏnh sang đầy đủ. Cụng việc cũng sẽ tiếp tục ngay cả trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt, vỡ vậy cần phải cú hàng rào bảo vệ, đặc biệt là cho việc hàn và sơn với đầy đủ chỗ làm việc cho cụng nhõn.
13.5 Hạ thủy
13.5.1 Hạ thủy tàu, sà lan
Đõy là cỏch được sử dụng rộng rói để hạ thủy cỏc giỏ đỡ bằng thộp. Kết cấu được lắp đặt bờ, sau đú được cho lao trượt về phớa trước, cú thể trượt trờn dầm sắt được gắn thờm gỗ bụi trơn hay được chuyển về phớa trước bằng đũn bẩy. Tàu/ sà lan dựng để hạ thủy rất lớn với nhiều ngăn để chứa vật liờụ tăng hạ tải, được nối liền chắc chắn vào thựng nổi.
13.5.2: Cẩu và vận tải
Thựng chắn bằng bờ tụng (concrete box caisson) (trọng lượng xấp xỉ
vài nghỡn tấn) đó được sản xuất tại bờ, ở xưởng và sau đú được chuyển đến
vỏch ngăn (bulkhead) bằng cỏch trượt. Thựng chắn cho vào cầu băng tải lớn (Great Belt) được bẩy và trượt trờn dầm bờ tụng cú răng đặt cỏch nhau để đảm bảo cú thể đồng thời tiến hành bẩy và đặt định vị. Việc này cho phộp
cỏc đoạn/khỳc dầm được chuyển đến vỏch ngăn để được giỡ ra bằng cẩu lớn trờn sà lan và sau đú được chuyển đến đỳng vị trớ. Khi biển động cú thể hạ tải xuống biển để tận dụng sức nổi nhằm tăng lực nõng.
13.5.3: Xõy dựng trong xưởng đúng tàu (cạn)
Đõy là phương phỏp được ỏp dụng chủ yếu đối với những thựng chắn lớn được chế tạo ở cỏc xưởng. Trong trường hợp này, kết cấu được cho nổi bằng cỏch cho ngập xưởng. Để trỏnh sức mỳt tỏc động lờn bụng tàu phẳng, phần vỏn nền cần được đặt/ bố trớ trờn cỏc tấm gỗ dỏn hay polyetylen. Cho ngập nước vào cỏc khớp nối này ở ỏp lực thấp trong nhiều giờ sẽ dần dần phỏ vỡ mọi liờn kết mỳt.
13.5.4: Xõy dựng ở lũng chảo
Cỏc lũng chảo thường sử dụng cửa van hộp để đúng vỡ chỳng dễ thỏo ra và lắp lại. Hệ thống này kết hợp với cổng bờ tụng ứng suất trước sử dụng để chế tạo thựng chắn cho trạm ngoài khơi ở Hay Point, Queensland.
Phương phỏp này cho phộp việc xõy dựng được tiến hành tại hoặc gần bờ với điều kiện tiếp cận tốt nhất. Lũng chảo sõu cú kớch thước giới hạn và khụng bao giờ bị rỳt nước. Vỡ vậy, chi phớ thi cụng sẽ được giảm thiểu.
Hỡnh 13.3: Sơ đồ xõy lũng chảo phục vụ quỏ trỡnh thi cụng cỏc kết cấu ngoài khơi 13.5.5: Lao trượt kết cấu từ đường dẫn hoặc sà lan
Những kết cấu rất nặng hoặc rất lớn được hạ thủy từ thiết bị thi cụng dẫn hướng. Hạ thủy một bờn thường chịu ớt ỏp lực hơn hạ thủy kiểu hạ thủy đầu tự do nổi
Formatted: Font: Bold Formatted: Indent: First line: 0"
(end-0). Việc hạ thủy được đảm bảo thống nhất và kết cấu khụng bị treo hay bị tụt lại phớa sau cỏc kết cấu khỏc là rất quan trọng. Hạ thủy kiểu này dễ sinh ra hiện tượng mụ men uốn ngang lớn khi nõng 1 đầu cũn đầu kia nước đẩy nổi. Đuụi cũn lại chuyển tải trọng tập trung vào một đầu sàn dẫn và sau đú phải chịu lực rất nặng.
13.5.6: Sàn đệm bằng cỏt
Phương phỏp này được tiến hành như sau: đào một lũng chảo bằng cỏch nạo vột. Lũng chảo này chứa đầy nước sau đú được đổ đầy cỏt đến cao độ cụng tỏc. Đỏ được rải lờn trờn bề mặt cụng tỏc. Kết cấu sau đú sẽ được xõy dựng ngay trờn bề mặt cụng tỏc, cú đường vào (Hỡnh 13.4).
Hỡnh 13.4: Phương phỏp sand-jacking để xõy dựng cỏc kết cấu ngoài khơi. Đến thời điểm thớch hợp để hạ thủy, cỏt được hỳt ra ngoài từ phớa dưới kết cấu bằng cỏch xối nước làm cỏt trụi theo chiều ngang dẫn kộo theo cỏc hạt cỏt di chuyển ra ngoài đến theo thự tự lắng đọng. Áp lực trong kết cấu được liờn tục theo dừi, cũng giống như độ sõu được nạo vột dọc hai bờn sườn và bờn dưới kết cấu. Khi cỏt đó được vột hết, kết cấu cú thể nổi tự do và được kộo ra ngoài. Tiếp theo cú thể lấp đầy lũng chảo bằng lớp cỏt mới.
Phương phỏp này loại bỏ những vấn đề liờn quan đến việc rỳt nước trong lũng chảo và cho phộp mọi cụng việc được tiến hành ở khu vực cụng tỏc. Vũi và mỏy phun cú thể được lắp đặt trước dưới lớp cỏt để tạo điểu kiện cho quỏ trỡnh nạo vột và tạo dũng chảy cho cỏt.
13.5.7: Hạ kiểu lăn trũn
Cỏc cọc với đường kớnh lớn, cỏc xilanh và ống cú thể được hạ thủy bằng cỏch cho trượt trờn đường dẫn. Với hạ thủy 1 bờn, việc đảm bảo xilanh được hạ xuống song song với bờ biển và một đầu khụng bị treo ngược là rất
Formatted: Font: Bold
quan trọng. Trong khi phương phỏp này về lớ thuyết cú thể ỏp dụng cho cỏc kết cấu hỡnh trụ trũn đường kớnh lớn như SPAR, khả năng chịu lực và độ uốn cú thể vượt quỏ mức cho phộp dẫn cho nờn người ta hạn chế sử dụng phương phỏp này.
13.5.8: Hạ giàn đỡ
Sự xuất hiện của hệ thống nõng thủy lực hiện đại cho phộp cỏc modules trượt trờn lũng dẫn của dầm và sau đú được hạ xuống sà lan bằng cẩu điều khiển thủy lực. Thiết bị này đặc biệt phự hợp cho việc tiến hành hạ tải chu kỳ - lặp đi lặp lại.
13.5.9 Hạ thủy sà lan bằng cỏch gia trọng
Rất nhiều cỏc kết cấu ngoài khơi được chia thành nhiều phần nhỏ để thi cụng trờn sà lan lớn hay ở xưởng đúng tàu. Cỏc phần nhỏ này sau đú được hạ thủy. Hệ thống này đặc biệt thớch hợp cho việc hạ thủy đơn vị cấu kiện (Template) dưới mặt biển. Template cú thể được lắp rỏp trờn sà lan hoặc trờn bờ và cho trượt hoặc vận chuyển lờn sà lan để hạ thủy. Trong suốt quỏ trỡnh hạ thủy, sà lan thường được cho chỡm bằng cỏch để ngập nước. Trong rất nhiều trường hợp, phần thõn chớnh của sà lan bị nhấn chỡm hoàn toàn để kết cấu cú thể nổi một cỏch trực tiếp. Sự ổn định trong và sau quỏ trỡnh làm ngập và hạ thủy là vấn đề được quan tõm hàng đầu.
Bước 3: Thả nổi kết cấu
Hỡnh 13.5: Hạ thủy bằng sà lan. Chỳ ý thựng chưa nổi duy trỡ tớnh ổn định.