陳炳煥 洪天識(shí) 李曉勇 中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門分公司

1.工程概況

長(zhǎng)樂外海海上風(fēng)電場(chǎng)C區(qū)項(xiàng)目（總裝機(jī)規(guī)模為496MW），單機(jī)容量8MW及以上的海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組62臺(tái)，業(yè)主單位計(jì)劃2021年并網(wǎng)。其中本標(biāo)段三筒（吸力樁）導(dǎo)管架。本標(biāo)段中單套吸力式導(dǎo)管架基礎(chǔ)最重約2462t。

2.出運(yùn)方式選擇

目前常用的吸力式導(dǎo)管架基礎(chǔ)出運(yùn)方式有兩種，分別為SPMT軸線車運(yùn)輸上船、起重船起吊落駁。

起重船落駁僅適合起重船與吸力樁導(dǎo)管架基礎(chǔ)都在碼頭邊，且需滿足起重船起吊范圍內(nèi)方可起吊，對(duì)起重船起吊能力及碼頭參數(shù)要求高，局限性太大。故本文就針對(duì)SPMT軸線車運(yùn)輸落駁方式進(jìn)行技術(shù)研究。

3.運(yùn)輸工裝

3.1 工裝結(jié)構(gòu)形式

結(jié)合本項(xiàng)目吸力式導(dǎo)管架的外形尺寸，吸力筒底部直徑為10m，考慮后續(xù)批次吸力樁直徑達(dá)到12m，因此工裝的設(shè)計(jì)兼顧考慮了兩種不同類型的吸力樁導(dǎo)管架。

該吸力樁導(dǎo)管架建造完成后，采用豎直運(yùn)輸方式，即吸力樁底部圓筒與運(yùn)輸工裝直接接觸，為了使吸力樁筒壁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求，需要保證吸力樁圓壁與運(yùn)輸工裝的接觸面比率。

吸力式導(dǎo)管架采用SPMT滾裝裝船方式，因此運(yùn)輸工裝的設(shè)計(jì)需考慮SPMT布置方式和載運(yùn)船舶的甲板尺寸。設(shè)計(jì)工裝結(jié)構(gòu)形式如圖1。

工裝由支撐梁與支座組成，支撐梁上下面由30mm厚鋼板焊接而成，上下面之間布置20mm厚筋板，筋板布置在兩種不同直徑吸力樁的下部，保證運(yùn)輸過程中支撐梁的剛性。支腿上面用30mm厚鋼板，主立筋用30mm厚鋼板，底面用20mm鋼板焊接一體，支腿底面鋼板規(guī)格為3000mm×1100mm。每套吸力式導(dǎo)管架使用出運(yùn)工裝3 套，每套工裝重量為48085kg，工裝總重為48085kg×3=144.255t。裝船整件（吸力筒+導(dǎo)管架+過渡段+附屬件）重量約2462t，設(shè)備+出運(yùn)工裝總重2462t+144.3t=2606.3t。地面承載面積3m×1.1m×6×3=59.4m2。

3.2 工裝強(qiáng)度與變形分析

吸力樁立式轉(zhuǎn)運(yùn)工裝是為風(fēng)電項(xiàng)目新設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)運(yùn)工裝，由于受載較大，有必要進(jìn)行有限元強(qiáng)度和變形分析。依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和相關(guān)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行有限元建模，分別考慮吸力樁和工裝放置在模塊運(yùn)輸車、吸力樁和工裝放置在地面兩種工況進(jìn)行分析，得到如下結(jié)論：

①當(dāng)轉(zhuǎn)運(yùn)工裝放置在模塊車上時(shí)，最大應(yīng)力93.3MPa，最大變形3.64mm，此時(shí)安全系數(shù)不小于3.48；②當(dāng)轉(zhuǎn)運(yùn)工裝放置在地面上時(shí)，最大應(yīng)力103.7MPa，最大變形1.86mm，此時(shí)安全系數(shù)不小于3.13。綜合兩種工況分析結(jié)果可知，轉(zhuǎn)運(yùn)工裝強(qiáng)度可以滿足設(shè)計(jì)要求。

工況一：工裝放置在模塊車

當(dāng)工裝放置在模塊車上時(shí)，需要考慮工裝和模塊車的接觸面，此時(shí)將模塊車簡(jiǎn)化為一定厚度的鋼板，保證模塊車和工裝接觸面與圖紙相符即可。

幾何建模及條件假設(shè)：

①模塊車簡(jiǎn)化為一定厚度的鋼板，采用實(shí)體進(jìn)行建模；②工裝采用片體建模，后續(xù)有限元模型中賦予相應(yīng)厚度；③忽略對(duì)有限元分析結(jié)果影響較小的小孔、小倒角、小圓角等細(xì)節(jié)特征；④考慮一定長(zhǎng)度的吸力筒，直徑為10m，同樣采用片體建模，后續(xù)賦予相應(yīng)厚度和等效密度，以保證其最大載荷達(dá)到800t；⑤不考慮焊縫材料的影響，認(rèn)為焊縫和母材材料性能相同；⑥忽略材料的各項(xiàng)異性，同時(shí)認(rèn)為材料變形始終在彈性范圍內(nèi)；⑦重力加速度采用標(biāo)準(zhǔn)值，為9.81m/s2。圖2為吸力樁和轉(zhuǎn)運(yùn)工裝整體幾何模型，轉(zhuǎn)運(yùn)工裝幾何模型。

圖2 吸力樁、轉(zhuǎn)運(yùn)工裝幾何模型

圖3為轉(zhuǎn)運(yùn)工裝的等效應(yīng)力分布圖，可見最大等效應(yīng)力為93.3MPa，位于20mm厚豎向筋板上，該筋板下方為模塊車。

圖3 等效應(yīng)力分布圖

圖4為整體變形量分布，可見最大變形為3.64mm，位于工裝邊緣，該邊緣由于懸空而產(chǎn)生變形。

圖4 整體變形量分布圖

工況二：工裝放置地面上 。

圖5為該工況下轉(zhuǎn)運(yùn)工裝等效應(yīng)力分布，可見最大應(yīng)力位于工裝支座20mm厚的豎向筋板上，為103.7MPa。

圖5 等效應(yīng)力分布圖

圖6顯示了工裝支座的等效應(yīng)力分布，由于該工況下支座起支撐作用，故最大應(yīng)力位于支座上，為103.7MPa。

圖6 工裝支座的等效應(yīng)力分布圖

圖7為整體變形量分布，可見最大變形為1.86mm，位于懸空位置。

圖7 整體變形量分布圖

綜合兩種工況分析結(jié)果可知，轉(zhuǎn)運(yùn)工裝強(qiáng)度可以滿足設(shè)計(jì)要求。

4.運(yùn)輸車參數(shù)選擇

以本項(xiàng)目最大尺寸的吸力式導(dǎo)管架為例，擬使用3組2縱列共132軸線SPMT+6PPU 進(jìn)行導(dǎo)管架運(yùn)輸，運(yùn)輸配車圖（如圖8）通過配車圖中可知，貨物凈重約2607t，車重約637.2t，車貨總重約為3244.2t，車輛額定軸載 48t，軸載為3244.2t/（44軸＊3）=24.58t/軸，安全系數(shù)為K安全系數(shù)=G額定載荷/G載荷=48/24.58=1.95>1.3。

圖8 運(yùn)輸配車圖

5.運(yùn)輸穩(wěn)定性

設(shè)備運(yùn)輸過程中使用三點(diǎn)支撐編點(diǎn)方式，三點(diǎn)支撐編點(diǎn)穩(wěn)定性更好，故以三點(diǎn)支撐編點(diǎn)為例進(jìn)行介紹。如圖9所示。

圖9 三點(diǎn)支撐編點(diǎn)示意圖

H—模塊與車輛的重心高度值；

h1、h2、h3—重心到車輛液壓支撐三角形三邊的距離，其中h3的距離最短。

角α—靜態(tài)傾翻角=arctan(h3/H) 。

注：靜態(tài)傾翻角α角度與貨物的穩(wěn)性角α角度大小成正比，靜態(tài)傾翻角θ角越大，則運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性越高。根據(jù)挪威船級(jí)社相關(guān)規(guī)范，在公路運(yùn)輸或滾裝運(yùn)輸中，靜態(tài)傾翻角大于7°視為安全。

通過建模配車，設(shè)備重心距離支撐三角形的最短距離h3=8660mm，設(shè)備重心高度約為H=39800mm+工裝高度（1300+580）mm=41680mm。

則靜態(tài)傾翻角大小為：θ=arctan(h3/H)=arctan(8660/41680) ≈12°。

綜上，運(yùn)輸穩(wěn)定性滿足要求。

6.滾裝上船

根據(jù)滾裝工藝的要求，重大件滾裝上船時(shí)，船舶甲板應(yīng)保持與碼頭面基本持平，滾裝平臺(tái)前沿高程需結(jié)合潮位、波浪、船舶等綜合考慮。

為滿足上船條件，只有當(dāng)碼頭平面與船駁的甲板面落差不超過±10cm時(shí)，方才適合滾裝運(yùn)輸上船。由于船駁承受壓力吃水度加大，為保證滾裝的順利進(jìn)行，必須通過壓艙水的調(diào)載，亦或利用自然潮汐的漲落，以確保SPM T運(yùn)行正常安全，即碼頭平面與駁船甲板面的落差不超過±10cm。

表1 SPMT軸線車參數(shù)（6軸）

表2 SPMT軸線車參數(shù)（4軸）

6.1 滾裝流程

①潮汐說明：根據(jù)國(guó)家海洋信息中心發(fā)布的潮汐站點(diǎn)情況，據(jù)當(dāng)?shù)氐某毕碜鳛楸敬雾?xiàng)目作業(yè)的潮汐參考依據(jù)，再根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果確定低潮、平潮、高潮時(shí)的差距，以滿足實(shí)際作業(yè)時(shí)需要。（配合潮汐表，以滾裝當(dāng)日為滾裝時(shí)間計(jì)算）

② 滾裝作業(yè)預(yù)計(jì)時(shí)間：要根據(jù)潮汐情況分析裝船時(shí)船舶的浮態(tài)變化，確定壓載水調(diào)節(jié)方案，以保證吸力式導(dǎo)管架的裝船全過程順利進(jìn)行，在滾裝過程中，模塊車指揮和運(yùn)輸船調(diào)載指揮密切配合，確保模塊車運(yùn)輸過程與調(diào)載過程相匹配。

裝船過程中SPMT 運(yùn)行速度暫定為1.5m/min。裝船時(shí)間約持續(xù)2h/臺(tái)。

③鋪設(shè)鋼板：按設(shè)計(jì)位置在碼頭前沿與滾裝所用船泊的甲板前鋪設(shè)好滾裝所需的6塊鋼板30mm＊2200mm＊10540mm。

④ 操縱模塊車使運(yùn)輸貨物中線與運(yùn)輸船中線對(duì)齊，模塊車靠近跳板等待潮水到位，準(zhǔn)備上船。

⑤運(yùn)輸船預(yù)先適當(dāng)進(jìn)行壓水，便于滾裝過程中調(diào)整船的狀態(tài)，整個(gè)滾裝作業(yè)需在漲潮時(shí)間段完成。

⑥用遙控器操作模塊車通過跳板向船泊甲板行駛，開始滾裝作業(yè)。

⑦在整個(gè)滾裝作業(yè)過程中，模塊車馱著吸力式導(dǎo)管架要緩慢駛上運(yùn)輸船，持續(xù)檢查碼頭與船的甲板間的高度差，使得高度差保持在100mm之內(nèi)，當(dāng)高度差超過時(shí)，應(yīng)停止車輛行駛，等待潮水或?qū)Υ斑M(jìn)行調(diào)載，等高度滿足要求時(shí)繼續(xù)滾裝。

⑧在滾裝過程中始終控制好船泊前后高度差和左右高度差，將姿態(tài)始終調(diào)載到安全范圍內(nèi)。

⑨在滾裝過程中，車輛行駛與平臺(tái)升降要始終與船泊的調(diào)水相結(jié)合，控制好車輛行程及各支承點(diǎn)壓力，控制好整個(gè)船泊的姿態(tài)。

⑩當(dāng)車輛完全通過跳板駛上船的甲板時(shí)，操作車輛繼續(xù)行駛，直至將導(dǎo)管架完全運(yùn)到指定位置。

?操作車輛降低平臺(tái)，將吸力式導(dǎo)管架在船舶指定位置放下。

?繼續(xù)降低車輛，使得車輛完全與運(yùn)輸?shù)呢浳锩撾x。

?拆除并車線，使得車輛恢復(fù)到并車前的各個(gè)車組。

?各車組分別采用各自的遙控器操作，從運(yùn)輸?shù)呢浳锵埋偝?，在高度許可時(shí)，沿跳板行駛到碼頭上，滾裝結(jié)束。

7.結(jié)論

針對(duì)吸力式導(dǎo)管架基礎(chǔ)特點(diǎn)設(shè)計(jì)專用運(yùn)輸工裝和運(yùn)輸配車參數(shù)，制定專項(xiàng)軸線車運(yùn)輸落駁方案，并通過采用有限元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算分析軟件進(jìn)行吸力式導(dǎo)管架裝載、運(yùn)輸過程中的相關(guān)鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析，分析中考慮個(gè)別支撐點(diǎn)支撐失效的分析工況。該落駁技術(shù)已經(jīng)成功地在長(zhǎng)樂外海海上風(fēng)電場(chǎng)C區(qū)項(xiàng)目工程中進(jìn)行實(shí)踐，并取得成功。這對(duì)今后海上風(fēng)電超大超重吸力式導(dǎo)管架基礎(chǔ)的出運(yùn)提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)借鑒。