許啟云，牛美峰

（浙江華東建設(shè)工程有限公司，浙江杭州310014）

0 引言

海上擁有豐富的風(fēng)能資源，且不占用寶貴的土地，具有可開(kāi)發(fā)的資源儲(chǔ)量和未來(lái)市場(chǎng)空間十分巨大等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。近幾年來(lái)，全球海上風(fēng)電發(fā)展較快，新增裝機(jī)年均增長(zhǎng)率達(dá)31%以上。截至2015年全球海上風(fēng)電新增裝機(jī)容量339.2萬(wàn)kW，累計(jì)裝機(jī)容量為1214.1萬(wàn)kW。其中德國(guó)新增裝機(jī)容量228.2萬(wàn)kW、英國(guó)新增裝機(jī)容量56.6萬(wàn)kW，緊隨其后的是中國(guó)和荷蘭。我公司自2005年涉及海上風(fēng)電勘察以來(lái)，初始采取水電江河水上鉆探的經(jīng)驗(yàn)，采用漂浮式平臺(tái)鉆探獲取的土試樣，經(jīng)室內(nèi)土工試驗(yàn)獲得的物理力學(xué)指標(biāo)成果，與發(fā)達(dá)的歐美國(guó)家采取靜探為主的勘探技術(shù)相比較，成果質(zhì)量明顯處于劣勢(shì)。為了提升海上勘察成果質(zhì)量，我公司于2014年初，自籌資金建造了適用于潮間帶、潮下帶，以及水深15 m以淺的海域的自升式勘探平臺(tái)［1-2］——“華東院1號(hào)”，并于2014年10月中旬在江蘇響水燕尾港正式下水投入使用。

由于“華東院1號(hào)”平臺(tái)主要適用于15 m水深的近岸和淺水區(qū)，15 m以上水深的其他海上鉆探，仍依賴(lài)傳統(tǒng)浮漂式勘探船進(jìn)行作業(yè)。為進(jìn)一步解決我公司海洋勘察業(yè)務(wù)在戰(zhàn)略定位、技術(shù)手段、勘察裝備、技術(shù)人才、內(nèi)部管理等方面存在的問(wèn)題，改善和提高海上作業(yè)人員的生活環(huán)境和安全性，公司于2016年開(kāi)始調(diào)研，2017年通過(guò)中電建物資采購(gòu)平臺(tái)公開(kāi)招標(biāo)建造，為海上風(fēng)電勘察量身定做了2艘實(shí)用性強(qiáng)、利用率高、功能齊全的35 m水深自升式勘探平臺(tái)［3-6］，該平臺(tái)于2018年3月正式投入運(yùn)營(yíng)。

1 平臺(tái)運(yùn)維功能設(shè)計(jì)

為了使平臺(tái)運(yùn)行維護(hù)成本可控，并與市場(chǎng)承接的海上風(fēng)電鉆探單價(jià)相匹配，同時(shí)，平臺(tái)應(yīng)具有勘探、靜探、土工試驗(yàn)、生活居住集一體的功能。對(duì)平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)思路：一是把自升式平臺(tái)設(shè)計(jì)成非自航式鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)，以降低平臺(tái)運(yùn)維人員的費(fèi)用［7-8］；二是平臺(tái)所需設(shè)備動(dòng)力與勘探設(shè)備動(dòng)力相整合，以降低鉆探設(shè)備的油料消耗；三是從海上鉆探作業(yè)裝備和人員安全考慮，新建平臺(tái)按水深35 m工況下，滿(mǎn)足7級(jí)抗風(fēng)能力，或在水深20 m工況下，能滿(mǎn)足11級(jí)風(fēng)自存能力進(jìn)行設(shè)計(jì)［9-12］。

1.1 平臺(tái)主要技術(shù)參數(shù)

表1 、圖1為自升式平臺(tái)主要參數(shù)及原型照片。

表1 自升式平臺(tái)主要參數(shù)Table 1 Main parameters of the jack-up platform

圖1 35 m水深自升式勘探平臺(tái)Fig.1 Self-elevating exploration platform for 35m water depth

1.2 平臺(tái)升降操控系統(tǒng)

以往的浮動(dòng)式平臺(tái)，每月海上可鉆探作業(yè)時(shí)間在10 d左右，采用樁腿式升降平臺(tái)以后，可工作天數(shù)增加到15 d以上。為了多完成鉆孔，就必須充分利用好有效的工作天數(shù)。

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的樁腿式升降平臺(tái)可分為插銷(xiāo)式升降系統(tǒng)和齒輪齒條式升降系統(tǒng)。而海上鉆探受風(fēng)浪潮諸多因素的影響，能否利用好有效的工作時(shí)間，將會(huì)直接影響鉆探的工效。為此，經(jīng)過(guò)對(duì)2種升降系統(tǒng)分別從額定升降速度、樁腿影響、操作難易程度、價(jià)格和交貨期間、設(shè)備壽命、固樁室的設(shè)置等綜合對(duì)比，在總造價(jià)費(fèi)用增加不多、齒輪齒條式升降系統(tǒng)速度為36～72 m/h、而插銷(xiāo)式升降系統(tǒng)速度為12～18 m/h的情況下，選擇齒輪齒條式升降系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)明顯。

齒輪齒條升降系統(tǒng)主要由升降機(jī)構(gòu)和升降電控系統(tǒng)組成，其中平臺(tái)升降系統(tǒng)還增設(shè)了多個(gè)安全預(yù)警系統(tǒng)，如大角度傾斜報(bào)警系統(tǒng)、故障實(shí)時(shí)顯示與查詢(xún)系統(tǒng)、操作備用系統(tǒng)等，確保了平臺(tái)使用的安全性和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了智能化操作目標(biāo)。

平臺(tái)升降電控系統(tǒng)主要由動(dòng)力系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)和安保系統(tǒng)3部分組成。動(dòng)力系統(tǒng)負(fù)責(zé)為整個(gè)平臺(tái)液壓升降系統(tǒng)提供動(dòng)力電源?？刂葡到y(tǒng)提供液壓升降系統(tǒng)的動(dòng)力電機(jī)和液壓系統(tǒng)的控制。安保系統(tǒng)是整個(gè)設(shè)備的信息管理中心，并提供整個(gè)裝置的安全保護(hù)。

總之，整套升降系統(tǒng)，集數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化為一體，實(shí)現(xiàn)了樁腿的精準(zhǔn)控制，從而大大降低了作業(yè)強(qiáng)度，改善了作業(yè)環(huán)境。

2 平臺(tái)勘探區(qū)域布置

2.1 勘探場(chǎng)區(qū)設(shè)置

當(dāng)前國(guó)內(nèi)海上軟土地基以單樁基礎(chǔ)和群樁墩臺(tái)基礎(chǔ)為主，也就是海上風(fēng)電樁塔要打入地基一定深度，且要在滿(mǎn)足基礎(chǔ)沉降要求的土層。同時(shí)，樁的入土長(zhǎng)度又能滿(mǎn)足約束樁水平位移的要求。如單樁風(fēng)機(jī)，往往需要結(jié)合水下地層地貌等情況，布置2個(gè)鉆孔；如果采取群樁墩臺(tái)基礎(chǔ)，就需要結(jié)合地層地貌布置2～3個(gè)鉆孔。

因此為了充分利用平臺(tái)甲板的有效空間，在長(zhǎng)寬29 m×12 m面積中規(guī)劃出18 m×12 m的勘探工作場(chǎng)區(qū)，并在適當(dāng)部位布設(shè)2個(gè)1 m×1 m月池，供鉆孔取樣和靜力觸探雙孔作業(yè)［13-14］，來(lái)提升勘察報(bào)告的成果資料。圖2為雙孔機(jī)位布設(shè)的勘探作業(yè)場(chǎng)景。

圖2 平臺(tái)雙機(jī)位布置結(jié)構(gòu)Fig.2 Layout of the two drilling slots on the platform

2.2 平臺(tái)土工試驗(yàn)室

為了確保海上鉆孔獲得的土工試樣的質(zhì)量，保持試樣的天然濕度，防止水分流失和運(yùn)輸途中的擾動(dòng)，使取樣質(zhì)量等級(jí)滿(mǎn)足巖土體物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)的要求，在自升式平臺(tái)上專(zhuān)門(mén)設(shè)置了用于常規(guī)土工試驗(yàn)的試驗(yàn)室。該試驗(yàn)室測(cè)試項(xiàng)目：含水率、密度、液限、塑限、直剪、三軸壓縮等，確保了土力學(xué)試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。平臺(tái)土工試驗(yàn)室如圖3所示。

圖3 平臺(tái)土工試驗(yàn)室Fig.3 Platform geotechnical laboratory

2.3 其它功能設(shè)置［15］

（1）為解決平臺(tái)鉆探器具的吊裝，專(zhuān)門(mén)在平臺(tái)甲板上配置了5 t＠10 m克令吊。

（2）通過(guò)大揚(yáng)程軟管絞車(chē)，直接從海里取水，以滿(mǎn)足平臺(tái)鉆進(jìn)用水。

（3）利用平臺(tái)74 kW應(yīng)急發(fā)電機(jī)，來(lái)承擔(dān)白天2臺(tái)套勘探設(shè)備鉆探作業(yè)時(shí)的動(dòng)力用電。

3 平臺(tái)實(shí)踐應(yīng)用

兩艘平臺(tái)自2018年3月正式投入運(yùn)營(yíng)以來(lái)，2018在浙江東部沿海經(jīng)歷了8號(hào)臺(tái)風(fēng)（摩羯）、10號(hào)臺(tái)風(fēng)（安比）、12號(hào)臺(tái)風(fēng)（云雀）、14號(hào)臺(tái)風(fēng)（瑪莉亞）等多個(gè)臺(tái)風(fēng)的考驗(yàn)，經(jīng)受住了最高12級(jí)臺(tái)風(fēng)的襲擊和在舟山海域樁腿入泥超過(guò)10 m深度的考驗(yàn)。截至2020年5月，2艘平臺(tái)在浙江、江蘇、廣東、山東等20余個(gè)水深10～33 m之間、孔深在40～120 m之間的海上風(fēng)電勘察項(xiàng)目中應(yīng)用。共完成靜力觸探鉆探孔432個(gè)，取樣鉆孔157個(gè)，與浮動(dòng)式勘探平臺(tái)相比較，平臺(tái)工作自持力得到明顯提高，每月無(wú)效工作天數(shù)明顯減少，平臺(tái)的雙機(jī)位設(shè)計(jì)，若按50%工效提升估算，相當(dāng)于以往1艘自升式平臺(tái)1年的完成工作量，其功效提高優(yōu)勢(shì)明顯。

綜上所述，當(dāng)前投入使用的2艘35 m水深海上勘探平臺(tái)，事先通過(guò)了精心的規(guī)劃設(shè)計(jì)，使平臺(tái)具有集科學(xué)鉆探、工程勘探、地質(zhì)調(diào)查、原位測(cè)試、土工試驗(yàn)于一體的功能，從而保障了海上勘探質(zhì)量和安全，改善了作業(yè)人員工作生活環(huán)境，在海洋勘探裝備的創(chuàng)新性、先進(jìn)性和海洋勘探技術(shù)等方面，在同行業(yè)中均達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的地位。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）本平臺(tái)在擬建設(shè)計(jì)階段，對(duì)整個(gè)平臺(tái)功能進(jìn)行整體規(guī)劃設(shè)計(jì)，使平臺(tái)具有鉆探、靜力觸探雙孔同時(shí)作業(yè)的能力。另在平臺(tái)內(nèi)設(shè)有土工試驗(yàn)室，從而使平臺(tái)具備綜合勘探、試驗(yàn)一體化的功能，提升了勘探施工的質(zhì)量，為我公司對(duì)外承接海洋工程勘察任務(wù)提升了競(jìng)爭(zhēng)力。

（2）平臺(tái)的雙機(jī)位設(shè)計(jì)，功效提高優(yōu)勢(shì)明顯，增加工效達(dá)到50%，平臺(tái)達(dá)到了設(shè)計(jì)目的和預(yù)期目標(biāo)的要求。

（3）本平臺(tái)可以滿(mǎn)足7級(jí)風(fēng)以下海況環(huán)境下海上勘探作業(yè)，甚至在小潮汛內(nèi)可以不進(jìn)行避潮，與浮動(dòng)式平臺(tái)相比，有效工作天數(shù)明顯增加。

（4）本平臺(tái)的投入使用，大大改善了海上作業(yè)人員的工作生活環(huán)境，提升了作業(yè)期間的安全性，海上人身設(shè)備安全得到了有效的保障。