孟祥禮

(中海福陸重工有限公司 廣東 珠海 519000)

0 引 言

近年來(lái)，隨著綠色發(fā)展深入人心，尤其隨著碳達(dá)峰碳中和成為國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)，大力發(fā)展清潔能源逐步取代化石燃料成為了共識(shí)。隨著人們對(duì)綠色能源的呼聲越來(lái)越高，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)取得迅速發(fā)展。海上風(fēng)電具有規(guī)模優(yōu)勢(shì)，且處于用電負(fù)荷中心周邊位置，利用程度高，因此，海上風(fēng)電作為一種主要的清潔能源越來(lái)越受到重視，發(fā)展勢(shì)頭迅猛。廣東省作為我國(guó)沿海大省，以其豐富的海上風(fēng)能資源引領(lǐng)我國(guó)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展，先后實(shí)施了多個(gè)新建、擴(kuò)建項(xiàng)目，如三峽風(fēng)電項(xiàng)目、中廣核南鵬島40萬(wàn)kW海上風(fēng)電項(xiàng)目、粵電陽(yáng)江沙扒30萬(wàn)kW海上風(fēng)電項(xiàng)目等[1]。

海上電機(jī)組主要由葉片、葉輪、機(jī)艙、塔筒、基礎(chǔ)導(dǎo)管架、鋼管樁等部分組成，其中風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)導(dǎo)管架是海上風(fēng)機(jī)塔筒與水下樁基的連接段，由導(dǎo)管架主體結(jié)構(gòu)和過(guò)渡段組成，主要應(yīng)用于單機(jī)容量較大、水深較深、地質(zhì)條件較差的海上風(fēng)電場(chǎng)[2]。

1 項(xiàng)目概述

中節(jié)能陽(yáng)江南鵬島300MW海上風(fēng)電項(xiàng)目(以下簡(jiǎn)稱“本項(xiàng)目”)位于陽(yáng)東縣東平鎮(zhèn)南側(cè)、南鵬島南側(cè)海域，涉海面積約47.5km2，水深23～32m，項(xiàng)目規(guī)劃裝機(jī)總?cè)萘?00MW，擬布置單機(jī)容量為5.5MW的風(fēng)電機(jī)組55臺(tái)(其中1臺(tái)限發(fā)3MW)，同時(shí)配套建設(shè)1座220kV海上升壓站和陸上集控中心[3]。

本項(xiàng)目風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)導(dǎo)管架采用“四樁導(dǎo)管架式”風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式，導(dǎo)管架安裝采用水下對(duì)位、水下灌漿等技術(shù)。導(dǎo)管架是由若干豎向立柱(圓鋼管)和橫向、斜向聯(lián)接鋼管焊接成的空間框架結(jié)構(gòu)，橫向和斜向的鋼管分別叫橫撐和斜撐，也叫橫拉筋或斜拉筋，豎向大直徑圓管叫導(dǎo)管或?qū)Ч芡萚4]。

本文主要介紹陸地建造階段基礎(chǔ)導(dǎo)管架的建造過(guò)程、建造方法和注意事項(xiàng)等，導(dǎo)管架總重約871t，運(yùn)輸支撐重量約54t，導(dǎo)管架與運(yùn)輸支撐總重約925t，導(dǎo)管架主體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 總體建造方案

項(xiàng)目開(kāi)始施工前需要根據(jù)建造項(xiàng)目特點(diǎn)、施工環(huán)境、公司場(chǎng)地資源、施工設(shè)備資源、成本、安全等多方面限制因素綜合考慮、不斷優(yōu)化，進(jìn)而編制最適合本公司和本項(xiàng)目的施工方案[5]。

導(dǎo)管架的建造模式通?？煞譃榱⑹浇ㄔ旌团P式建造2種。立式建造通常用于較小的導(dǎo)管架的建造，臥式建造通常用于較大的導(dǎo)管架的建造。本項(xiàng)目的導(dǎo)管架總重871t，外形尺寸為31600mm(長(zhǎng))×30730mm(寬)×49900mm(高)，根據(jù)公司場(chǎng)地設(shè)備資源和建造慣例最終選擇了立式建造模式。

本項(xiàng)目在珠海巨濤總裝場(chǎng)地進(jìn)行總裝，所用主要設(shè)備包括2臺(tái)400t履帶吊、1臺(tái)200t龍門(mén)吊和SPMT運(yùn)輸車(chē)。根據(jù)公司場(chǎng)地設(shè)備資源將導(dǎo)管架分為三大部分，即過(guò)渡段、上部導(dǎo)管架和下部導(dǎo)管架，上部導(dǎo)管架和下部導(dǎo)管架又可分為帶導(dǎo)管腿的立片和不帶導(dǎo)管腿的十字花片，如圖2所示。

圖2 導(dǎo)管架主結(jié)構(gòu)分解圖Fig.2 Exploded view of jacket

3 建造流程

①根據(jù)導(dǎo)管架主結(jié)構(gòu)分解圖分別預(yù)制各個(gè)次結(jié)構(gòu)和運(yùn)輸支撐。

②擺放運(yùn)輸支撐，并總裝下部導(dǎo)管架，如圖3～6所示。

圖3 擺放運(yùn)輸支撐Fig.3 Layout transportation support

③預(yù)制上部導(dǎo)管架，如圖7所示。

圖7 上部導(dǎo)管架Fig.7 Upper jacket

④總裝上部導(dǎo)管架，如圖8所示。

圖8 總裝上部導(dǎo)管架Fig.8 Erection of upper jacket

⑤預(yù)制過(guò)渡段，如圖9所示。

圖9 過(guò)渡段示意圖Fig.9 Transition section

⑥總裝過(guò)渡段，如圖10所示。

圖10 總裝過(guò)渡段示意圖Fig.10 Erection of transition section

⑦利用SPMT(自行式模塊運(yùn)輸車(chē))進(jìn)行運(yùn)輸 裝船。

本方案中，在場(chǎng)地資源允許的情況下可同時(shí)進(jìn)行 過(guò)渡段、上部導(dǎo)管架、下部導(dǎo)管架的預(yù)制工作，以縮短項(xiàng)目工期和提高生產(chǎn)率。

圖4 安裝立片F(xiàn)ig.4 Erection of panel

圖5 安裝花片F(xiàn)ig.5 Erection of brace

圖6 安裝另一側(cè)立片F(xiàn)ig.6 Erection of other side panels

4 施工技術(shù)難點(diǎn)

4.1 鋼管的卷制

本項(xiàng)目規(guī)定管徑等于或大于φ406mm的鋼管采用焊接管，即鋼管由鋼板卷制并焊接形成，同時(shí)本項(xiàng)目對(duì)管的平直度、縱縫徑向錯(cuò)邊、外圓周長(zhǎng)公差、橢圓度等均有較為嚴(yán)格的規(guī)定。如對(duì)平直度誤差要求為任何3m一段不超過(guò)3mm；任何12m一段不超過(guò)10mm；任何超過(guò)12m一段不超過(guò)12mm。

在由鋼板卷制成型并焊接的過(guò)程中最主要的影響因素是焊接收縮變形。因此，完成鋼管卷制成型、外形尺寸校準(zhǔn)和縱縫點(diǎn)焊固定后一般使用剛性固定法，即在鋼管徑向端面增加臨時(shí)支撐，以減小縱縫焊接過(guò)程中引起的鋼管變形和達(dá)到誤差要求；同時(shí)也可采用余量補(bǔ)償法，焊接前在焊接收縮的反方向預(yù)留收縮余量，通過(guò)反向收縮變形抵消焊接過(guò)程帶來(lái)的尺寸誤差和變形。

4.2 導(dǎo)管腿和拉筋的接長(zhǎng)

完成單節(jié)鋼管卷制后將單節(jié)鋼管沿著軸向接長(zhǎng)就形成了導(dǎo)管腿和拉筋。

所有導(dǎo)管腿必須按照以下要求分別進(jìn)行接長(zhǎng)：①所有組對(duì)接口都必須預(yù)留適當(dāng)?shù)暮附邮湛s余量；②含有MITER口的管段要先將含MITER口的管段與其一側(cè)的直管段接長(zhǎng)、劃線、切割MITER口，最后對(duì)接MITER口；③對(duì)于一次接長(zhǎng)、二次接長(zhǎng)和現(xiàn)場(chǎng)接長(zhǎng)的各管段，都必須以各管段的底端為尺寸測(cè)量基準(zhǔn)，每次接長(zhǎng)的各管段加工余量均預(yù)留在各接長(zhǎng)管段的頂端；④對(duì)有預(yù)留加工余量的管段，先接長(zhǎng)各管段，預(yù)留下道接長(zhǎng)工序中的加工余量后切除接長(zhǎng)管段的多余部分。

完成接長(zhǎng)后須對(duì)工件進(jìn)行檢驗(yàn)，主要檢驗(yàn)項(xiàng)如下：①直線度誤差；②錯(cuò)邊誤差；③周長(zhǎng)誤差；④拼縫；⑤其他(除非另有要求，所有坡口型式或組對(duì)間隙均需遵從本項(xiàng)目WPS 程序；臨時(shí)附件的割除)。

應(yīng)盡可能限制臨時(shí)附件的使用。若必須使用時(shí)，則應(yīng)滿足下述要求：①不可用錘擊或碳弧氣刨方法去除臨時(shí)附件，以免傷害母材；②對(duì)于導(dǎo)管腿、拉筋、節(jié)點(diǎn)、加厚段上所用的臨時(shí)附件，應(yīng)使用氣割方法在距母材以上5mm處割除，然后用機(jī)械方法打磨直至與母材光滑平齊；③位于涂裝區(qū)域的臨時(shí)附件應(yīng)在涂裝前按上述方法割除、磨平。

4.3 運(yùn)輸支撐的設(shè)計(jì)

從導(dǎo)管架總裝開(kāi)始直至運(yùn)輸至海上安裝入海為止，運(yùn)輸支撐將整個(gè)項(xiàng)目的各種載荷傳導(dǎo)至地面活運(yùn)輸船/車(chē)上是項(xiàng)目建造階段載荷的主要載體，其作用至關(guān)重要。本項(xiàng)目采用SPMT滾裝裝船，運(yùn)輸支撐的受力計(jì)算主要使用ANSYS軟件進(jìn)行仿真計(jì)算。導(dǎo)管架運(yùn)輸支撐需要考慮以下2個(gè)因素。

①建造階段：運(yùn)輸支撐須能同時(shí)承載基礎(chǔ)導(dǎo)管架及運(yùn)輸支撐本體的重量、腳手架等建造工裝的重量、場(chǎng)地最大風(fēng)載荷和雪載荷、路上運(yùn)輸?shù)膭?dòng)載荷等載荷；運(yùn)輸支撐還須滿足SPMT運(yùn)輸要求，并根據(jù)SPMT運(yùn)輸能力、外形尺寸、排列方式、支撐的接地面積及地面承載力設(shè)計(jì)成門(mén)架式結(jié)構(gòu)。

②海上運(yùn)輸階段：需要承受海上運(yùn)輸載荷，包括縱搖、橫搖、垂蕩等。

每個(gè)導(dǎo)管架4個(gè)SPMT運(yùn)輸支撐，其分別分布在4根導(dǎo)管腿底端，每個(gè)支撐寬度方向允許內(nèi)部并列2排SPMT，長(zhǎng)度方向允許6軸SPMT進(jìn)入，運(yùn)輸支撐各個(gè)焊縫均需全熔透焊接。

4.3.1 SPMT運(yùn)輸支撐材料

①材料為Q345B或以上。

②許用應(yīng)力：207MPa(345×0.6API 2A 3.2.1)。

③計(jì)算參數(shù)：彈性模量E＝205000MPa；泊松比ν＝0.3；密度ρ＝7850kg/m3。

④分析軟件：ANSYS，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核采用Shell 181單元。

4.3.2 運(yùn)輸支撐承載能力

單個(gè)運(yùn)輸支撐承載能力為300t。

①導(dǎo)管架自重約900t，考慮10%的施工載荷，總重990t；②每個(gè)導(dǎo)管架4個(gè)運(yùn)輸支撐，平均計(jì)算每個(gè)支撐承載247.5t；③考慮1.2倍的設(shè)計(jì)系數(shù)，每個(gè)支撐承載297t，按300t承載能力校核。

4.3.3 環(huán)境載荷

根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)載荷規(guī)范，環(huán)境載荷有風(fēng)載和雪載；珠海地區(qū)沒(méi)有雪，只考慮風(fēng)載即可。

根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)載荷規(guī)范：

式中，WK為風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kN/m2；βz為高度Z處風(fēng)振系數(shù)；μS為風(fēng)荷載體型系數(shù)；UZ為風(fēng)壓高度編號(hào)系數(shù)；W0為基本風(fēng)壓，kN/m2。

其中：βz=1；US=0.8；UZ=1.89；W0=0.5。

計(jì)算得到：WK=βzμSUZW0=0.756kN/m2

根據(jù)導(dǎo)管架外形尺寸估算導(dǎo)管架的迎風(fēng)面積為400m2，風(fēng)載計(jì)算如下：

式中，F(xiàn)wind為風(fēng)載荷，kN；A為迎風(fēng)面積，m2。

每個(gè)支撐承受的風(fēng)載：

式中，F(xiàn)w為每個(gè)支撐風(fēng)載荷，kN。

之后在ANSYS軟件中建立運(yùn)輸支撐模型，經(jīng)過(guò)網(wǎng)格化處理、設(shè)置約束條件、施加載荷和計(jì)算后得知該運(yùn)輸支撐滿足項(xiàng)目建造和運(yùn)輸要求。

4.4 大型吊裝方案設(shè)計(jì)

大型吊裝主要包括上/下部導(dǎo)管架立片吊裝、上部導(dǎo)管架與下部導(dǎo)管架總裝時(shí)的吊裝、過(guò)渡段的吊裝等，這些部分的重量均超過(guò)50t，屬于大型吊裝，需要編制專門(mén)的吊裝方案。

本項(xiàng)目最大的吊裝作業(yè)為導(dǎo)管架頂部過(guò)渡段的吊裝作業(yè)，其重量最重，吊裝作業(yè)高度最高，導(dǎo)管架各部分吊裝只需焊接臨時(shí)擋繩柱即可，然后通過(guò)SACS軟件校核吊裝作業(yè)是否可行。而過(guò)渡段的吊裝則因其屬于非桁架結(jié)構(gòu)，故無(wú)法使用SACS軟件進(jìn)行吊裝校核，仍需使用較為復(fù)雜的ANSYS軟件進(jìn)行吊裝校核，且需自行設(shè)計(jì)臨時(shí)吊耳以安裝吊裝作業(yè)用的卸扣和鋼絲繩等。

過(guò)渡段結(jié)構(gòu)的外形尺寸(帶鋼平臺(tái))為：16345mm(長(zhǎng))×15050mm(寬)×6330mm(高)，預(yù)估吊裝重量(包括腳手架、吊點(diǎn)等臨時(shí)工裝和結(jié)構(gòu))為252.34t，吊裝計(jì)算中包含5%質(zhì)量偏差，即計(jì)算重量為265t。

在ANSYS軟件中建立過(guò)渡段模型，經(jīng)過(guò)網(wǎng)格化處理、設(shè)置約束條件、施加載荷和計(jì)算后得知該吊耳設(shè)計(jì)滿足項(xiàng)目建造和施工要求。

吊耳在過(guò)渡段校核結(jié)果安全后即可參照吊機(jī)性能表選取吊機(jī)工況，最終選取的吊機(jī)型號(hào)為400t履帶吊。

進(jìn)行吊裝碰撞檢查。符合安全距離要求后可以實(shí)施吊裝。吊裝過(guò)程中為防止履帶吊對(duì)場(chǎng)地地面造成破壞和地面沉降，可在履帶與地面之間鋪設(shè)路基板，以減小對(duì)地壓強(qiáng)。

①過(guò)渡段法蘭安裝后對(duì)水平度要求較高，整個(gè)法蘭面水平度誤差不得超過(guò)0.3%。預(yù)制過(guò)渡段時(shí)，法蘭先進(jìn)行粗找平；導(dǎo)管架完成總裝后再對(duì)法蘭進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)機(jī)加工，以完成精找平。

②根據(jù)場(chǎng)地地基承載力和項(xiàng)目對(duì)地基沉降的要求，確定是否對(duì)地基進(jìn)行加強(qiáng)或墊防沉板等措施，以防止項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中出現(xiàn)沉降超差。

③導(dǎo)管架分成上下2部分總裝，須確認(rèn)泥漿管線和電纜護(hù)管等附件均位于導(dǎo)管腿外部，以避免出現(xiàn)總裝后無(wú)法焊接導(dǎo)管腿內(nèi)部管線的情況。

5 結(jié) 語(yǔ)

沒(méi)有最好的建造方案，只有最合適的建造方案。任何項(xiàng)目的建造方案都要結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)和本公司的實(shí)際情況，實(shí)事求是，充分考慮本公司及本項(xiàng)目的特點(diǎn)才能在保證按質(zhì)按量完成項(xiàng)目建設(shè)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目利益的最大化。

本文中的導(dǎo)管架的建造方案既可以立式建造，也可以臥式建造；立式建造既可以采用整體立片的方式，也可以采用劃分上下部導(dǎo)管架的方式。整體立片方式雖然整體占優(yōu)，但是卻對(duì)吊裝設(shè)備能力有更高的要求，在公司吊裝設(shè)備能力有限的情況下將導(dǎo)管架分為上下2部分分別進(jìn)行預(yù)制和總裝，雖然增加了吊裝工作量，但是卻能充分利用本公司已有設(shè)備資源，在整體上實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目收益的最大化，是最適合公司的一種方案?！?/p>