作者簡(jiǎn)介：王亞鋒（1990—），男，本科，工程師，研究方向?yàn)楹Ｉ巷L(fēng)電施工管理。

摘? 要：海上升壓站的基礎(chǔ)與上部組塊吊裝是海上風(fēng)場(chǎng)施工的核心，升壓站作為海上風(fēng)電場(chǎng)電能的匯集中心，擔(dān)負(fù)著電力集中、電力送出、設(shè)備保護(hù)、監(jiān)視控制等重任。導(dǎo)管架基礎(chǔ)與上部組塊一次性、安全、高質(zhì)量施工成功，是海上風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)發(fā)電重要的前置條件。從升壓站導(dǎo)管架基礎(chǔ)施工、升壓站海上運(yùn)輸、升壓站上部組件吊裝、船舶選型和吊重分析、精確的施工部署等多方面對(duì)海上升壓站全過(guò)程的施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行研究，可為海上升壓站全套施工提供理論技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電? 升壓站? 施工技術(shù)? 工藝優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：TU753

Abstract： The lifting of the foundation and upper modules of an offshore booster station is the core of offshore wind farm construction. As the gathing center of offshore wind farm power， the booster station is responsible for power concentration， power transmission， equipment protection， supervisory control and other important tasks. The successful one-time， safe and high-quality construction of the jacket foundation and upper module is an important prerequisite for the grid-connected power generation of offshore wind farms. This article studies the key construction technology points of the entire process of offshore booster stations from many aspects such as the construction of the jacket foundation of the booster station， offshore transportation of the booster station， lifting of the upper components of the booster station， ship selection and lifting weight analysis， and precise construction deployment， which can provide theoretical and technical references for the complete construction of offshore booster stations.

Key Words： Offshore wind power; Booster station; Construction technology; Process optimization

1? 工程概況

申能海南CZ2海上風(fēng)電場(chǎng)址位于儋州北面海域，水深15～25 m之間，離岸距離約為27 km，場(chǎng)址沿東西長(zhǎng)18 km，南北寬17 km，面積約為191 km?，規(guī)劃容量為603.5 MW，共布置71臺(tái)8.5 MW風(fēng)電機(jī)組，配套建設(shè)1座220 kV海上升壓站和1座陸上集控中心。

2? 海上升壓站結(jié)構(gòu)型式

本項(xiàng)目海上升壓站結(jié)構(gòu)由樁、導(dǎo)管架、上部組塊構(gòu)成，如圖1所示。樁基采用4根直徑2.5 m鋼管樁，樁長(zhǎng)105 m；導(dǎo)管架頂高程+11 m。底部根開(kāi)尺寸27.4 m×22.9 m，總重1 226 t。導(dǎo)管架底部設(shè)置防沉鋼箱梁。

3? 升壓站海上裝駁及運(yùn)輸

3.1? 碼頭滾裝潮位驗(yàn)算

出運(yùn)碼頭頂面高程H=7 m，潮汐高度h=1.66～4.75 m，碼頭前沿水深-12.5 m。

振新3號(hào)運(yùn)輸船總長(zhǎng)133 m，總寬35 m，型深7.8 m，升壓站上部組件采用艦靠滾裝上船的形式，如圖2所示，運(yùn)輸船與碼頭面齊平時(shí)，其吃水計(jì)算式：A＝D-（H-h），算得吃水A范圍：2.46～5.55 m。升壓站滾裝上船期間，考慮船舶最大吃水為3.87 m，在潮高3.07～4.75 m之間能滿足其滾裝要求，根據(jù)實(shí)際的潮汐情況擇機(jī)選擇升壓站滾裝上船。

3.2? SPMT模板車(chē)滾裝配置驗(yàn)算

3.2.1 配載驗(yàn)算

本項(xiàng)目升壓站上部組件及其工裝總重3 400 t，SPMT共配置128個(gè)軸線與4個(gè)PPU，軸線車(chē)重604.8 t，軸線車(chē)倆總承重48t?128＝6144 t，SPMT軸線分組后最大負(fù)荷35.18 t，對(duì)地面流動(dòng)荷載10.34 t/m?，荷載率為73.3％。

3.2.2 運(yùn)輸牽引力驗(yàn)算

車(chē)貨總重4 054.8 t，摩擦阻力4 054.8?5％＝202.74 t，SPMT最大牽引力為25?16+12.5?8＝500 t，牽引力的安全系數(shù)＝500/202.74＝2.47，滿足施工要求。

3.2.3 陸上運(yùn)輸穩(wěn)定性驗(yàn)算

通過(guò)研究液壓懸掛回路采用3點(diǎn)支承系統(tǒng)更有利，升壓站上部組塊的重心落在平板車(chē)的承載區(qū)域內(nèi)，通過(guò)監(jiān)視液壓系統(tǒng)的壓力表保證裝載正確。

穩(wěn)定角：Tga＝L/H，Tga＝0.29，a=16°

結(jié)論：根據(jù)側(cè)向穩(wěn)定計(jì)算，穩(wěn)定角16°＞7°，滿足施工要求。

3.3? 升壓站海上運(yùn)輸穩(wěn)定性驗(yàn)算

3.3.1 綁扎加固及船體受力驗(yàn)算

建模分析軟件采用Ansys 18.0，采用三維有限元模型，模型縱向范圍從艦封板到Fr190肋位，寬度范圍為整個(gè)船寬，垂向范圍從甲板板向下3 000 mm。其中甲板、艙壁以及甲板下平臺(tái)等平板結(jié)構(gòu)用板單元模擬，甲板縱桁、甲板強(qiáng)橫梁、艙壁水平/垂直腹板等用板單元模擬，面板用梁?jiǎn)卧M，其他小的骨材用梁?jiǎn)卧M，支墩等綁扎結(jié)構(gòu)采用板單元模擬[1]。

綜上所述，支墩等綁扎結(jié)構(gòu)應(yīng)力＝165 N/mm?＜許用應(yīng)力＝211 N/mm?，滿足施工要求。

3.3.2 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

運(yùn)輸船整體穩(wěn)定性驗(yàn)算具體見(jiàn)表1。

4? 升壓站基礎(chǔ)施工技術(shù)研究

4.1 導(dǎo)管架吊裝能力分析

導(dǎo)管架總高43 m，重1 226 t，吊索具重20 t，采用華西5000全回轉(zhuǎn)4 500 t起重船吊裝。

起吊高度H＝工裝高+凈空高+設(shè)備高度+吊索具高度=2.7+4+43+30=79.7 m＜110 m，滿足要求。動(dòng)載噸位T=（設(shè)備重+吊索具重）×1.1=（1 226+20）×1.1=1 370.6 t＜4 500 t，此時(shí)起重船主臂仰角65°，跨距49 m，滿足施工要求。

4.2? 安放導(dǎo)管架

在導(dǎo)管架安裝前，進(jìn)行導(dǎo)管架區(qū)域的水深測(cè)量，確認(rèn)泥面標(biāo)高及相對(duì)的高差情況。

利用RTK軟件，把所求點(diǎn)GPS1（X1，Y1）GPS2（X2，Y2）的坐標(biāo)輸入軟件的起點(diǎn)與終點(diǎn)，再利用GPS-RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)位置，精確就位。

當(dāng)導(dǎo)管架提升足夠約5m時(shí)，起重船吊機(jī)停止起升，觀察5 min，確認(rèn)無(wú)任何異響或問(wèn)題后，導(dǎo)管架運(yùn)輸駁船絞離吊裝區(qū)域[2]。

導(dǎo)管架起升至合適高度后，根據(jù)定位系統(tǒng)指示，起重船絞錨移至指定安裝位置，開(kāi)始下落導(dǎo)管架，下落過(guò)程中根據(jù)反饋數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控導(dǎo)管架位置，并適當(dāng)調(diào)整主鉤高度，導(dǎo)管架起吊入水如圖3，確保導(dǎo)管架絕對(duì)位置及水平度滿足施工技術(shù)要求[3]。

圖3? 導(dǎo)管架入水安放

當(dāng)導(dǎo)管架底部距離海床500 mm時(shí)，停止下鉤，導(dǎo)管架靜止?fàn)顟B(tài)后，測(cè)量人員根據(jù)RTK反饋數(shù)據(jù)，計(jì)算求出偏差值，核準(zhǔn)導(dǎo)管架移動(dòng)方位及距離，給出移動(dòng)方位和距離的指令，通過(guò)船舶絞錨調(diào)整導(dǎo)管架的位置及方位使安裝位置精度達(dá)到要求[4]。

導(dǎo)管架安放到位后，拆吊索具前，測(cè)量人員通過(guò)錨艇登上導(dǎo)管架頂部，利用水準(zhǔn)儀、GPS分別對(duì)水平度、絕對(duì)位置、高程及方位角進(jìn)行復(fù)測(cè)，確保導(dǎo)管架誤差在合理范圍內(nèi)。

4.3? 基礎(chǔ)鋼管樁吊裝

升壓站基礎(chǔ)鋼管樁起吊翻樁采用起重船副鉤翻身，副鉤采用2根高強(qiáng)環(huán)形合成纖維吊索掛上層雙個(gè)吊耳，鋼管樁底部采用翻身工裝進(jìn)行翻樁。

起重船吊機(jī)主鉤落鉤，系掛加長(zhǎng)吊帶于鋼管樁底部，主副鉤聯(lián)動(dòng)配合起吊鋼管樁并調(diào)整鋼管樁傾斜角度，起重船主吊機(jī)回轉(zhuǎn)至導(dǎo)管架頂部，直至鋼管樁底部高出導(dǎo)管架頂高程，開(kāi)始進(jìn)行鋼樁插樁施工。

4.4? 鋼樁插樁

起重船通過(guò)副鉤調(diào)整臂桿角度，使吊裝的鋼樁全部由起重船副鉤起吊，副鉤、鋼管樁上層吊點(diǎn)、鋼管樁重心處在同一鉛錘線。

起重船通過(guò)絞錨移至導(dǎo)管架上方，根據(jù)導(dǎo)管架水平度，將鋼樁插樁至高程相對(duì)較高的導(dǎo)管架角點(diǎn)位置，然后進(jìn)行主鉤鋼管樁底部吊帶摘鉤，鋼樁自沉，插樁過(guò)程中隨時(shí)觀察吊機(jī)吊力顯示，保證一直帶力，避免因樁底存在支撐面而脫鉤。自沉結(jié)束后各船根據(jù)吊裝需要調(diào)整有利于打樁的船位，重復(fù)以上動(dòng)作將第二根鋼樁翻身并插樁至第一根鋼樁對(duì)角位置，并以同樣的方式進(jìn)行最后兩根鋼樁插樁作業(yè)。

4.5? 鋼樁打樁可打性分析

鋼管樁在自沉不滿足15 m時(shí)，施工中采用永安YZ-400B振動(dòng)錘進(jìn)行升壓站基礎(chǔ)鋼管樁沉樁作業(yè)，確保鋼管樁入泥15 m，后續(xù)沉樁采用永安YC-120液壓錘進(jìn)行沉樁作業(yè)。鋼管樁壁厚：35～60 mm，樁長(zhǎng)105 m，平均290 t，根據(jù)可打性分析結(jié)果可知：使用YC-120液壓打樁錘進(jìn)行打樁時(shí)，所用最大錘擊能量273.6 kJ，總錘擊數(shù)為1 872錘，終錘時(shí)，貫入度約12.7 mm，滿足沉樁的技術(shù)規(guī)范要求。

4.6? 鋼樁打樁

插樁完畢后，起重船副鉤起吊打樁錘，索具鉤吊液壓管線，并調(diào)整船位至導(dǎo)管架位置鋼樁上方，通過(guò)調(diào)整變幅、船位將打樁錘錘帽套至鋼樁。

套錘時(shí)緩慢操作，始終控制吊機(jī)帶力，鋼樁會(huì)隨著壓錘的操作繼續(xù)下沉。

打樁前再次檢查導(dǎo)管架的水平度，水平度滿足要求（ 四角相對(duì)高差 2 cm 以?xún)?nèi)）方可打樁，打樁時(shí)根據(jù)導(dǎo)管架此時(shí)的水平度，將打樁錘套至導(dǎo)管架較高角點(diǎn)對(duì)應(yīng)的鋼樁，開(kāi)始打樁。遵循“哪邊高打那邊”的原則，打樁的同時(shí)進(jìn)行導(dǎo)管架調(diào)平作業(yè)（采用“刀把法”將鋼管樁與導(dǎo)管架電焊固定），每打樁入泥1.5 m進(jìn)行導(dǎo)管架水平度測(cè)量，邊打邊調(diào)，直至4根鋼樁均打至設(shè)計(jì)標(biāo)高位置，施工如圖4所示。

4.7? 導(dǎo)管架調(diào)平及固定

若某一角點(diǎn)始終較低，則通過(guò)起重船單點(diǎn)提升調(diào)平。待導(dǎo)管架調(diào)平后，立即通過(guò)每個(gè)套簡(jiǎn)樁周沿環(huán)向均勻分布的8個(gè)100 t液壓卡樁器將導(dǎo)管架與鋼管樁固定連接在一起，原理圖如圖5。

4.8? 水下灌漿施工封隔器的應(yīng)用

封隔器設(shè)計(jì)原理為將灌漿料通過(guò)灌漿導(dǎo)管注入封隔器構(gòu)件內(nèi)部，由于灌漿料密度比海水的密度大，在橡膠片外表面和內(nèi)表面之間產(chǎn)生壓力差，從而使橡膠外表面產(chǎn)生正壓力來(lái)增強(qiáng)密封功能，該密封效果隨著灌漿高度增加而增強(qiáng)[5]。

5? 升壓站上部組塊施工技術(shù)研究

5.1? 升壓站上部組塊吊裝能力分析

升壓站上部組塊采用三層布置，尺寸約為50 m?38 m?16 m，最高點(diǎn)距離海平面35.5 m，整體吊裝重量約3 450 t。采用創(chuàng)力號(hào)起重船起吊安裝。

（1）起吊高度H＝吊點(diǎn)距海平面高度+騰空高度+吊索具高度=35.5+5+30=70.5 m＜136 m。

（2）各鉤頭吊重。2-B吊點(diǎn)鉤頭吊重=Fa/sinα+G吊索=964.4/sin85.2°+8=975.79 t，起重安全系數(shù)=1250/975.79=1.28，滿足要求;2-D吊點(diǎn)鉤頭吊重=Fb/sinα+G吊索=860.8/sin85.2°+8=871.83 t，起重安全系數(shù)=1250/871.83=1.43，滿足要求：4-B吊點(diǎn)鉤頭吊重=Fc/sinα+G吊索=964.6/sin85.8°+8=975.20 t，起重安全系數(shù)=1250/975.20=1.28，滿足要求;4-D吊點(diǎn)鉤頭吊重=Fd/sinα+G吊索=861.0/sin85.8°+8=871.32t，起重安全系數(shù)=1250/871.32=1.43，滿足要求：創(chuàng)力號(hào)吊裝時(shí)主臂仰角62°，跨距55 m各主鉤起重能力固定尾吊4 500 t，全回轉(zhuǎn)3 500 t，與導(dǎo)管架安全距離40m各鉤頭吊重、吊高滿足要求。

5.2? 吊載形式

考慮工程誤差和現(xiàn)場(chǎng)施工方便，按重心位于吊耳中心設(shè)計(jì)，4吊點(diǎn)全部采用最大點(diǎn)載荷計(jì)算，即 8 280 kN。單鉤起吊升壓站上設(shè)置4吊耳，吊梁采用雙級(jí)角度變化形式，通過(guò)兩級(jí)吊梁實(shí)現(xiàn)吊索具從單鉤轉(zhuǎn)化為吊耳間距橫向19.4 m，縱向24 m，吊耳位置配置1 000 t寬體卸扣實(shí)現(xiàn)吊裝連接。最終確定整體設(shè)計(jì)額定載荷 SWL=850×4=3400 t。

經(jīng)過(guò)有限元分析，最大應(yīng)力為185 MPa≤[σ]=420/1.5/1.084=258 MPa，通過(guò)。專(zhuān)用吊梁，受力構(gòu)件強(qiáng)度、穩(wěn)定性、銷(xiāo)軸強(qiáng)度、繩索具安全系數(shù)均符合規(guī)范要求，安全可靠，對(duì)升壓站無(wú)側(cè)向力。

5.3? 升壓站上部組塊吊裝施工

5.3.1 船舶就位

起重船就位后，運(yùn)輸駁船與起重船丁靠站位。

5.3.2 吊裝要求

解綁完后提升主鉤，主鉤負(fù)荷每增加100 t報(bào)一次負(fù)荷，負(fù)荷增加50%時(shí)停止觀察5 min，確認(rèn)無(wú)問(wèn)題再繼續(xù)增加負(fù)荷，負(fù)荷增加75%時(shí)再次停止，觀察5 min。在組塊基礎(chǔ)離開(kāi)船甲板50 cm后停止起升，觀察5 min，確認(rèn)無(wú)問(wèn)題再進(jìn)行起吊作業(yè)。組塊起升至合適高度后，將起重船調(diào)整至上部組塊設(shè)計(jì)安裝位置，并開(kāi)始下落，下落過(guò)程中實(shí)時(shí)觀測(cè)組塊位置，并適當(dāng)調(diào)整主鉤高度，確保組塊絕對(duì)位置及水平度滿足施工技術(shù)要求，直至上部組塊主支撐柱與導(dǎo)管架上部主腿對(duì)接[6]。最后按照設(shè)計(jì)要求對(duì)每根樁腿連接部位進(jìn)行焊接處理[6-8]。

6? 結(jié)語(yǔ)

文章以海上升壓站施工工藝為研究對(duì)象，旨在研究和優(yōu)化施工組織設(shè)計(jì)，以提高升壓站基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的安裝效率和安全性。通過(guò)綜合運(yùn)用結(jié)構(gòu)分析等技術(shù)手段，對(duì)海上升壓站吊裝進(jìn)行了吊索具計(jì)算，起重吊梁設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。研究結(jié)果表明，通過(guò)合理的施工工藝設(shè)計(jì)和優(yōu)化，能夠有效降風(fēng)險(xiǎn)、提高升壓站安裝效率。研究的意義在于為大型海上升壓站整體式安裝提供了重要的指導(dǎo)和參考，為海上升壓站的設(shè)計(jì)與施工提供了理論和技術(shù)支持。

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