自升式施工平臺的多功能應用綜述

徐杰，楊秀禮

（中交第二航務工程局有限公司技術中心，湖北武漢430040）

自升式施工平臺的多功能應用綜述

徐杰，楊秀禮

（中交第二航務工程局有限公司技術中心，湖北武漢430040）

通過總結自升式施工平臺在國內外的應用，結合當前工程的發(fā)展趨勢和要求，對自升式施工平臺的功能需求進行研究，提出幾種不同形式的自升式施工平臺，并將其推廣應用于實際工程。

自升式平臺；多功能應用；綜述

0 引言

自升式施工平臺起源于傳統(tǒng)的自升式鉆井平臺，但在功能和作用方面有很大的差異，其主要應用于橋梁和水運工程中的水下整平、樁基施工、炸礁、起重、生活服務及風電安裝等領域。自升式施工平臺在海上施工作業(yè)，幾乎不受波浪影響，能夠大大改善工作條件，增加作業(yè)窗口，不但能夠完全替代傳統(tǒng)船舶完成相關施工作業(yè)，還能到達普通船舶無法到達的惡劣海區(qū)作業(yè)，有著傳統(tǒng)海上施工船舶無法比擬的優(yōu)點，然而受限于平臺的制造成本，應用并不廣泛。

1 自升式施工平臺在國內的應用現(xiàn)狀

國內自升式平臺技術及應用均起源于國外，如“長旭號”樁基施工平臺由德國漢堡船廠基爾分廠于1974年建造，后由中交二航局引進國內施工[1]。

2003年二航局主持，將第一艘國內自主研發(fā)的自升式施工平臺“航工平1”拋石整平船應用于長江口深水航道治理二期工程，實現(xiàn)產值5 834.82萬元，并縮短了5個月工期，直接節(jié)約項目成本500萬元，體現(xiàn)了平臺船在施工中抗風浪能力強，機械化作業(yè)程度高，施工效率高和質量優(yōu)良的優(yōu)點[2]。近年來自升式施工平臺在國內的應用現(xiàn)狀如表1所示。

表1 自升式施工平臺在國內的應用現(xiàn)狀Table1 The application situation of jack up construction platform in China

上述平臺有一個共同特點，都是針對解決特定工程的具體難點而建造使用，在完成當時工程的作業(yè)后，并沒有持續(xù)性進行其它工程施工，大多數(shù)改造后作為生活平臺使用。

2 自升式施工平臺在國外的應用

韓國EUNSUNG公司的自升式施工平臺在全球范圍內均有應用。

荷蘭FUGRO公司的多功能施工平臺在全球應用也非常廣泛。

除此之外，荷蘭GustoMSC公司自主設計了NG600-14000和SEA1250-3250兩個系列的風電安裝平臺，且均已投入使用。

通過與國外應用情況的對比，可以看出國內在自升式施工平臺的應用方面還有很大的差距，尤其在樁基施工領域。目前，國內在樁基施工方面均采用較為傳統(tǒng)的打樁船或鉆孔樁平臺施工[3]，而沒有采用自升式施工平臺，除了考慮到平臺的造價外，主要還有國內人工成本相對較低，國內目前的工程施工海況環(huán)境還比較理想。

3 自升式施工平臺的應用研究與推廣

3.1 研究與推廣目的

自升式平臺由于其工作時能夠不受波浪的影響而大大增加其海上的作業(yè)效率，因此能完全取代傳統(tǒng)的施工船舶完成相應的施工作業(yè)。雖然其造價較高，但是，隨著國家“一帶一路”戰(zhàn)略的提出，跨海大橋、離岸碼頭的建設興起，工程逐漸向外海擴展，施工環(huán)境越來越惡劣，傳統(tǒng)的施工裝備作業(yè)窗口少、效率低，并且隨著目前國內市場的飽和，國內工程建設單位都在逐漸擴展海外工程，而海外的高環(huán)保和高人工成本也導致許多傳統(tǒng)的施工方法和裝備都需要革新。因此，為了配合公司提出的“立足沿海、走向外海、海外優(yōu)先”的工程戰(zhàn)略，將自升式施工平臺作為一種核心裝備進行技術儲備是非常有必要的。

為了適應公司在橋梁和水工工程的要求，自升式施工平臺的應用研究不應參照海洋鉆井平臺發(fā)展，而要結合公司背景展開研究，其主要的研究方向和內容如下：

1）多功能施工模塊裝配化。將自升式平臺作為載體，結合不同的功能需求研發(fā)不同施工模塊，與平臺裝配使用，這樣就可以在不對平臺結構進行大改造的前提下實現(xiàn)平臺的多功能化。

2）自升式平臺結構的模塊化與裝配化。實現(xiàn)自升式平臺結構的模塊化與裝配化，一是平臺船體結構的模塊化與裝配化，實現(xiàn)平臺的陸地運輸、海上分塊運輸，替代傳統(tǒng)的半潛駁和遠距離拖航，節(jié)約運輸成本。二是樁腿系統(tǒng)與平臺船體結構的裝配化，實現(xiàn)平臺船體尺度的多元化，滿足不同的工程需要。

3）不同地質條件的適用性研究。目前自升式平臺的應用對地質條件要求較高，工程地質條件不同，平臺的樁靴設計也不同；尤其是在深厚淤泥地質、裸巖地質、珊瑚礁地質的適用性方面還有待研究。

4）自升式平臺的小型化。自升式平臺尺度越大，其制造成本越高，經(jīng)濟性不一定能適應工程需求。目前隨著跨海大橋的建設，其非通航孔橋距離長，采用自升式平臺進行施工，可以采取流水線作業(yè)方式，提高施工工效。

5）自行走平臺。自行走平臺的優(yōu)勢在于平臺在不入水自浮的情況下實現(xiàn)短距離的移位，可以避開平臺抬升所需要的作業(yè)窗口，大大增加作業(yè)時間，尤其適合于長距離碼頭的連續(xù)施工項目。

結合上述發(fā)展方向，開展了系列研究，并完成了多種自升式平臺的方案設計，并成功將其推廣應用。

3.2 多功能自行走施工平臺

該平臺是結合跨海大橋的非通航孔橋梁基礎施工進行研發(fā)的，跨海大橋非通航孔距離長，橋墩數(shù)量多，采用傳統(tǒng)的鉆孔平臺施工不僅環(huán)保性能差，臨時結構耗材大，施工精度低，而且外海施工條件惡劣，作業(yè)窗口少，施工效率低。因此，結合荷蘭FUGRO公司的Sea walker平臺，設計能進行非通航孔橋墩樁基鉆孔施工的多功能自行走施工平臺（圖1），主要性能參數(shù)如表2所示。

該多功能自行走施工平臺的主要特點如下：

1）平臺由8根樁腿組成，面對面為1組。每組4根樁腿可單獨支撐平臺，另1組可在平臺上移動，從而兩組樁腿交替可實現(xiàn)平臺在海上的自行走。

2）平臺定位后，采用整體導向架進行打樁及鉆孔施工，施工精度高，能滿足裝配式承臺的施工要求；且施工完成后在不用入水自浮的情況下實現(xiàn)移位，不受已施工完成的樁基影響。

3）平臺月池尺寸是通過調研跨海大橋非通航孔橋承臺尺寸而確定的，能夠滿足目前已經(jīng)規(guī)劃

的跨海大橋非通航孔橋承臺樁基施工要求。

4）可以完全替代傳統(tǒng)搭設鉆孔平臺施工，并且實現(xiàn)流水線作業(yè)，大大提高施工效率。

3.3 自行走模塊裝配化結構施工平臺

該平臺是依托于長距離碼頭（依托工程為委內瑞拉莫隆港化工品石化碼頭）樁基施工而進行研發(fā)的，其主要特點是采用上下兩層平臺實現(xiàn)平臺的海上自行走（圖2），主要性能參數(shù)見表3。

該自行走模塊裝配化結構施工平臺的主要特點如下。

圖1 多功能自行走施工平臺Fig.1 Multifunction self-drive construction platform

表2 多功能自行走施工平臺主要性能參數(shù)Table2 Main performance parameters of multifunction self-drive construction platform

圖2 自行走模塊裝配化結構施工平臺Fig.2 Self-drive module assembly construction platform

1）平臺由上下兩層平臺組成，平臺結構之間、平臺結構與樁腿系統(tǒng)之間均采用模塊化設計，可實現(xiàn)裝配化，可分段運輸，利用自身的履帶吊完成安裝和拆除。

2）不能實現(xiàn)入水自浮，上、下兩層平臺可相互支撐。上層平臺可擱置在下層平臺上，下層平

臺也可懸掛于上層平臺上，兩層平臺通過縱向油缸和橫向油缸實現(xiàn)相對滑動，實現(xiàn)自行走。

3）平臺上配備可拆卸式液壓導向架，導向架可靈活移動，平臺一次定位可施打一定范圍內的一批樁，可打直樁也可打斜樁。由于自行走的特性，特別適合打設棧橋、碼頭這種重復性高、離岸遠、數(shù)量多的基礎沉樁施工，具有較高的沉樁效率和經(jīng)濟效益。

3.4 自升式碎石樁施工平臺

該平臺是依托以色列ASHDOD港口工程進行研發(fā)的，由于該工程施工條件惡劣，氣象窗口少，而施工工期非常緊張，采用傳統(tǒng)的浮式船舶改造進行振沖碎石樁施工難以滿足工期要求，且由于長周期涌浪造成船舶橫、縱搖及升沉運動，直接影響振沖器的定位精度。因此，提出以自升式平臺為載體進行振沖碎石樁施工的方案。該平臺如圖3，主要性能參數(shù)見表4。

表3 自行走模塊裝配化結構施工平臺主要性能參數(shù)Table3 Main performance parameters of self-drive module assembly construction platform

表4 自升式碎石樁施工平臺主要性能參數(shù)Table4 Main performance parameters of jack-up gravel pile construction platform

圖3 自升式碎石樁施工平臺方案Fig.3 The jack-up gravelpile construction platform scheme

該自升式碎石樁施工平臺的主要特點如下。

1）在平臺上設計門架，放置3臺行車，行車上可吊裝振沖設備進行振沖碎石樁施工，可同時實現(xiàn)兩側弦外、月池進行振沖施工，且單次駐位能施工210根碎石樁，施工效率很高。

2）相比傳統(tǒng)的浮式船舶，利用自升式平臺可消除波浪對施工的影響，大幅增加作業(yè)窗口，最大波高2.5 m時也能正常施工。

3）采用門架行車有利于振沖器進行快速精確定位。

該平臺目前已經(jīng)進入建造階段，計劃于2015年12月建造完成后應用于以色列ASHDOD港。

4 結語

本文提出的自升式施工平臺多功能應用研究能夠成功得到推廣應用，一方面是因為自升式平臺有著傳統(tǒng)裝備無法比擬的優(yōu)點，另一方面也是因為目前工程逐漸向外海和海外發(fā)展，施工條件越來越惡劣。自升式施工平臺如何實現(xiàn)多功能模塊的裝配化以及不同地質條件的適用性是兩個亟需攻克的難題，今后需要加強自升式施工平臺關鍵技術的研究，并加大推廣力度。

[1]王翔.水上升降平臺在外海墩式碼頭沉樁作業(yè)中的應用[J].中國港灣建設，2000（6）：15-17. WANG Xiang.Using lift platform in offshore pile driving for dolphin jetty[J].China Harbour Engineering,2000(6):15-17.

[2]王翔，劉榕，羅農.自升式拋石整平平臺船的設計與應用[J].水運工程，2005（11）：9-13. WANG Xiang,LIU Rong,LUO Nong.Design and application of self-elevating rubble leveling barge[J].Port&Waterway Engineering,2005(11):9-13.

[3]張連江，徐波，孫建波.整體裝配式灌注樁施工平臺的設計與應用[J].中國港灣建設，2015，35（3）：29-32. ZHANG Lian-jiang,XU Bo,SUN Jian-bo.Design and application ofintegralassembly type bored pile construction platform[J].China Harbour Engineering,2015,35(3):29-32.

Review of multifunctional application for jack-up construction platform

XU Jie，YANG Xiu-li
（CCCC Second Harbour Engineering Co.,Ltd.National Enterprise Technology Center,Wuhan,Hubei430040,China）

Through summarizing the application of jack-up platform in the domestic and abroad,combining with the development trend and requirements ofthe currentproject,we studied the functional requirements of the jack-up platform,put forward severaltypes ofjack up construction platforms,which are further applied to authentic projects.

jack-up platform；multifunctional application；review

U655.3

A

2095-7874（2015）12-0053-04

10.7640/zggwjs201512013

2015-06-18

徐杰（1987—），男，湖北武漢市人，工程師，港口機械專業(yè)。

E-mail：80759986@qq.com