風(fēng)電自安裝船插腿安全風(fēng)險(xiǎn)分析與控制

顧曉勇

摘要：近年來(lái)中國(guó)海上風(fēng)電發(fā)展迅速，用于風(fēng)機(jī)安裝的自升式風(fēng)電安裝船供不應(yīng)求。中國(guó)海上風(fēng)電分布廣，各風(fēng)場(chǎng)海域的地質(zhì)條件也不相同，江蘇、浙江、廣東等海域主要為淤泥、砂土地質(zhì)，福建海域主要為巖基地質(zhì)，部分海床面存在暗礁。如何保證海上風(fēng)電安裝船施工安全，避免風(fēng)電安裝船觸礁、穿刺等事故成為施工安全管理的重點(diǎn)。本文主要研究海上風(fēng)電安裝船插腿過(guò)程中遇到的穿刺和觸礁兩種風(fēng)險(xiǎn)和控制措施。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電;暗礁;安裝;支腿船、穿刺;

引言

海上風(fēng)電是我國(guó)可再生新能源的主要組成部分，是國(guó)家實(shí)施環(huán)境保護(hù)、能源替代的重要支撐。在“十四五”時(shí)期乃至更長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，可再生能源增速要遠(yuǎn)超以往，進(jìn)入“倍速發(fā)展”階段。至2020年底，國(guó)內(nèi)規(guī)劃的海上風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模累計(jì)達(dá)27GW以上。隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)正越來(lái)越成為國(guó)內(nèi)外新能源發(fā)展焦點(diǎn)，作為海上風(fēng)電風(fēng)機(jī)安裝的核心裝備，國(guó)內(nèi)外的安裝船也供不應(yīng)求。風(fēng)電安裝船一般配備起重吊機(jī)和4個(gè)樁腿，在到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)之后樁腿插入海底，通過(guò)升降裝置調(diào)整船體露出水面，形成不受波浪影響的穩(wěn)定平臺(tái)，在平臺(tái)上起重吊機(jī)完成對(duì)風(fēng)機(jī)的吊裝。截至2021年，我國(guó)市場(chǎng)內(nèi)專(zhuān)門(mén)從事海上風(fēng)電安裝作業(yè)的自升式平臺(tái)已經(jīng)超過(guò)40艘以上。

風(fēng)電安裝平臺(tái)具有受風(fēng)浪影響小、作業(yè)窗口期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但其在作業(yè)期間需要經(jīng)過(guò)插拔樁、拖航、壓載等一系列工作，故存在著很多的潛在風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)內(nèi)各海域地質(zhì)條件差異大，江蘇、廣東等海域存在淤泥地質(zhì)，福建等海域海床面又存在暗礁地質(zhì)，如何保證海上風(fēng)電支腿船施工安全成為海上風(fēng)電施工的重點(diǎn)，本文重點(diǎn)分析了風(fēng)電安裝平臺(tái)的穿刺風(fēng)險(xiǎn)、觸礁風(fēng)險(xiǎn)以及應(yīng)對(duì)措施。

1.穿刺風(fēng)險(xiǎn)

1.1樁腿穿刺風(fēng)險(xiǎn)簡(jiǎn)述

風(fēng)電支腿船在機(jī)位進(jìn)行作業(yè)時(shí)，首先需要通過(guò)加載使樁腿插入海底泥面。當(dāng)樁腿施加的壓載超過(guò)地基承載能力時(shí)，地基土發(fā)生沖剪破壞，樁腿得以繼續(xù)貫入直至地基承載能力等于壓載載荷，從而獲得支腿船海上作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定支撐。樁靴是自升式鉆井平臺(tái)進(jìn)行預(yù)壓作業(yè)的主要受力結(jié)構(gòu)。海上風(fēng)電作業(yè)區(qū)域往往地質(zhì)條件較為復(fù)雜，當(dāng)進(jìn)行插樁作業(yè)時(shí)樁靴遭遇上硬下軟的層狀地基，很可能發(fā)生穿透上覆硬土層進(jìn)入下臥軟土層的情況，形成穿刺現(xiàn)象，輕者導(dǎo)致平臺(tái)急速傾斜、人員傷亡、設(shè)備受損，重者甚至?xí)鹌脚_(tái)的整體傾覆。

1.2穿刺風(fēng)險(xiǎn)判斷

通過(guò)施工海域“地質(zhì)鉆孔地勘柱狀圖”中巖性描述、密實(shí)度及標(biāo)準(zhǔn)貫入等參數(shù)，可初步判斷風(fēng)電安裝平臺(tái)預(yù)壓載過(guò)程中是否存在穿刺風(fēng)險(xiǎn)。易導(dǎo)致平臺(tái)插樁穿刺的典型地質(zhì)條件為：上層淤泥層、粘土層，中間較薄的砂土層、粘土層，再下層又是淤泥層等軟層的“雞蛋殼”地質(zhì)。 下圖為典型的容易穿刺地質(zhì)：

1.3穿刺規(guī)避措施

（1）風(fēng)電安裝平臺(tái)進(jìn)場(chǎng)施工前，需要根據(jù)平臺(tái)的預(yù)壓載噸位、風(fēng)場(chǎng)的地質(zhì)報(bào)告等資料進(jìn)行插拔腿專(zhuān)項(xiàng)計(jì)算評(píng)估，并制定風(fēng)電安裝平臺(tái)插拔腿、防穿刺方案、應(yīng)急預(yù)案及人員培訓(xùn)等工作。

（2）風(fēng)電安裝平臺(tái)插腿壓載過(guò)程中，采取借助船體浮力的方式減緩穿刺速度甚至停止繼續(xù)穿刺，如：減小氣隙進(jìn)行平臺(tái)預(yù)壓載，預(yù)壓載時(shí)平臺(tái)底部通常距高潮位～1m;漂浮壓載，以減少因貫入軟土層而產(chǎn)生的樁腿載荷。

（3）條件允許的情況下，在海況好、作業(yè)時(shí)間相對(duì)短，且作業(yè)期間風(fēng)力、波高和海流速度相對(duì)較小的情況下，通過(guò)適當(dāng)降低預(yù)壓載量以減少平臺(tái)樁腿的入泥深度，降低穿刺風(fēng)險(xiǎn)，提高平臺(tái)作業(yè)的安全性。

2.樁靴觸礁風(fēng)險(xiǎn)

2.1樁靴觸礁風(fēng)險(xiǎn)簡(jiǎn)述

樁靴觸礁是指自升式平臺(tái)插腿過(guò)程中，樁靴碰到水底未探明的礁石，導(dǎo)致樁靴變形的事故。以福建南日島某海上風(fēng)電項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目地處南日島北側(cè)、小日島南側(cè)，該施工水域水下地形復(fù)雜，為巖基海床海域，海床面密布礁石，對(duì)風(fēng)電安裝船插腿抬升產(chǎn)生影響，且海床面礁石高低不平，平臺(tái)抬升存在樁靴滑移和樁靴變形等風(fēng)險(xiǎn)，整個(gè)施工過(guò)程存在很大的安全隱患。

2.2礁石處理措施

為了解決上述難題，確保風(fēng)電安裝平臺(tái)插腿安全，特研究制定出一種采用“水下風(fēng)炮機(jī)鉆孔-布鋼釘-繩鋸切割-錨艇吊運(yùn)”相結(jié)合的礁石處理工藝，能夠?qū)⑼钩龊４裁娴母黝?lèi)礁石破除平整后再進(jìn)行支腿船抬升作業(yè)。主要步驟如下：

（1）根據(jù)多波速掃測(cè)成果初步定為礁石位置后安排潛水員再次對(duì)該區(qū)域進(jìn)行水下定點(diǎn)探摸，對(duì)礁石位置進(jìn)行精確定位采集，并標(biāo)記。

（2）安裝繩鋸轉(zhuǎn)向支架，采用水下風(fēng)炮機(jī)及鉆機(jī)對(duì)礁石進(jìn)行鉆孔破壁并將鋼釘打入礁石體內(nèi)。然后將繩鋸設(shè)備固定在轉(zhuǎn)向支架上，使用繩據(jù)將大塊礁石進(jìn)行切割分解，便于清理運(yùn)輸。

（3）將分解后的小礁石通過(guò)事先打入的鋼釘與鋼絲繩連接固定，通過(guò)錨艇上的起錨機(jī)把分塊的礁石都吊運(yùn)出水，從而完成除礁任務(wù)。

（4）處理完成后礁石位置拋填一定深度的碎石，拋填完成后安排潛水員對(duì)支腿船插腿位置進(jìn)行重新探摸，確保插腿位置平整。

5.結(jié)論

本文簡(jiǎn)述了風(fēng)電安裝平臺(tái)在上硬下軟地質(zhì)和暗礁地形插腿的主要風(fēng)險(xiǎn)。主要包括穿刺風(fēng)險(xiǎn)和樁腿觸礁風(fēng)險(xiǎn)。并分別闡述了兩種風(fēng)險(xiǎn)的主要控制措施和處理方法。采取的控制措施已經(jīng)得到了成功應(yīng)用，為風(fēng)電安裝船的安全施工提供了強(qiáng)有力的保障，同時(shí)也為國(guó)內(nèi)后續(xù)同類(lèi)型海上風(fēng)電場(chǎng)提供了可靠的理論依據(jù)及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]林一，胡安康，蔣瑋，王藝陶.層狀地基中自升式鉆井平臺(tái)插樁穿刺風(fēng)險(xiǎn)分析 .哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào).2016.