淺談水下切樁技術(shù)在海上風(fēng)電的應(yīng)用

林志龐

摘 要：水下切割技術(shù)主要用在廢棄橋樁、碼頭、水下管道、海難救撈和核污染結(jié)構(gòu)件的水中解體。本文針對在進行海上風(fēng)電建設(shè)時，導(dǎo)管架基礎(chǔ)未能沉樁至設(shè)計要求標(biāo)高的鋼管樁進行水下切割。為確保導(dǎo)管架能夠按設(shè)計要求進行安裝，對沉樁完成后鋼管樁高于設(shè)計標(biāo)高部分進行水下切割。本文針對近海區(qū)海上風(fēng)電項目，導(dǎo)管架基礎(chǔ)樁基施工中因拒錘而需要進行工程樁水下切割的問題，切割采用水下電氧切割與金剛鉆石鏈鋸切割相結(jié)合方法。對金剛石繩鋸技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進行了概述，分析了水下金剛石繩鋸機與電弧-氧切割的研究對海上風(fēng)電建設(shè)、維修技術(shù)的重要性。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電建設(shè);鋼管樁水下切割;電弧-氧切割;金剛鉆石鏈鋸切割

中圖分類號：TU753 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）20-0154-02

0 引言

目前常用的切割方式有：（1）火焰切割：水中火焰切割采用氫氣作為可燃氣體乙炔。乙炔切割主要是依靠乙炔燃燒氧氣助燃產(chǎn)生的高溫使金屬材料融化，海水里燃燒不能發(fā)生。因為乙炔在水深15m左右的壓力下就要分解而導(dǎo)致爆炸，所以未能被應(yīng)該到水下施工。（2）電弧-氧切割：借助空心割條產(chǎn)生的電弧把工件熔化，并用空心割條中噴射出的氧氣把熔化金屬吹開，形成割口空心割條用鋼管或碳化硅等陶瓷管，外涂穩(wěn)弧劑并覆以防水漆或環(huán)氧樹脂。切割氧氣壓力應(yīng)比水深壓力高0.5～0.7兆帕。電弧-氧切割速度比火焰切割高，技術(shù)要求低，設(shè)備簡單，是水中解體最常用的方法。（3）熔化極水噴射電弧切割：借助高壓噴射水把由電弧熔化的金屬吹開。這種切割割口表面清潔，背面掛渣少。熔化極連續(xù)送進，切割電流大，切割速度高，又不需要氧氣，是一種很有發(fā)展的水下快速切割方法。（4）等離子弧切割：由于水壓對等離子弧的壓縮和冷卻作用，水下等離子弧的切割電源的空載電壓要求高達180伏以上，一般采用遙控切割以確保安全。主要用于核污染結(jié)構(gòu)件的水中解體。依據(jù)各種水下切割法的基本原理和切割狀態(tài)不同，大體上可將現(xiàn)有的水下切割法分為兩大類，即水下熱切割法和水下冷切割法。水下熱切割法是利用熱源對金屬進行加熱，或在純氧氣中燃燒，使金屬熔化，并采取某種措施將熔化金屬或熔渣去除而形成切口的切割方法，如水下氧-火焰切割、水下電弧切割、水下電弧-氧切割等。熱切割法又可分為氧化切割法、熔化切割法及熔化-氧化切割法。氧化切割法是先利用火焰將待割金屬預(yù)熱到燃點，然后供氧氣使金屬燃燒，并吹掉熔渣而形成切口的切割方法，如水下氧-火焰切割。熔化切割法是利用熱源將待割金屬熔化，靠熔化金屬自重或采取某種措施將熔化金屬及熔渣除掉而形成切口的切割方法，如水下等離子切割、熔化極氣體保護切割及熔化極水噴射切割等。熔化-氧化切割法是利用熱源對待割金屬預(yù)熱使其熔化，然后供氧使金屬燃燒，并將燃燒產(chǎn)生的熔渣及剩余的熔化金屬吹掉而形成切口的切割方法，如水下電弧-氧切割、熱割矛切割及熱割纜切割。水下冷切割法是利用某種器具或某種高能量，在金屬處于固態(tài)情況下直接破壞分子間的結(jié)合而形成切口的切割方法，如水下機械切割法、水下高壓水切割法等。

本項目針對導(dǎo)管架基礎(chǔ)未能沉樁至設(shè)計要求標(biāo)高的鋼管樁。為確保導(dǎo)管架能夠按設(shè)計要求進行安裝，對沉樁完成后鋼管樁高于設(shè)計標(biāo)高部分進行水下切割。鋼管樁直徑2.4m，作業(yè)水深在25-30m左右，切割采用水下電氧切割與金剛鉆石鏈鋸切割相結(jié)合方案。

1 作業(yè)內(nèi)容

1.1 定位切割線

根據(jù)要求基準(zhǔn)切割線在水下精確測量定位，使用相關(guān)測量儀完成鋼管樁周長限位線標(biāo)記，安裝切割限位卡箍以保證切割精度。

1.2 水下切割

使用水下切割設(shè)備對鋼樁在限位線上進行切割，切割工具選用水下電氧切割設(shè)備與金剛鏈切割工具。在鋼樁頂部選擇對稱二個點使用電氧切割的方式，開割二個孔（滿足8T卸扣安裝并吊裝的要求），完成頂部鋼樁懸掛固定于固定架上，防止后續(xù)鏈鋸切割完成時的鋼樁移位和安全保障。鋼樁于導(dǎo)向架外側(cè)方向開割一個孔（滿足8T卸扣安裝并吊裝的要求），該孔與吊機連接，用于切割完成后將樁頭移除。

2 水下切割作業(yè)主要作業(yè)工具及安裝

（1）切割方式概述。采用鏈鋸和電氧兩種工藝對鋼樁進行切割。鏈鋸切割設(shè)備安裝在一個管卡支架上，初步切割開口定位后，開始金剛石鏈鋸切割剩下的部分。以下是切割工具的照片。（2）金剛石鏈鋸切割作業(yè)金剛石鏈鋸切割設(shè)備，以一個固定的管卡、在鋼樁切割限位點上支撐架為載體上。調(diào)平支撐固定妥當(dāng)金剛石鏈鋸后，鏈鋸切割機對鋼樁進行切割作業(yè)。

2.1 鏈鋸安裝步驟

2.1.1 鏈鋸限位卡箍定位測量步驟

（1）根據(jù)設(shè)計要求在鋼管樁外側(cè)，找到一個標(biāo)高點;（2）根據(jù)這個標(biāo)高點參照鋼管樁上最近的環(huán)形焊縫，畫出8個標(biāo)高點（標(biāo)高點如與環(huán)形焊縫重疊，應(yīng)避向下開環(huán)形焊縫10-20mm，以切割機安裝位置為第1個點，每45°為1個標(biāo)高點）;（3）根據(jù)支撐架的設(shè)計，現(xiàn)在鋼管樁上安裝一個限位架（定位架）;（4）把主支架安裝在限位架上（限位架位置已定高）;（5）利用水平尺和下支撐點，調(diào)節(jié)切割線和8個標(biāo)高點一致。

2.1.2 鋼管樁限位切割裝置組成

（1）切割機，鏈鋸主機;（2）鏈鋸繩;（3）收緊固定裝置;（4）上支撐點（橡膠板）;（5）下支撐點，可微調(diào)支架角度;（6）鏈鋸繩導(dǎo)向輪（每10cm一個定位，導(dǎo)向輪可隨割線進度逐步調(diào)整，以確保鏈鋸處于不被卡住的角度）;（7）主支架（上面安裝固定切割機）。

2.2 鏈鋸安裝步驟

（1）機將半邊管卡預(yù)安裝在切割基準(zhǔn)線，潛水員在水下配合用收緊器固定管卡。另半邊管卡再吊裝到安裝位置，潛水員在水下配合對另半邊管卡固定，用螺栓穿引兩個管卡后初步固定，調(diào)整管卡的水平度與切割基準(zhǔn)線誤差，微調(diào)至可接受范圍誤差，緊固管卡螺栓完成安裝;（2）確認管卡限位切割線符合范圍后開始安裝金剛石鏈鋸，也需要使用吊機將其吊裝入水，由潛水員引導(dǎo)到安裝位置，然后由潛水員將其安裝在管卡鏈鋸架安裝位置上，并相對固定并調(diào)整精確位置;（3）在鏈鋸架的180°鋼樁位置鏈子切割線上，使用電氧切割將鋼樁切割10cm寬度，作為鏈鋸繩起始的口子;（4）設(shè)置好鏈鋸長度，預(yù)設(shè)扭勁，安裝完成后，檢查確認鏈子在預(yù)設(shè)切割標(biāo)準(zhǔn)線上，保證鏈子在同一個水平面上;（5）鏈鋸切割機下方外側(cè)的兩個輪子，回收到最高處;（6）液壓管標(biāo)記編號，潛水員判斷現(xiàn)場水流情況，當(dāng)水流條件允許時，對應(yīng)接頭連接液壓管線并確認無誤;（7）支撐架的支撐螺桿縮回到最短;（8）測試運行鏈鋸切割機各項功能;（9）準(zhǔn)備若干扁形鍥塊，在完成切割后的鋼管樁割縫里插入并敲緊鍥塊，防夾鏈鋸保障持續(xù)正常運轉(zhuǎn)切割;（10）安裝并調(diào)整攝像頭角度，對準(zhǔn)切割處;（11）測試運轉(zhuǎn)動力馬達和上下驅(qū)動馬達（停機）;（12）安裝鏈鋸到導(dǎo)向輪上，確認后啟動上下動作的驅(qū)動馬達，鏈鋸預(yù)張緊;在切割達到將近一半之后，開始調(diào)整外置定滑輪，由潛水員確認鏈鋸繩符合調(diào)整角度時不間斷，根據(jù)需求調(diào)整，逐步向鏈鋸架方向左右同步調(diào)整定滑輪;（13）潛水員清理臍帶，上升10m回避觀察鏈鋸正常進行。

3 切割過程

3.1 切割步驟

（1）啟動鏈鋸開始切割;（2）狀態(tài)正常后，潛水員回吊籠;（3）視頻監(jiān)控切割過程中，下一名潛水員保持待命并隨時根據(jù)需要調(diào)整左右定滑輪的合理位置，保障鏈鋸繩均勻旋轉(zhuǎn)并工作;（4）同步將扁型鍥塊根據(jù)鏈鋸?fù)七M距離，在已經(jīng)切割開的槽內(nèi)插入并敲擊到槽內(nèi)最里面，防止切割過程中的卡鏈;（5）切割至剩余三分之一時，吊機需配合吊裝掛鉤上部鋼樁的開孔（開孔由電氧切割完成），吊索連接手拉葫蘆微帶固定于導(dǎo)向筒上，略微帶力，防止鋼樁受海流的影響發(fā)生偏倒，在切割斷裂的瞬間迅速吊離（鏈鋸的對面方向）;（6）解除液壓管并回收，吊機起吊鏈鋸架出水到甲板并進行維保工作;（7）吊機回收管卡到甲板;（8）吊機掛鉤樁頭，解除樁頭與導(dǎo)向筒的連接，吊機起吊樁頭出水;（9）檢查管卡后進入下一根鋼樁的定位安裝。

鏈鋸切割注意事項：（1）嚴(yán)格按照金剛石鏈鋸切割機的操作規(guī)程執(zhí)行所有的作業(yè);（2）液壓管為高壓管線，應(yīng)做好隔離警示，所有接頭應(yīng)安裝防脫鏈;鏈鋸切割機的鏈子外圍，須安裝保護罩，防止斷鏈甩出來;（3）鏈鋸正常運轉(zhuǎn)切割的時候，潛水員必須上升到安全高度，并檢查確認臍帶安全;（4）液壓管束必須進行防護，特別是在水流較快時，確保通訊暢通，沒有得到潛水員的確切指令，液壓動力不能有任何動作。

3.2 電氧切割作業(yè)步驟

（1）水面連接設(shè)備并測試，割把線做長度標(biāo)記;（2）潛水員將地線夾在鋼樁上，割把線入水保持暢通和直線狀態(tài)并相對固定在所需的切割位置上;（3）潛水員準(zhǔn)備完成后，通知潛水監(jiān)督開氧開電，根據(jù)物件結(jié)構(gòu)特點，需采取保底割線水平方式，保證在限位線誤差范圍內(nèi)切割;（4）為防止切割時產(chǎn)生爆炸風(fēng)險，切割點或割把線上方不得有任何遮擋物;（5）潛水員切割時，每換一根割條，先用手扇動水流，減少可燃氣體聚集;（6）切割至即將完成時，特別是剩余最后10cm長度以內(nèi)時，吊機要有正常吊力（初定10噸）。切割至斷開時，潛水員快速避讓遠離至安全范圍，等到割下鋼樁吊除后回收切割工具到甲板。

3.3 電氧切割作業(yè)注意事項

（1）本次作業(yè)計劃采用的電氧切割作業(yè)且在受限空間內(nèi)作業(yè)，屬于潛水高風(fēng)險作業(yè)，作業(yè)前，潛水監(jiān)督需認真確認是否存在氣體聚集的可能。并針對本次作業(yè)制定專項JSA，具體文件請參照《陽江空氣潛水服務(wù)項目水下吸泥及水下切割作業(yè)JSA》;（2）切割吊耳時需嚴(yán)格按照事先制定的順序切割，作業(yè)時，潛水員需時刻關(guān)注吊耳內(nèi)部及周邊是否有氣體聚集，如發(fā)現(xiàn)氣體聚集應(yīng)該馬上暫停作業(yè)。用消防水清理聚集氣體后方可再次啟動作業(yè);（3）作業(yè)潛水員下水作業(yè)時，潛水監(jiān)督需確認待命潛水員已經(jīng)準(zhǔn)備到位。機電員需堅守崗位并確保通訊暢通，在收到水下異常信號時第一時間關(guān)停切割設(shè)備。

4 結(jié)語

在水下作業(yè)時由于海況等環(huán)境因素的影響，使得鋼管樁的切割工作變得尤為困難。因此在選擇切割工具時，盡量避免選擇安裝復(fù)雜的切割工具。制定合理的作業(yè)方案及作業(yè)工藝，能大大提高項目的完成效率。作為海上風(fēng)電樁基施工的應(yīng)急備選方案，水下切樁作業(yè)在未來將有一定的市場份額。

參考文獻

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