深遠海海上風(fēng)電導(dǎo)管架基礎(chǔ)安裝技術(shù)與實踐探索

蘭世平，周 通，賈小剛

(福州海峽發(fā)電有限公司，福建 福州 350001)

隨著陸地風(fēng)電開發(fā)趨于飽和，海上風(fēng)電開發(fā)愈來愈迫切，目前我國海上風(fēng)電場的建設(shè)主要集中在淺海海域，且呈現(xiàn)由近海到遠海、由淺水到深水、由小規(guī)模示范到大規(guī)模集中開發(fā)的特點[1]。為獲取更多的海上風(fēng)能資源，海上風(fēng)電項目將逐漸向深遠海方向發(fā)展。淺海海域風(fēng)電基礎(chǔ)施工技術(shù)將難以應(yīng)用在深遠海海域，迫切需要更多的深遠海施工經(jīng)驗。而傳統(tǒng)海洋石油工程行業(yè)平臺制作技術(shù)雖成熟，但其開發(fā)成本高，不適用于追求低成本建設(shè)的海上風(fēng)電項目。

長樂A區(qū)測風(fēng)塔項目導(dǎo)管架安裝采用后樁法施工，其主要工序有導(dǎo)管架沉放、鋼管樁沉樁、水下灌漿等。本文通過總結(jié)項目實施經(jīng)驗，并結(jié)合深遠海環(huán)境工況以及實施過程中出現(xiàn)的問題，對深遠海導(dǎo)管架安裝提出建議，為大規(guī)模開發(fā)深遠海海上風(fēng)電基礎(chǔ)設(shè)計提供參考。

1 工程概況

長樂A區(qū)測風(fēng)塔位于外海海域，離岸距離29.5 km，最高水深42 m，在白犬島燈塔和牛山島燈塔連線以西。海域海洋水文條件異常復(fù)雜，涌浪、潮汐等無規(guī)律可循，潮差大于5 m，隨水深不同呈多層旋轉(zhuǎn)流，流速較大。測風(fēng)塔海域東北風(fēng)風(fēng)速較大，最大達20 m/s，外海作業(yè)施工窗口期短。

該測風(fēng)塔基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)采用四樁導(dǎo)管架基礎(chǔ)型式，由四根鋼管樁垂直定位于海底，樁與導(dǎo)管架通過水下灌漿材料連接。鋼管樁樁基直徑1.6 m，長度73.9 m，重量80 t/根；導(dǎo)管架底部尺寸22.7 m×22.7 m，上部平臺10.2 m×10.2 m，高度50.9 m，重量380 t。設(shè)計如圖1、2所示。設(shè)計中心點絕對位置偏差≤500 mm，樁頂水平位置的相對偏差≤200 mm，高程允許偏差<50 mm，縱軸線傾斜度偏差<1%。

圖1 測風(fēng)塔導(dǎo)管架基礎(chǔ)俯視圖

圖2 測風(fēng)塔導(dǎo)管架基礎(chǔ)立面圖

2 導(dǎo)管架安裝過程分析

2.1 導(dǎo)管架定位沉放

運輸駁船靠泊—主鉤掛鉤—拆除運輸固定工裝—導(dǎo)管架起吊懸空—駁船退出—導(dǎo)管架下沉—過程實時監(jiān)控定位—導(dǎo)管架坐底—充分自沉后解鉤[2]。

風(fēng)電機組導(dǎo)管架水平精度要求高，后樁法導(dǎo)管架沉放往往無輔助定位設(shè)施，定位調(diào)平困難。且本項目地質(zhì)條件差，淤泥覆蓋層厚，導(dǎo)管架沉放可能因沉降不均勻傾倒[3]。因此定位沉放需采取相關(guān)措施重點保證精準(zhǔn)定位及水平控制。

1)導(dǎo)管架底部設(shè)計防沉板，擴大導(dǎo)管架底部與淤泥接觸面，增加下沉阻力并使導(dǎo)管架受力均勻，以保證緩慢沉放并且有效控制沉放水平度。

2)在導(dǎo)管架上安裝GPS羅經(jīng)、傾斜儀以及無線網(wǎng)橋等設(shè)備。吊裝作業(yè)中，將位置和方位數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)降跹b控制中心，實現(xiàn)動態(tài)實時顯示導(dǎo)管架位置以及設(shè)計位置。根據(jù)傾斜儀的數(shù)值，監(jiān)測導(dǎo)管架的水平度情況。導(dǎo)管架安裝作業(yè)結(jié)束后，拆除GPS羅經(jīng)和網(wǎng)橋等設(shè)備，保留傾斜儀，進行打樁過程中的水平度監(jiān)測。

2.2 鋼管樁沉樁

鋼管樁翻身起吊—鋼管樁下沉—潛水員輔助插樁—充分自沉—樁錘起吊—沉樁。

后樁法鋼管樁定位主要通過導(dǎo)管架樁靴來確定，難點在于需進行深水海域潛水輔助插樁作業(yè)，本項目海洋水文條件惡劣，隨水深不同呈多層旋轉(zhuǎn)流，最大涌流達3 m/s，潛水員下水后需借助外力才能固定位置，對潛水員經(jīng)驗要求高[4]。

本項目沉樁以樁端設(shè)計標(biāo)高為主，以控制貫入度為校核。施工過程中應(yīng)經(jīng)常檢查樁的貫入度情況、樁頂完整性狀況、樁體傾斜度等項目，并根據(jù)檢查情況及時采取適當(dāng)?shù)拇胧?/p>

圖3 導(dǎo)管架定位沉放示意圖

圖4 鋼管樁沉樁示意圖

2.3 導(dǎo)管架調(diào)平措施

完成四根鋼管樁沉樁后灌漿前，需對導(dǎo)管架水平度進行復(fù)核，導(dǎo)管架調(diào)平控制應(yīng)貫于全過程。

1)控制海床平整度：在導(dǎo)管架沉放前，需要對海底進行水下探摸，并對發(fā)現(xiàn)的障礙物進行清理和海床整平；

2)導(dǎo)管架安裝沉放后，測量導(dǎo)管架平整度，如若誤差超過設(shè)計要求，則應(yīng)該采取措施調(diào)整導(dǎo)管架平整度；

3)打樁過程中要時刻監(jiān)測導(dǎo)管架水平度，過程中如出現(xiàn)貫入度反常、樁身突然下降、過大傾斜、移位等現(xiàn)象，立即停止錘擊，及時查明原因，采取有效措施。

2.4 水下灌漿

水下灌漿管、灌漿封隔器氣管連接—灌漿封隔器充氣密封—泵送灌漿料—水下檢查灌漿料溢出—水下灌漿管、封漿器氣管拆除。

本項目灌漿封堵采用主動式灌漿封隔器，需要在打樁完成后、灌漿前，通過潛水員連接充氣管線，因此增加水下作業(yè)。

灌漿過程初期利用灌漿料與海水密度差產(chǎn)生的虹吸作用，采用小流量漿料緩慢沉淀，使大粒徑骨料將封隔器與樁管之間可能存在的間隙填實密封，灌漿形成穩(wěn)定流速后逐漸調(diào)節(jié)灌漿泵的壓力進行灌漿[5]。

3 深遠海導(dǎo)管架設(shè)計及安裝工程建議

根據(jù)本項目實施過程中所遇到的問題，針對深遠海導(dǎo)管架基礎(chǔ)設(shè)計提出如下建議。

1)為避免因沉樁及導(dǎo)管架不均勻沉降造成水平度超允許偏差而無法調(diào)整，建議在導(dǎo)管架后樁法施工中增加抱樁裝置設(shè)計，實現(xiàn)灌漿前再次對導(dǎo)管架調(diào)平功能。

2)采用替打樁存在受力不均勻，導(dǎo)致樁錘能力損失大的風(fēng)險。建議采用可水下作業(yè)的打樁錘，鋼管樁可一次性沉樁到位；如必須采用替打樁，則應(yīng)采用與樁錘能量配套的替打樁，以減少能量損失。

3)灌漿管需在水下連接，且管徑較大，需采用卡扣連接，每次連接需兩名潛水員下水配合。因此建議導(dǎo)管架制作時，將灌漿管沿導(dǎo)管架上引，引至最低水位面，利用低潮期進行水上接管，減少水下作業(yè)。

4)為避免灌漿封隔器充氣管在沉樁過程中被震斷，導(dǎo)致封隔器無法充氣密封，且減少水下連接作業(yè)。建議將充氣管同灌漿管一同引上至水面，減少水下作業(yè)。同時，建議采用被動式灌漿封隔器，提高密封可靠性。

5)水下灌漿質(zhì)量要求高，各施工工藝及設(shè)計參數(shù)控制難度極大。水下作業(yè)，均只能依靠潛水員下水檢查，潛水員個人主觀判斷可能存在較大誤差。因此建議后續(xù)施工過程增加水下可視化裝置，提高對水下施工質(zhì)量監(jiān)控。

4 結(jié) 語

隨著海上風(fēng)電場向深遠海發(fā)展，為了對風(fēng)電場的風(fēng)能資源進行觀測、收集和評估，給風(fēng)電場設(shè)計和建設(shè)提供基礎(chǔ)性支持，海上固定式測風(fēng)塔往往作為前期工程先行建設(shè)。因此海上固定式測風(fēng)塔建設(shè)將為風(fēng)電場主體工程積累寶貴的經(jīng)驗。