特殊海域樁基式海洋平臺打樁噪聲控制技術(shù)研究

王 彪，邵亮亮，朱起東*，劉 野，修 蓉

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

隨著海洋平臺安裝工程的快速發(fā)展及國家對海洋環(huán)境保護越來越重視，對樁基式平臺安裝過程中的噪聲控制技術(shù)研究也越來越迫切。以香港地區(qū)為例，其法律法規(guī)對香港海域環(huán)保要求極其苛刻，包括《氣體安全條例》《空氣污染管制條例》《水污染管制條例》《噪聲管制條例》等。海上安裝施工作業(yè)時，要求嚴(yán)格遵循《噪聲管制條例》（第400章）《環(huán)境影響評估條例》[1]。

為了解決這一環(huán)保方面的工程難題，需要從多角度、多層級進行分析研究。同時，類比國內(nèi)外其他行業(yè)的相關(guān)技術(shù)，研究水上、水下噪聲控制方案，從全區(qū)控制到局部控制，從設(shè)備耦合降噪控制到噪聲傳播消音控制再到實操步驟控制，進而在滿足多方面要求的基礎(chǔ)上，保證工程質(zhì)量和進度。

1 背景介紹

香港海上液化天然氣接收站項目包括11套導(dǎo)管架平臺的安裝工作，其中MD1到MD6為6個常規(guī)四腿導(dǎo)管架，單個重量約800 t，BD1到BD3為3個常規(guī)八腿導(dǎo)管架，單個重量約2 500 t，F(xiàn)D1和FD2為三腿導(dǎo)管架，單個重量為600 t。每個導(dǎo)管架通過長度不同的棧橋連接，所有導(dǎo)管架海上安裝后，形成碼頭一體式液化天然氣接收處理站，通過平臺兩側(cè)布置的卸料臂，實現(xiàn)LNG 船的靠泊、倒駁等功能，此接收站建成后，可以實現(xiàn)粵港澳大灣區(qū)20%以上的液化天然氣中轉(zhuǎn)及處理能力。

該平臺共有54個樁腿，其中最大樁徑72寸，鋼樁入泥深度約60 m，作業(yè)區(qū)域水深16 m。整個打樁工作量較大，所占時較長，按照海油工程常規(guī)施工方案，采用夢克液壓打樁錘的物理撞擊實施海上打樁作業(yè)，整個項目的施工周期從2020年11月到2021年11月。

香港OLNG 平臺式碼頭的導(dǎo)管架從左到右分別為MD1-MD3，BD1-BD3，MD4-MD6。

2 打樁噪聲控制

為了滿足苛刻的環(huán)保要求并遵循香港的噪聲控制條例，物理沖擊打樁作業(yè)全程需要對產(chǎn)生的噪聲進行有效控制，依托香港OLNG 項目，研究設(shè)計一套海洋平臺打樁噪聲控制方案，通過限制作業(yè)窗口、設(shè)定監(jiān)控區(qū)域、不僅可以解決工程生產(chǎn)難題，同時也可有效保護施工區(qū)域周圍的海洋生物及降低對周圍島嶼上的人與動物的生活噪聲影響。施工時，主要通過以下三種方法的同時實施，最大程度地避免打樁作業(yè)時產(chǎn)生的噪聲。

2.1 打樁作業(yè)窗口及區(qū)域控制

（1）不得在1月至6月（包括首尾兩月）進行建造碼頭的打樁作業(yè)，該期間為江豚出沒高峰期。不得在19：00時至翌日07：00進行建造碼頭的打樁作業(yè)，且周天及節(jié)假日期間任何時候均不得進行打樁作業(yè)。

（2）在建造碼頭的打樁作業(yè)進行期間，須圍繞打樁作業(yè)不少于500 m 半徑范圍內(nèi)實施海洋哺乳動物管制區(qū)。須待具備經(jīng)驗的海洋哺乳動物觀察員確認(rèn)海洋哺乳動物管制區(qū)連續(xù)30min 都沒有海洋哺乳動物出現(xiàn)后，才可進行打樁作業(yè)[2]。

通過設(shè)定區(qū)段性質(zhì)的打樁窗口及海洋生物出沒規(guī)律，對打樁噪聲進行控制，最大限度上避免噪聲對海洋生物產(chǎn)生的影響。經(jīng)過統(tǒng)計，自2021年7月1日至12月31日，共計183 d，其中包含節(jié)假日32 d，占整個施工周期的17.49%，將近1/5的施工時間。若同時考慮夜間不允許打樁作業(yè)，則在2021年7月至12月，非打樁時間約2 580 h，占整個施工周期的59%，而允許打樁時間只剩下1 812 h，只占整個施工周期的41%，在保護了海洋生物的同時，施工速度也大幅降低。

2.2 打樁作業(yè)工藝控制

打樁時必須遵循所核準(zhǔn)的打樁計劃中的Ramp-up打樁程序。首先施工第一根鋼樁，將第一根樁插入導(dǎo)管架主腿中后，需要由觀察員觀察海洋動物是否出沒。若在施工區(qū)域500 m 范圍內(nèi)觀察30 min 后，海洋動物均沒有出沒，則可以進一步啟動氣泡幕并打入首節(jié)鋼樁。打入后需關(guān)閉氣泡幕并起插第二節(jié)鋼樁，并進行焊接。在接樁后，按照首節(jié)鋼樁的要求進行觀察之后，才能進行小能量打樁，并隨著入泥深度逐漸增加，逐步增加打樁的強度，以避免建造碼頭的打樁作業(yè)所產(chǎn)生的水下噪聲突然提高。兩節(jié)鋼樁都打入設(shè)計入泥深度之后，關(guān)閉氣泡幕，最后根據(jù)PDA 動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，判斷鋼樁承載力是否滿足規(guī)范要求，若不滿足，則需要根據(jù)數(shù)據(jù)重新制定復(fù)打方案直至鋼樁承載力滿足要求方能結(jié)束。

整體社會公平感知是個體對于社會公平的總體性和一般性感知，反應(yīng)了平等社會關(guān)系在個體間產(chǎn)生的感受，作為重要層面之一可以有效衡量社會公平感知。十九大報告對于發(fā)展的不平衡不充分問題做出了闡釋，因此在新的發(fā)展階段和歷史時期，要在發(fā)展中更加注重社會公平，逐漸消除個體收入差距、城鄉(xiāng)差距和地區(qū)差距，進而消除整體社會差異，促進社會公平，提高社會公平感知度。社會保障制度作為重要的再分配制度之一，理論上可以有效推動社會公平，為衡量實際的政策實施中社會保障參與情況對社會公平感知的影響，本文采用二分類logistic回歸模型對本研究所選的各變量進行回歸，回歸結(jié)果如下表所示：

通過以上的打樁工藝控制，盡可能地在保證打樁效果的前提下，最大程度上進行噪聲控制及保護海洋生物。

2.3 水上水下控制技術(shù)

噪聲緩解措施必須按照所核準(zhǔn)的打樁計劃中所說明的緩解措施執(zhí)行，以降低建造碼頭的打樁作業(yè)所產(chǎn)生的水下噪聲影響。噪聲環(huán)境措施須包括盡可能使用低噪聲的振動錘及液壓錘進行打樁，對施工船只上發(fā)出高噪聲的設(shè)備進行隔音處理，以及使用結(jié)構(gòu)罩和氣泡幕將打樁作業(yè)圍封。

2.3.1 水上噪聲控制

水上噪聲來源主要是甲板設(shè)備噪聲（如發(fā)電機、空氣壓縮機等設(shè)備）與打樁噪聲。為解決該問題，施工方主要采用隔音棉包覆、橡膠墊支撐甲板等方式，控制設(shè)備在使用時噪聲的傳播，這樣操作簡單方便，操作難度小，經(jīng)濟性高，因此在本次的施工過程中得到廣泛實施。

針對發(fā)出噪聲的機械設(shè)備，通過在其上部覆蓋隔音棉、底部支撐與甲板之間墊橡膠墊的方式，減小其在運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的噪聲，并控制其傳播，針對噪聲較大且需要來回移動的打樁錘，無法使用上述方法，只能通過在打樁錘錘套周圍包覆隔音棉的方式，減少在打樁施工時噪聲在空氣中及水中的傳播。

2.3.2 水下噪聲控制

為解決環(huán)評要求中噪聲這一問題，本項目自主研究的氣泡幕簾系統(tǒng)（Bubble Curtain）成功應(yīng)用于施工現(xiàn)場。水下降噪系統(tǒng)分為兩部分，一部分系統(tǒng)是為打樁過程中降噪輸送空壓，這套系統(tǒng)是共用的；另外一部分是產(chǎn)生氣泡幕墻的軟管，每個樁腿都有布置，每套系統(tǒng)由垂向3個多孔軟管構(gòu)成。

降噪所需空壓是由浮吊船上兩臺無油空壓機輸送完成?？諌簷C需求為1 500 m3/h，壓力1.0 MPa 左右即可，但不要超過1.5 MPa；產(chǎn)生氣泡幕墻的部分由3個2.5 m 直徑的環(huán)形多孔軟管完成。橡膠軟管直徑50 mm，軟管上開4 排1.5～2 mm 的孔，小孔間隔200 mm 布置，使用綁扎帶將管線固定導(dǎo)管腿上即可，布置于水下4 m、9 m、14 m 的水平位置，拆卸時水上部分掛好吊帶，水下部分由潛水員切割好后，吊機提升即可完成拆除。圖1展示了空壓輸送系統(tǒng)及管線在樁腿上的布置示意圖[3]。

圖1 水下降噪系統(tǒng)示意

其優(yōu)勢在于簡易、可操作性強、安裝拆卸方便，可嚴(yán)格控制降噪成本。其原理在于將空壓機輸出的壓縮空氣通過三層氣泡發(fā)生管，在水下產(chǎn)生大量密集的氣泡，形成三道氣泡幕墻，利用噪聲在不同介質(zhì)中傳播能量不同、聲波在遇到大量氣泡時，能量急速衰減，無法穿透大量氣泡的原理，用來減小打樁過程中水下的噪聲傳播，從而降低打樁對海洋生物的影響。

在打樁前，將三通管匯與導(dǎo)管架上預(yù)布好的氣泡幕管線通過快速接頭連接，主作業(yè)船甲板上開啟空壓機，通過控制管匯處的閥門開關(guān)和觀測水面上產(chǎn)生的氣泡以測試和證明氣泡幕簾處于正常工作狀態(tài)。若工作狀態(tài)良好，則可以有效避免噪聲傳播，而且氣泡幕管線連接過程僅需10 min，可在套錘間隙完成。

管匯集成系統(tǒng)布置在主作業(yè)船的船尾，每個樁腿都設(shè)計了一套獨立的氣泡幕制造系統(tǒng)，安裝與拆除方便快速，可與打樁操作無縫銜接轉(zhuǎn)換。

3 噪聲控制效果評估

在導(dǎo)管架實際施工過程中，為了驗證本次打樁降噪的實施效果，總包商聯(lián)合業(yè)主方進行了一次噪聲實測實驗?，F(xiàn)場實測了打樁作業(yè)過程中不同距離外的音量，距離平臺打樁位置450 m、900 m、1 800 m、3 600 m 等位置實測各組噪聲數(shù)據(jù)。施工區(qū)域最近的島嶼為石鼓洲，兩者之間的距離為4 700 m，其所在位置音量≤58 dB，可接受的最大音量為75 dB。結(jié)果顯示，水上和水下噪聲均滿足港府環(huán)保要求。表1顯示了不同距離下實測音量與標(biāo)準(zhǔn)音量對比數(shù)據(jù)，表2展示了石鼓洲療養(yǎng)中心實測音量與標(biāo)準(zhǔn)音量對比數(shù)據(jù)。

表1 實測音量數(shù)據(jù)與理論對比

4 經(jīng)濟效益評估

本項目自主研制的Bubble Curtain 水下降噪系統(tǒng)，成功取代價格昂貴且適用性較差的用于風(fēng)電單樁安裝的氣泡幕簾系統(tǒng)，國外分包商報價2 000萬元以上[4]，而自主研制的Bubble Curtain 系統(tǒng)造價低廉，操作簡單，無需額外的安裝運營船舶，僅需幾十萬成本，節(jié)約項目成本近2 000萬元。

水上打樁設(shè)備及其施工動力設(shè)備使用隔聲棉包裹方式耦合降噪，控制水上噪聲傳播，預(yù)計節(jié)約成本1 000萬元。利用綁扎帶固定氣泡幕管線便于拆除，免去了ROV 水下切割的環(huán)節(jié)，采用潛水員下水切割而后吊機直接提升的方式，更是直接節(jié)省船費，直接經(jīng)濟效益非常可觀。

5 結(jié)束語

基于高環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)下的噪聲控制技術(shù)成功應(yīng)用于香港項目11套導(dǎo)管架安裝，應(yīng)用作業(yè)窗口及區(qū)域控制與工藝控制，并結(jié)合水上水下降噪技術(shù)，整體噪聲控制方案的應(yīng)用不僅降噪效果良好，而且降本增效顯著。為后續(xù)此類高環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求的項目提供了指導(dǎo)參考，可考慮將該方案逐步完善并推廣至后續(xù)所有香港地區(qū)的工程項目和環(huán)保要求相似的國內(nèi)外項目的工程應(yīng)用。