海上升壓站導管架電纜護管一體化吊裝施工研究

摘""要：一體化吊裝是指正常吊裝工作不受影響的前提下，在預總裝施工場所或是專業(yè)車間內(nèi)對專業(yè)附件進行預安裝，通過將附件與結構片相連接的方式，減少高空施工量，壓縮工期并降低成本的吊裝方式。以一體化吊裝為落腳點，在介紹電纜護管、導管架常規(guī)施工方法的前提下，結合實際項目，圍繞吊裝方案展開了討論，通過計算應力最大值、豎向變形程度，證實了吊裝方案的有效性，同時總結了項目施工的注意事項，以供參考。

關鍵詞：海上升壓站"""電纜護管"""導管架"""一體化吊裝

中圖分類號：P752;TM314

Study"on"the"Integrated"Hoisting"Construction"of"the"Jacket"Cable"and"Pipe"Protection"in"the"Offshore"Booster"Station

SONG"Enjia

Rushan"Power"Supply"Company"of"State"Grid"Shandong"Electric"Power"Company，"Rushan，"Shandong"Province，"264500"China

Abstract："Integrated"hoisting"refers"to"the"hoisting"method"in"which"the"professional"accessories"are"pre-installed"in"the"pre-assembly"construction"site"or"in"the"professional"workshop"under"the"premise"that"the"normal"hoisting"work"is"not"affected，"and"the"accessories"and"structural"pieces"are"connected"to"reduce"the"high-altitude"construction"amount，"compress"the"construction"period"and"reduce"the"cost."Taking"integrated"hoistingnbsp;as"the"starting"point，"based"on"the"introduction"of"cable"pipe，"jacket"under"the"premise"of"conventional"construction"method，"combined"with"the"actual"projects，"a"discussion"is"carried"out"around"the"hoisting"scheme."By"calculating"the"maximum"stress，"vertical"deformation"degree，"the"effectiveness"of"the"hoisting"scheme"is"confirmed，"and"the"precautions"for"project"construction"are"summarized"for"reference.

Key"Words："Offshore"booster"station;"Cable"and"pipe"protection;"Jacket;"Integrated"hoisting

隨著海上風電向遠海擴展，升壓站的尺寸和復雜性增加。作為風力發(fā)電系統(tǒng)與陸地電網(wǎng)連接的關鍵節(jié)點，升壓站承擔著電能傳輸和轉(zhuǎn)換的重任，需敷設大量電纜，以確保電力得到穩(wěn)定輸送。為避免電纜受損，施工人員通常會在電纜外側(cè)加裝保護套管，但導管架的結構設計較為獨特，無形中增加了電纜保護套管的布置和安裝難度，尤其在陸上預制環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)安裝方法耗時多且效率低，因此對電纜保護套管進行一體化吊裝尤為重要，其是提升裝配效率、縮短工期、降低工程成本的關鍵。一體化吊裝強調(diào)不影響結構正常吊裝前提下，預先在地面完成附屬設備的安裝，減少高空作業(yè)，提高工作效率，降低安全風險，此外，這樣做還能夠確保部件精確匹配，提高結構質(zhì)量和可靠性。由于該項技術得到推廣的時間較短，目前仍面臨嚴峻的技術挑戰(zhàn)，需考慮吊裝過程重量分布、結構穩(wěn)定性及與其他施工活動協(xié)調(diào)，確保預裝部件能夠承受外界作用力，以此提高項目的經(jīng)濟性和可靠性，為實現(xiàn)節(jié)能減排目標提供支持。

1""升壓站施工說明

導管架作為連接風機與海底電纜的重要設施，由4根樁腿和若干縱橫撐桿組成，空間結構穩(wěn)定，能夠有效抵御風浪和地震等自然災害的影響。減震型支撐裝置是保護電纜的重要設施，由活動安裝盒、支撐橫桿、豎桿、電纜固定夾和彈簧共同構成，其中，安裝盒內(nèi)壁左右兩側(cè)分別設有垂直滑槽，滑槽通過支撐橫桿相連，橫桿端部與上下槽壁間安裝有彈簧。橫桿上端與支撐豎桿相連，豎桿上端經(jīng)由安裝盒頂部所開設滑動孔伸出盒外，伸出部分設有固定夾。該設施的核心功能是緩沖減震，可以為電纜提供物理保護，防止其在安裝和維護過程中受到損傷[1]。常規(guī)立式導管架僅能夠用于水深不足40"m的海域，配套電纜護管有限，往往沿導管腿走向進行安裝，每個電纜護管自重在15"t以下。施工過程中，需要先在陸地上預制，再通過運輸船駁運至海上安裝位置吊裝，最后通過灌漿等方式與鋼管樁牢固連接。結構安裝方式則以合攏安裝為主，通常需要配備兩臺履帶吊用于翻身?，F(xiàn)階段，該工藝經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)趨于成熟，具有施工簡便、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，在諸多項目中得到運用。

2""項目概況

本文所討論項目施工區(qū)域的水深在40"m以上，設計方案中標出的導管架高度為60"m，建造方式為常規(guī)的立式建造，自重在4"300"t左右，高度、自重均大于常規(guī)風電導管架。導管架內(nèi)部敷設有24根電纜護管，重量能夠達到350"t左右。若沿用常規(guī)施工方案，即先合攏主結構再對電纜護管進行安裝，共需要吊裝24次電纜護管。考慮到電纜護管需要固定在導管架內(nèi)部并從上方和下方伸出，整體高度相對較高，因此，僅使用小型履帶吊并不能夠完成該任務，改用一體化吊裝則可以有效減少吊裝頻次，這一改變對項目工期、成本有正向影響[2]。

3""一體化吊裝方案

3.1""拆分結構片

減震型支撐裝置在電纜護管中的作用主要是減少外部力量對電纜的沖擊和振動，通過吸收并分散由于機械設備運行、地震、風力等產(chǎn)生的震動，防止震動直接傳遞到電纜上，從而保護電纜不受損傷。由于本文所討論升壓站導管架整體結構較為特殊，因此，施工人員決定先將導管架拆分成多個形狀不同的結構片，再按照順序安裝。分析結構片拆分理念、原則、安裝順序能夠發(fā)現(xiàn)，電纜護管需要與導管架外側(cè)結構片相連，結構片形狀與字母X相似，已知電纜護管自重在350"t左右，則每片結構片需要承受約80"t的重量。拆分導管架的優(yōu)點在于省略了單獨吊裝電纜護管的環(huán)節(jié)，在控制總裝吊裝施工頻次的前提下，使項目工期得到縮短。不足之處則是由于需要連接電纜護管，因此，結構片自重明顯增加，同時其結構形式也會變得不規(guī)則，另外，電纜護管的尺寸偏小還有外懸長度過長，也會增加吊裝的難度，要有所了解。

3.2""設置吊點

本文以結構片①為例，對一體化吊裝電纜護管的方案加以說明。結構片①自重與其所連接電纜護管自重之和在170"t左右，需要提前在專業(yè)車間內(nèi)預制，待噴涂工序結束，再運往施工現(xiàn)場準備吊裝。本項目中，有關人員計劃使用3臺相同規(guī)格的吊機完成翻身吊裝的工作，考慮到結構片的中間部位與電纜護管相連，為降低吊裝過程中出現(xiàn)碰撞或類似情況的可能性，決定在導管遠端的特定位置設4個吊點，吊點與擋繩柱相連。擋繩柱外觀為圓管，暫定的尺寸是Ф325×16，需要注意的是，這樣做雖然能夠解決碰撞問題，但會使整體吊裝強度受到負面影響。

在圖1標出的4個吊點中，1、2是主吊，吊裝所依托工具為鋼絲繩、兜拉導管。作為一種常見的吊裝工具，鋼絲繩+兜拉導管主要用于垂直或傾斜方向上的重物吊裝，由一根鋼絲繩和一個兜拉導管組成，鋼絲繩一端固定在吊鉤上，另一端穿過兜拉導管，通過改變鋼絲繩在兜拉導管中的位置，調(diào)整吊裝物品的平衡和穩(wěn)定性[3]。這種工具的優(yōu)點是結構簡單，操作方便，同時，其效率比傳統(tǒng)吊裝方式提高了30"%以上。3、4是輔助吊點，通過卸扣、鋼絲繩與鉤頭相連接。翻身度數(shù)達到75"°后，撤下輔助吊機，通過剩余2臺主吊將翻身度數(shù)增加到90°，隨后，將結構片吊裝到設計方案標出的總裝位置即可。

4""方案有效性分析

4.1""建立模型

由于減震型支撐裝置可以穩(wěn)定電纜在護管中的位置，防止電纜因震動或外力作用而移動或變形，對于保持電纜的排列整齊，防止電纜之間的交叉和糾纏，保證電纜的正常運行和使用壽命具有重要意義。因此，在大致確定吊點位置、吊裝方式后，應盡快對吊裝強度展開分析，保證吊裝全過程可靠且安全。分析強度時，先要建立整體、局部適用的計算模型，再基于SACS校核結構片強度以及施工可能遇到的各種工況，接下來，通過ANSYS校核吊點對應擋繩柱的局部強度，以經(jīng)過校核所確定的數(shù)據(jù)為依據(jù)，對方案中吊點位置、擋繩柱尺寸合理與否加以驗證。

4.2""校核結構強度

以描述結構片重心的具體數(shù)據(jù)為依據(jù)，對計算模型進行修正，在施加一定重力的同時，保證吊機鉤頭始終在規(guī)定位置。隨后，通過SACS對水平吊裝工況下結構片UC最大值（即應力最大值）進行計算，計算結果是0.58，該數(shù)值對應的應力在198"MPa左右，豎向變形程度達到20.5"cm，無論是應力最大點還是變形最為嚴重的位置，均與護管外懸部分重合，但并未超出規(guī)定安全范圍。在翻身30"°的工況下，再次對結構片UC最大值、豎向變形程度進行計算，結果分別是0.54、17.0"cm，雖然數(shù)據(jù)均小于平吊工況，但仍與管外懸部分重合。在翻身60"°的工況下，第三次對結構片UC最大值、豎向變形程度加以計算，計算結果為0.40和9.38"cm，對比翻身30"°工況，數(shù)值再次減小，應力最大值由管外懸部分移動到主結構導管，此時，電纜護管所承受應力明顯減小。將結構片翻身角度增加至90"°，撤離輔助吊機后，依靠現(xiàn)場的主吊完成后續(xù)總裝工作。在翻身90"°的工況下，UC最大值、豎向變形程度變?yōu)?.42、6.06"cm，應力極值的變化可以忽略不計，其作用點仍在電纜護管結構上，變形程度較60"°工況明顯減小。由此不難看出，雖然結構片的形狀并不規(guī)則，且吊點位置與結構片邊緣距離較近，但在對其進行吊裝時，結構片所展示出的強度、整體變形程度并沒有超出允許范圍。考慮到電纜護管的自重偏大，加之外懸長度相對較長，因此，平吊工況下，應力最大值、變形程度較其他幾種工況更大。后續(xù)，隨著翻身度數(shù)的增加，其應力值、整體變形程度明顯減小，正式就位后，無論是UC值還是變形程度均能夠達到較為理想的水平。

5""施工注意事項

5.1""做到整體設計

在一體化吊裝前，必須確保整個系統(tǒng)的設計與優(yōu)化達到最佳狀態(tài)，電纜護管的設計與導管架的結構完美匹配，以保證在吊裝過程中不發(fā)生干涉或是碰撞。同時，設計人員要充分考慮吊裝設備的負荷能力和吊裝路徑的合理性，避免在吊裝環(huán)節(jié)出現(xiàn)超負荷或設備損壞的情況。確定設計方案后，根據(jù)項目情況，對電纜護管材料、強度和安裝位置做出詳細規(guī)劃，確保安裝后的結構穩(wěn)定[4]。

5.2""細化吊裝計劃

制訂詳細的吊裝計劃是確保一體化吊裝成功的關鍵。計劃應包括具體的吊裝方案、設備配置、作業(yè)流程和安全措施，有關人員一方面要根據(jù)電纜護管的尺寸和自重選擇合適的吊裝設備，另一方面要重視現(xiàn)場勘查，通過勘查確認吊裝路徑不存在障礙物，吊裝設備能夠順利到達作業(yè)點[5]。除此之外，還應組織參與施工的人員參加專業(yè)培訓，保證施工人員能夠熟練操作設備，有效降低操作風險，使吊裝任務的順利完成。

6""結語

本文提出了一種新型的一體化吊裝施工法。該方法有效整合了升壓站導管架、電纜護管與減震型支撐裝置的安裝流程，不僅顯著提高了海上施工效率，還降低了作業(yè)風險，真正做到通過優(yōu)化吊裝設備和工藝，減少海上作業(yè)時間，增強施工過程的安全性、可靠性。事實證明，與傳統(tǒng)方法相比，該施工方法具有簡便、成本效益高、對環(huán)境影響較小等優(yōu)點，適用于各類海域條件下的升壓站建設，未來應大范圍推廣。

參考文獻：

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[3]李美嬌.海上風電場海上升壓站上部組塊吊裝技術要點分析[J].機電信息，2022（24）：27-29.

[4]王永發(fā)，孫震洲，賀林林，等.海上升壓站平移過程中自升式工作船樁靴沉降分析方法[J].船舶工程，2022，44（12）：149-156，165.

[5]張偉，張坤，姜貞強，等.基于多尺度有限元的海上升壓站腳靴式樁套筒連接結構分析研究[J].海洋工程，2022，40（2）：55-66.