海上升壓站基礎(chǔ)建造工藝研究

李毫 魏笑科 陳文良 張少勇 馬健榮

摘 ? ?要：本文以我司海上升壓站基礎(chǔ)制造為載體，介紹了海上升壓站基礎(chǔ)分段劃分、建造工藝流程、管節(jié)制作、分段中組制作及整體總組等，系統(tǒng)地分析研究海上升壓站基礎(chǔ)生產(chǎn)設(shè)計(jì)與制造的實(shí)踐，為海上升壓站基礎(chǔ)建造持續(xù)改進(jìn)提供參考。

關(guān)鍵詞：海上升壓站基礎(chǔ)；建造工藝

中圖分類號(hào)：TK83 ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Study on Foundation Construction Technology of

Offshore Booster Station

Li Hao， ?Wei Xiaoke， ?Chen Wenliang， ?Zhang Shaoyong， ?Ma Jianrong

（ Guangzhou Wenchuan Heavy Industry Co.， Ltd.， Guangzhou 510725 ）

Abstract： In this paper， the company's offshore booster base manufacturing is taken as a carrier. This paper introduces the subsection division ， the construction process， the manufacture of the pipe section， the manufacture of the subsection middle group and the whole group of the foundation of the offshore booster station etc.The practice of basic production design and manufacture of offshore booster station is systematically analyzed and studied.It provides reference for continuous improvement of foundation construction of offshore booster station.

Key words： Foundation of offshore booster station; Construction technique

1 ? ? 前言

海上升壓站基礎(chǔ)是海上水下樁基和上部升壓站模塊的連接段，是海上升壓站模塊安裝的重要承重結(jié)構(gòu)件，是海上風(fēng)電場(chǎng)的樞紐，負(fù)責(zé)將風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的電能升壓后輸送到岸上。隨著我國海上風(fēng)電規(guī)模的不斷擴(kuò)大及深遠(yuǎn)海風(fēng)電場(chǎng)的開發(fā)，海上升壓站逐步向大規(guī)模、大容量的方向發(fā)展，升壓站基礎(chǔ)也隨之向超高、超重、超大方向發(fā)展，對(duì)升壓站基礎(chǔ)在加工廠建造、總組、運(yùn)輸?shù)忍岢龈叩囊蟆?/p>

海上升壓站基礎(chǔ)主體為桁架結(jié)構(gòu)，下部通過樁靴與鋼管樁灌漿連接，上部與升壓站基礎(chǔ)采用焊接連接。此外，升壓站基礎(chǔ)上還有內(nèi)平臺(tái)結(jié)構(gòu)、防撞結(jié)構(gòu)、電纜保護(hù)管結(jié)構(gòu)、爬梯和平臺(tái)結(jié)構(gòu)、灌漿管結(jié)構(gòu)、防沉板結(jié)構(gòu)、吊耳結(jié)構(gòu)等附屬構(gòu)件。

本文依托廣州文船重工有限公司承建的中廣核惠州港口一海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目，研究海上升壓站基礎(chǔ)建造技術(shù)，確保產(chǎn)品建造施工高效，質(zhì)量、安全風(fēng)險(xiǎn)可控。

2 ? ?海上升壓站基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及分段劃分

海上升壓站基礎(chǔ)主體為桁架結(jié)構(gòu)，其外形如圖1所示：①為升壓站基礎(chǔ)的登入系統(tǒng)；②為升壓站基礎(chǔ)的靠船件；③為升壓站基礎(chǔ)的主結(jié)構(gòu)桁架；④為升壓站基礎(chǔ)的電纜管，；⑤為升壓站基礎(chǔ)的樁靴；⑥為升壓站基礎(chǔ)的防沉箱；⑦為升壓站基礎(chǔ)的防沉板。

海上升壓站基礎(chǔ)總重約為2 401.6 t，最大外形尺寸為54.10 mx42.63 m，垂直高度約62.6 m；海上升壓站基礎(chǔ)主結(jié)構(gòu)由主樁腿、斜撐及水平撐組成，主樁腿采用直徑為1 400～2 300 mm、壁厚40～70 mm的鋼管；撐桿采用直徑為800～1 200 mm、壁厚25～60 mm的鋼管。

為了便于制造，依據(jù)海上升壓站基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將海上升壓站基礎(chǔ)分上、中、下三段分別制作。其中，下段直接在運(yùn)輸支承座上組裝，然后吊裝中段與上段的總組段。

3 ? ? 海上升壓站基礎(chǔ)建造工藝流程

建造工藝流程如圖2所示：材料、施工圖、場(chǎng)地等準(zhǔn)備—→放樣及零件下料—→劃線、坡口切割—→鋼板加工卷圓、拼接圓筒—→長管節(jié)組對(duì)焊接—→胎架制作—→片體、片花預(yù)制—→片體、片花舾裝件安裝—→片體、片花交驗(yàn)—→片體、片花涂裝—→上、中段總組成上總段—→上總段與下分段大合攏、安裝其它舾裝件—→交驗(yàn)—→涂裝—→裝船。

4 ? ? 管節(jié)制作

海上升壓站基礎(chǔ)為空間桁架結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)管的管節(jié)是由直徑Φ800～Φ2 300 mm不等、厚度25～70 mm不等的直縫卷管焊接而成。

4.1 ? 單管節(jié)制作

管節(jié)為直縫鋼管，板材卷圓前需進(jìn)行預(yù)處理，清理鋼板表面的油污、氧化鐵及熔渣；所有鋼板在單節(jié)卷制前，必須檢查板材編號(hào)、材質(zhì)、板厚、外形尺寸等信息，如發(fā)現(xiàn)板材信息有誤或鋼板存在質(zhì)量缺陷時(shí)，應(yīng)及時(shí)向質(zhì)量管理部反饋，核對(duì)無誤后方可進(jìn)行作業(yè)。

（1）準(zhǔn)備好各種內(nèi)外圓弧靠板，并根據(jù)卷制筒體的直徑大小、壁厚選擇合適的卷板設(shè)備；

（2） 根據(jù)待滾圓鋼板的厚度、寬度、滾圓直徑、材質(zhì)，通過計(jì)算機(jī)模擬給出相應(yīng)的卷圓數(shù)據(jù)進(jìn)行卷制；

（3） 卷制過程中用樣板檢查筒體的圓度，內(nèi)弧樣板有效弦長為750 mm，使用1 mm厚鍍鋅鐵皮制作而成；

（4）采取多次彎曲鋼板并壓制適當(dāng)長度，每次下壓量視鋼板厚度、筒徑而定，卷至閉合狀態(tài)即可；合口時(shí)需用電焊，每500 mm 點(diǎn)50～80 mm的定位焊，為控制變形，采用對(duì)稱點(diǎn)焊，其縱縫的間隙在2～3 mm；縱縫焊接采用埋弧自動(dòng)焊雙面焊接工藝，先焊接內(nèi)側(cè)焊縫，然后管節(jié)外碳刨清根后填充蓋面；焊后徑向錯(cuò)邊≤t/10且≤3.0 mm，圓管兩端錯(cuò)臺(tái)不超過1.5 mm。

4.2 ? ?管節(jié)組對(duì)制作

（1） 每個(gè)管節(jié)必須按照對(duì)接圖進(jìn)行組對(duì)，組對(duì)時(shí)如果間隙過大必須調(diào)整；單個(gè)管節(jié)平行度、平面度、彎曲失高及高度要求非常嚴(yán)格，要求管節(jié)組對(duì)焊接時(shí)在專用滾輪架上進(jìn)行；裝配時(shí)應(yīng)盡量避免強(qiáng)行組裝以防止焊縫裂紋和減少內(nèi)應(yīng)力。

（2）調(diào)整各筒節(jié)錯(cuò)邊量和直線度，對(duì)接錯(cuò)邊≤0.1 t且長度3 m范圍內(nèi)≤3 mm，長度12 m范圍內(nèi)≤10 mm，長度超過12 m≤12 mm。

5 ? ?片花、片體、上分段制作

片花、片體、上分段結(jié)構(gòu)，在水平胎架上靠模制作：首先按《升壓站基礎(chǔ)片花、片體、上分段胎架圖》劃好地樣線并定位好地樣鋼塊，在地樣鋼塊上劃好地樣十字線；根據(jù)地樣線定位胎架工裝位置及高度，尺寸測(cè)量時(shí)必須用同一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)；2軸和4軸為平面胎架，以地樣線為基準(zhǔn)定位主弦管、斜撐管、水平撐管；上胎前必須核對(duì)管節(jié)編號(hào)、檢查管節(jié)截面圓度及外圓周長是否符合要求；2/4軸做成片體結(jié)構(gòu)，B/F軸做成片花。

6 ? ? 運(yùn)輸支承座制作

目前國內(nèi)采用的單排式運(yùn)輸支承座，支撐力不足、承載面積不夠，用于大型海上升壓站基礎(chǔ)會(huì)產(chǎn)生以下兩個(gè)問題：（1）大型海上升壓站基礎(chǔ)滾裝上船時(shí)需要自行式模塊運(yùn)輸車SPMT，SPMT與支承座的接觸面不足，從而導(dǎo)致SPMT頂升結(jié)構(gòu)梁變形過大；（2）單排式運(yùn)輸支承座為簡(jiǎn)支梁受力結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化模型中簡(jiǎn)支梁正中受集中荷載，故梁截面將很大，浪費(fèi)材料。

本項(xiàng)目采用新型雙排式運(yùn)輸支承座結(jié)構(gòu)，利用現(xiàn)有龍門凳作為基礎(chǔ)，在龍門凳橫梁正中增加一排支腿，改善橫梁應(yīng)力分布，同等受力情況下大大減少橫梁截面尺寸，節(jié)約材料，可滿足重量3 000 t以上的海上升壓站基礎(chǔ)的總組、滾裝上船及海上運(yùn)輸?shù)男枰?；雙排式SPMT液壓模塊車滾裝設(shè)計(jì)，可以將模塊車長度減半，此時(shí)縱橫兩個(gè)方向長度相差不大，克服了模塊車軸線過長、縱向剛度不足而導(dǎo)致無法運(yùn)輸?shù)碾y題，有利于運(yùn)輸支承座所受壓力向下均勻傳遞。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖建立運(yùn)輸支承座三維模型，利用有限元分析軟件對(duì)運(yùn)輸支承座進(jìn)行模擬計(jì)算分析：對(duì)模型15個(gè)支腿底面進(jìn)行約束，使其三個(gè)方向位移為0；在支承座頂部承載面加載豎直向下壓力，動(dòng)載系數(shù)取1.1，不均衡系數(shù)取1.1。

7 ? ? 總組

7.1 ? ?下段立式總組

（1）升壓站運(yùn)輸支座布置及地樣線設(shè)定

在總裝工位上按圖完成地樣十字線（允許偏差±1 mm）、路基板以及總裝胎架工裝定位（允許長寬偏差±2 mm，對(duì)角線偏差±3 mm）；用激光測(cè)量?jī)x或水平管測(cè)量工裝頂部水平，將其調(diào)整到水平度偏差≤2 mm后，將總裝胎架工裝、路基板與地龍焊接固定；總裝設(shè)立沉降觀測(cè)點(diǎn)，總裝過程中做好地基沉降水平監(jiān)控。

（2）防沉板結(jié)構(gòu)小組件定位

在防沉板平臺(tái)正下方布置高凳（正對(duì)應(yīng)防沉梁位置），高凳上表面高差≤3 mm，然后依次吊裝防沉板中間片體、四個(gè)角片體；防沉板片體與地樣線對(duì)齊，防沉板水平度偏差≤10 mm，然后進(jìn)行合攏口的焊接。

（3）第一層水平支撐定位

在防沉板結(jié)構(gòu)上安裝第一層水平支撐管，支撐管中心線與地樣線對(duì)齊，水平度偏差≤10 mm，然后進(jìn)行合攏口的焊接。

（4）B軸/D軸片花安裝

在平面胎架上按圖制作B軸下部片體小組件和 D軸下部片體小組件，用兩臺(tái)起重機(jī)吊起進(jìn)行B/D軸線下部片花定位安裝；定位時(shí)，片花下水平撐管與防沉板連接，并與地樣線對(duì)齊，水平度偏差≤10 mm，片花上口利用全站儀測(cè)量坐標(biāo)值進(jìn)行定位；定位后使用支撐工裝對(duì)片花進(jìn)行牢固固定，所有工裝必須與地龍焊接固定，支撐工裝與小組件也要焊接固定。

（5）2/4軸結(jié)構(gòu)片體安裝

片體在胎制作完成后，用一臺(tái)起重機(jī)吊鉤掛住2/4軸結(jié)構(gòu)片體上部，另一臺(tái)起重機(jī)吊鉤掛住2/4軸結(jié)構(gòu)片體下部，兩臺(tái)起重機(jī)配合將2/4軸結(jié)構(gòu)片體吊離胎架后翻身90°成豎直狀態(tài)，吊裝至總組運(yùn)輸工裝上定位；調(diào)整2/4軸結(jié)構(gòu)片體與B軸、D軸片花小組件合攏口間隙，用全站儀測(cè)量2/4軸片體的上下口位置，確保測(cè)量數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)偏差≤5 mm；將2/4軸片體主弦管下口與總組運(yùn)輸工裝點(diǎn)焊并用七字碼固定；焊接2/4軸結(jié)構(gòu)片體與B軸、D軸小組件合攏口位置，確保焊接量達(dá)到合攏口總量30%后方可松鉤。

（6）樁靴安裝

樁靴分段采用臥式制作工藝制作完畢，用兩臺(tái)起重機(jī)抬吊吊起后，兩臺(tái)起重機(jī)配合使樁靴翻身成豎直狀態(tài)，然后進(jìn)行樁靴的定位安裝；定位時(shí)樁靴筒節(jié)中心點(diǎn)與地樣線對(duì)齊，樁靴筒節(jié)中心線垂直度偏差≤8 mm；定位完成后焊接樁靴腹板與主腿管節(jié)的焊縫，確保焊接量達(dá)到合攏口總量30%后方可松鉤。

7.2 ? 中段、上段立式總組

（1）中段與下段總組胎架布置及地樣線設(shè)定

在中段與上段組裝工位上，按圖完成地樣十字線（允許偏差±1 mm）、路基板以及中段胎架工裝定位（長寬允許偏差±2 mm，對(duì)角線允許偏差±3 mm）；用激光測(cè)量?jī)x或水平管測(cè)量工裝頂部水平，將其調(diào)整到水平度≤2 mm后，將中段胎架工裝、路基板與地龍焊接固定，設(shè)立沉降觀測(cè)點(diǎn)，組裝過程中做好地基沉降水平監(jiān)控。

（2）2軸中段片體安裝

片體在胎制作完成后，用一臺(tái)起重機(jī)吊鉤掛住2軸結(jié)構(gòu)片體上部，另一臺(tái)起重機(jī)吊鉤掛住2軸結(jié)構(gòu)片體下部，兩臺(tái)起重機(jī)配合將2軸結(jié)構(gòu)片體吊離胎架后翻身90°成豎直狀態(tài)，吊裝至安裝工裝上定位；用全站儀測(cè)量2軸中段片體的上下口位置，確保測(cè)量數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)偏差≤5 mm；將2軸片體主弦管下口與臨時(shí)運(yùn)輸工裝點(diǎn)焊并用七字碼固定；2軸中段片體用臨時(shí)支撐工裝進(jìn)行固定，確保片體成豎直狀態(tài)不發(fā)生傾覆。

（3）B軸/D軸中段片花安裝

在平面胎架上按圖完成制作B軸中段片體小組件和D軸中段片體小組件，用兩臺(tái)起重機(jī)吊起進(jìn)行B/D軸線中段片花定位安裝；調(diào)整B/D軸中段片花與2軸中段片體合攏口間隙，用全站儀測(cè)量B/D軸片花的上下口位置，確保測(cè)量數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)偏差≤5 mm；定位完成后，B/D軸片花靠近4軸的自由端需進(jìn)行臨時(shí)固定工裝固定；焊接2軸結(jié)構(gòu)片體與B軸、D軸片花小組件合攏口位置，確保焊接量達(dá)到合攏口總量30%后方可松鉤。

（4）4軸中段片體安裝

片體在胎制作完成后，用一臺(tái)起重機(jī)吊鉤掛住4軸結(jié)構(gòu)片體上部，另一臺(tái)起重機(jī)吊鉤掛住4軸結(jié)構(gòu)片體下部。兩臺(tái)起重機(jī)配合，將4軸結(jié)構(gòu)片體吊離胎架后翻身90°成豎直狀態(tài)，吊裝至安裝工裝上定位；調(diào)整4軸結(jié)構(gòu)片體與B軸、D軸片花小組件合攏口間隙，用全站儀測(cè)量4軸片體的上下口位置，確保測(cè)量數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)偏差≤5 mm；將4軸片體主弦管下口與安裝工裝點(diǎn)焊并用七字碼固定；焊接4軸結(jié)構(gòu)片體與B軸、D軸小組件合攏口位置，確保焊接量達(dá)到合攏口總量30%后方可松鉤。

（5）中段與上段組裝成上大段

待升壓站中段組裝完成并報(bào)驗(yàn)合格后，用兩臺(tái)起重機(jī)聯(lián)吊上段至中段正上方，調(diào)整上段位置，緩慢將其放置在中段合攏口處的卡板范圍內(nèi)；當(dāng)中、上段靠攏后，保持吊裝狀態(tài)不動(dòng)，通過鐵尖調(diào)整合攏口水平方向間隙，起重機(jī)繼續(xù)松鉤到50 t吊重（上分段理論重量140 t，選用兩臺(tái)起重機(jī)額定起重量滿足吊裝需求），測(cè)量上段主弦管水平標(biāo)識(shí)位置水平度，通過鐵尖調(diào)整合攏口上下方向間隙，使上段水平度偏差≤5 mm；修割余量后重新定位裝配，確保焊接量達(dá)到合攏口總量30%后方可松鉤。

7.3 ? 整體總組

待升壓站上大段組裝完成并報(bào)驗(yàn)合格后，用兩臺(tái)起重機(jī)聯(lián)吊上大段至下段正上方，調(diào)整上大段位置，緩慢將其放置在下段合攏口處的卡板范圍內(nèi)；當(dāng)上、下大段靠攏后，保持吊裝狀態(tài)不動(dòng)，通過鐵尖調(diào)整合攏口水平方向間隙，起重機(jī)繼續(xù)松鉤到100 t吊重（上大段理論重量750 t，要求選用兩臺(tái)起重機(jī)額定起重量滿足吊裝需求）；檢查上大段主腿管節(jié)上測(cè)量劃定的水平基準(zhǔn)線的水平度，通過鐵尖調(diào)整合攏口上下方向間隙，使上大段四條主腿水平基準(zhǔn)線高低差≤3 mm，然后進(jìn)行定位焊，確保焊接量達(dá)到合攏口總量30%后方可松鉤。

整體總組示意圖，如圖3所示。

圖3 ?整體總組示意圖

8 ? ?結(jié)束語

海上升壓站基礎(chǔ)，在高度方向采用三段式分段建造方案，其中下段重量較大，約占整體重量的70%；中段與上段重量較小，在地面組裝成上總段，然后再將上總段與下段（已在運(yùn)輸工裝上建造完工）總裝成整體，可直接滾裝上船。本項(xiàng)目建造方法，其優(yōu)點(diǎn)是降低高空作業(yè)工程量，將大量作業(yè)改為地面作業(yè)，減少施工難度和安全風(fēng)險(xiǎn)。

中廣核惠州港口一海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目海上升壓站基礎(chǔ)，是海上風(fēng)電場(chǎng)的電能匯集中心，相當(dāng)于海上風(fēng)電場(chǎng)的心臟。該海上升壓站基礎(chǔ)是國內(nèi)最高、外形尺寸最大的升壓站基礎(chǔ)。中廣核惠州海上風(fēng)電場(chǎng)，已于2021年底實(shí)現(xiàn)全容量并網(wǎng)發(fā)電。

參考文獻(xiàn)

[1]朱軍 ，張倫偉. 海上升壓站導(dǎo)管架平臺(tái)的建造工藝研究[J].裝備制造

技術(shù) ， 2018.

[2]劉永前.海上風(fēng)電場(chǎng)技術(shù)[M]. 北京：電子工業(yè)出版社， 2022.