三筒吸力樁導管架建造工藝與精度控制

張凌 李金

摘? ? 要：海上風電場三筒吸力樁導管架，可分為過渡段、導管支架、吸力樁三大部分。本文探討了這三部分和總組的建造工藝流程以及建造過程中的精度控制要點，為類似項目提供參考。

關(guān)鍵詞：三筒吸力樁導管架；建造工藝；精度控制

中圖分類號：TH162? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Construction Technology and Precision Control

of Three-Cylinder （Suction Pile） Jacket

ZHANG Ling1，? LI jin2

（ 1. CMHI （ JS ） ， Nantong? 226116;? 2.Jiangsu Shipping College， Nantong 226010 ）

Abstract： Based on the fact that the three-cylinder （suction pile） jacket of offshore wind farm is divided into three major parts： ITD， Pipe support and suction pile. This paper discusses the construction process of these three parts and the erection work and the key points of progress control in the construction process. It can provide reference for subsequent similar projects.

Key words： Three Cylinder （Suction Pile） Jacket; Construction Technology; Precision Control

1? ? ?前言

海上風電是可再生能源開發(fā)的重要領(lǐng)域，是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。相較于其他結(jié)構(gòu)，導管架基礎(chǔ)因其桁架式結(jié)構(gòu)優(yōu)勢明顯，已成功應用于多個海上風電場[1，2]。三筒吸力樁式導管架基礎(chǔ)的主體部分為：吸力樁、導管架體和頂部箱梁結(jié)構(gòu)的過渡段。導管架體共布置3層斜撐，導管架體與吸力樁及過渡段通過焊接固定，按每套吸力樁導管架的共性構(gòu)造，由上至下分為過渡段、導管架體、吸力樁三大部分。針對結(jié)構(gòu)特點及廠區(qū)的加工能力，分段劃分不盡相同，但以管架內(nèi)部板厚分界處的自然縫做為分段縫為佳，如圖1所示。

2? ? 過渡段建造工藝與精度控制

2.1? ?過渡段的建造工藝

過渡段分段較重，選擇在起重能力較大的場地進行。過渡段片體在吊機覆蓋范圍內(nèi)胎架上進行制作，制作完成后，利用龍門吊運至大組場地進行大組；分段以頂板為胎進行反造，裝配完成后整體翻身完成底板處焊接；中心圓筒內(nèi)部設有上、下兩層平臺（見圖2），中心圓筒制作時一同安裝。

過渡段在大組前，提前在地面劃出經(jīng)緯線、中心圓筒輪廓線、立柱輪廓線，圓心用光靶點標記；中心圓筒和周圍塊段分別布置圓墩，同時需保證內(nèi)部舾裝件的安裝，確保分段完整性，以減少或避免后期舾裝高空作業(yè)；過渡段中的吊耳，由兩個耳板組成一個吊耳。吊耳孔有同軸度要求，需單獨組裝、整體配鉆，配鉆時耳板兩側(cè)的4個腹板為點焊，其它肘板均完成先焊接。吊耳先拼接成小組件后，在建造過渡段時與主導管焊接，務必保證吊耳主板與主導管之間雙面全焊透焊接，吊耳側(cè)板與主導管之間焊縫由于空間限制可采用單面焊接；過渡段中心圓筒的上端與法蘭焊接，焊接完成后法蘭上表面整體進行機加工，機加工后平面度應小于2 mm。

2.2? ?過渡段建造精度控制

（1）先定位中心主鋼管，找出主鋼管上平面中心點并設置光靶點，在上平面上方加設好固定激光經(jīng)緯儀的工裝，確保工裝上表平面水平度偏差度小于2 mm；

（2）按照支撐柱的地面角度線及中心點，定位主鋼管三個側(cè)面的框架結(jié)構(gòu)，支撐柱焊前用激光經(jīng)緯儀對主鋼管上下中心點進行照光，焊接后對主鋼管的中心進行重新照光，確保焊前焊后中心偏差度小于2 mm、支撐柱中心點偏差度小于2 mm。

3? ? ?導管架建造工藝與精度控制

3.1? ?導管架建造工藝

導管鋼板到貨后，經(jīng)過切割下料及卷圓加工，形成2～3 m管節(jié)。管節(jié)上口畫出檢驗線及圓管0°、90°、180°、270°角度檢驗線，并均勻打好洋沖眼，上組對機進行組對焊接；先3～4個管節(jié)組對后檢驗效果，達到精度和質(zhì)量要求后整管組對接長；將需要相貫線切割的斜導管管段先切割相貫線；主導管和斜導管接長后，進砂房打砂和涂裝，然后運至預制場地進行片體的預制工作；片體提前在場地畫好管子中心線，并設置好胎架；導管片體預拼裝過程中，在斜向?qū)Ч茉O置連接支撐用于加強；導管架主導管側(cè)平面為胎側(cè)造，上、中、下段串聯(lián)建造，進行預拼，確保合攏精度；大組順序以導管架下段為例（上、中段相似），如圖3所示；在實際建造過程中，如果場地和吊運能力足夠，也可先將兩邊導管組成V字型片體，V字型片體翻轉(zhuǎn)60°后扣至底邊片體，這樣可使得所有的焊接接頭在下方，有效保證焊接接頭質(zhì)量，減少腳手架的架設。

3.2? ?導管架建造精度控制

（1）零件切割時：筒節(jié)和焊縫編號，下料劃線均按中徑展開，下料長度與寬度的偏差在1 mm以內(nèi)；鋼板下料完畢后，質(zhì)檢人員及時報驗，并對標記移植、坡口角度、鈍邊、幾何尺寸逐張復驗、特別要注意鋼板表面質(zhì)量；切割前對半自動火焰切割器導軌進行全面的檢修，并根據(jù)不同的板厚、坡口形式調(diào)整切割速度、更換切割嘴；切割后的割縫端面無明顯燒塌，不得有大于1.5 mm深的風溝或大于1 mm深的凹坑。割縫端面不得有裂紋、夾渣、分層等缺陷，零件上的氧化鐵應去除；被切割件墊平，根據(jù)板厚選擇相應割嘴和割速，切口應表面光滑、垂直，并將毛刺、割渣清除干凈；對于切割造成的邊緣缺陷預焊補，控制長度和寬度偏差在1 mm以內(nèi)、對角線偏差在1.5 mm以內(nèi)、邊緣不直度在1 mm以內(nèi)。質(zhì)檢員跟蹤尺寸測量并做好記錄，待卷板時在焊口處做調(diào)整，確保導管直徑寸的準確性；

（2）卷圓時：筒節(jié)滾圓時緩慢進行，一般卷圓成型次數(shù)至少為5～10次；在卷制過程中，遇到剝落下來的氧化皮應及時吹掃，避免產(chǎn)生壓坑和損傷設備；滾圓前不同板厚筒節(jié)應分別制作樣板靠模，滾圓應符合樣板靠模，間隙≤1 mm，筒節(jié)在矯正曲率下滾2～5周，使整個筒節(jié)的曲率一致；

（3）正圓時：正圓檢查使用的樣板靠模，同滾圓樣板靠模一致。正圓后檢驗筒節(jié)的質(zhì)量，并及時處理卷制或吊裝造成的壓痕、卡痕等，打磨補焊區(qū)域需進行表面無損檢測；以筒節(jié)直縫焊縫為為基準，找出圓中心，4等分筒節(jié)，外表面標出測量檢驗線標志且劃線記錄需保留，分別檢驗各等分點的圓度情況，并將數(shù)據(jù)分別記錄在筒體的內(nèi)側(cè)和外側(cè)；當4個圓度誤差中有任一值不符合要求，均應按正圓的程序?qū)ν补?jié)進行重新正圓，直至所有精度符合要求（橢圓度在3 mm以內(nèi)，外徑公差-5 mm～0，單節(jié)筒體直線度偏差不大于1 mm，筒節(jié)長度偏差-2 mm～+2 mm）；

（4）組對及接長時：管節(jié)對接錯邊量偏差不大于板厚的1/10，且不大于3 mm；拼接的鋼管，相鄰部分的縱縫應錯開90°，如果無法滿足90°要求則最小錯開弧長（主腿400 mm，斜撐200 m）；導管架斜撐鋼管和主導管對接焊時，相接的焊縫與主導管環(huán)縫、縱縫相距不得小于7 5 mm，并遵守禁焊區(qū)要求；

（5）部分焊接接頭由于空間狹小等因素，可使用單面焊。

4? ? 吸力樁建造工藝與精度控制

4.1? 吸力樁建造工藝

吸力樁筒體，劃分為若干筒節(jié)和頂面加強蓋板。每個吸力樁制作時，先分成上部筒體（加強蓋板+第一節(jié)筒節(jié)）和下部筒體：

（1）下部筒體制作流程

下部筒體制作：整板 →下料 →開坡口 →壓邊 →卷板→單個筒節(jié)制作→組對；

（2）上部筒體制作（見圖4）：上層筒節(jié)裝配焊接→筒節(jié)對接裝配焊接→筒體成型→加工藝撐翻身→頂部結(jié)構(gòu)制作安裝。

（3）筒體分段大組

筒體分段大組時，可采用傳統(tǒng)的正態(tài)大組，也可采用側(cè)組：

① 正態(tài)大組在單個筒節(jié)完成后，由下向上層層堆疊，如有條件也可以將兩個筒節(jié)先組対焊接，以減少單個大組時腳手架的搭設高度；

② 在組對機上側(cè)組，有利于發(fā)揮最大的效能。側(cè)組流程：單個筒節(jié)制作→轉(zhuǎn)運→筒節(jié)組對焊接→頂蓋組對焊接→整體翻身。

采用何種大組方式，主要看各廠的裝備及調(diào)運能力，相對來講，正態(tài)大組較側(cè)態(tài)大組所用時間及搭設腳手架量大，但免于了整體翻身，有利于控制吸力樁整體的垂直度及中心度；側(cè)組對裝備的需求較大，前期投入較大。

4.2? ?吸力樁建造精度控制

（1）吸力樁制作筒體成品，外周長誤差不超過±0.1%周長，且不大于15 mm；筒端橢圓度不超過±0.1%D，且不大于5 mm；筒端平整度誤差不超過2 mm；筒體成品的總高度偏差控制在0～+100 mm；筒體縱軸線的彎曲矢高不大于筒高的0.1%，且不大于10 mm；

（2）在吊裝時保證垂直起吊，控制圓筒在吊裝過程中的變形；側(cè)組時，時刻監(jiān)控筒節(jié)中心線位置，正態(tài)總組時下筒節(jié)的上口提前設置導向板，以便上筒節(jié)吊裝定位；焊前焊后對精度進行測量，確保滿足質(zhì)量要求；

（3）筒節(jié)高度約3 m，由鋼板壓型成圓弧板。正態(tài)大組時，圓弧板拼裝前在節(jié)段內(nèi)部制作井字型胎膜外部配以環(huán)形胎架，逐層進行施焊，焊接時控制好電流電壓及焊接速度，確保焊接質(zhì)量；焊前焊后對單節(jié)的圓弧度進行測量，做好各對接口的檢驗線，用洋沖眼，膠帶或油漆標記，確保滿足質(zhì)量要求。

5? ?總組建造工藝與精度控制

5.1? 總組建造工藝

過渡段大組完成后，進行舾裝外平臺舾裝件裝配和整體涂裝。安裝舾裝件要確保完整性，以減少或避免后期舾裝高空作業(yè)，舾裝件安裝完畢后使用吊機將過渡段翻身90°與導管架支架進行總組；總組前，導管架支架側(cè)臥與胎架上，并完成內(nèi)部所有接頭的焊接以及管內(nèi)外舾裝件的焊接與綁固；導管架與過渡段的側(cè)態(tài)總組，主要是完成兩者內(nèi)部主導管的組対焊接，以及內(nèi)部舾裝管系的連接；總組時可充分利用導管架架體大組的胎架進行，以增加胎架的綜合使用效率；由于導管架架體是主要的受力構(gòu)件，不得在架體上開設工藝孔，特別要注意總組過程中的焊接通風問題，可在過渡段適當位置開始一通風孔來解決該問題；在導管架與過渡段總段完成后，整體重量較大，需利用大噸位浮吊將總段整體翻身90°，翻身前后均需測量三個主導管中心點數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)整塢內(nèi)及碼頭上預放的吸力樁分段位置，確保順利完成導管架與吸力樁的組対焊接或者角接。

5.2? ?總段總組精度控制

（1）總組前，利用全站儀測量過渡段中的3個主導管和導管架主導管中心數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)擬合模擬總組，如果發(fā)現(xiàn)較大偏差應采取措施調(diào)整過渡段中主導管的中心來滿足組対要求。組対要求與導管架內(nèi)部一致，管節(jié)對接錯邊量偏差不大于板厚的1/10，且不大于3 mm；拼接的鋼管，相鄰部分的縱縫應錯開90°；

（2）為保證能順利組対，通常在建造時在過渡段主導管上端預留100 mm余量，該余量包括補償主導管端面共面度3 mm的公差要求，以及整根導管焊接收縮要求，此余量在模擬總組后需修割完畢；

（3）預先在地面畫出主導管中心線并設置光標點，中心線與地面中心線偏差不得超過±5 mm；過渡段位置預先放置支撐，支撐必須有足夠的剛度和強度，保證過渡段放下后不發(fā)生變形導致組対誤差。

6? ? 結(jié)束語

本文針對三筒吸力式導管架，研究了三筒吸力樁導管架中過渡段、導管架和吸力樁三大部分的建造工藝，以及總體組裝建造工藝流程，并探討建造過程中精度控制要點，對今后海上風電超大超重吸力式導管架的建造提供參考。

參考文獻

[1]胡雪揚.海上風電樁基導管架基礎(chǔ)灌漿段設計與應用[J]水電與新能源.2021，35（10）.

[2]黃俊.海上風電基礎(chǔ)特點及中國海域的適用性分析[J]風能.2020，（02）.

基金項目：南通市科技計劃項目（JCZ21005）

作者簡介：張? 凌（1984-），男，工程師。主要從事船舶與海洋結(jié)構(gòu)物制造。

李? 金（1983-），女，講師。主要從事船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設計。

收稿日期：2022-07-26