北京小張 風電導管架預制施工工藝與裝配優(yōu)化研究 4200

風電導管架預制施工工藝與裝配優(yōu)化研究摘要：通過研究風電導管架工程施工概況，以某海上風電工程項目為核心，探索風電導管架預制施工計劃安排的合理性。與此同時，梳理風電導管架預制施工工藝要點，同時根據(jù)導管架的施工情況，提出裝配優(yōu)化策略。以期為類似風電導管架工程建設提供參考。關(guān)鍵詞：風電工程；導管架；預制技術(shù)；裝配要點；優(yōu)化策略前言在海上風電項目建設過程中，很多因素都會對施工質(zhì)量與施工效率產(chǎn)生極大影響。其中風電導管架作為風電項目施工的重要組成之一，其是否如期完成會直接影響工程項目的建設效益。風電導管架預制施工工藝越來越完善，在導管預制施工方案制定時，需要根據(jù)項目的具體需求對工藝要點與裝配優(yōu)化策略進行梳理，加強導管架施工過程管理與控制，為保證風電項目整體施工質(zhì)量奠定基礎。1風電導管架預制工程概述在本次研究中，海上風電工程項目標段中有25個導管架基礎，其中12mw風電導管架基礎通過鋼管樁+內(nèi)插式導管架形式進行安裝。導管架的高度為52～67m，導管架的重量為150t，相鄰兩樁之間的距離為30m，樁的直徑為3.3m，壁厚為35mm～55mm，樁長為71.2m～85m。在實際施工過程中，每一根樁為251.98～293.25t，在計算時，按照招標文件中的296t/根進行考慮。在導管架主導管布置過程中，主要利用雙線布置方式，導管架主體結(jié)構(gòu)利用船用鋼板DH36型鋼，每一個主導管架腿外側(cè)還需要設置灌漿管，將灌漿管插入段底部并完成灌漿分隔器件設置工作。上部導管架的結(jié)構(gòu)利用內(nèi)插插入樁基礎進行施工。等到導管架過渡段按塔筒水平度完成初步調(diào)整工作后，利用灌漿管完成插入端和樁之間的環(huán)形空間灌漿工作。在導管架的頂部需要預設和風機塔筒連接的法蘭。此外，考慮到海上風電項目中波浪和風機底部設備的布置需求，基礎頂標高為23.2m[1]。2風電導管架預制施工計劃在本次工程項目中，風電導管架的預制施工計劃如下：2.1鋼管樁預制計劃在本次施工中擬計劃投入兩個面，完成風電導管架鋼管樁預制。在工程中25個機位鋼管樁選擇某專業(yè)預制廠完成預制。預制廠的生產(chǎn)能力滿足工程需求，能夠避免對工期產(chǎn)生負面影響。2.2導管架預制計劃在施工中擬計劃投入兩個面完成風電導管架預制施工，25個機位導管架加工選擇6個工廠進行預制施工。預制廠的生產(chǎn)能力能夠滿足工期要求，避免出現(xiàn)超期情況。2.3導管架基礎鋼結(jié)構(gòu)運輸計劃為了對鋼管樁和導管架基礎結(jié)構(gòu)進行有效運輸。根據(jù)本工程施工過程中的25個機位鋼管，將選擇5000t運輸駁完成運輸工作。在運輸操作過程中，高峰期配備4條運輸船，每船運輸兩個機位的鋼管樁。此外，本工程25個機位導管架利用14,000t運輸駁完成運輸工作，高峰期配備3條運輸船。每一條運輸船完成3個機位的導管架運輸工作。此次設計的運輸方案運輸能力比較豐富，能夠保證工期。3風電導管架預制施工工藝要點3.1導管架安裝方案可行性分析在本次風電導管架預制施工過程中，采用勇建3000和、秦航工2300作為主要起重船進行導管架安裝，秦航工5000作為備選船輔助安裝作業(yè)。船舶就位后可以及時進行施工，施工效率比較高，能夠有效控制起重船的起重能力，滿足施工要求。在調(diào)整就位過程中，方位角誤差比較大的情況下，可以隨時通過絞錨完成方位角調(diào)整作業(yè)，確保方位角調(diào)整后，利用纜風繩進行精細調(diào)整。在導管架在安裝過程中具體參數(shù)如下：此次工程施工過程中的導管架共有25臺，根據(jù)招標文件的工程量清單信息，明確內(nèi)插式導管架的重量每一臺為1500t，高度大約為52～67m。在吊裝方案的可行性分析過程中需要按照每一臺導管架1500t、高度為67m進行計算。秦航工2300在主鉤作業(yè)過程中工作半徑為62.9～83.3m時，吊重為1800～2300t時，起吊高度為102.2～115m，起重以及吊高性能都與本工程導管架的施工要求相符合。按照起重船的起重性能參數(shù)進行可行性分析，發(fā)現(xiàn)勇建3000通過主鉤進行全回轉(zhuǎn)作業(yè)，如果工作半徑為35m，吊裝重量為1760t，起吊高度達到112m，與本次導管架吊裝施工要求相符合。秦航工5000在主鉤回吊過程中，半徑為32.5m時，吊重為3000t，起吊高度在甲板以上119.92m，起重以及吊高性能也能夠滿足本次工程導管架的施工要求[2]。3.2導管架制作要點在導管架預制過程中，需要根據(jù)工程項目的具體要求確定預制計劃。此次施工過程中，先在預制廠完成導管架預制工作，之后通過14,000t以上的運輸駁完成水路駁運一直到施工現(xiàn)場。在運輸過程中，運輸駁船形尺寸比較大，能夠抵抗較大風浪，能夠適應外海海域的鋼結(jié)構(gòu)運輸環(huán)境，降低在運輸過程中對風浪條件的要求，對保證運輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性有積極作用，可以確保工程如期完成。完成導管架運輸工作后，需要對導管架進行組裝。預制的管架在組裝過程中，下節(jié)段以及中節(jié)段預制利用臥造法完成預制，完成的下節(jié)段和中節(jié)段，通過吊裝翻身后進行合攏。而上階段在預制廠的車間主要通過正造法完成預制操作。在預制完成后，上節(jié)段運輸?shù)绞┕龅?，吊裝上節(jié)段至中間節(jié)段頂部與其進行合攏。在靠船件和登船器以及其它附件安裝工作完成后，需要進行涂裝操作，并將預制件滾裝上船進行加固。3.3導管架裝配要點在風電導管架裝配施工過程中，需要從以下角度出發(fā)，保證施工作業(yè)順利進行：完成樁基測量以及數(shù)據(jù)反饋工作。鋼管樁沉樁作業(yè)后，對鋼管樁平面位置以及標高進行測量。同時需要焊接導管架各支腿調(diào)平墊塊，對導管架的墊塊厚度進行調(diào)整，確保導管架不同支腿的各支面標高和樁頂標高相吻合。然后將測量獲取的數(shù)據(jù)反饋到導管架的預制廠家，對導管架的腿柱進行編號，對應施工現(xiàn)場的鋼管樁。利用調(diào)節(jié)導管架支腿頂板下的鋼板厚度控制導管架吊裝后的調(diào)平精度。現(xiàn)場船舶就位要點。在現(xiàn)場船舶就位過程中，需要根據(jù)實際風向以及流向開展操作。起重船拋錨完成后，導管架運輸船進入現(xiàn)場時，起重船和運輸船需要側(cè)靠或者利用頂靠方式完成安裝作業(yè)。樁蓋拆除與清理工作。在實際施工過程中，潛水人員需要先拆除4個樁蓋，同時要測量鋼管樁樁內(nèi)泥面標高。根據(jù)灌漿區(qū)間的底面高程對需要進行清理的淤泥厚度進行確定。根據(jù)本次工程施工之前的地質(zhì)資料，可以確定需要清理的土質(zhì)為淤泥，飽和流塑特點比較強。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗，可以利用氣體反循環(huán)法或者泥漿泵清理方式完成泥漿清理工作。氣體反循環(huán)法主要通過高壓水槍進行攪動，空壓機向攪動起的泥漿內(nèi)壓入空氣，空氣可以帶動泥漿移出樁內(nèi)，或者直接將泥漿泵從船邊下放，潛水人員配合確保泥漿泵能夠進入樁內(nèi)完成清理工作。導管架起吊。在導管架起吊安裝過程中，吊裝主要通過單鉤進行起吊，平面布置如圖1所示。圖1導管架平面布置圖在本次施工過程中，導管架的支腿長度為一長一中兩短，在實際安裝時先需要完成最長支腿對位，之后再對位中長度支腿，最后進行其他兩條支腿對位。這樣可以確保導管架吊裝時支腿與水平面垂直，如圖2所示。圖2導管架支腿對位示意圖導管架定位。在導管架安裝過程中，定位系統(tǒng)主要通過數(shù)字化和可視化軟件系統(tǒng)進行操作。指揮起吊之前，要在平臺上先完成兩個GPS測點布置，頂面法蘭面需要布置一臺側(cè)傾儀，可以對導管架的安裝水平度進行有效測量。導管架起吊后GPS需要實時測定導管架的位置，并結(jié)合側(cè)傾儀對導管架起吊過程中的傾斜度進行測量，可以實時反饋導管架4個支腿的具體平面位置和標高。在電腦終端可以顯示出GPS的相關(guān)數(shù)據(jù)、側(cè)傾儀實時測量的數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)化成導管架實時位置和沉樁數(shù)據(jù)。利用電腦終端定位軟件能夠形成鋼管樁坐標對應位置。按照導管架和鋼管樁相對位置數(shù)據(jù)可以確定起重船對導管架位置的調(diào)整量，確保導管架位置對準鋼管樁。在牽引起重船和多功能駁時，需要分別與導管架的纜風繩進行連接，緩慢旋轉(zhuǎn)導管架，一直到導管架的支腿導向板與鋼管樁對準之后下放導管架，插入鋼管樁，完成安裝作業(yè)。導管架調(diào)平和固定操作。在對導管架進行調(diào)平和固定操作時，將沉樁標高作為主要控制點對墊塊進行微調(diào)。這樣能夠在最大程度上保證導管架基礎法蘭水平度符合設計要求。完成沉樁作業(yè)后，要根據(jù)測量獲取的樁頂標高在導管架的每一個支腿下方焊接對應厚度的調(diào)平墊板。并將標高誤差降低在設計范圍之內(nèi)。在導管架安裝作業(yè)完成后，確保導管架的水平度與設計要求滿足。如果因為不可預見因素對導管架水平度產(chǎn)生負面影響，需要根據(jù)具體的水平度測量結(jié)果進行計算，之后在支腿和鋼管樁之間增加調(diào)平墊塊。4風電導管架預制件裝配優(yōu)化策略4.1鋼管樁以及導管架制作質(zhì)量控制在鋼管樁和導管架預制過程中要選擇信譽良好、具有生產(chǎn)資質(zhì)的預制廠進行制作，整樁卷制、整樁出運。鋼管樁和導管架的制作必須與設計圖紙要求和相關(guān)規(guī)定符合。鋼管樁以及導管架在廠內(nèi)由龍門吊落駁，大型駁船裝運，通過拖輪拖運到施工現(xiàn)場。出廠時需要嚴格按照相應的質(zhì)量標準進行驗收，并且要隨船帶產(chǎn)品合格證書。駁船裝運時，還需要設置墊木、加撐和系綁等各種措施，避免風浪對構(gòu)件產(chǎn)生影響，避免構(gòu)件傾倒損傷。選擇滿足吊重、抗風浪能力比較強的大型船舶。4.2鋼管樁垂直度控制在此次工程施工過程中，穩(wěn)樁平臺的主要作用是輔助鋼管樁垂直度控制。可以利用鋼桁架作為定向?qū)蚣軐︿摴軜冻翗兜拇怪倍冗M行嚴格控制。在本次工程施工過程中，不使用振動錘穩(wěn)樁，直接利用定位平臺完成穩(wěn)樁操作。通過自動入土、壓錘入土、輕擊到可調(diào)土層，對鋼管樁沉樁進行調(diào)整，確保鋼管樁沉樁操作質(zhì)量[3]。4.3導管架施工質(zhì)量控制在導管架就位之前，需要對設計就位參照點的坐標進行測量，如果與設計坐標存在差異，需要立即停止施工并通知業(yè)主、監(jiān)理方、設計方對相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析。絕對位置的允許偏差在500mm以下，導管架在打樁之前需要完成調(diào)平操作，調(diào)平后導管架的水平主偏差要小于0.2%；在沉樁操作過程中需要隨時進行監(jiān)測，并對導管架的水平度進行調(diào)整。沉樁完成后，導管架結(jié)構(gòu)頂部水平度不能超過0.25%，驗收高差不能超過0.5%。導管架的不同套管方位誤差必須在設計方位的±2.5°之內(nèi)。結(jié)束語綜上所述，在風電導管架預制施工過程中，需要根據(jù)工程概況對導管架施工要求與施工目的進行明確，才能設計出與工程項目符合的導管架預制施工方案。在實際施工時，需要完成導管架預制施工中各機械設備的應用可行性分析，根據(jù)分析結(jié)果對導管架的施工方法與工藝確定。此外，需要根據(jù)風電導管