CN109056684A - 适用于浅水海域浮托法安装的大型海上平台分体式导管架结构及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了适用于浅水海域浮托法安装的大型海上平台分体式导管架结构及安装方法。所述分体式导管架结构设有两个分体的导管架，它们沿平台的纵向布置，并在两个分体的导管架之间预留一定的中空区域作为浮托法进船区；所述导管架由内侧主导管、外侧主导管、钢管桩、横撑、斜撑连接成整体，所述内侧主导管、外侧主导管内设置钢管桩；所述分体式导管架横向采用多排桩、多榀导管架结构，所述内侧主导管内的钢管桩采用直桩，外侧主导管内的钢管桩采用斜桩；两个导管架的主导管在底部通过定位架定位配合。本发明结构上安全可靠，施工便捷精准，可用于浅水海域浮托法安装大型海上平台。

Description

适用于浅水海域浮托法安装的大型海上平台分体式导管架结 构及其安装方法

技术领域

本发明属于海上风力发电领域，具体涉及一种适用于浅水海域浮托法安装的大型海上平台分体式导管架结构及其安装方法。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，具有蕴含量巨大、环境效益好、基建周期短、装机规模灵活等优点，越来越受到世界各国的重视。我国风能资源丰富，尤其是海上风电具有资源储量大、高风速、低湍流、环境噪音污染小、基建周期短和不占用耕地等优势，而成为近些年风电开发的重点。

海上电气平台是海上风电场的电流汇集中心，在整个风电场中居于核心地位，其主要功能是将海上风电机组所发电能汇集，通过升压或换流后，再由海缆输送至陆地。

海上电气平台的基础是将整个平台上部结构固定在海床上的设施，一般可采用单桩式基础、悬臂桩基础、高桩承台基础、导管架基础等。随着海上风电场装机容量的增加以及海上电气平台功能的提升，平台的尺寸规模和重量将显著增加，平台纵向长度甚至可达80m以上，重量可达2万吨。传统在平台中心正下方布置整体式导管架的方式会导致平台两翼的悬臂结构过长，一方面会制约上部组块两翼的设备布置方案，另一方面会导致电气平台整体结构“头重脚轻”问题凸显，结构受力不合理导致上部平台动态效应显著，威胁平台的长期安全稳定运行。此外，对于大型海上电气平台，传统采用大型起重船吊装的方案将受到起重设备和风场海域水深的限制，此时需要采用浮托法对大型电气平台进行海上安装。对于大型海上电气平台的下部支撑结构，需要有足够的刚度来承受上部组块传递下来的竖向力以及环境荷载引起的水平力。特别是对于浅水海域（水深小于15m）安装的大型海上电气平台，其导管架基础的布置型式和结构型式与传统导管架将有明显差异，一方面其需要有足够的承载能力支撑上部组块，另一方面需要预留浮托法安装的进退船空间。因此需要探索一种全新的适用于浅水海域浮托法安装的大型海上平台分体式导管架结构型式。

发明内容

本发明首先要解决的技术问题是：针对浅水海域安装的大型海上电气平台，提供一种结构上安全可靠，施工便捷精准，可用于浮托法安装的大型海上平台分体式导管架结构。

本发明所采用的技术方案是：适用于浅水海域浮托法安装的大型海上平台分体式导管架结构，其特征在于所述分体式导管架结构设有两个分体的导管架，所述两个分体的导管架沿平台的纵向布置，并在两个分体的导管架之间预留一定的中空区域作为浮托法进船区，以保证浮托法安装上部平台时驳船的进出；

所述导管架由内侧主导管、外侧主导管、钢管桩、横撑、斜撑连接成整体，所述内侧主导管、外侧主导管内设置钢管桩；

所述分体式导管架横向采用多排桩、多榀导管架结构，所述内侧主导管内的钢管桩采用直桩，外侧主导管内的钢管桩采用斜桩，以增加纵向的水平刚度和保证横向的水平刚度；

所述分体式导管架结构在对应海底泥面处设置定位架，两个导管架的主导管在底部通过定位架定位配合。

所述定位架设置有若干个筒体并通过连接架连成整体，两个导管架所有的内侧主导管均插入到筒体中。优选地，所述定位架筒体顶部设置有导向锥。

所述分体式导管架结构的纵向外侧和横向两侧均设有靠船平台，内侧设有防撞护舷装置，在进船侧安装导向架。

所述主导管内部插入钢管桩，主导管内壁设有钢管桩的导向结构，导向结构布置高程位于导管架的上下水平横撑处，且沿主导管内壁环向均匀布置。

所述内侧主导管、外侧主导管沿长度方向布置有多个灌浆孔，所述分体式导管架的主导管外侧布置有灌浆管线，通过灌注细石混凝土将主导管和主导管内部的钢管桩连接为一体，在内侧主导管、外侧主导管底部设置有灌浆封隔器，内侧主导管、外侧主导管内壁和钢管桩外壁设置多道剪力键。

所述多个灌浆口可设置在主导管的上中下三个区域。

所述钢管桩沉桩到位后，对钢管桩上端面平齐切断，通过皇冠板将桩壁与主导管壁焊接。所述钢管桩顶部安装桩腿耦合装置，用于浮托法安装时上部平台柱腿与导管架的缓冲对接。

所述分体式导管架在下水平横撑面设有防沉板，防沉板由下部垫梁和上部铺板构成，铺板上设置若干出水孔。

本发明另一个所要解决的技术问题是提供一种适用于浅水海域浮托法安装的大型海上平台分体式导管架结构的安装方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）确定导管架以及定位架的安装位置，对安装位置的海床面进行找平；

（2）将定位架预先沉放到位并进行调平；

（3）采用吊装方式将导管架的内侧主导管分别插入定位架的筒体内；打桩前需对导管架进行调平；

（4）在导管架的主导管内插入钢管桩，然后依次打桩；

（5）对所述导管架进行精细调平；所述钢管桩沉桩到位后，对钢管桩上端面平齐切断，通过皇冠板将桩壁与主导管壁焊接；

（6）在主导管和钢管桩之间的间隙内灌注高强细石混凝土，使主导管与钢管桩紧密连接；

（7）在切平后的钢管桩顶面安装桩腿耦合装置LMU，用于浮托法安装时上部平台柱腿与导管架的缓冲对接。

本发明针对浅水海域安装的大型海上电气平台，为水深小于15m以下的浅水海域提供了一种结构上安全可靠，施工便捷精准，可用于浮托法安装的大型海上平台分体式导管架结构。该结构沿上部平台的纵向布置两个独立的导管架，其中空区域可以用于浮托法安装的驳船进出，另一方面分体式导管架的方案可减小大型海上平台下部基础的尺寸和重量，同时满足浅水海域浮托法安装上部平台和浅水海域运输安装导管架基础的要求。本发明提供的分体式导管架结构型式及其安装方法同样适用于其它浅水海域布置的大型海洋平台结构。

本发明分体式导管架布置在大型电气平台两翼，较传统平台正下方布置整体式导管架的方式受力更合理，可有效防止结构“头重脚轻”引起的惯性荷载过大对整体平台造成损伤。本发明分体式导管架结构的外侧钢管桩采用斜桩，可有效增加导管架基础的纵向水平刚度，横向采用多排桩、多榀导管架结构可有效保证整体结构的横向水平刚度。采用定位架确定分体式导管架安装时的相对位置，可有效防止分体式导管架在插桩和打桩过程中发生偏移，保证导管架的精确定位和安装精度。

附图说明

图1是本发明适用于浅水海域浮托法安装的大型海上平台分体式导管架结构实施例的纵向立面图，其中，防沉板被导管架的下水平横撑完全遮蔽，因此在立面图中未展现。

图2是本发明适用于浅水海域浮托法安装的大型海上平台分体式导管架结构实施例的横向立面图，其中，防沉板被导管架的下水平横撑完全遮蔽，因此在立面图中未展现。

图3是本发明实施例中定位架示意图。

图3a是图3的A-A方向的示意图。

图3b是图3的B-B方向的示意图。

图4是本发明实施例中主导管内壁导向块布置局部示意图。

图4a是图4的A-A方向的示意图。

图4b是图4a的B-B方向的示意图。

图5是本发明实施例中灌浆管线、灌浆封隔器以及剪力键布置局部示意图。

图5a是图5的局部放大图。

图6是图1所示实施例浮托法进船区的俯视图。

图6a是防撞护舷装置的示意图。

图6b为图6a的A-A剖视图。

图6c为图6的B-B剖视图。

图7是本发明实施例中分体式导管架底部防沉板示意图。

具体实施方式

如图1~图7所示，本实施例为一个1100MW容量规模的海上电气平台1，风电场海域水深14m。上部平台1为整体封闭式结构，其尺寸为88m×72m×36m，上部平台1总重约20000t。该大型海上电气平台1在陆上完成整体施工建造，然后运至风电场海域现场进行浮托法安装。

如图1~图2所示，本实施例的分体式导管架结构设置有两个导管架2及其附属构件、定位架3和十二根钢管桩4、5。两个独立的导管架2沿平台1的纵向（长方向）布置在两翼，并在两个导管架2中间预留一定的中空区域100，以保证浮托法安装时驳船6的进出。

如图1~图7所示，导管架2设置有三根外侧主导管7和三根内侧主导管8、水平横撑9、斜撑10，独立导管架2还设置有防沉板27、导向块18、灌浆管线19、灌浆封隔器20、防撞护舷11、靠船平台12、14、导向架22和桩腿耦合装置LMU13。

导管架2由三根外侧主导管7和三根内侧主导管8、水平横撑9、斜撑10连接成整体，独立导管架2的三根外侧主导管7和三根内侧主导管8内部分别插入钢管桩4、5，作为优选方案，如图1~图2所示，平台1纵向内侧的六根钢管桩5采用直桩，外侧六根钢管桩4采用斜桩，相应地，外侧主导管7为斜管，内侧主导管8为垂直管，每个独立导管架2通过三根直桩5和三根斜桩4固定至海床，导管架2横向采用三排桩，三榀导管架结构，进一步地，导管架采用上中下三排水平横撑9以及X交叉撑10组合的格构型式，可有效增加导管架的纵向水平刚度并保证横向的水平刚度，

如图1~图3所示，两个导管架2之间通过定位架3保证安装时的相对位置准确，在安装导管架2之前需先将定位架3沉放到位并进行调平，定位架安置在海底泥面处，具体地在导管架下水平横撑9与泥面之间。定位架3设置六个定位筒体15，分别对应分体式导管架2内侧的六根主导管8，定位筒体15之间通过连接架连接为整体；筒体15顶部设置导向锥16，可使导管架六根内侧主导管8在安装过程中顺利进入定位架3的筒体15内并固定。导向锥16向平台1的内侧倾斜，以避免在定位导管架2时与其下水平横撑9发生接触挤压。

如图1、图2和图6所示，分体式导管架2外侧和横向两侧均设有靠船平台12、14；内侧设有防撞护舷装置11，防撞护舷11的纵向间距比浮托法安装驳船6的型宽大20cm左右，以此保证在浮托法安装过程中驳船6与两侧护舷11之间的间隙保持在10cm左右，从而防止涌浪引起驳船6和平台1晃动对导管架2的撞击；防撞护舷11表面需安装防撞橡胶垫23。在导管架2的进船侧安装导向架22，在浮托法安装时起到引导作用，可使驳船6顺利进入分体式导管架2内部。

如图4所示，在主导管7、8与上下水平横撑9连接处的内壁设置两道导向环17，导向环17由若干个导向块18沿主导管内壁环向均匀布置而成，在插桩时起到引导作用，使桩位于主导管中心，防止桩在插入时卡在主导管一侧。作为优选方案，本实施例中每道导向环17布置十二个导向块18，底部的导向块18应在灌浆封隔器20的上部。

如图5所示，分体式导管架2的主导管7、8外侧布置有灌浆管线19，可以从水面以上直接对水下部分灌浆，灌浆施工方便；在主导管7、8的上中下三个区段各设有一个灌浆口29，能保证灌浆效果；在主导管7、8底部设置有灌浆封隔器20，防止灌浆时灌浆料漏出；主导管7、8内部插入钢管桩4、5，两者之间通过灌注高强细石混凝土连接；主导管7、8内壁和钢管桩4、5外壁设置多道剪力键21，用于桩和主导管之间的内力传递，可有效提升结构的抗剪能力，使主导管和桩之间的连接更加可靠，剪力键21构造方式采用将封闭圆环形通长C20钢筋焊接至管壁上实现。

如图1~图2所示，钢管桩4、5顶部安装桩腿耦合装置LMU13，用于浮托法安装上部平台1时将荷载从驳船6上顺利转移至导管架2上，并保证上部平台1柱腿与导管架2的缓冲对接。

如图7所示，分体式导管架2在下水平横撑面设有防沉板27，防止打桩时导管架的不均匀沉降。防沉板27由下部垫梁24和敷设在其上表面的铺板25构成，铺板25厚度为5mm，在铺板25上设置若干出水孔26。

在陆地上制造导管架2，在导管架2的主导管7、8内已设置了所述导向块18和剪力键21。本实施例中分体式导管架的安装包括以下步骤：

（1）确定导管架2以及定位架3的安装位置，对安装位置的海床面进行找平处理；

（2）将定位架3预先沉放到位并进行调平；

（3）采用吊装方式将分体式导管架2内侧的六根主导管8分别插入定位架3对应的筒体15内；打桩前需对导管架进行调平，调平后导管架水平度偏差≤0.2%；

（4）在导管架2的主导管7、8内插入钢管桩4、5，然后依次打桩；沉桩过程中应随时监测导管架的水平度，并根据导管架的水平度调整打桩顺序；

（5）对导管架进行精细调平，使沉桩后导管架的水平度偏差≤0.5%；待钢管桩4、5沉桩到位后，对钢管桩4、5上端面平齐切断，并通过皇冠板28将桩壁与主导管壁焊接；

（6）在主导管7、8和钢管桩4、5之间的间隙内灌注高强细石混凝土，使导管架2与钢管桩4、5紧密连接；

（7）在切平后的钢管桩4、5顶面安装桩腿耦合装置LMU13，可在浮托法安装上部平台时将荷载从驳船上顺利转移至导管架上，并保证上部平台1柱腿与导管架2的缓冲对接。

在采用上述安装方法将分体式导管架2安装就位后，通过驳船6搭载海上平台1进入所述分体式导管架2中间的浮托法进船区进行浮托法安装，并通过LMU13完成荷载转移，使得海上平台1的柱腿和分体式导管架2的主导管7、8对接。

以上实施例仅为本发明的一种较优技术方案，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明的原理和本质情况下可以对实施例中的技术方案或参数进行修改或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.适用于浅水海域浮托法安装的大型海上平台分体式导管架结构，其特征在于所述分体式导管架结构设有两个分体的导管架，所述两个分体的导管架沿平台的纵向布置，并在两个分体的导管架之间预留一定的中空区域作为浮托法进船区，以保证浮托法安装上部平台时驳船的进出；

所述导管架由内侧主导管、外侧主导管、钢管桩、横撑、斜撑连接成整体，所述内侧主导管、外侧主导管内设置钢管桩；

所述分体式导管架横向采用多排桩、多榀导管架结构，所述内侧主导管内的钢管桩采用直桩，外侧主导管内的钢管桩采用斜桩，以增加纵向的水平刚度和保证横向的水平刚度；

所述分体式导管架结构在对应海底泥面处设置定位架，两个导管架的主导管在底部通过定位架定位配合。

2.如权利要求1所述的适用于浅水海域浮托法安装的大型海上平台分体式导管架结构，其特征在于所述定位架设置有若干个筒体并通过连接架连成整体，两个导管架所有的内侧主导管均插入到筒体中。

3.如权利要求2所述的适用于浅水海域浮托法安装的大型海上平台分体式导管架结构，其特征在于所述定位架筒体顶部设置有导向锥。

4.如权利要求1所述的适用于浅水海域浮托法安装的大型海上平台分体式导管架结构，其特征在于所述主导管内部插入钢管桩，主导管内壁设有钢管桩的导向结构，导向结构布置高程位于导管架的上下水平横撑处，且沿主导管内壁环向均匀布置。

5.如权利要求1所述的适用于浅水海域浮托法安装的大型海上平台分体式导管架结构，其特征在于所述分体式导管架结构的纵向外侧和横向两侧均设有靠船平台，内侧设有防撞护舷装置，在进船侧安装导向架。

6.如权利要求1所述的适用于浅水海域浮托法安装的大型海上平台分体式导管架结构，其特征在于所述内侧主导管、外侧主导管沿长度方向布置有多个灌浆孔，通过灌注细石混凝土将主导管和主导管内部的钢管桩连接为一体，在内侧主导管、外侧主导管底部设置有灌浆封隔器，内侧主导管、外侧主导管内壁和钢管桩外壁设置多道剪力键。

7.如权利要求6所述的适用于浅水海域浮托法安装的大型海上平台分体式导管架结构，其特征在于所述钢管桩沉桩到位后，对钢管桩上端面平齐切断，通过皇冠板将桩壁与主导管壁焊接。

8.所述钢管桩顶部安装桩腿耦合装置，用于浮托法安装时上部平台柱腿与导管架的缓冲对接。

9.权利要求1所述的适用于浅水海域浮托法安装的大型海上平台分体式导管架结构，其特征在于所述分体式导管架在下水平横撑面设有防沉板，防沉板由下部垫梁和上部铺板构成，铺板上设置若干出水孔；适用于浅水海域浮托法安装的大型海上平台分体式导管架结构的安装方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）确定导管架以及定位架的安装位置，对安装位置的海床面进行找平；

（2）将定位架预先沉放到位并进行调平；

（3）采用吊装方式将导管架的内侧主导管分别插入定位架的筒体内；打桩前需对导管架进行调平；

（4）在导管架的主导管内插入钢管桩，然后依次打桩；

（5）对所述导管架进行精细调平；所述钢管桩沉桩到位后，对钢管桩上端面平齐切断，通过皇冠板将桩壁与主导管壁焊接；

（6）在主导管和钢管桩之间的间隙内灌注高强细石混凝土，使主导管与钢管桩紧密连接；

（7）在切平后的钢管桩顶面安装桩腿耦合装置LMU，用于浮托法安装时上部平台柱腿与导管架的缓冲对接。