CN112681274B - 一种自浮自升式海上电气平台及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自浮自升式海上电气平台及其安装方法，包括至少由两层布置室堆叠而成的上部组块以及设置于所述上部组块底部的箱体结构，所述箱体结构四周边缘布置有若干液压升降装置，所述每个液压升降装置与对应设置于所述箱体结构内部的支撑柱相配合，以控制支撑柱或电气平台的上升与下降；所述箱体结构内部设置有若干向各支撑柱内部灌注混凝土的灌浆装置，且各支撑柱底部均为敞口；距所述箱体结构一定距离处设置有向电气平台输送电缆的电缆塔。其特点是结构型式合理、运输安装便捷，克服传统电气平台和自升式平台缺点，解决海上施工窗口期短、施工效率低、施工成本高等难题。

Description

一种自浮自升式海上电气平台及其安装方法

技术领域

本发明涉及海上风电工程领域，具体涉及一种自浮自升式海上电气平台及其安装方法。

背景技术

海上风电因其能量输出平稳、利用率高、不占用陆地资源的优势，处于迅猛发展阶段。根据全球风能理事会(GWEC)的统计，2019年全球海上风电新增装机容量6.1GW，2015-2019年的五年间，全球海上风电新增装机容量在风电新增装机中的占比已由5％上升至10％，预计未来一段时间仍将保持较快的速度增长。海上电气平台是海上风电场输变电核心设施，在整个海上风电场中占据重要地位。目前，海上电气平台包括海上升压站和海上换流站，将海上风机发出的电能升压或者转换为直流，然后再通过海上电缆传输到陆上集控中心。

传统的海上电气平台结构分为上部组块和支撑结构，其中上部组块布置有电气设备和配套设施，支撑结构一般采用单桩基础、重力式基础、导管架基础、高桩承台基础等型式，而海上换流常采用导管架基础；海上升压站常采用两步安装方法，即支撑结构施工和上部组块吊装，而海上换流站由于上部组块体积和重量过大，常采用浮拖法安装；海上电气平台支撑结构几乎都需要使用打桩设备将多根桩基础打入海底泥面以下设计深度，上部组块通过驳船浮运至安装地点，整体或模块吊装需要海上大型浮吊船进行施工，浮拖法安装则需要大型驳船载海上电气平台进入支撑槽口，利用调载、潮汐等将平台重量转移到支撑结构上，荷载转移完毕后退船。传统自升式平台由平台结构、桩腿及升降机构组成，作业时桩腿下伸到海底，站立在海床上，利用桩腿托起平台，并使平台底部离开海面一定的气隙。

目前，传统海上电气平台结构及其施工安装存在以下制约因素：1)上部组块和支撑结构需要分两步施工安装，施工周期长，对接精度要求高；2)上部组块吊装或浮拖需要大型浮吊或驳船，施工资源制约因素高；3)传统海上电气平台，采用的桁架结构不能用于自浮、拖航；4)传统自升式平台，存在运行期沉降过大和无法方便的连接海缆、靠船的难题。为了提高海上电气平台结构安全性、降低上部组块和支撑结构施工安装风险，需要提出一种结构合理、施工便捷、安全可靠的海上电气平台安装结构及其安装方法。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种自浮自升式海上电气平台及其安装方法。其特点是结构型式合理、运输安装便捷，克服传统电气平台和自升式平台缺点，解决海上施工窗口期短、施工效率低、施工成本高等难题。

为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：

一方面，本发明提供一种自浮自升式海上电气平台，包括至少由两层布置室堆叠而成的上部组块以及设置于所述上部组块底部的箱体结构，所述箱体结构四周边缘布置有若干液压升降装置，所述每个液压升降装置与对应设置于所述箱体结构内部的支撑柱相配合，以控制支撑柱或电气平台的上升与下降；所述箱体结构内部设置有若干向各支撑柱内部灌注混凝土的灌浆装置，且各支撑柱底部均为敞口；距所述箱体结构一定距离处设置有向电气平台输送电缆的电缆塔。

作为本发明的一种优选技术方案，所述支撑柱内预设有与所述灌浆装置相配合的灌浆管道，通过灌浆管道向支撑柱端部附近土体注浆，并在支撑柱端部形成注浆土体。

作为本发明的一种优选技术方案，所述支撑柱内部密实填充有灌浆混凝土，且所述支撑柱端部内壁预设剪力键。

作为本发明的一种优选技术方案，所述灌注混凝土采用微膨胀混凝土。

作为本发明的一种优选技术方案，所述箱体结构内部设置有用于固定支撑柱的永久固定点。

作为本发明的一种优选技术方案，所述电缆塔与所述箱体结构之间通过桁架桥相连。

作为本发明的一种优选技术方案，所述电缆塔上包括单桩基础和套设于所述单桩基础外侧的套笼式靠船设施，且所述单桩基础内部设置电缆管用于铺设电缆。

作为本发明的一种优选技术方案，所述支撑柱的数量为4个，分别布置于所述箱体结构的四角位置。

另一方面，本发明还提供一种自浮自升式海上电气平台的安装方法，预制好如前所述上部组块、箱体结构和支撑柱，并完成组装；所述安装方法包括如下步骤：

S1、采用拖船或拖轮将组装好的上部组块、箱体结构和支撑柱拖至指定海域位置，并通过抛锚固定漂浮就位；

S2、利用液压升降装置将支撑柱下放，支撑柱逐渐下降，底部插入泥面，利用平台整体结构自重和液压升降装置进行支撑柱预压，预压结束后下沉全部支撑柱；

S3、利用液压升降装置抬升上部组块和箱体结构至设计高程，在箱体结构永久固定点处焊接固定箱体结构和支撑柱，保证支撑柱与平台的可靠连接；

S4、平台自升完成后，通过灌浆管道向支撑柱端部附近土体注浆，在支撑柱端部形成注浆土体；继续通过灌浆管道向支撑柱端部灌注混凝土，将支撑柱端部形成封闭；

S5、距所述箱体结构一定距离处，利用打桩设备将一根单桩基础基础沉桩完成，将套笼式靠船设施吊装并焊接在单桩基础基础上部，并在电缆塔与箱体结构之间吊装桁架桥，完成安装。

作为本发明的一种优选技术方案，预压步骤：首先，利用液压升降装置下降一组对角线上的支撑柱，而另一对角线上的支撑柱液压升降装置锁紧，此时平台整体重量由一组对角线的支撑柱承受；然后，液压升降装置抬升箱体结构和上部组块，依次循环对支撑柱预压，使支撑柱下部土体压缩密实，直至支撑柱不再出现下沉为止；最后，四根支撑柱下沉完毕。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)上部组块电气设备布置紧凑，箱体结构空间利用合理；(2)采用自升自浮式平台，整体安装施工周期大幅缩减；(3)施工安装过程无需大型驳船和吊装施工装备，施工成本低；(4)解决传统自升式平台，长期沉降、海缆和靠船的难题；(5)施工噪声少、环境污染少。本发明结构合理、施工便捷、安全可靠，显著降低施工成本，适用于深水或地址条件复杂的海域，同时适用于大型海上施工资源短缺的情况。

附图说明

图1是本发明的整体剖面图；

图2是本发明的上部组块一层结构布置图；

图3是本发明的上部组块二层结构布置图；

图4是本发明的支撑结构剖面图；

图5是本发明的支撑结构灌浆土体和灌注混凝土剖面图；

图6是本发明的电缆塔示意图；

图7是本发明的安装过程示意图。

附图标记：1-上部组块，1a-一层布置室，1b-二层布置室，2-箱体结构，3-支撑柱，4-单桩基础，5-套笼式靠船设施，6-桁架桥，7-液压升降装置，8-灌浆管道，9-灌浆装置，10-剪力键，11-灌浆混凝土，12-注浆土体，13-电缆管。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

下面将结合图1至图7对本发明所述的一种自浮自升式海上电气平台及其安装方法进行详细的说明。

如图1、图2和图3所示，本实例中1为上部组块，上部组块1为两大层布置室，一层布置室1a布置阀厅，二层布置室1b布置联接变室、GIS室、直流室等。在上部组块1底层的阀厅下面设置箱体结构2，箱体结构2由上下甲板、纵横劲板组成，可作为整个海上电气平台的浮体结构；设置四根直径为3m支撑柱3，分布于箱体结构2的四角。

具体的，所述箱体结构2平面尺寸较第一层甲板大，箱体结构2可作为第一层甲板的交通平台、施工平台和运行检修平台，还可作为整个平台的支撑结构；作为上部桁架结构的基础，箱体结构2内部设置管道层、水箱、水泵房，用于设置阀厅冷却管道、冷却水箱、消防水箱、消防泵房等设施，箱体结构2内还设置集水井、排水井，用于将渗入箱体结构2的水集中后排出箱体。

如图4所示，箱体结构2内部设置液压升降装置7和灌浆装置9，液压升降装置7控制支撑柱3沿竖向升降，支撑柱3内部设置灌浆管道8，平台自升完成后。其中，液压升降装置7与支撑柱3之间可采取螺纹配合驱动，也可采取其他实现相同功能的结构，其具体的结构以及驱动关系不需要在本发明中进行过分提及，采用常规设置即可。

具体的，所述支撑柱3底部设置为敞口，支撑柱3入泥深度可设置为数十米，有效提高支撑柱3的入土深度，保证支撑柱3在水平力作用下的稳定，减小支撑柱3在运行期的再次沉降。

如图5所示，通过灌浆管道8向四周土体注浆，加固支撑柱3端部土体并形成注浆土体12，通过灌浆管道8向支撑柱3端部灌注混凝土11，灌注混凝土11采用微膨胀混凝土，并在支撑柱端部内壁预设剪力键10，灌注混凝土11后将支撑柱3端部形成封闭，以增大支撑柱3的竖向承载力，减小其在运行期的再次沉降。

如图6所示，电缆塔采用单桩基础4，沉桩完成后，套笼式靠船设施5采用整体式，将套笼式靠船设施5吊放并焊接在单桩基础4上部，上面设置有多个斜梯式靠船平台，电缆塔与箱体结构2之间通过一座桁架桥6连接，桁架桥6的下层作为交通桥，桁架桥的上层作为电缆通道，在单桩基础4内部布置电缆管13用于穿过电缆，所有平台的进出电缆通过电缆管和桁架桥进入到平台。

本实施例提供一种自浮自升式海上电气平台的安装流程：包括(a)上部组块、箱体结构、支撑柱等陆上预制完成，(b)自浮自升式平台拖航牵引至指定海域位置，(c)液压升降装置对支撑柱预压处理，抬升平台至设计高程，(d)支撑柱周围土体注浆和灌注混凝土，加固处理，(e)单桩基础沉桩，套笼式靠船设施和桁架桥搭设，(f)一种自浮自升式海上电气平台安装完成。

具体安装流程如下：

图1～图7中，上部组块1、箱体结构2、支撑柱3均可以在陆上预制完成，上部组块1中的一层布置室1a和二层布置室1b中的设备安装完成，箱体结构2固定于上部组块1底部，支撑柱3收缩于上部组块1的四个角处，并由液压升降装置7临时固定，该自浮自升式海上电气平台由拖船或拖轮等牵引至指定海域位置。

海上电气平台达指定海域位置后，利用液压升降装置7将支撑柱3缓慢放下，底部插入泥面，利用海上电气平台结构自重和液压升降装置7进行支撑柱3预压；方法为：首先，利用液压升降装置7下降位于一组对角线上的支撑柱3，而另一对角线上的支撑柱3液压升降装置7锁紧，此时平台整结构重量由一组对角线的支撑柱3承受；然后，液压升降装置7抬升箱体结构2和上部组块1，依次循环对支撑柱3预压，使支撑柱3下部土体压缩密实，直至支撑柱3不再出现下沉为止；最后，四根支撑柱3下沉至设计高程。此处需要说明的是，支撑柱3长度，上部组块1高度和对应位置的水深在设计时要综合考虑三者之间的关系。

利用液压升压装置7抬升上部组块1和箱体结构2至指定高程，将支撑柱3与箱体结构2在永久固定点焊接，通过灌浆管道8向四周土体注浆，加固支撑柱3端部土体并形成灌浆土体12；同时，通过灌浆管道8向支撑柱3端部灌注混凝土11，灌注混凝土11采用微膨胀混凝土，灌注混凝土11后将支撑柱3端部形成封闭。

利用辅助设备将一根单桩基础4沉桩完成，将套笼式靠船设施5吊放并焊接在单桩基础4上部，电缆塔与箱体结构2之间通过一座桁架桥6连接，桁架桥6的下层作为交通桥，桁架桥的上层作为电缆通道，在单桩基础4内部布置电缆管13用于穿过电缆。

至此，一种自浮自升式海上电气平台安装完成，进行上部组块1内部电气设备调试，电缆连接等工作。

此外，在压桩过程中，需要实时监测上部组块1和箱体结构2的水平度，避免由于过度压支撑柱3而导致平台倾斜过大。

依据本发明的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本发明的一种自浮自升式海上电气平台，并且能够产生本发明所记载的积极效果。

如无特殊说明，本发明中，若有术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此本发明中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合附图，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。

除非另有明确的规定和限定，本发明中，若有术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种自浮自升式海上电气平台，其特征在于：包括至少由两层布置室堆叠而成的上部组块以及设置于所述上部组块底部的箱体结构，所述箱体结构四周边缘布置有若干液压升降装置，所述每个液压升降装置与对应设置于所述箱体结构内部的支撑柱相配合，以控制支撑柱或电气平台的上升与下降；所述箱体结构内部设置有若干向各支撑柱内部灌注混凝土的灌浆装置，且各支撑柱底部均为敞口；距所述箱体结构一定距离处设置有向电气平台输送电缆的电缆塔；

箱体结构作为整个海上电气平台的浮体结构；所述箱体结构平面尺寸较第一层甲板大，箱体结构作为第一层甲板的交通平台、施工平台和运行检修平台，箱体结构内部设置管道层、水箱、水泵房，用于设置阀厅冷却管道、冷却水箱、消防水箱、消防泵房；所述电缆塔与所述箱体结构之间通过桁架桥相连；

所述支撑柱内预设有与所述灌浆装置相配合的灌浆管道，通过灌浆管道向支撑柱端部附近土体注浆，并在支撑柱端部形成注浆土体；

所述支撑柱内部密实填充有灌浆混凝土，且所述支撑柱端部内壁预设剪力键；

所述灌注混凝土采用微膨胀混凝土。

2.根据权利要求1所述的一种自浮自升式海上电气平台，其特征在于：所述箱体结构内部设置有用于固定支撑柱的永久固定点。

3.根据权利要求1所述的一种自浮自升式海上电气平台，其特征在于：所述电缆塔上包括单桩基础和套设于所述单桩基础外侧的套笼式靠船设施，且所述单桩基础内部设置电缆管用于铺设电缆。

4.根据权利要求1所述的一种自浮自升式海上电气平台，其特征在于：所述支撑柱的数量为4个，分别布置于所述箱体结构的四角位置。

5.一种自浮自升式海上电气平台的安装方法，其特征在于，预制好如权利要求1所述上部组块、箱体结构和支撑柱，并完成组装；所述安装方法包括如下步骤：

S1、采用拖船或拖轮将组装好的上部组块、箱体结构和支撑柱拖至指定海域位置，并通过抛锚固定漂浮就位；

S2、利用液压升降装置将支撑柱下放，支撑柱逐渐下降，底部插入泥面，利用平台整体结构自重和液压升降装置进行支撑柱预压，预压结束后下沉全部支撑柱；

S3、利用液压升降装置抬升上部组块和箱体结构至设计高程，在箱体结构永久固定点处焊接固定箱体结构和支撑柱，保证支撑柱与平台的可靠连接；

S4、平台自升完成后，通过灌浆管道向支撑柱端部附近土体注浆，在支撑柱端部形成注浆土体；继续通过灌浆管道向支撑柱端部灌注混凝土，将支撑柱端部形成封闭；

S5、距所述箱体结构一定距离处，利用打桩设备将一根单桩基础沉桩完成，将套笼式靠船设施吊装并焊接在单桩基础上部，并在电缆塔与箱体结构之间吊装桁架桥，完成安装。

6.根据权利要求5所述的一种自浮自升式海上电气平台的安装方法，其特征在于，预压步骤：首先，利用液压升降装置下降一组对角线上的支撑柱，而另一对角线上的支撑柱液压升降装置锁紧，此时平台整体重量由一组对角线的支撑柱承受；然后，液压升降装置抬升箱体结构和上部组块，依次循环对支撑柱预压，使支撑柱下部土体压缩密实，直至支撑柱不再出现下沉为止；最后，四根支撑柱下沉完毕。

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