CN113700029A - 吸力桩导管架漂浮运输方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种吸力桩导管架漂浮运输方法，包括如下步骤：对待浮运的吸力桩导管架进行浮游稳定性计算，确定吸力桩导管架维持稳定漂浮所需的吸力桩内水位，作为控制内水位h_c；确定保证吸力桩导管架安全浮运所需的航道水深，作为控制航道水深H_c；提升吸力桩导管架的吸力桩内水位至控制内水位h_c，并使吸力桩导管架漂浮于水中；在浮运路线上，对处于漂浮状态的吸力桩导管架施以驱动力，将其运移至预设地点，其中，浮运路线上各处的水深不小于控制航道水深H_c，且浮运过程中始终控制吸力桩内水位不低于控制内水位h_c。该吸力桩导管架漂浮运输方法，借助水的浮力运输吸力桩导管架，无需动用大吨位驳船，大幅减少施工成本。

Description

吸力桩导管架漂浮运输方法

技术领域

本发明属于吸力桩导管架运输技术领域，尤其涉及一种吸力桩导管架漂浮运输方法。

背景技术

吸力桩导管架具有快速、经济、安全、环保四大突出优点，被广泛用作海上风电基础。常规吸力桩导管架1的结构如图1所示，其包括多个吸力桩102，以及支撑于全部吸力桩上方的导管架101。其中，吸力桩102通常为上端封闭、下端开口的圆筒型结构，顶部设有阀门1021，除下端开口外，其余结构具有气密性。

传统的吸力桩导管架运输方式如图2所示，通常是采用大吨位起重船将吸力桩导管架1装载于大吨位驳船的甲板上，通过大吨位驳船将吸力桩导管架1运送到安装地点。然而，由于吸力桩导管架1的体积重量均较大，所需驳船的吨位较大，施工成本较高。

总之，传统的吸力桩导管架运输方法存在需动用大吨位驳船且施工成本高的技术问题。

发明内容

针对现有吸力桩导管架运输方法中存在的不足之处，本发明提供了一种吸力桩导管架漂浮运输方法，借助水的浮力运输吸力桩导管架，无需动用大吨位驳船，大幅减少施工成本。

本发明提供一种吸力桩导管架漂浮运输方法，包括如下步骤：

确定工艺参数：根据施工水域自然条件和浮运安全度的要求，对待浮运的吸力桩导管架进行浮游稳定性计算，确定吸力桩导管架维持稳定漂浮所需的吸力桩内水位，作为控制内水位h_c；确定保证吸力桩导管架安全浮运所需的航道水深，作为控制航道水深H_c；

浮运前准备：提升吸力桩导管架的吸力桩内水位至控制内水位h_c，并使吸力桩导管架漂浮于水中；

浮运拖航：在浮运路线上，对处于漂浮状态的吸力桩导管架施以驱动力，将其运移至预设地点；其中，浮运路线上各处的水深不小于控制航道水深H_c，且浮运过程中始终控制吸力桩内水位不低于控制内水位h_c。

在其中一些实施例中，确定工艺参数步骤中，确定控制内水位h_c和控制航道水深H_c的具体步骤为：

根据施工水域自然条件和浮运安全度的要求，确定浮运过程中的富裕水深H_s、允许最大倾角θ_max和安全定倾高度hp_a；

根据吸力桩导管架的吸力桩的形状和尺寸，计算获得吸力桩导管架在各倾斜方向上倾斜角度为允许最大倾角θ_max时，保证吸力桩内部封存的空气不从吸力桩底部开口溢出的允许最低内水位，记为允许最低内水位h_min；计算吸力桩导管架在吸力桩内水位为允许最低内水位h_min时保持平衡静止状态所需的入水深度，记为最小入水深度Hw_min；

根据吸力桩导管架的吸力桩的形状和尺寸，计算获得吸力桩导管架在各倾斜方向上倾斜角度为允许最大倾角θ_max且处于铅垂向受力平衡状态时，保证所有的吸力桩的上顶面均不入水的最大的平衡静止状态入水深度，记为最大入水深度Hw_max；计算吸力桩导管架在入水深度为最大入水深度Hw_max时保持平衡静止状态所需的吸力桩内水位，记为允许最高内水位h_max；

设定吸力桩内水位h，h_min≤h≤h_max；计算吸力桩导管架处于平衡静止状态时，吸力桩导管架在吸力桩内水位为设定吸力桩内水位h时的入水深度Hw和最小定倾高度hp_f；

设定浮运航道的允许吃水H_a，H_a≥Hw_min；

安全浮运判定标准为Hw≤H_a且hp_f≥hp_a，取满足安全浮运判定标准时，对应的设定吸力桩内水位h作为控制内水位h_c，对应的设定允许吃水H_a与富裕水深H_s之和作为控制航道水深H_c。

在其中一些实施例中，当计算获得的入水深度Hw和最小定倾高度hp_f不满足安全浮运判定标准时进行调整，调整步骤具体为：

当Hw>H_a且hp_f≥hp_a时，增大设定的允许吃水H_a，直至Hw≤H_a；

当hp_f<hp_a且当前设定的吸力桩内水位h小于允许最高内水位h_max时，增大设定的吸力桩内水位h，重新计算吸力桩导管架在吸力桩内水位为新设定的吸力桩内水位h时对应的入水深度Hw和最小定倾高度hp_f，直至hp_f≥hp_a；判断最终调整的设定吸力桩内水位h对应的入水深度Hw与设定允许吃水H_a的关系：若Hw≤H_a，则调整完成；若Hw>H_a，则增大设定的允许吃水H_a，直至Hw≤H_a；

当设定的吸力桩内水位h达到允许最高内水位h_max且仍无法满足hp_f≥hp_a时，则判定在不增加配件的情况下吸力桩导管架漂浮运输方案不可行。

在其中一些实施例中，当判定吸力桩导管架漂浮运输方案不可行时，对吸力桩导管架增加配重，并对吸力桩导管架与配重的结合体进行浮游稳定性计算，直至计算获得的入水深度Hw和最小定倾高度hp_f满足安全浮运判定标准。

在其中一些实施例中，

以铅垂向受力平衡的吸力桩导管架所受到的竖直向上作用力的合力的作用点作为浮心；

以铅垂向受力平衡的吸力桩导管架所受到的竖直向下作用力的合力的作用点作为重心；

以吸力桩导管架处于平衡静止状态时，与浮心重合的与吸力桩导管架相对位置固定的点作为平衡静止浮心；

以吸力桩导管架处于平衡静止状态时，与重心重合的与吸力桩导管架相对位置固定的点作为平衡静止重心；

以平衡静止浮心和平衡静止重心的连线为心轴，以向上的方向为正方向；

以沿静水面剖切铅垂向受力平衡的吸力桩导管架所形成的剖面所决定的与吸力桩导管架相对位置固定的平面作为铅垂向平衡水剖面；

以吸力桩导管架倾斜时，心轴与竖直方向的夹角作为倾角；

以吸力桩导管架倾斜时，通过心轴的铅垂面作为倾向面；

以吸力桩导管架倾斜时，沿心轴的正方向所做的矢量在水平面上的投影所指的方向为倾斜方向；

以吸力桩导管架倾斜且处于铅垂向受力平衡时，浮心在倾向面上的垂直投影作为倾向浮心；

以吸力桩导管架倾斜且处于铅垂向受力平衡时，重心在倾向面上的垂直投影作为倾向重心；

以吸力桩导管架倾斜时，通过倾向重心的铅垂线与心轴的交点作为倾向摆心；

以倾向摆心到平衡静止浮心的距离作为倾向重心高度，当平衡静止浮心在倾向摆心下方时，倾向重心高度为正值，反之为负值；

以吸力桩导管架倾斜时，通过倾向浮心的铅垂线与心轴的交点作为定倾中心；

以定倾中心到平衡静止浮心的距离作为定倾半径，当定倾中心在平衡静止浮心上方时，定倾半径为正值，反之为负值；

以定倾半径减去倾向重心高度所得的差值作为定倾高度；

以平衡静止状态时所有吸力桩顶部封板的上顶面上的点当中的最低点到吸力桩导管架平衡静止状态时的铅垂向平衡水剖面的垂直距离作为干舷高度；

以吸力桩导管架倾斜时的铅垂向平衡水剖面与吸力桩侧壁外表面及其延伸面的交线上的位于平衡静止状态时的铅垂向平衡水剖面以上的点到吸力桩导管架处于平衡静止状态时的铅垂向平衡水剖面的垂直距离的最大值作为浸润干舷高度；

以处于平衡静止状态时吸力桩导管架的最低点到此时铅垂向平衡水剖面的垂直距离作为入水深度；

计算允许最低内水位h_min、最小入水深度Hw_min、最大入水深度Hw_max和允许最高内水位h_max、吸力桩导管架在吸力桩内水位为设定吸力桩内水位h时的入水深度Hw和最小定倾高度hp_f的具体步骤如下：

(1)建立坐标系：以吸力桩导管架处于平衡静止状态时的心轴为Y轴，以吸力桩导管架倾斜时的倾向面为X-Y平面，以心轴上的任一点为原点，以自原点指向吸力桩导管架倾斜方位的方向为X轴的正方向，建立相对于吸力桩导管架位置固定的三维直角坐标系；

(2)将浮运过程中吸力桩导管架处于平衡静止状态时的铅垂向平衡水剖面，记为W-X-Z-1面；将浮运过程中吸力桩导管架倾斜且处于铅垂向受力平衡时的铅垂向平衡水剖面，记为W-X-Z-2面；分别建立浮运过程中吸力桩导管架平衡静止状态和倾斜状态的铅垂向受力平衡关系式如下：

公式(1)和(2)中，V₁为吸力桩导管架位于W-X-Z-1面以下部分所排开水的体积，V₂为吸力桩导管架位于W-X-Z-2面以下部分所排开水的体积，Go为浮运过程中吸力桩导管架的重力，γ为水的容重；

(3)计算允许最低内水位h_min和最小入水深度Hw_min，具体步骤为：

根据公式(1)，计算得到吸力桩导管架平衡静止状态对应的V₁；

根据吸力桩导管架的吸力桩的内腔形状和尺寸，求得吸力桩导管架按允许最大倾角θ_max倾斜时保证吸力桩封存的空气不从吸力桩底部外溢所需的吸力桩内水位即允许最低内水位h_min；

在吸力桩导管架的结构形状、尺寸和材质均确定情况下，根据吸力桩导管架平衡静止状态对应的V₁和h_min确定对应的吸力桩导管架的入水深度，即为Hw_min；

(4)计算最大入水深度Hw_max和允许最高内水位h_max，具体步骤为：

根据吸力桩导管架的吸力桩的形状和尺寸，求得保证吸力桩导管架在各倾斜方向上倾斜角度达到最大倾角θ_max时的浸润干舷高度的最大值不大于干舷高度的平衡静止状态入水深度的最大值，作为最大入水深度Hw_max；

在吸力桩导管架的结构形状、尺寸和材质均确定情况下，根据吸力桩导管架平衡静止状态对应的V₁和Hw_max确定对应的吸力桩的内水位，即为h_max；

(5)设定吸力桩内水位h，h_min≤h≤h_max；

(6)在吸力桩导管架的结构形状、尺寸和材质均确定情况下，根据吸力桩导管架平衡静止状态对应的V₁和设定吸力桩内水位h确定对应的入水深度Hw；

(7)在水平面内设定吸力桩导管架在浮运过程中发生倾斜时若干不同的倾斜方向所指向的倾斜方位角，在0～θ_max范围内设定吸力桩导管架在浮运过程中发生倾斜时若干不同的倾角；

(8)从设定的若干不同倾斜方位角中选取任一倾斜方位角作为设定倾斜方位角β，从设定的若干不同倾角中选取任一倾角作为设定倾角θ；

(9)计算浮运过程中吸力桩导管架在设定倾角θ、设定倾斜方位角β、设定吸力桩内水位h及其对应的入水深度Hw下对应的定倾高度hp，具体步骤为：

根据公式(2)求得对应的V₂；在吸力桩导管架的结构形状、尺寸和材质均确定情况下，根据V₂、设定倾角θ、设定倾斜方位角β、设定吸力桩内水位h及其对应的入水深度Hw，确定吸力桩导管架在设定倾角θ、设定倾斜方位角β、设定吸力桩内水位h及其对应的入水深度Hw下所对应的浸润干舷高度d；

根据入水深度Hw、设定倾斜方位角β、设定倾角θ和计算获得的浸润干舷高度d，确定W-X-Z-2面在三维直角坐标系中的位置；

以确定的W-X-Z-2面分割吸力桩导管架，获得吸力桩导管架在W-X-Z-2面以下部分所排开水体的形状、尺寸及其在三维直角坐标系中的位置，确定吸力桩导管架在W-X-Z-2面以下部分所排开水体的浮心坐标(Xb,Yb,Zb)，则对应的倾向浮心坐标为(Xb,Yb,0)，将对应的定倾中心坐标记为(0,Yp,0)，则Yp＝Yb+Xb/tanθ；

根据吸力桩导管架的结构、形状、尺寸、材质、其所受竖直向下的作用力以及其在坐标系中的位置，确定吸力桩导管架的重心坐标为(Xg,Yg,Zg)，则对应的倾向重心坐标为(Xg,Yg,0)，将对应的倾向摆心坐标记为(0,Ypg,0)，则Ypg＝Yg+Xg/tanθ；

根据公式(3)计算获得浮运过程中吸力桩导管架在设定倾角θ、设定倾斜方位角β、设定吸力桩内水位h及其对应的入水深度Hw下对应的定倾高度hp，公式(3)的表达式为：

hp＝Yp-Ypg (3)；

(10)在步骤(7)设定的若干倾斜方位角β中，依次改变设定倾斜方位角β，每次改变设定倾斜方位角β时，在保持三维直角坐标系的原点和Y轴相对于吸力桩导管架位置不变的情况下，绕Y轴转动三维直角坐标系以保持三维直角坐标系的X-Y平面与吸力桩导管架在该设定倾斜方位角β时的倾向面重合且X轴的正方向始终指向吸力桩导管架的倾斜方位，每次改变设定倾斜方位角β后，重复步骤(9)；

(11)在步骤(7)设定的若干倾角θ中，依次改变设定倾角θ，每次改变后重复步骤(9)～(10)；

(12)在计算得到的数据中，将一设定吸力桩内水位h、一设定倾斜方位角β、一设定倾角θ及对应的入水深度Hw、浸润干舷高度d和定倾高度hp记为一个浮运过程数据组，将具有相同设定吸力桩内水位h的全部浮运过程数据组记为一个浮运过程数据集，取浮运过程数据集中不同设定倾角θ和不同倾斜方位角β对应的定倾高度hp中的最小值作为吸力桩导管架在吸力桩内水位为设定吸力桩内水位h时对应的最小定倾高度hp_f。

基于上述技术方案，本发明实施例提供的吸力桩导管架漂浮运输方法，借助水的浮力运输吸力桩导管架，无需动用大吨位驳船，大幅减少施工成本。同时，本发明实施例提供的吸力桩导管架漂浮运输方法中，通过浮游稳定性计算确定吸力桩导管架维持稳定漂浮所需的吸力桩内水位作为控制内水位h_c，并确定保证吸力桩导管架安全浮运所需的航道水深作为控制航道水深H_c，能够保证吸力桩导管架浮运的安全，施工风险小，提高施工可行性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有吸力桩导管架的结构示意图，其中，(a)为不带连接加固件的吸力桩导管架的结构示意图，(b)为带有连接加固件的吸力桩导管架的结构示意图；

图2为现有吸力桩导管架驳船装载运输过程示意图；

图3为本发明提供的吸力桩导管架漂浮运输方法的施工过程示意图；

图4为本发明提供的吸力桩导管架漂浮运输方法的确定工艺参数步骤的流程框图；

图5为本发明提供的吸力桩导管架漂浮运输方法中浮运过程中带三维直角坐标系的吸力桩导管架处于平衡静止状态时的状态示意图；

图6为本发明提供的吸力桩导管架漂浮运输方法中浮运过程中带三维直角坐标系的吸力桩导管架倾斜时的状态示意图；

图7为图5和图6中吸力桩导管架的平衡静止浮心、平衡静止重心、倾向浮心、倾向重心、倾向摆心和定倾中心在三维直角坐标系X-Y面中的示意图；

图8为本发明具体实施例一提供的吸力桩导管架漂浮运输方法中吸力桩导管架处于浮运过程的状态示意图；

图9为本发明具体实施例一提供的吸力桩导管架漂浮运输方法中用一水平面截取吸力桩导管架获得的所有吸力桩的横截面组合图形的示意图；

图中：

1、吸力桩导管架；11、吸力桩导管架本体；101、导管架；102、吸力桩；1021、阀门；12、连接加固件；2、驳船。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中，定义名词如下：

以铅垂向受力平衡的吸力桩导管架所受到的竖直向上作用力的合力的作用点作为浮心B；

以铅垂向受力平衡的吸力桩导管架所受到的竖直向下作用力的合力的作用点作为重心G；

以吸力桩导管架处于平衡静止状态时，与浮心B重合的与吸力桩导管架相对位置固定的点作为平衡静止浮心Bb；

以吸力桩导管架处于平衡静止状态时，与重心重合G的与吸力桩导管架相对位置固定的点作为平衡静止重心Gb；

以平衡静止浮心Bb和平衡静止重心Gb的连线为心轴，以向上的方向为正方向；

以沿静水面剖切铅垂向受力平衡的吸力桩导管架所形成的剖面所决定的与吸力桩导管架相对位置固定的平面作为铅垂向平衡水剖面；

以吸力桩导管架倾斜时，心轴与竖直方向的夹角作为倾角；

以吸力桩导管架倾斜时，通过心轴的铅垂面作为倾向面；

以吸力桩导管架倾斜时，沿心轴的正方向所做的矢量在水平面上的投影所指的方向为倾斜方向；

以吸力桩导管架倾斜且处于铅垂向受力平衡时，浮心在倾向面上的垂直投影作为倾向浮心Bp；

以吸力桩导管架倾斜且处于铅垂向受力平衡时，重心在倾向面上的垂直投影作为倾向重心Gp；

以吸力桩导管架倾斜时，通过倾向重心Gp的铅垂线与心轴的交点作为倾向摆心Pg；

以倾向摆心到Pg平衡静止浮心Bb的距离作为倾向重心高度Hgp，当平衡静止浮心Bb在倾向摆心Pg下方时，倾向重心高度Hgp为正值，反之为负值；

以吸力桩导管架倾斜时，通过倾向浮心Bp的铅垂线与心轴的交点作为定倾中心P；

以定倾中心P到平衡静止浮心Bb的距离作为定倾半径ρ，当定倾中心P在平衡静止浮心Bb上方时，定倾半径ρ为正值，反之为负值；

以定倾半径ρ减去倾向重心高度Hgp所得的差值作为定倾高度hp；

以平衡静止状态时所有吸力桩顶部封板的上顶面上的点当中的最低点到吸力桩导管架平衡静止状态时的铅垂向平衡水剖面的垂直距离作为干舷高度；

以吸力桩导管架倾斜时的铅垂向平衡水剖面与吸力桩侧壁外表面及其延伸面的交线上的位于平衡静止状态时的铅垂向平衡水剖面以上的点到吸力桩导管架处于平衡静止状态时的铅垂向平衡水剖面的垂直距离的最大值作为浸润干舷高度；

以处于平衡静止状态时吸力桩导管架的最低点到此时铅垂向平衡水剖面的垂直距离作为入水深度。

如附图3和图4所示，本发明实施例提供了一种吸力桩导管架漂浮运输方法，包括如下步骤：

S1确定工艺参数：根据施工水域自然条件和浮运安全度的要求，对待浮运的吸力桩导管架1进行浮游稳定性计算，确定吸力桩导管架1维持稳定漂浮所需的吸力桩内水位，作为控制内水位h_c；确定保证吸力桩导管架1安全浮运所需的航道水深，作为控制航道水深H_c。需要说明的是，根据吸力桩导管架1的结构分析结果和连接加固件12的设计要求，可以给吸力桩导管架本体11施加连接加固件12，使其在环境荷载和施工荷载作用下不发生破坏和有害变形，当吸力桩导管架本体11施加有连接加固件12时，在计算过程中，需将吸力桩导管架本体11和连接加固件12作为整体进行计算。优选地，连接加固件12为顶拉构件，施加在吸力桩102的下端，其端部通过楔块和榫槽结构与吸力桩102顶实拉紧，将相邻的吸力桩102连结在一起。

S2浮运前准备：提升吸力桩导管架1的吸力桩102的内水位至控制内水位h_c，并使吸力桩导管架1漂浮于水中。需要说明的是，提升吸力桩导管架1的吸力桩102的内水位的方式可以为打开吸力桩102顶部的阀门1021以使水在较高的外部水头作用下自流进入吸力桩102，当吸力桩102的内水位提升至控制内水位h_c时，关闭吸力桩102顶部阀门1021，即可切断空气进出吸力桩102的通道，使吸力桩102内部封存的空气质量在浮运过程中保持不变。还需要说明的是，使吸力桩导管架1漂浮于水中的方式可以为提升吸力桩102外部水位，以使吸力桩102入水体积逐渐增大，浮力随之逐渐增大，吸力桩导管架1随之逐渐起浮。优选地，可采取如下方法的一种或几种的组合提升吸力桩102外部水位：(1)向吸力桩导管架1所处的封闭水域(如干船坞、土坞等)内灌水；(2)开通吸力桩导管架1所处的封闭水域与外部水域之间的过水通道，等待外部水域潮位上涨；(3)采用半潜式船舶(如半潜驳、浮船坞等)承载吸力桩导管架1，通过半潜式船舶下潜，使吸力桩102外部水位相对提升。

S3浮运拖航：在浮运路线上，对处于漂浮状态的吸力桩导管架1施以驱动力，将其运移至预设地点；其中，浮运路线上各处的水深不小于控制航道水深H_c，且浮运过程中始终控制吸力桩102的内水位不低于控制内水位h_c。

上述吸力桩导管架漂浮运输方法，借助水的浮力运输吸力桩导管架1，无需动用大吨位驳船，有利于降低施工成本；同时，上述吸力桩导管架漂浮运输方法中，通过浮游稳定性计算确定吸力桩导管架1维持稳定漂浮所需的吸力桩内水位作为控制内水位h_c，并确定保证吸力桩导管架1安全浮运所需的航道水深作为控制航道水深H_c，能够保证吸力桩导管架1浮运的安全，施工风险小，提高施工可行性。

如图4所示，本实施例中，确定控制内水位h_c和控制航道水深H_c的具体步骤为：

S11、根据施工水域自然条件和浮运安全度的要求，确定浮运过程中的富裕水深H_s、允许最大倾角θ_max和安全定倾高度hp_a；

S12、根据吸力桩导管架的吸力桩的形状和尺寸，计算获得吸力桩导管架在各倾斜方向上倾斜角度为允许最大倾角θ_max时，保证吸力桩内部封存的空气不从吸力桩底部开口溢出的允许最低内水位，记为允许最低内水位h_min；计算吸力桩导管架在吸力桩内水位为允许最低内水位h_min时保持平衡静止状态所需的入水深度，记为最小入水深度Hw_min；

S13、根据吸力桩导管架的吸力桩的形状和尺寸，计算获得吸力桩导管架在各倾斜方向上倾斜角度为允许最大倾角θ_max且处于铅垂向受力平衡状态时，保证所有的吸力桩的上顶面均不入水的最大的平衡静止状态入水深度，记为最大入水深度Hw_max；计算吸力桩导管架在入水深度为最大入水深度Hw_max时保持平衡静止状态所需的吸力桩内水位，记为允许最高内水位h_max；

S14、设定吸力桩内水位h，h_min≤h≤h_max；计算吸力桩导管架处于平衡静止状态时，吸力桩导管架在吸力桩内水位为设定吸力桩内水位h时的入水深度Hw和最小定倾高度hp_f；

S15、设定浮运航道的允许吃水H_a，H_a≥Hw_min；

S16、安全浮运判定标准为Hw≤H_a(即满足航道水深要求)且hp_f≥hp_a(即满足浮游稳定性要求)，取满足安全浮运判定标准时，对应的设定吸力桩内水位h作为控制内水位h_c，对应的设定允许吃水H_a与富裕水深H_s之和作为控制航道水深H_c。

在本发明的一些实施例中，当计算获得的入水深度Hw和最小定倾高度hp_f不满足安全浮运判定标准时进行调整，调整步骤(S17)具体为：

S171、当Hw>H_a且hp_f≥hp_a时，增大设定的允许吃水H_a，直至Hw≤H_a；

S172、当hp_f<hp_a且当前设定的吸力桩内水位h小于允许最高内水位h_max时，增大设定的吸力桩内水位h，重新计算吸力桩导管架在吸力桩内水位为新设定的吸力桩内水位h时对应的入水深度Hw和最小定倾高度hp_f，直至hp_f≥hp_a；判断最终调整的设定吸力桩内水位h对应的入水深度Hw与设定允许吃水H_a的关系：若Hw≤H_a，则调整完成；若Hw>H_a，则增大设定的允许吃水H_a，直至Hw≤H_a；

S173、当设定的吸力桩内水位h达到允许最高内水位h_max且仍无法满足hp_f≥hp_a时，则判定在不增加配件的情况下吸力桩导管架漂浮运输方案不可行。

在本发明的一些实施例中，当判定吸力桩导管架漂浮运输方案不可行时，对吸力桩导管架增加配重，并对吸力桩导管架与配重的结合体进行浮游稳定性计算，直至计算获得的入水深度Hw和最小定倾高度hp_f满足安全浮运判定标准。需要说明的是，对吸力桩导管架增加配重，可降低重心高度、增大定倾高度，从而使其满足浮游稳定性要求。优选地，配重施加在吸力桩水平横断面的形心位置，高度在定倾高度计算中所设定的高度以下。

如图5-图8所示，本实施例中，计算允许最低内水位h_min、最小入水深度Hw_min、最大入水深度Hw_max和允许最高内水位h_max、吸力桩导管架在吸力桩内水位为设定吸力桩内水位h时的入水深度Hw和最小定倾高度hp_f的具体步骤如下：

(1)建立坐标系：以吸力桩导管架处于平衡静止状态时的心轴为Y轴，以吸力桩导管架倾斜时的倾向面为X-Y平面，以心轴上的任一点为原点，以自原点指向吸力桩导管架倾斜方位的方向为X轴的正方向，建立相对于吸力桩导管架位置固定的三维直角坐标系。

(2)将浮运过程中吸力桩导管架处于平衡静止状态时的铅垂向平衡水剖面，记为W-X-Z-1面；将浮运过程中吸力桩导管架倾斜且处于铅垂向受力平衡时的铅垂向平衡水剖面，记为W-X-Z-2面；分别建立浮运过程中吸力桩导管架平衡静止状态和倾斜状态的铅垂向受力平衡关系式如下：

公式(1)和(2)中，V₁为吸力桩导管架位于W-X-Z-1面以下部分所排开水的体积，V₂为吸力桩导管架位于W-X-Z-2面以下部分所排开水的体积，Go为浮运过程中吸力桩导管架的重力，γ为水的容重。

(3)计算允许最低内水位h_min和最小入水深度Hw_min，具体步骤为：

根据公式(1)，将Go和γ代入，即可计算得到吸力桩导管架平衡静止状态对应的V₁；

根据吸力桩导管架的吸力桩的内腔形状和尺寸，求得吸力桩导管架按允许最大倾角θ_max倾斜时保证吸力桩封存的空气不从吸力桩底部外溢所需的吸力桩内水位即允许最低内水位h_min；

在吸力桩导管架的结构形状、尺寸和材质均确定情况下，根据吸力桩导管架平衡静止状态对应的V₁和h_min确定对应的吸力桩导管架的入水深度，即为Hw_min。需要说明的是，由于吸力桩导管架在漂浮运输时仅吸力桩部分位于水下，若吸力桩形状规则且可利用几何关系求取体积，则可建立V₁与入水深度Hw和吸力桩内水位h之间的关系式V₁＝F_v1(Hw,h)，将吸力桩导管架平衡静止状态对应的V₁与允许最低内水位h_min代入该关系式即可求得对应的吸力桩导管架的入水深度，即为Hw_min；若吸力桩形状不规则且无法利用几何关系求取体积，则可在计算机辅助设计软件(CAD软件)中绘制吸力桩三维立体几何模型，假定一入水深度，根据该假定入水深度确定W-X-Z-1面，利用W-X-Z-1面截取吸力桩以获得吸力桩导管架位于W-X-Z-1面以下部分的三维立体几何模型，根据允许最低内水位h_min截取吸力桩内腔气柱体，将截取的吸力桩导管架位于W-X-Z-1面以下部分的三维立体几何模型与吸力桩内腔气柱体合并即可得到吸力桩导管架位于W-X-Z-1面以下部分所排开的水体模型，利用计算机辅助设计软件(CAD软件)的查询功能可查询得到该水体模型的体积，若水体模型的体积与吸力桩导管架平衡静止状态对应的V₁相等，则当前假定的入水深度即为Hw_min，反之，则调整假定的入水深度，直到水体模型的体积与吸力桩导管架平衡静止状态对应的V₁相等。

(4)计算最大入水深度Hw_max和允许最高内水位h_max，具体步骤为：

根据吸力桩导管架的吸力桩的形状和尺寸，求得保证吸力桩导管架在各倾斜方向上倾斜角度达到最大倾角θ_max时的浸润干舷高度的最大值不大于干舷高度的平衡静止状态入水深度的最大值，作为最大入水深度Hw_max；

在吸力桩导管架的结构形状、尺寸和材质均确定情况下，根据吸力桩导管架平衡静止状态对应的V₁和Hw_max确定对应的吸力桩的内水位，即为h_max。需要说明的是，若吸力桩形状规则且可利用几何关系求取体积，则可将吸力桩导管架平衡静止状态对应的V₁和Hw_max代入关系式V₁＝F_v1(Hw,h)，即可求得对应的吸力桩的内水位，即为h_max；若吸力桩形状不规则且无法利用几何关系求取体积，则可利用计算机辅助设计软件(CAD软件)中绘制的吸力桩三维立体几何模型，根据最大入水深度Hw_max确定W-X-Z-1面，利用W-X-Z-1面截取吸力桩以获得吸力桩导管架位于W-X-Z-1面以下部分的三维立体几何模型，假定一吸力桩内水位，根据假定的吸力桩内水位截取吸力桩内腔气柱体，将截取的吸力桩导管架位于W-X-Z-1面以下部分的三维立体几何模型与吸力桩内腔气柱体合并即可得到吸力桩导管架位于W-X-Z-1面以下部分所排开的水体模型，利用计算机辅助设计软件(CAD软件)的查询功能可查询得到该水体模型的体积，若水体模型的体积与吸力桩导管架平衡静止状态对应的V₁相等，则当前假定的吸力桩内水位即为h_max，反之，则调整假定的吸力桩内水位，直到水体模型的体积与吸力桩导管架平衡静止状态对应的V₁相等。

(5)设定吸力桩内水位h，h_min≤h≤h_max。

(6)在吸力桩导管架的结构形状、尺寸和材质均确定情况下，根据吸力桩导管架平衡静止状态对应的V₁和设定吸力桩内水位h确定对应的入水深度Hw。需要说明的是，若吸力桩形状规则且可利用几何关系求取体积，则可将吸力桩导管架平衡静止状态对应的V₁和设定吸力桩内水位h代入关系式V₁＝F_v1(Hw,h)，即可求得对应的入水深度Hw；若吸力桩形状不规则且无法利用几何关系求取体积，则可利用计算机辅助设计软件(CAD软件)中绘制的吸力桩三维立体几何模型，假定一入水深度，根据该假定入水深度确定W-X-Z-1面，利用W-X-Z-1面截取吸力桩以获得吸力桩导管架位于W-X-Z-1面以下部分的三维立体几何模型，根据设定吸力桩内水位h截取吸力桩内腔气柱体，将截取的吸力桩导管架位于W-X-Z-1面以下部分的三维立体几何模型与吸力桩内腔气柱体合并即可得到吸力桩导管架位于W-X-Z-1面以下部分所排开的水体模型，利用计算机辅助设计软件(CAD软件)的查询功能可查询得到该水体模型的体积，若水体模型的体积与吸力桩导管架平衡静止状态对应的V₁相等，则当前假定的入水深度即为Hw，反之，则调整假定的入水深度，直到水体模型的体积与吸力桩导管架平衡静止状态对应的V₁相等。

(7)在水平面内设定吸力桩导管架在浮运过程中发生倾斜时若干不同的倾斜方向所指向的倾斜方位角，在0～θ_max范围内设定吸力桩导管架在浮运过程中发生倾斜时若干不同的倾角。需要说明的是，本发明中，倾斜方位角可以以正北方向为0°，也可以取水平面内任一倾斜方位为0°，再按照顺时针或逆时针方向旋转规定其他倾斜方位的倾斜方位角。

(8)从设定的若干不同倾斜方位角中选取任一倾斜方位角作为设定倾斜方位角β，从设定的若干不同倾角中选取任一倾角作为设定倾角θ。

(9)计算浮运过程中吸力桩导管架在设定倾角θ、设定倾斜方位角β、设定吸力桩内水位h及其对应的入水深度Hw下对应的定倾高度hp，具体步骤为：

根据公式(2)，将Go和γ代入，即可求得对应的V₂；在吸力桩导管架的结构形状、尺寸和材质均确定情况下，根据V₂、设定倾角θ、设定倾斜方位角β、设定吸力桩内水位h及其对应的入水深度Hw，确定吸力桩导管架在设定倾角θ、设定倾斜方位角β、设定吸力桩内水位h及其对应的入水深度Hw下所对应的浸润干舷高度d；需要说明的是，若吸力桩形状规则且可利用几何关系求取体积，则可建立V₂与入水深度Hw、设定倾角θ、设定吸力桩内水位h和浸润干舷高度d之间的关系式V₂＝F_v2(d,Hw,θ,h)，将V₂、设定倾角θ、设定吸力桩内水位h及其对应的入水深度Hw代入该关系式即可求得对应的浸润干舷高度d；若吸力桩形状不规则且无法利用几何关系求取体积，则可利用计算机辅助设计软件(CAD软件)绘制吸力桩三维立体几何模型，假定一浸润干舷高度，根据入水深度Hw、设定倾角θ和假定的浸润干舷高度确定W-X-Z-2面，利用W-X-Z-2面截取吸力桩三维立体几何模型以获得吸力桩导管架位于W-X-Z-2面以下部分的三维立体几何模型，根据设定吸力桩内水位h截取吸力桩内腔气柱体，将截取的吸力桩导管架位于W-X-Z-2面以下部分的三维立体几何模型与吸力桩内腔气柱体合并即可得到吸力桩导管架位于W-X-Z-2面以下部分所排开的水体模型，利用计算机辅助设计软件(CAD软件)的查询功能可查询得到该水体模型的体积，若该水体模型的体积与V₂相等，则当前假定的浸润干舷高度即为对应的浸润干舷高度d，反之，则调整假定的浸润干舷高度，直到水体模型的体积与V₂相等；

根据入水深度Hw、设定倾斜方位角β、设定倾角θ和计算获得的浸润干舷高度d，确定W-X-Z-2面在三维直角坐标系中的位置；

以确定的W-X-Z-2面分割吸力桩导管架，获得吸力桩导管架在W-X-Z-2面以下部分所排开水体的形状、尺寸及其在三维直角坐标系中的位置，由于吸力桩导管架在W-X-Z-2面以下部分所排开水体的形心即其浮心B，因而，可确定吸力桩导管架在W-X-Z-2面以下部分所排开水体的浮心B的坐标(Xb,Yb,Zb)；由于X-Y平面即为倾向面，因而，过浮心B做倾向面的垂线，可得其在倾向面上的垂直投影点即为倾向浮心Bp，倾向浮心Bp的坐标为(Xb,Yb,0)；过倾向浮心Bp做W-X-Z-2面的垂线，该垂线与心轴(即Y轴)相交的点为定倾中心P，将定倾中心P的坐标记为(0,Yp,0)，由于经过倾向浮心Bp和定倾中心P的直线与Y轴的夹角即为倾角θ，则Yp＝Yb+Xb/tanθ；

根据吸力桩导管架的结构、形状、尺寸、材质、其所受竖直向下的作用力以及其在坐标系中的位置，确定吸力桩导管架的重心G的坐标为(Xg,Yg,Zg)，由于X-Y平面即为倾向面，因而，过重心G做倾向面的垂线，可得其在倾向面上的垂直投影即为倾向重心Gp，倾向重心Gp的坐标为(Xg,Yg,0)；过倾向重心Gp做W-X-Z-2面的垂线，该垂线与心轴(即Y轴)相交的点为倾向摆心Pg，将倾向摆心Pg的坐标记为(0,Ypg,0)，由于经过倾向重心Gp和倾向摆心Pg的直线与Y轴的夹角即为倾角θ，则Ypg＝Yg+Xg/tanθ；

根据公式(3)计算获得浮运过程中吸力桩导管架在设定倾角θ、设定倾斜方位角β、设定吸力桩内水位h及其对应的入水深度Hw下对应的定倾高度hp，公式(3)的表达式为：

hp＝Yp-Ypg (3)。

(10)在步骤(7)设定的若干倾斜方位角β中，依次改变设定倾斜方位角β，每次改变设定倾斜方位角β时，在保持三维直角坐标系的原点和Y轴相对于吸力桩导管架位置不变的情况下，绕Y轴转动三维直角坐标系以保持三维直角坐标系的X-Y平面与吸力桩导管架在该设定倾斜方位角β时的倾向面重合且X轴的正方向始终指向吸力桩导管架的倾斜方位，每次改变设定倾斜方位角β后，重复步骤(9)。

(11)在步骤(7)设定的若干倾角θ中，依次改变设定倾角θ，每次改变后重复步骤(9)～(10)。

(12)在计算得到的数据中，将一设定吸力桩内水位h、一设定倾斜方位角β、一设定倾角θ及对应的入水深度Hw、浸润干舷高度d和定倾高度hp记为一个浮运过程数据组，将具有相同设定吸力桩内水位h的全部浮运过程数据组记为一个浮运过程数据集，取浮运过程数据集中不同设定倾角θ和不同倾斜方位角β对应的定倾高度hp中的最小值作为吸力桩导管架在吸力桩内水位为设定吸力桩内水位h时对应的最小定倾高度hp_f。

下面结合具体实施例，详细说明本发明提供的吸力桩导管架漂浮运输方法。

实施例1

一带有连接加固件的吸力桩导管架，该吸力桩导管架为轴对称圆筒形吸力桩三桩导管架，其吸力桩导管架本体重量为1740t，连接加固件重量为120t，总重量为1860t。

一种吸力桩导管架漂浮运输方法，包括如下步骤：

S1、确定工艺参数

S11、根据施工水域自然条件和浮运安全度的要求，确定浮运过程中的富裕水深H_s为7.845m、允许最大倾角θ_max为12°、安全定倾高度hp_a为3m。

S12、对待浮运的吸力桩导管架进行浮游稳定性计算，具体如下：

(1)建立坐标系：以吸力桩导管架处于平衡静止状态时的心轴为Y轴，以吸力桩导管架倾斜时的倾向面为X-Y平面，以心轴上与吸力桩顶部相平齐的点为原点，以自原点指向吸力桩导管架倾斜方位的方向为X轴的正方向，建立相对于吸力桩导管架位置固定的三维直角坐标系。

(2)将浮运过程中吸力桩导管架处于平衡静止状态时的铅垂向平衡水剖面，记为W-X-Z-1面；将浮运过程中吸力桩导管架倾斜且处于铅垂向受力平衡时的铅垂向平衡水剖面，记为W-X-Z-2面；分别建立浮运过程中吸力桩导管架平衡静止状态和倾斜状态的铅垂向受力平衡关系式如下：

公式(1)和(2)中，V₁为吸力桩导管架位于W-X-Z-1面以下部分所排开水的体积，V₂为吸力桩导管架位于W-X-Z-2面以下部分所排开水的体积，Go为浮运过程中吸力桩导管架的重力，γ为水的容重。

(3)根据吸力桩导管架的吸力桩的形状和尺寸，计算获得吸力桩导管架在各倾斜方向上倾斜角度为允许最大倾角θ_max时，保证吸力桩内部封存的空气不从吸力桩底部开口溢出的允许最低内水位，记为允许最低内水位h_min；计算吸力桩导管架在吸力桩内水位为允许最低内水位h_min时保持平衡静止状态所需的入水深度，记为最小入水深度Hw_min。具体步骤为：

a、根据公式(1)，将Go＝-18600kN、γ＝10.21kN/m³代入，即可计算得到吸力桩导管架平衡静止状态对应的V₁＝1821.743m³。

b、由于本实施例中采用的吸力桩导管架的吸力桩的内腔为圆柱形，因而，吸力桩导管架按允许最大倾角θ_max倾斜时保证吸力桩封存的空气不从吸力桩底部外溢所需的允许最低内水位h_min可由h_min＝r·tan(θ_max)求得，其中，r为吸力桩内半径。将r＝4.95m、θ_max＝12°代入，可求得h_min＝1.052m。

c、由于吸力桩导管架在漂浮运输时仅吸力桩部分位于水下，可建立V₁与入水深度Hw和吸力桩内水位h之间的关系式如下：

V₁＝F_v1(Hw，h)＝3·π·[R²·Hw-r²·h]+V_w (4)

其中，R为吸力桩外半径，r为吸力桩内半径，V_w为配件的体积。

将V₁＝1821.743m³、h_min＝1.052m、R＝5m、r＝4.95m、V_w＝15.287m³代入上述V₁＝F_v1(Hw，h)的关系式，将求得的入水深度Hw记为Hw_min，可得Hw_min＝8.698m。

(4)根据吸力桩导管架的吸力桩的形状和尺寸，计算获得吸力桩导管架在各倾斜方向上倾斜角度为允许最大倾角θ_max且处于铅垂向受力平衡状态时，保证所有的吸力桩的上顶面均不入水的最大的平衡静止状态入水深度，记为最大入水深度Hw_max；计算吸力桩导管架在入水深度为最大入水深度Hw_max时保持平衡静止状态所需的吸力桩内水位，记为允许最高内水位h_max。具体步骤为：

a、如图9所示，根据几何关系可知，保证吸力桩导管架在各倾斜方向上倾斜角度达到最大倾角θ_max时的浸润干舷高度的最大值不大于干舷高度的平衡静止状态最大入水深度Hw_max可由Hw_max＝Ht-L·tan(θ_max)求得，其中Ht为吸力桩的高度，L为沿X轴方向自所有吸力桩横截面组合图形的形心到吸力桩横截面外边缘线的距离Z轴最远且与Z轴平行的切线的距离在各个不同的倾斜方向上的数值中的最大值。将Ht＝21.5m、L＝25.145m和θ_max＝12°代入，可求得Hw_max＝16.155m。

b、将V₁＝1821.743m³、Hw_max＝16.155m、R＝5m、r＝4.95m、V_w＝15.287m³代入上述V₁＝F_v1(Hw，h)的关系式(4)，将求得的吸力桩内水位h记为h_max，可得h_max＝8.661m。

(5)在h_min～h_max范围内设定吸力桩内水位h(例如：2.381m、4.931m、7.482m和8.502m)。

(6)在吸力桩导管架的结构形状、尺寸和材质均确定情况下，根据吸力桩导管架平衡静止状态对应的V₁和设定吸力桩内水位h确定对应的入水深度Hw，结果如表1所示。

以设定吸力桩内水位h＝7.482m为例，其具体计算过程为：将V₁＝1821.743m³、h＝7.482m、R＝5m、r＝4.95m、V_w＝15.287m³代入上述V₁＝F_v1(Hw，h)的关系式，可得对应的Hw＝15m。

(7)以一根圆筒形吸力桩轴线所在方位的方位角为0°，在水平面内设定吸力桩导管架在浮运过程中发生倾斜时若干不同倾斜方向所指向的的倾斜方位角(例如0°和90°)；在0～θ_max范围内设定吸力桩导管架在浮运过程中发生倾斜时若干不同的倾角(例如5°和12°)。

(8)取浮运过程中的设定倾斜方位角β为0°、设定倾角θ为5°。

(9)计算浮运过程中吸力桩导管架在设定倾角θ、设定倾斜方位角β、设定吸力桩内水位h及其对应的入水深度Hw下对应的定倾高度hp，具体步骤为：

a、根据公式(2)，将Go＝-18600kN、γ＝10.21kN/m³代入，即可计算得到吸力桩导管架倾斜时对应的V₂＝1821.743m³；

b、在设定倾斜方位角β下，建立V₂与入水深度Hw、设定倾角θ、设定吸力桩内水位h和浸润干舷高度d之间的关系式如下：

V₂＝F_v2(d,Hw,θ,h)

＝π·R²·[3(Hw+d)+(R-2Br)·tanθ]-3π·r²·h+V_w

其中，如图9所示，Br为沿X轴方向上量取的吸力桩横断面外边缘线的相距最远的两条与Z轴平行的切线之间的距离；

将V₂＝1821.743m³、Hw＝15m、θ＝5°、h＝7.482m、R＝5m、r＝4.95m、V_w＝15.287m³、B＝40.2175m代入上述V₂＝F_v2(d，Hw,θ,h)关系式中，可求得对应的吸力桩导管架的浸润干舷高度d＝2.2m。

c、根据入水深度Hw、设定倾斜方位角β、设定倾角θ和计算获得的浸润干舷高度d，确定W-X-Z-2面在三维直角坐标系中的位置；

d、以确定的W-X-Z-2面分割吸力桩导管架，获得吸力桩导管架在W-X-Z-2面以下部分所排开水体的形状、尺寸及其在三维直角坐标系中的位置，由于吸力桩导管架在W-X-Z-2面以下部分所排开水体的形心即其浮心B，因而，可确定吸力桩导管架在W-X-Z-2面以下部分所排开水体的浮心B的坐标为(2.187,-10.376,0)；由于X-Y平面即为倾向面，倾向浮心Bp与浮心B重合，倾向浮心Bp的坐标为(2.187,-10.376,0)；过倾向浮心Bp做W-X-Z-2面的垂线，该垂线与心轴(即Y轴)相交的点为定倾中心P，将定倾中心P的坐标记为(0,Yp,0)，由于经过倾向浮心Bp和定倾中心P的直线与Y轴的夹角即为倾角θ，则Yp＝14.635；

e、根据吸力桩导管架的结构、形状、尺寸、材质、其所受竖直向下的作用力以及其在坐标系中的位置，确定吸力桩导管架的重心G的坐标为(0,12.002,0)，由于X-Y平面即为倾向面，倾向重心Gp与重心G重合，倾向重心Gp的坐标为(0,12.002,0)；过倾向重心Gp做W-X-Z-2面的垂线，该垂线与心轴(即Y轴)相交的点为倾向摆心Pg，将倾向摆心Pg的坐标记为(0,Ypg,0)，由于经过倾向重心Gp和倾向摆心Pg的直线与Y轴的夹角即为倾角θ，则Ypg＝12.002；

f、根据公式hp＝Yp-Ypg计算获得浮运过程中吸力桩导管架在设定倾角θ、设定倾斜方位角β、设定吸力桩内水位h及其对应的入水深度Hw下对应的定倾高度hp＝2.633m。

(10)在步骤(7)设定的若干倾斜方位角β中，依次改变设定倾斜方位角β，每次改变设定倾斜方位角β时，在保持三维直角坐标系的原点和Y轴相对于吸力桩导管架位置不变的情况下，绕Y轴转动三维直角坐标系以保持三维直角坐标系的X-Y平面与吸力桩导管架在该设定倾斜方位角β时的倾向面重合且X轴的正方向始终指向吸力桩导管架的倾斜方位，每次改变设定倾斜方位角β后，重复步骤(9)，结果详见表1。

(11)在步骤(7)设定的若干倾角θ中，依次改变设定倾角θ，每次改变后重复步骤(9)～(10)，结果详见表1。

(12)在计算得到的数据中，将一设定吸力桩内水位h、一设定倾斜方位角β、一设定倾角θ及对应的入水深度Hw、浸润干舷高度d和定倾高度hp记为一个浮运过程数据组，将具有相同设定吸力桩内水位h的全部浮运过程数据组记为一个浮运过程数据集，取浮运过程数据集中不同设定倾角θ和不同倾斜方位角β对应的定倾高度hp中的最小值作为吸力桩导管架在吸力桩内水位为设定吸力桩内水位h时对应的最小定倾高度hp_f，结果详见表1。

表1浮游稳定性计算结果

S13、设定浮运航道的允许吃水H_a＝16.155m。

S14、安全浮运判定标准为Hw≤H_a且hp_f≥hp_a，由表1可见，设定吸力桩内水位h为8.502m、对应入水深度为16m时，满足上述安全浮运判定标准，因而，取8.502m作为控制内水位h_c，设定允许吃水H_a与富裕水深H_s之和为24m，取24m作为控制航道水深H_c。

S2浮运前准备：打开吸力桩顶部的阀门以使水在较高的外部水头作用下自流进入吸力桩，当吸力桩内水位提升至控制内水位h_c时，关闭吸力桩顶部阀门；提升吸力桩外部水位以使吸力桩入水体积逐渐增大，直至吸力桩导管架漂浮于水中。

S3浮运拖航：在浮运路线上，对处于漂浮状态的吸力桩导管架施以驱动力，将其运移至预设地点；其中，浮运路线上各处的水深不小于控制航道水深H_c，且浮运过程中始终控制吸力桩内水位不低于控制内水位h_c。

最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (5)

1.吸力桩导管架漂浮运输方法，其特征在于，包括如下步骤：

确定工艺参数：根据施工水域自然条件和浮运安全度的要求，对待浮运的吸力桩导管架进行浮游稳定性计算，确定所述吸力桩导管架维持稳定漂浮所需的吸力桩内水位，作为控制内水位h_c；确定保证所述吸力桩导管架安全浮运所需的航道水深，作为控制航道水深H_c；

浮运前准备：提升所述吸力桩导管架的吸力桩内水位至控制内水位h_c，并使所述吸力桩导管架漂浮于水中；

浮运拖航：在浮运路线上，对处于漂浮状态的所述吸力桩导管架施以驱动力，将其运移至预设地点；其中，所述浮运路线上各处的水深不小于所述控制航道水深H_c，且浮运过程中始终控制吸力桩内水位不低于所述控制内水位h_c。

2.根据权利要求1所述的吸力桩导管架漂浮运输方法，其特征在于，所述确定工艺参数步骤中，确定所述控制内水位h_c和确定控制航道水深H_c的具体步骤为：

根据施工水域自然条件和浮运安全度的要求，确定浮运过程中的富裕水深H_s、允许最大倾角θ_max和安全定倾高度hp_a；

根据所述吸力桩导管架的吸力桩的形状和尺寸，计算获得所述吸力桩导管架在各倾斜方向上倾斜角度为允许最大倾角θ_max时，保证所述吸力桩内部封存的空气不从所述吸力桩底部开口溢出的允许最低内水位，记为允许最低内水位h_min；计算所述吸力桩导管架在吸力桩内水位为允许最低内水位h_min时保持平衡静止状态所需的入水深度，记为最小入水深度Hw_min；

根据所述吸力桩导管架的吸力桩的形状和尺寸，计算获得所述吸力桩导管架在各倾斜方向上倾斜角度为允许最大倾角θ_max且处于铅垂向受力平衡状态时，保证所有的吸力桩的上顶面均不入水的最大的平衡静止状态入水深度，记为最大入水深度Hw_max；计算所述吸力桩导管架在入水深度为最大入水深度Hw_max时保持平衡静止状态所需的吸力桩内水位，记为允许最高内水位h_max；

设定吸力桩内水位h，h_min≤h≤h_max；计算所述吸力桩导管架处于平衡静止状态时，所述吸力桩导管架在吸力桩内水位为设定吸力桩内水位h时的入水深度Hw和最小定倾高度hp_f；

设定浮运航道的允许吃水H_a，H_a≥Hw_min；

安全浮运判定标准为Hw≤H_a且hp_f≥hp_a，取满足所述安全浮运判定标准时，对应的设定吸力桩内水位h作为所述控制内水位h_c，对应的设定允许吃水H_a与富裕水深H_s之和作为所述控制航道水深H_c。

3.根据权利要求2所述的吸力桩导管架漂浮运输方法，其特征在于，当计算获得的入水深度Hw和最小定倾高度hp_f不满足安全浮运判定标准时进行调整，所述调整步骤具体为：

当Hw>H_a且hp_f≥hp_a时，增大设定的允许吃水H_a，直至Hw≤H_a；

当hp_f<hp_a且当前设定的吸力桩内水位h小于允许最高内水位h_max时，增大设定的吸力桩内水位h，重新计算所述吸力桩导管架在吸力桩内水位为新设定的吸力桩内水位h时对应的入水深度Hw和最小定倾高度hp_f，直至hp_f≥hp_a；判断最终调整的设定吸力桩内水位h对应的入水深度Hw与设定允许吃水H_a的关系：若Hw≤H_a，则调整完成；若Hw>H_a，则增大设定的允许吃水H_a，直至Hw≤H_a；

当设定的吸力桩内水位h达到允许最高内水位h_max且仍无法满足hp_f≥hp_a时，则判定在不增加配件的情况下所述吸力桩导管架漂浮运输方案不可行。

4.根据权利要求3所述的吸力桩导管架漂浮运输方法，其特征在于，当判定所述吸力桩导管架漂浮运输方案不可行时，对所述吸力桩导管架增加配重，并对所述吸力桩导管架与所述配重的结合体进行所述浮游稳定性计算，直至计算获得的入水深度Hw和最小定倾高度hp_f满足安全浮运判定标准。

5.根据权利要求2-4任一项所述的吸力桩导管架漂浮运输方法，其特征在于，

以铅垂向受力平衡的吸力桩导管架所受到的竖直向上作用力的合力的作用点作为浮心；

以铅垂向受力平衡的吸力桩导管架所受到的竖直向下作用力的合力的作用点作为重心；

以吸力桩导管架处于平衡静止状态时，与所述浮心重合的与吸力桩导管架相对位置固定的点作为平衡静止浮心；

以吸力桩导管架处于平衡静止状态时，与所述重心重合的与吸力桩导管架相对位置固定的点作为平衡静止重心；

以所述平衡静止浮心和平衡静止重心的连线为心轴，以向上的方向为正方向；

以沿静水面剖切铅垂向受力平衡的吸力桩导管架所形成的剖面所决定的与吸力桩导管架相对位置固定的平面作为铅垂向平衡水剖面；

以吸力桩导管架倾斜时，所述心轴与竖直方向的夹角作为倾角；

以吸力桩导管架倾斜时，通过所述心轴的铅垂面作为倾向面；

以吸力桩导管架倾斜时，沿所述心轴的正方向所做的矢量在水平面上的投影所指的方向为倾斜方向；

以吸力桩导管架倾斜且处于铅垂向受力平衡时，所述浮心在所述倾向面上的垂直投影作为倾向浮心；

以吸力桩导管架倾斜且处于铅垂向受力平衡时，所述重心在所述倾向面上的垂直投影作为倾向重心；

以吸力桩导管架倾斜时，通过所述倾向重心的铅垂线与所述心轴的交点作为倾向摆心；

以所述倾向摆心到所述平衡静止浮心的距离作为倾向重心高度，当所述平衡静止浮心在所述倾向摆心下方时，所述倾向重心高度为正值，反之为负值；

以吸力桩导管架倾斜时，通过所述倾向浮心的铅垂线与所述心轴的交点作为定倾中心；

以所述定倾中心到所述平衡静止浮心的距离作为定倾半径，当所述定倾中心在所述平衡静止浮心上方时，所述定倾半径为正值，反之为负值；

以所述定倾半径减去所述倾向重心高度所得的差值作为定倾高度；

以平衡静止状态时所有吸力桩顶部封板的上顶面上的点当中的最低点到所述吸力桩导管架平衡静止状态时的所述铅垂向平衡水剖面的垂直距离作为干舷高度；

以所述吸力桩导管架倾斜时的铅垂向平衡水剖面与所述吸力桩侧壁外表面及其延伸面的交线上的位于平衡静止状态时的铅垂向平衡水剖面以上的点到所述吸力桩导管架处于平衡静止状态时的铅垂向平衡水剖面的垂直距离的最大值作为浸润干舷高度；

以处于平衡静止状态时所述吸力桩导管架的最低点到此时铅垂向平衡水剖面的垂直距离作为入水深度；

计算所述允许最低内水位h_min、最小入水深度Hw_min、最大入水深度Hw_max和允许最高内水位h_max、所述吸力桩导管架在吸力桩内水位为设定吸力桩内水位h时的入水深度Hw和最小定倾高度hp_f的具体步骤如下：

(1)建立坐标系：以所述吸力桩导管架处于平衡静止状态时的心轴为Y轴，以所述吸力桩导管架倾斜时的倾向面为X-Y平面，以所述心轴上的任一点为原点，以自所述原点指向所述吸力桩导管架倾斜方位的方向为X轴的正方向，建立相对于所述吸力桩导管架位置固定的三维直角坐标系；

(2)将浮运过程中所述吸力桩导管架处于平衡静止状态时的铅垂向平衡水剖面，记为W-X-Z-1面；将浮运过程中所述吸力桩导管架倾斜且处于铅垂向受力平衡时的铅垂向平衡水剖面，记为W-X-Z-2面；分别建立浮运过程中所述吸力桩导管架平衡静止状态和倾斜状态的铅垂向受力平衡关系式如下：

公式(1)和(2)中，V₁为所述吸力桩导管架位于所述W-X-Z-1面以下部分所排开水的体积，V₂为所述吸力桩导管架位于所述W-X-Z-2面以下部分所排开水的体积，Go为浮运过程中所述吸力桩导管架的重力，γ为水的容重；

(3)计算所述允许最低内水位h_min和最小入水深度Hw_min，具体步骤为：

根据公式(1)，计算得到所述吸力桩导管架平衡静止状态对应的V₁；

根据所述吸力桩导管架的吸力桩的内腔形状和尺寸，求得所述吸力桩导管架按允许最大倾角θ_max倾斜时保证所述吸力桩封存的空气不从所述吸力桩底部外溢所需的吸力桩内水位即允许最低内水位h_min；

在所述吸力桩导管架的结构形状、尺寸和材质均确定情况下，根据所述吸力桩导管架平衡静止状态对应的V₁和h_min确定对应的所述吸力桩导管架的入水深度，即为Hw_min；

(4)计算所述最大入水深度Hw_max和允许最高内水位h_max，具体步骤为：

根据所述吸力桩导管架的吸力桩的形状和尺寸，求得保证所述吸力桩导管架在各倾斜方向上倾斜角度达到最大倾角θ_max时的浸润干舷高度的最大值不大于干舷高度的平衡静止状态入水深度的最大值，作为最大入水深度Hw_max；

在所述吸力桩导管架的结构形状、尺寸和材质均确定情况下，根据所述吸力桩导管架平衡静止状态对应的V₁和Hw_max确定对应的所述吸力桩的内水位，即为h_max；

(5)设定吸力桩内水位h，h_min≤h≤h_max；

(6)在所述吸力桩导管架的结构形状、尺寸和材质均确定情况下，根据所述吸力桩导管架平衡静止状态对应的V₁和设定吸力桩内水位h确定对应的入水深度Hw；

(7)在水平面内设定所述吸力桩导管架在浮运过程中发生倾斜时若干不同的倾斜方向所指向的倾斜方位角，在0～θ_max范围内设定所述吸力桩导管架在浮运过程中发生倾斜时若干不同的倾角；

(8)从设定的若干不同倾斜方位角中选取任一倾斜方位角作为设定倾斜方位角β，从设定的若干不同倾角中选取任一倾角作为设定倾角θ；

(9)计算浮运过程中所述吸力桩导管架在所述设定倾角θ、所述设定倾斜方位角β、所述设定吸力桩内水位h及其对应的入水深度Hw下对应的定倾高度hp，具体步骤为：

根据公式(2)求得对应的V₂；在所述吸力桩导管架的结构形状、尺寸和材质均确定情况下，根据V₂、所述设定倾角θ、所述设定倾斜方位角β、所述设定吸力桩内水位h及其对应的入水深度Hw，确定所述吸力桩导管架在所述设定倾角θ、所述设定倾斜方位角β、所述设定吸力桩内水位h及其对应的入水深度Hw下所对应的浸润干舷高度d；

根据所述入水深度Hw、设定倾斜方位角β、设定倾角θ和计算获得的浸润干舷高度d，确定所述W-X-Z-2面在所述三维直角坐标系中的位置；

以确定的所述W-X-Z-2面分割所述吸力桩导管架，获得所述吸力桩导管架在所述W-X-Z-2面以下部分所排开水体的形状、尺寸及其在所述三维直角坐标系中的位置，确定所述吸力桩导管架在所述W-X-Z-2面以下部分所排开水体的浮心坐标(Xb，Yb，Zb)，则对应的倾向浮心坐标为(Xb，Yb，0)，将对应的定倾中心坐标记为(0，Yp，0)，则Yp＝Yb+Xb/tanθ；

根据所述吸力桩导管架的结构、形状、尺寸、材质、其所受竖直向下的作用力以及其在坐标系中的位置，确定所述吸力桩导管架的重心坐标为(Xg，Yg，Zg)，则对应的倾向重心坐标为(Xg，Yg，0)，将对应的倾向摆心坐标记为(0，Ypg，0)，则YPg＝Yg+Xg/tanθ；

根据公式(3)计算获得浮运过程中所述吸力桩导管架在所述设定倾角θ、所述设定倾斜方位角β、所述设定吸力桩内水位h及其对应的入水深度Hw下对应的定倾高度hp，所述公式(3)的表达式为：

hp＝Yp-Ypg (3)；

(10)在步骤(7)设定的若干倾斜方位角β中，依次改变设定倾斜方位角β，每次改变设定倾斜方位角β时，在保持所述三维直角坐标系的原点和Y轴相对于所述吸力桩导管架位置不变的情况下，绕Y轴转动所述三维直角坐标系以保持所述三维直角坐标系的X-Y平面与所述吸力桩导管架在该设定倾斜方位角β时的倾向面重合且X轴的正方向始终指向所述吸力桩导管架的倾斜方位，每次改变设定倾斜方位角β后，重复步骤(9)；

(11)在步骤(7)设定的若干倾角θ中，依次改变设定倾角θ，每次改变后重复步骤(9)～(10)；

(12)在计算得到的数据中，将一设定吸力桩内水位h、一设定倾斜方位角β、一设定倾角θ及对应的入水深度Hw、浸润干舷高度d和定倾高度hp记为一个浮运过程数据组，将具有相同设定吸力桩内水位h的全部所述浮运过程数据组记为一个浮运过程数据集，取所述浮运过程数据集中不同设定倾角θ和不同倾斜方位角β对应的定倾高度hp中的最小值作为所述吸力桩导管架在吸力桩内水位为设定吸力桩内水位h时对应的最小定倾高度hp_f。

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