CN115434296B - 一种防冲刷沉降的海上升压站的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防冲刷沉降的海上升压站的施工方法，属于海上施工领域，一种防冲刷沉降的海上升压站的施工方法，利用上浮组件在充气后的悬浮作用，使得联锁式的砂被受到向上的浮力支撑，减少砂被下沉挤压海床的作用，膨胀后的伞状气囊对横向水流起到减速阻拦的效果，进而减少海底涌流对导管架的冲刷腐蚀效果，同时使得横向运动的海底涌流在撞击至伞状气囊时形成向上的分流，使得服务于海上升压站的导管架具有防冲刷沉降的作用，此外本施工方法通过采用将联锁式砂被按照先预制后批量抛填的处理方式，减少潜水员水下作业的时长，方便操作的同时还能够实现批量式抛填下沉，提高抛填处理的效率。

Description

一种防冲刷沉降的海上升压站的施工方法

技术领域

本发明涉及海上施工领域，更具体地说，涉及一种防冲刷沉降的海上升压站的施工方法。

背景技术

海上风力资源丰富，海上风电场在海上获得的电能汇集至海上升压站后通过送出海缆连接到陆地上的电网，由于海上升压站比较复杂，总重量可达到2000吨，因此海上升压站一般采用在陆地上整体建造，再由工程船运到海上一体化安装的操作模式。

导管架作为海上升压站的支撑部件，对海上升压站的安装使用具有重要意义，因此针对导管架的安装需要注意海床表面淤泥、粉质砂层带来的沉降问题，此外需要注意海底涌流对导管架表面的冲刷腐蚀，海底涌流冲刷会使得海床表面粉质砂层中的碎块流失，进一步加剧导管架的沉降，在现有技术中一般采用抛石保护来保护导管架在海床表面的安装基础，但是海底的涌流作用会使得碎块化布置的抛石被掀起，使得掀起的抛石会在涌流作用下撞击导管架，影响导管架安装稳定性的同时还会使得海床表面的抛石失去抛填保护效果，使得导管架更加容易发生沉降事故。

为此我们提出一种防冲刷沉降的海上升压站的施工方法，通过联锁式的砂被加强保护层的整体连接作用，降低砂被被掀翻的可能，同时利用海底涌流的冲刷挤压作用使得联锁式的砂被表面浮现伞式保护结构，对经过的海底涌流起到减速带的效果，降低冲刷腐蚀破坏作用和沉降干扰。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种防冲刷沉降的海上升压站的施工方法，可以利用上浮组件在充气后的悬浮作用，使得联锁式的砂被受到向上的浮力支撑，减少砂被下沉挤压海床的作用，同时通过伞状气囊和柱状气囊的配合，对横向水流起到减速阻拦的效果，进而减少海底涌流对导管架的冲刷腐蚀效果，同时使得横向运动的海底涌流在撞击至伞状气囊时形成向上的分流，进而使得上浮部件能够起到减速效果的同时还能够减弱冲击作用，使得服务于海上升压站的导管架具有防冲刷沉降的作用。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种防冲刷沉降的海上升压站的施工方法，包括有以下工作步骤：

S1、灌注混凝土砂被，并利用拉索将相邻的砂被连接，形成联锁式的串接结构；

S2、在事先测定的抛填圆中进行海床表面抛填处理后，再在事先测定的抛填半径边缘利用海上起重船将串接的联锁式砂被吊装后竖直下沉；

S3、潜水员下沉利用U型件将串接的联锁式砂被的端约束至海床表面，利用海上打桩机加固U型件与海床的连接；

S4、海上起重船继续向靠近抛填圆心方向运动，牵引竖直的串接的联锁式砂被缓慢躺平；

S5、潜水员再次下沉将充气管插进充气部件内部使得上浮部件膨胀丰满；

所述上浮部件包括有伞状气囊、柱状气囊和充气部件，所述柱状气囊的表面通过对称布置的连绳连接在相邻的砂被之间，所述柱状气囊的顶部贯穿连接有伞状气囊，所述柱状气囊的表面贯穿安装有充气部件。

进一步的，所述伞状气囊的外侧安装有内层拦截网层，所述内层拦截网层的外侧安装有外层拦截网层，所述柱状气囊的外侧安装有传送网层，且传送网层的表面设有通孔，所述外层拦截网层尾端与传送网层连接的位置处于通孔的上方，所述外层拦截网层的尾端安装有等距布置的弹簧件，且弹簧件位于通孔的外侧，所述传送网层的尾端贯穿安装有出料件。

进一步的，所述S1中串接形成的联锁式砂被一端的表面固定有半环固定件。

进一步的，所述砂被的灌注方法包括以下工作步骤：

步骤一：在砂被中填充建筑废料，建筑废料的块径在20-30cm；

步骤二：在砂被中填充建筑废料的碎料，碎料的块径在5-10cm；

步骤三：在砂被中注入混凝土，将砂被中的建筑废料以及建筑废料的碎料固化粘接成整体。

进一步的，所述弹簧件在未受外力干扰时对外层拦截网层的尾端起到撑开作用，使得外层拦截网层的底部处于斜坡状态。

进一步的，所述起重船配备有海上打桩设备、起重设备和充气设备。

进一步的，所述外层拦截网层、内层拦截网层和传送网层均为弹性耐磨材料制成，其中外层拦截网层的网径大于内层拦截网层，所述弹簧件为耐腐蚀材料制成。

进一步的，所述S3中，利用起重设备和缆绳将U型件送入海床表面，潜水员下潜将U型件的端口插进半环固定件中，之后引导打桩设备的端头对U型件进行打桩。

进一步的，所述S4中联锁式砂被在海床表面躺平后，潜水员下潜利用连接挂钩将砂被与导管架表面约束连接。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案通过安装有上浮组件，在上浮部件下沉的过程中处于未充气的状态，因此能够减少充气后浮力作用的干扰，确保串接后砂被下沉时的阻力，充气后伞状气囊以及柱状气囊均能够处于膨胀状态，进而使得联锁式的砂被受到向上的浮力支撑，减少砂被下沉挤压海床的作用。

(2)本方案中通过安装有伞状气囊，在受到海底涌流时，横向的水流推力会使得相邻砂被撞击靠近，进而对中间的柱状气囊起到挤压作用，使得伞状气囊膨胀扩大，对横向水流起到减速阻拦的效果，进而减少海底涌流对导管架的冲刷腐蚀效果，同时伞状气囊的伞状设计，能够使得横向运动的海底涌流在撞击至伞状气囊时形成向上的分流，进而使得上浮部件能够起到减速效果的同时还能够减弱冲击作用，使得服务于海上升压站的导管架具有防冲刷沉降的作用。

(3)本方案中通过安装有外层拦截网层和内层拦截网层，在上浮部件受到海底涌流作用时，海底涌流中裹挟的粉质砂或者小块径的抛石在撞击至伞状气囊表面后被外层拦截网层拦截后被内层拦截网层拦截限制在内层拦截网层与外层拦截网层之间的孔隙中，加强伞状气囊的阻拦减速作用，并能够对抛填碎石以及粉质砂起到拦截效果。

(4)本方案中通过安装有传送网层、弹簧件和出料件，在重力作用下沿着伞状气囊的表面滚落，在弹簧件撑开形成的坡面上通过通孔转移至传送网层中，随后通过出料件掉落至相邻砂被之间的空隙中，进而掉落至海床的表面，使得抛填圆形区域内的抛石不会在涌流作用下流转离开，确保抛填区域内抛石镇压作用的持续进行。

(5)本方案中通过采用将联锁式砂被按照先预制后批量抛填的处理方式，减少潜水员水下作业的时长，方便操作的同时还能够实现批量式抛填下沉，提高抛填处理的效率。

附图说明

图1为本发明施工方法的流程示意图；

图2为本发明的起重船悬垂串接的联锁式的砂被下潜海面的状态示意图；

图3为本发明的施工方法中S3的施工状态示意图；

图4为本发明的上浮部件未充气时与砂被的安装结构示意图；

图5为本发明的上浮部件充气后与砂被的安装结构示意图；

图6为本发明的U型件与半环固定件锚固安装示意图；

图7为本发明的上浮部件起到减速效果的状态示意图；

图8为本发明的上浮部件起到悬浮支撑防沉降效果的状态示意图；

图9为本发明的外层拦截网层、内层拦截网层、传送网层、弹簧件、出料件安装结构示意图；

图10为本发明的外层拦截网层、内层拦截网层、传送网层、弹簧件、出料件工作状态示意图。

图中标号说明：

1、半环固定件；2、上浮部件；201、伞状气囊；202、柱状气囊；203、充气部件；2011、外层拦截网层；2012、内层拦截网层；2013、传送网层；2014、弹簧件；2015、出料件；3、连绳；4、砂被；5、U型件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。

实施例1：

请参阅图1-图3，一种防冲刷沉降的海上升压站的施工方法，包括有以下工作步骤：

S1、灌注混凝土砂被4，并利用拉索将相邻的砂被4连接，形成联锁式的串接结构；

S2、在事先测定的抛填圆中进行海床表面抛填处理后，再在事先测定的抛填半径边缘利用海上起重船将串接的联锁式砂被4吊装后竖直下沉；

S3、潜水员下沉利用U型件5将串接的联锁式砂被4的端约束至海床表面，利用海上打桩机加固U型件5与海床的连接；

S4、海上起重船继续向靠近抛填圆心方向运动，牵引竖直的串接的联锁式砂被4缓慢躺平；

S5、潜水员再次下沉将充气管插进充气部件203内部使得上浮部件2膨胀丰满。

具体的，通过将预制的串接的联锁式砂被4集中抛填，相较于单个砂被4先下沉后联锁处理的方法，减少潜水员水下作业的时长，方便操作的同时还能够实现批量式抛填下沉，提高抛填处理的效率。

请参阅图4-图8，上浮部件2包括有伞状气囊201、柱状气囊202和充气部件203，柱状气囊202的表面通过对称布置的连绳3连接在相邻的砂被4之间，柱状气囊202的顶部贯穿连接有伞状气囊201，柱状气囊202的表面贯穿安装有充气部件203。

具体的，在上浮部件2下沉的过程中处于未充气的状态，因此能够减少充气后浮力作用的干扰，确保串接后砂被4下沉时的阻力，之后在砂被4躺平至海床表面后进行充气，使得伞状气囊201以及柱状气囊202均能够处于膨胀状态，进而使得联锁式的砂被4受到向上的浮力支撑，减少砂被4下沉挤压的作用，同时在受到海底涌流时，横向的水流推力会使得相邻砂被4撞击靠近，进而对中间的柱状气囊202起到挤压作用，使得伞状气囊201膨胀扩大，对横向水流起到减速阻拦的效果，进而减少海底涌流对导管架的冲刷腐蚀效果，同时伞状气囊201的伞状设计，能够使得横向运动的海底涌流在撞击至伞状气囊201时形成向上的分流，进而使得上浮部件2能够起到减速效果的同时还能够减弱冲击作用，使得服务于海上升压站的导管架具有防冲刷沉降的作用。

请参阅图9-图10，伞状气囊201的外侧安装有内层拦截网层2012，内层拦截网层2012的外侧安装有外层拦截网层2011，柱状气囊202的外侧安装有传送网层2013，且传送网层2013的表面设有通孔，外层拦截网层2011尾端与传送网层2013连接的位置处于通孔的上方，外层拦截网层2011的尾端安装有等距布置的弹簧件2014，且弹簧件2014位于通孔的外侧，传送网层2013的尾端贯穿安装有出料件2015，弹簧件2014在未受外力干扰时对外层拦截网层2011的尾端起到撑开作用，使得外层拦截网层2011的底部处于斜坡状态，外层拦截网层2011、内层拦截网层2012和传送网层2013均为弹性耐磨材料制成，其中外层拦截网层2011的网径大于内层拦截网层2012，弹簧件2014为耐腐蚀材料制成。

具体的，在上浮部件2受到海底涌流作用时，海底涌流中裹挟的粉质砂或者小块径的抛石在撞击至伞状气囊201表面后被外层拦截网层2011拦截后被内层拦截网层2012拦截限制在内层拦截网层2012与外层拦截网层2011之间的孔隙中，之后在重力作用下沿着伞状气囊201的表面滚落，在弹簧件2014撑开形成的坡面上通过通孔转移至传送网层2013中，随后通过出料件2015掉落至相邻砂被4之间的空隙中，进而掉落至海床的表面，使得抛填圆形区域内的抛石不会在涌流作用下流转离开，确保抛填区域内抛石镇压作用的持续进行。

S1中串接形成的联锁式砂被4一端的表面固定有半环固定件1。

具体的，将U型件5和半环固定件1配合使用，即可使得串接的联锁式砂被4能够以一端固定的形式逐渐侧倒，从而辅助串接的联锁式砂被4实现批量式抛填处理，提高施工效率。

砂被4的灌注方法包括以下工作步骤：

步骤一：在砂被4中填充建筑废料，建筑废料的块径在20-30cm；

步骤二：在砂被4中填充建筑废料的碎料，碎料的块径在5-10cm；

步骤三：在砂被4中注入混凝土，将砂被4中的建筑废料以及建筑废料的碎料固化粘接成整体。

具体的，通过对建筑废料的充填再利用，能够降低砂被4完整填充混凝土的成本，同时还能够实现建筑废料的再利用。

起重船配备有海上打桩设备、起重设备和充气设备。

具体的，能够辅助起重船在海面作业时进行打桩、起重悬吊以及相应的充气处理。

S3中，利用起重设备和缆绳将U型件5送入海床表面，潜水员下潜将U型件5的端口插进半环固定件1中，之后引导打桩设备的端头对U型件5进行打桩。

具体的，由于砂被4串接联锁处理后重量较大，因此起到锚固作用的U型件5也相应较重，单靠潜水员的人力作用在水下施力难以起到有效的锚固效果，因此需要借助打桩设备来加强U型件5对海床的锚固作用，进而降低后续海底涌流作用对串接的联锁使砂被4的掀起作用。

S4中联锁式砂被4在海床表面躺平后，潜水员下潜利用连接挂钩将砂被4与导管架表面约束连接。

具体的，通过潜水员的操作后使得串接的联锁式砂被4与导管架连接，进而对导管架及其安装海床形成环绕式的防冲刷沉降保护。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种防冲刷沉降的海上升压站的施工方法，其特征在于，包括有以下工作步骤：

S1、灌注混凝土砂被(4)，并利用拉索将相邻的砂被(4)连接，形成联锁式的串接结构；

S2、在事先测定的抛填圆中进行海床表面抛填处理后，再在事先测定的抛填半径边缘利用海上起重船将串接的联锁式砂被(4)吊装后竖直下沉；

S3、潜水员下沉利用U型件(5)将串接的联锁式砂被(4)的端约束至海床表面，利用海上打桩机加固U型件(5)与海床的连接；

S4、海上起重船继续向靠近抛填圆心方向运动，牵引竖直的串接的联锁式砂被(4)缓慢躺平；

S5、潜水员再次下沉将充气管插进充气部件(203)内部使得上浮部件(2)膨胀丰满；

所述上浮部件(2)包括有伞状气囊(201)、柱状气囊(202)和充气部件(203)，所述柱状气囊(202)的表面通过对称布置的连绳(3)连接在相邻的砂被(4)之间，所述柱状气囊(202)的顶部贯穿连接有伞状气囊(201)，所述柱状气囊(202)的表面贯穿安装有充气部件(203)。

2.根据权利要求1所述的一种防冲刷沉降的海上升压站的施工方法，其特征在于，所述伞状气囊(201)的外侧安装有内层拦截网层(2012)，所述内层拦截网层(2012)的外侧安装有外层拦截网层(2011)，所述柱状气囊(202)的外侧安装有传送网层(2013)，且传送网层(2013)的表面设有通孔，所述外层拦截网层(2011)尾端与传送网层(2013)连接的位置处于通孔的上方，所述外层拦截网层(2011)的尾端安装有等距布置的弹簧件(2014)，且弹簧件(2014)位于通孔的外侧，所述传送网层(2013)的尾端贯穿安装有出料件(2015)。

3.根据权利要求1所述的一种防冲刷沉降的海上升压站的施工方法，其特征在于，所述S1中串接形成的联锁式砂被(4)一端的表面固定有半环固定件(1)。

4.根据权利要求1所述的一种防冲刷沉降的海上升压站的施工方法，其特征在于，所述砂被(4)的灌注方法包括以下工作步骤：

步骤一：在砂被(4)中填充建筑废料，建筑废料的块径在20-30cm；

步骤二：在砂被(4)中填充建筑废料的碎料，碎料的块径在5-10cm；

步骤三：在砂被(4)中注入混凝土，将砂被(4)中的建筑废料以及建筑废料的碎料固化粘接成整体。

5.根据权利要求2所述的一种防冲刷沉降的海上升压站的施工方法，其特征在于，所述弹簧件(2014)在未受外力干扰时对外层拦截网层(2011)的尾端起到撑开作用，使得外层拦截网层(2011)的底部处于斜坡状态。

6.根据权利要求1所述的一种防冲刷沉降的海上升压站的施工方法，其特征在于，所述起重船配备有海上打桩设备、起重设备和充气设备。

7.根据权利要求2所述的一种防冲刷沉降的海上升压站的施工方法，其特征在于，所述外层拦截网层(2011)、内层拦截网层(2012)和传送网层(2013)均为弹性耐磨材料制成，其中外层拦截网层(2011)的网径大于内层拦截网层(2012)，所述弹簧件(2014)为耐腐蚀材料制成。

8.根据权利要求6所述的一种防冲刷沉降的海上升压站的施工方法，其特征在于，所述S3中，利用起重设备和缆绳将U型件(5)送入海床表面，潜水员下潜将U型件(5)的端口插进半环固定件(1)中，之后引导打桩设备的端头对U型件(5)进行打桩。

9.根据权利要求1所述的一种防冲刷沉降的海上升压站的施工方法，其特征在于，所述S4中联锁式砂被(4)在海床表面躺平后，潜水员下潜利用连接挂钩将砂被(4)与导管架表面约束连接。