CN115476980A - 一种可站底的海上作业平台 - Google Patents

Abstract

一种可站底的海上作业平台，包括具有超大水线面积的用于海上工程浮动作业的作业平台，作业平台宽度与长度之比不小于0.5倍，有良好的耐波性能，作业平台包括可站底装置、全回转推进器；可站底装置包括至少3条站立桩腿、桩腿升降机构、桩腿控制装置；站立桩腿分散设置在作业平台的底部，桩腿升降机构与桩腿连接，用于升降桩腿；海上作业时，作业平台漂浮于海面，桩腿底部刚接有与海底接触的垫板，垫板为平板结构，站立桩腿与垫板通过斜拉索连接，桩腿控制装置控制桩腿升降机构。本发明具有甲板面积大、承载能力强、稳定性高、进撤场便捷的能力。可大大提高海上工程作业效率和综合安全性。

Description

一种可站底的海上作业平台

技术领域

本发明属于海上工程作业设备领域，具体涉及一种可站底的海上作业平台。

技术背景

海上作业平台通常采用自升式平台或坐底式平台。自升式平台在漂浮状态时，桩腿收入船体之上，可以拖航也可以自行航，在工作时，将安装在浮体上的四条桩腿(早期也有三桩腿的)放下插入海底几米甚至十几米，随后将平台抬离水面一定高度，这样就将浮体变成了非浮体的高桩结构，彻底将浪和流对平台主体的扰动进行了隔离，使平台具有极高的程定性。但平台面临着插桩和拔桩的的因扰。插桩式海上风电基础平台的难题和缺点：

涌浪的作用会使作业平台上下起伏摇摆，现有的方案如插桩式自升作业平台，将4根平台桩腿插入海底，并将平台抬升到海平面以上即“悬空”状态下作业，能够抵御涌浪的影响，达到一定程度的稳定。但插拔平台桩腿过程中，由于平台桩腿一直承受着作业平台的自身重力，所以平台桩腿插入海底很深，拔桩所需要的力就极其巨大，甚至无法将桩腿顺利拔出，此时需要将不能拔出的桩腿锯断，这种情况插拔桩腿的耗时极长，将拖慢整个风电安装的进程。

海上工程作业平台利用3～8米直径、厚50～100毫米重达500～2000吨或更高的单桩柱插入海面泥中数十米，以支承海上工程作业平台及大型安装设备的静载荷与作业时的动载荷。

此外，为了减小海上涌浪对平台的冲击，为躲避此力，用桩腿将平台稍抬离水面约4～5米，令涌浪从其下方穿过，为了满足桩腿垂直度的要求，必须稳定作业平台，其自身多采用长几十米的大直径(3～4米)桩腿和端部的巨大桩靴插入泥中(软质土壤条件下可能需20～30米)以承受其自重，并稳定它在水中的位置。

这种插桩方式，虽能较好的实现稳定的作业，但作业程序复杂严格，例如：总重达2万吨大型工程平台(包括外载5000吨)，它每只桩腿插到位后，仍需经过加载“预压”工序以保证它有可靠的地基承载能力。每只单桩预压载荷常需正常承压的一倍(8000～10000吨)，为此需先将平台注水，以增加自重，这种设计平台需具备很大容积的压载舱，对大型船舶往往难以实现，此时只能采用对角压载的方法完成预压(同时只压两只桩)，对主船体结构提出很高要求，导致结构很厚重。而且桩靴必须座落在承载能力为80～100t/m2的硬质土层或者密实的砂层上，才能为船体提供有效支撑，这种优质的地基条件往往需要在海底以下数十米才存在，打桩作业完成后，再拔出被泥砂覆盖的桩靴。这些工序必须一丝不苟认真进行，否则打桩过程平台将会出现地基穿刺，导致歪斜甚至倾翻大祸。

现代插桩式海上工程作业平台插入泥中的桩靴面积至少为100平米，而桩腿直径为4米左右，两者截面的面积相差六倍，拔桩时，桩靴上覆盖的十几米砂土重量会带来巨大的下压力，拔桩时还要克服这些土体与周围土体相互间的摩擦和粘附载荷，以及桩靴底部上拔时产生的负孔隙水压形成的吸附力和粘聚力，需巨大拔起力。有时，千方百计仍拔不出，不得已只好割掉，这是令操作者最为痛心，也是这种插桩式平台的致命缺点。

插通常插桩和拔桩的时间也是非常耗时的，几乎与风机打桩时间相当。另外，目前海上工程作业需要更大的安装设备，需要携带更多的物资，需要作业平台大型化，但自升式平台的结构和原理便再进一步扩大是非常困难的，另外，自升式平在漂浮状态是一个箱体结构，航行稳定性是难以克服的困难。

坐底式平台也称为驳船坐滩即驳船在水深较小处坐滩保持驳船或作业平台的稳定。但坐底式平台只能在近海处进行安装作业并且要求滩地相对平缓。

海上施工作业需要大量的物资输送，均需要作业平台携带，物资的持续支持无法解决。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种可站底的海上作业平台，包括具有超大水线面积的用于海上工程浮动作业的作业平台，作业平台宽度与长度之比不小于0.5倍，有良好的耐波性能，所述作业平台包括可站底装置、全回转推进器；所述可站底装置包括至少3条站立桩腿、桩腿升降机构、桩腿控制装置；所述站立桩腿分散设置在所述作业平台的底部，所述桩腿升降机构与所述桩腿连接，用于升降所述桩腿；海上作业时，所述作业平台漂浮于海面，所述桩腿底部连接有与海底接触的垫板，所述垫板为平板结构，每条站立桩腿包括不少于4条斜拉索，所述斜拉索的一端连接所述垫板，另一端连接作业平台或所述桩腿，所述桩腿控制装置控制所述桩腿升降机构；所述作业平台可自主航行，具有动力定位能力。

如前所述，进一步的，所述作业平台为多浮体航岛浮式结构或超大平板驳结构，所述航岛浮式结构包括下部浮体结构、上部结构和中间连接结构，所述下部浮体结构包括至少5个浮体，各浮体间隔一定距离；所述下部浮体结构呈超大水线面积形态，所述上部结构为框架结构或者箱体结构；所述中间连接结构在空间分散布置，所述中间连接结构与所述上部结构以及所述下部浮体结构相互连接成整体。

如前所述，进一步的，所述桩腿升降机构为垂直升降机构。

如前所述，进一步的，所述作业平台无锚定设施。

如前所述，进一步的，所有所述垫板的面积不小于所述海底承受作业平台25％自重的压力所需的面积。

名词解释：

超大水线面积是指：水线面积与排水量之比较常规船舶大的多的船型，特指呈偏平特征的船舶。

有益效果：

本发明具有甲板面积大、承载能力强、稳定性高、进撤场便捷、作业效率高、整体综合安装的能力强的性能。可大大提高海上工程作业的效率和综合安全性。

海上作业平台要求平台具有极高的稳定性，在海上工程作业过程中，有些特殊的作业精度要在毫米级别。

本发明具巧妙地利用“站底”的方法，具备了浮体和非浮结的有利因素，既有浮体的超大承载和作业空间、又有“站底”稳定性的提高，进撤场便捷、适应了工程作业设备大型化的发展趋势。即使“站底”系统失效，也不会对整体平台产生安全性影响。可大大提高海上工程作业效率和综合安全性。

海上工程作业平台要求平台具有极高的稳定性，在工程作业安装过程中，作业平台通常受到涌浪及海流的作用。通过“站底”方式能够较好地借助海底的依托，把垂盪和横摇运动控制到最小，本发明提供一种新型海上工程作业平台桩腿的方案，通过升降机构将平台桩腿放下，桩腿的底部有垫板与海底接触，桩腿通过垫板站立在海底，并通过进一步伸长桩腿，向垫板施如一定压力，由于垫板有足够大的面积，使其不能继续下沉，转而作业平台仍是漂浮在海面上，桩腿只承受与作业海况下波浪作用力相反的张力。桩腿底部设置的垫板具有较大的面积，当桩腿进一步伸长时，它将开始承受平台的重力，并将平台略微抬起，桩腿上承载了部分浮体的重力，当浮体在作业海况下出现的垂向运动将被限制，而浮体的大部份质量仍由平台的浮力承担。

在这一过程中，随着桩腿依次或同时触底，作业平台所受涌浪的载荷的响应逐渐减小，当所有桩腿均触底张力逐渐增大耐，作业平台的垂向运动(包括垂荡、撗摇和纵摇)趋于稳定。

而在涨落潮时，可通过作业平台桩腿控制装置调整桩腿的高度，即当涨潮过程中，逐渐增加桩腿的高度，落潮过程中，逐渐减小桩腿的高度，使作业平台始终漂浮于海面。

在海上除了存在涌浪的作用还存在海流的影响，海流的作用将导致作业平台在水平某方向受力，而作业平台在海上作业过程中，由于垫板与海底接触，垫板与海底存在摩擦力，同样能够抵御海流对作业平台的影响，使作业平台保持原位置不会移动。也可通过监测了解海流的情况，通过全回转推进器施以“反作用力”保持作业平台水平方向的静止。斜拉索的一端连接所述垫板，另一端连接作业平台或所述桩腿，通过控制装置将斜拉索张紧，为桩腿提供垂直方向的刚度，并配合全回转推进器限制波浪和流对作业平台产生的水平方的扰动。

本发明的作业平台因其超强的稳定性可适用大尺寸的平台，平台尺寸可超过300米。进一步的，因其可适用大尺寸平板驳船或多浮体浮式结构即航岛浮式结构，其承载能力也优于现有的作业平台，作业平台可以搭载更大工程设备即更多的物资。

本发明在海上作业时，通过作业平台桩腿及垫板限制作业平台的运动，站立桩腿相当于垂直的锚定，所以无需进行常规的抛锚作业方式。

通过作业平台的定位方式，增大了海上工程作业的安全性，同时也大大提高了作业的效率。即使遇到桩腿失效的情况，由于作业平台始终漂浮于海面，作业平台也不会像自升式平台那样发生倾覆。

本发明因采用超大作业平台，在海上工程作业过程中，为其他大型辅助设备能够在作业平台上使用提供了条件。

附图说明

图1为作业平台结构示意图。

图2为作业平台桩腿结构示意图。

图3为作业平台另一实施例结构示意图。

图4为图3的侧视图。

附图编号说明：

1、作业平台；2、桩腿；3、垫板、4、斜拉索；5、全回转推进器；6、下部浮体结构；7、上部结构；8、中间连接结构。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

如图1、2所示，一种可站底的海上作业平台1，包括具有超大水线面积的用于海上风电安装工程的浮动作业平台1，所述作业平台1的宽度与长度之比不小于0.5，有良好的耐波性能；本实施例中，作业平台1为多浮体浮式结构即航岛结构，作业平台1尺寸为350m×180m。所述航岛浮式结构包括下部浮体结构6、上部结构7和中间连接结构8，下部浮体结构6包括五个浮体，各浮体间隔一定距离；所述下部浮体结构6呈超大水线面积形态；所述上部结构7为箱体结构；所述中间连接结构8在空间分散布置，所述中间连接结构8与所述上部结构7以及所述下部浮体结构6相互连接成整体；所述下部浮体结构6外轮廓在水平方向上的最小分布尺寸大于等于作业平台1空载时重心距离静水面高度的4倍。作业平台1具有4条桩腿2，4条桩腿2分散设置在所述作业平台1的底部，具体为设置在航岛结构的四个边角，所述桩腿升降机构与所述桩腿2连接，用于升降所述桩腿2，桩腿2底部有垫板4。本实施例中桩腿升降机构为垂直升降机构，桩腿控制装置与桩腿升降机构连接，控制桩腿2的长度，保证桩腿2底部垫板4与海底接触，垫板4为平板状。所述作业平台1自主航行至预定海域，通过桩腿控制装置控制桩腿升降机构放下桩腿2，使桩腿2底部的垫板4与海底面接触，并根据海上风浪预报情况向海底施加一定的压力，将平台适当“站起”，从而将平台的垂向运动限制到最小。同时控制装置将斜拉索4张紧，为桩腿2提供垂直方向的刚度，并配合全回转推进器5限制波浪和流对作业平台1产生的水平方的扰动。所述作业平台1包括多个全回转推进器5，可自主航行，具有动力定位能力。作业平台1的一侧设有靠泊装置，其他船舶可靠泊于作业平台1用于输送或转移物资，作业平台1为靠泊于其的船舶提供避浪区。作业平台1无锚定设备。

垫板4为一平板，平板的形状可以为矩形、圆形、平行四边形、不规则形状等等，垫板4的面积要足够大。桩腿2上的所有所述垫板4的面积不小于所述海底承受作业平台25％自重的压力所需的面积，即垫板4与海底接触，海底受到垫板4或作业平台1的压力，因海底地质状态的不同，海底需要一定面积承受所述压力保证所述作业平台1不会下沉。

可升降机构为直接升降式，桩腿2穿过作业平台1进行升降，升降装置可为齿轮与齿条配合的方式，也可是液压装置与销钉配合的方式。

如图2所示，在每个桩腿2与垫板4之间有四条斜拉索4，作业平台1在斜拉索4、全回转推进器5、摩擦力的作业下，限制平台的水平移动。

需要说明的是，作业平台的桩腿也可为3条，均匀分布在平驳船或航岛浮式结构的底部。3条桩腿的设置一般适用于所有形式的作业平台。

如图3、4所示，一种可站底的海上作业平台1，包括具有超大水线面积的用于海上风电安装工程的浮动作业平台1，所述作业平台1的宽度与长度之比不小于0.5，有良好的耐波性能；本实施例中，作业平台1为平板驳船，作业平台1尺寸为350m×180m，甲板驳船是一种船型为扁平形态的超大水线面船。作业平台1具有4条站立桩腿2，4条桩腿2分散设置在所述作业平台1的底部，具体为设置在甲板驳船的四个边角，所述桩腿升降机构与所述桩腿2连接，用于升降所述桩腿2底部有垫板4。本实施例中桩腿升降机构为垂直升降机构，桩腿控制装置与桩腿升降机构连接，控制桩腿2的长度，保证桩腿2底部垫板4与海底接触，垫板4为平板状。所述平驳船自主航行至预定海域，通过桩腿控制装置控制桩腿升降机构放下桩腿2，使桩腿2底部的垫板4与海底面接触，并根据海上风浪预报情况向海底施加一定的压力，将平台适当“站起”，从而将平台的垂向运动限制到最小。同时控制装置将斜拉索4张紧，为桩腿2提供垂直方向的刚度，并配合全回转推进器限制波浪和流对作业平台1产生的水平方的扰动。所述作业平台1还包括作业设备，所述作业平台1包括多个全回转推进器，可自主航行，具有动力定位能力。作业平台1无锚定设备。

如图3所示，可升降机构为直接升降式，桩腿2穿过作业平台1进行升降，升降装置可为齿轮与齿条配合的方式，也可是液压装置与销钉配合的方式。

垫板4为一平板，平板的形状可以为矩形、圆形、平行四边形、不规则形状等等，垫板4的面积要足够大。桩腿2上的所有所述垫板4的面积不小于所述海底承受作业平台25％自重的压力所需的面积，即垫板4与海底接触，海底受到垫板4或作业平台1的压力，因海底地质状态的不同，海底需要一定面积承受所述压力保证所述作业平台1不会下沉。

在每个桩腿2与垫板4之间有四条斜拉索4，作业平台1在斜拉索4、全回转推进器、摩擦力的作业下，限制作业平台1的水平移动。

需要说明的是，作业平台1的桩腿也可为3条，均匀分布在平驳船或航岛浮式结构的底部。3条桩腿的设置一般适用于所有形式的作业平台1。

Claims (5)

1.一种可站底的海上作业平台，其特征在于，包括具有超大水线面积的用于海上工程浮动作业的作业平台，作业平台宽度与长度之比不小于0.5倍，有良好的耐波性能，所述作业平台包括可站底装置、全回转推进器；所述可站底装置包括至少3条站立桩腿、桩腿升降机构、桩腿控制装置；所述站立桩腿分散设置在所述作业平台的底部，所述桩腿升降机构与所述桩腿连接，用于升降所述桩腿；海上作业时，所述作业平台漂浮于海面，所述桩腿底部连接有与海底接触的垫板，所述垫板为平板结构，每条站立桩腿包括不少于4条斜拉索，所述斜拉索的一端连接所述垫板，另一端连接作业平台或所述桩腿，所述桩腿控制装置控制所述桩腿升降机构；所述作业平台可自主航行，具有动力定位能力。

2.根据权利要求1所述的平台，其特征在于：所述作业平台为多浮体航岛浮式结构或超大平板驳结构，所述航岛浮式结构包括下部浮体结构、上部结构和中间连接结构，所述下部浮体结构包括至少5个浮体，各浮体间隔一定距离；所述下部浮体结构呈超大水线面积形态，所述上部结构为框架结构或者箱体结构；所述中间连接结构在空间分散布置，所述中间连接结构与所述上部结构以及所述下部浮体结构相互连接成整体。

3.根据权利要求1所述的平台，其特征在于：所述桩腿升降机构为垂直升降机构。

4.根据权利要求1所述的平台，其特征在于：所述作业平台无锚定设施。

5.根据权利要求1所述的平台，其特征在于：所有所述垫板的面积不小于所述海底承受作业平台25％自重的压力所需的面积。

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