CN209178966U - 适用于深水海域浮托法安装的大型海上平台整体式导管架结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了适用于深水海域浮托法安装的大型海上平台整体式导管架结构，所述整体式导管架由主导管、钢管桩、横撑、斜撑连接成整体；所述整体式导管架的上部为浮托法进船区，下部为导管架连通区；所述整体式导管架的主导管布置在平台纵向的两翼，并在内侧主导管中间预留一定的中空区域，以保证浮托法安装时驳船的进出；下部连通区为多层桁架结构，通过该桁架结构将两侧主导管连接成整体。本实用新型既适用于深水区域浮托法安装海上平台，也保证了深水海域导管架的结构整体性要求，能承受上部电气平台传递下来的竖向力以及环境荷载引起的水平力。本实用新型提供的整体式导管架结构型式及其安装方法同样适用于其它深水海域布置的大型海洋平台结构。

Description

适用于深水海域浮托法安装的大型海上平台整体式导管架 结构

技术领域

本实用新型属于海上风力发电领域，具体涉及一种适用于深水海域浮托法安装的大型海上平台整体式导管架结构。

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。

随着我国海上风电的快速发展，近海、浅海风电资源将逐渐被开发殆尽，将来我国海上风电的发展趋势必将离岸越来越远、水深越来越深，预计2018年以后我国将逐步在水深50m以上的海域建设海上风电场。此外，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。传统采用大型起重船吊装的方案将受到吊机设备的限制，此时需要采用浮托法对大型电气平台进行海上安装。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。对于小型海上电气平台，传统做法是在平台中心正下方布置整体式导管架；但对于万吨级大型海上电气平台，上述基础型式会导致平台两翼的悬臂结构过长，一方面会制约电气平台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，传统整体式导管架基础无法采用浮托法对大型海上电气平台进行安装。总体而言，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；特别是对于深水海域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深水海域浮托法安装的大型海上电气平台导管架基础结构型式。

实用新型内容

本实用新型首先要解决的技术问题是：针对深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，可用于浮托法安装的大型海上平台整体式导管架结构。

本实用新型所采用的技术方案是：适用于深水海域浮托法安装的大型海上平台整体式导管架结构，其特征在于所述整体式导管架由主导管、钢管桩、横撑、斜撑连接成整体；

所述整体式导管架的上部为浮托法进船区，下部为导管架连通区；所述整体式导管架的主导管布置在平台纵向的两翼，并在内侧主导管中间预留一定的中空区域，以保证浮托法安装时驳船的进出；下部连通区为多层桁架结构，通过该桁架结构将两侧主导管连接成整体。桁架层数根据水深和平台整体受力特性确定。所述下部连通区的第一排水平横撑高程需根据浮托法安装驳船的吃水深度确定。

所述整体式导管架的主导管之间通过水平横撑和斜撑连接。

所述整体式导管架横向采用多排桩、多榀导管架结构以保证横向的水平刚度。

所述整体式导管架纵向外侧及横向两侧设有靠船平台，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，钢管桩采用直桩。所述主导管的内部设置钢管桩的导向结构，导向结构布置高程位于导管架的水平横撑附近，且沿主导管内壁环向均匀布置。

所述主导管沿长度方向布置有多个灌浆孔，所述整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，在主导管底部设置有灌浆封隔器，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LMU，用于浮托法安装时上部平台柱腿与导管架的缓冲对接。

所述整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。

本实用新型另一个所要解决的技术问题是提供一种适用于深水海域浮托法安装的大型海上平台整体式导管架结构的安装方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)确定导管架的安装位置，对安装位置的海床面进行找平；

(2)采用吊装方式将整体式导管架沉放至海床，并对导管架进行调平；

(3)在导管架的主导管内插入钢管桩，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；

(4)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；

(5)在主导管和钢管桩之间的间隙内灌注高强细石混凝土，使所述导管架与钢管桩紧密连接；

(6)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。

本实用新型针对深水海域安装的大型海上电气平台，为50m深以上深水区域提供了一种结构上安全可靠，施工便捷，可用于浮托法安装的大型海上平台整体式导管架结构。该结构上部为浮托法进船区，下部为导管架连通区，既预设了浮托法安装时的驳船进退空间，也保证了深水海域导管架的结构整体性要求，使其具有足够的刚度来承受上部电气平台传递下来的竖向力以及环境荷载引起的水平力。本实用新型提供的整体式导管架结构型式及其安装方法同样适用于其它深水海域布置的大型海洋平台结构。

本实用新型的整体式导管架上部浮托法进船区的主导管布置在大型电气平台两翼，较传统平台正下方布置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。采用多排桩、多榀导管架结构型式可有效保证整体结构的水平刚度，可显著提高整体式导管架的承载能力。

本实用新型导管架的主导管外侧设置有灌浆管线，可以从水面以上直接对水下部分灌浆，灌浆施工方便；灌浆管线直接连通主导管的上中下三个区域，保证灌浆效果。

附图说明

图1是本实用新型适用于深水海域浮托法安装的大型海上平台整体式导管架结构实施例的纵向立面图，其中，因防沉板被导管架的下水平横撑完全遮蔽，因此未展现。

图2是本实用新型适用于深水海域浮托法安装的大型海上平台整体式导管架结构实施例的横向立面图，其中，因防沉板被导管架的下水平横撑完全遮蔽，因此未展现。

图3是本实用新型实施例中主导管内壁导向块布置局部示意图。

图3a是图3的A-A剖视图。

图3b是图3a的B-B剖视图。

图4是本实用新型实施例中灌浆管线、灌浆封隔器以及剪力键布置局部示意图。

图4a是图4的局部放大图。

图5是图1所示实施例浮托法进船区的俯视图。

图5a是防撞护舷装置的示意图。

图5b为图5a的A-A剖视图。

图5c为图5的B-B剖视图。

图6是实施例中整体式导管架底部防沉板示意图。

具体实施方式

如图1～图6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50m。海上电气平台1为整体封闭式结构，其尺寸为长88m×宽72m×高36m，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6所示，本实施例的整体式导管架2设置有主导管3、钢管桩4、横撑5、斜撑6、防沉板21、导向块13、灌浆管线14、灌浆封隔器16、防撞护舷10、靠船平台8、9、导向架20和桩腿耦合装置LMU11。

所述整体式导管架由主导管3、钢管桩4、横撑5、斜撑6连接成整体。

如图1～图2所示，整体式导管架2的上部为浮托法进船区，下部为导管架连通区。上部浮托法进船区的主导管3布置在平台纵向(长方向)的两翼，并在内侧主导管中间预留一定的中空区域100，以保证浮托法安装时驳船7的进出。下部连通区为双层桁架结构，通过该双层桁架结构将上部进船区的两侧主导管3连接成整体。导管架2的主导管3内部插入钢管桩4，作为优选方案，如图1～图2所示，平台内侧和外侧各布置六根直桩4；横向采用三榀导管架结构以保证横向的水平刚度；整体式导管架2采用五排水平横撑5以及斜撑6组合的格构型式，并通过十二根钢管桩4固定至海床。

如图1～图2和图5、5a、5b、5c所示，整体式导管架2纵向外侧及横向两侧设有靠船平台8、9；内侧设有防撞护舷装置10，防撞护舷装置10的纵向间距比浮托法安装驳船7的型宽大20cm左右，以此保证在浮托法安装过程中驳船7与两侧护舷10之间的间隙保持在10cm左右，从而防止涌浪引起驳船和平台晃动对导管架2的撞击，防撞护舷装置10表面需安装防撞橡胶垫19，这样，可防止浮托法安装驳船对导管架的碰撞损伤；在导管架2的进船侧安装导向架20，在浮托法安装时起到引导作用，可使驳船7顺利进入整体式导管架2内部。

如图3、3a、3b所示，在主导管3与水平横撑5连接处的内壁设置三道导向环12，导向环12由若干个导向块13沿主导管3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12布置十二个导向块13，底部的导向块13应在灌浆封隔器16的上部。

如图4、4a所示，整体式导管架2的主导管3外侧布置有灌浆管线14，在主导管3 的上中下三个区段各设有一个灌浆口15；在主导管3底部设置有灌浆封隔器16，防止灌浆时灌浆料漏出；主导管3内部插入钢管桩4，两者之间通过灌注高强细石混凝土连接；主导管3内壁和钢管桩4外壁设置多道剪力键17，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17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顶部安装桩腿耦合装置LMU11，用于浮托法安装上部平台1时将荷载从驳船7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6所示，整体式导管架2在底部水平横撑面设有防沉板21，防止打桩时导管架2的不均匀沉降。防沉板21由下部垫梁22和敷设在其上表面的铺板23构成，铺板23 厚度为5mm，在铺板上设置若干出水孔24。

在陆地上制造整体式导管架2，在导管架2的主导管3内已设置了所述导向块13 和剪力键17。本实施例中整体式导管架2的安装包括以下步骤：

(1)确定导管架2的安装位置，对安装位置的海床面进行找平；

(2)采用吊装方式将整体式导管架2沉放至海床，并对导管架2进行调平，调平后导管架2水平度偏差≤0.2％；

(3)在导管架2的主导管3内插入钢管桩4，然后依次打桩；沉桩过程中应随时监测导管架2的水平度，并根据导管架2的水平度调整打桩顺序；

(4)对所述导管架2进行精细调平，使沉桩后导管架2的水平度偏差≤0.5％；所述钢管桩4沉桩到位后，对钢管桩4上端面平齐切断，通过皇冠板18将桩壁与主导管壁焊接；

(5)在主导管3和钢管桩4之间的间隙内灌注高强细石混凝土，使所述导管架2 与钢管桩4紧密连接；

(6)在切平后的钢管桩4顶面安装桩腿耦合装置LMU11，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整体式导管架2安装就位后，通过驳船7搭载海上平台1进入所述整体式导管架2中间的浮托法进船区进行浮托法安装，并通过LMU11完成荷载转移，使得海上平台1的柱腿和整体式导管架2的主导管3对接。

以上实施例仅为本实用新型的一种较优技术方案，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本实用新型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，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.适用于深水海域浮托法安装的大型海上平台整体式导管架结构，其特征在于所述整体式导管架由主导管、钢管桩、横撑、斜撑连接成整体；

所述整体式导管架的上部为浮托法进船区，下部为导管架连通区；所述整体式导管架的主导管布置在平台纵向的两翼，并在内侧主导管中间预留一定的中空区域，以保证浮托法安装时驳船的进出；下部连通区为多层桁架结构，通过该桁架结构将两侧主导管连接成整体。

2.如权利要求1所述的适用于深水海域浮托法安装的大型海上平台整体式导管架结构，其特征在于所述整体式导管架横向采用多排桩、多榀导管架结构以保证横向的水平刚度。

3.如权利要求1所述的适用于深水海域浮托法安装的大型海上平台整体式导管架结构，其特征在于所述主导管的内部设置钢管桩的导向结构，导向结构布置高程位于导管架的水平横撑附近，且沿主导管内壁环向均匀布置。

4.如权利要求1所述的适用于深水海域浮托法安装的大型海上平台整体式导管架结构，其特征在于所述整体式导管架纵向外侧及横向两侧设有靠船平台，内侧设有防撞护舷装置，在进船侧安装导向架。

5.如权利要求1所述的适用于深水海域浮托法安装的大型海上平台整体式导管架结构，其特征在于所述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，在主导管底部设置有灌浆封隔器，主导管内壁和钢管桩外壁设置多道剪力键。

6.如权利要求5所述的适用于深水海域浮托法安装的大型海上平台整体式导管架结构，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；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。

7.权利要求1所述的适用于深水海域浮托法安装的大型海上平台整体式导管架结构，其特征在于其底部设置有防沉板，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。