北京小张 风电导管架预制施工工艺与装配优化研究 4200

风电导管架预制施工工艺与装配优化研究摘要：通过研究风电导管架工程施工概况，以某海上风电工程项目为核心，探索风电导管架预制施工计划安排的合理性。与此同时，梳理风电导管架预制施工工艺要点，同时根据导管架的施工情况，提出装配优化策略。以期为类似风电导管架工程建设提供参考。关键词：风电工程；导管架；预制技术；装配要点；优化策略前言在海上风电项目建设过程中，很多因素都会对施工质量与施工效率产生极大影响。其中风电导管架作为风电项目施工的重要组成之一，其是否如期完成会直接影响工程项目的建设效益。风电导管架预制施工工艺越来越完善，在导管预制施工方案制定时，需要根据项目的具体需求对工艺要点与装配优化策略进行梳理，加强导管架施工过程管理与控制，为保证风电项目整体施工质量奠定基础。1风电导管架预制工程概述在本次研究中，海上风电工程项目标段中有25个导管架基础，其中12mw风电导管架基础通过钢管桩+内插式导管架形式进行安装。导管架的高度为52～67m，导管架的重量为150t，相邻两桩之间的距离为30m，桩的直径为3.3m，壁厚为35mm～55mm，桩长为71.2m～85m。在实际施工过程中，每一根桩为251.98～293.25t，在计算时，按照招标文件中的296t/根进行考虑。在导管架主导管布置过程中，主要利用双线布置方式，导管架主体结构利用船用钢板DH36型钢，每一个主导管架腿外侧还需要设置灌浆管，将灌浆管插入段底部并完成灌浆分隔器件设置工作。上部导管架的结构利用内插插入桩基础进行施工。等到导管架过渡段按塔筒水平度完成初步调整工作后，利用灌浆管完成插入端和桩之间的环形空间灌浆工作。在导管架的顶部需要预设和风机塔筒连接的法兰。此外，考虑到海上风电项目中波浪和风机底部设备的布置需求，基础顶标高为23.2m[1]。2风电导管架预制施工计划在本次工程项目中，风电导管架的预制施工计划如下：2.1钢管桩预制计划在本次施工中拟计划投入两个面，完成风电导管架钢管桩预制。在工程中25个机位钢管桩选择某专业预制厂完成预制。预制厂的生产能力满足工程需求，能够避免对工期产生负面影响。2.2导管架预制计划在施工中拟计划投入两个面完成风电导管架预制施工，25个机位导管架加工选择6个工厂进行预制施工。预制厂的生产能力能够满足工期要求，避免出现超期情况。2.3导管架基础钢结构运输计划为了对钢管桩和导管架基础结构进行有效运输。根据本工程施工过程中的25个机位钢管，将选择5000t运输驳完成运输工作。在运输操作过程中，高峰期配备4条运输船，每船运输两个机位的钢管桩。此外，本工程25个机位导管架利用14,000t运输驳完成运输工作，高峰期配备3条运输船。每一条运输船完成3个机位的导管架运输工作。此次设计的运输方案运输能力比较丰富，能够保证工期。3风电导管架预制施工工艺要点3.1导管架安装方案可行性分析在本次风电导管架预制施工过程中，采用勇建3000和、秦航工2300作为主要起重船进行导管架安装，秦航工5000作为备选船辅助安装作业。船舶就位后可以及时进行施工，施工效率比较高，能够有效控制起重船的起重能力，满足施工要求。在调整就位过程中，方位角误差比较大的情况下，可以随时通过绞锚完成方位角调整作业，确保方位角调整后，利用缆风绳进行精细调整。在导管架在安装过程中具体参数如下：此次工程施工过程中的导管架共有25台，根据招标文件的工程量清单信息，明确内插式导管架的重量每一台为1500t，高度大约为52～67m。在吊装方案的可行性分析过程中需要按照每一台导管架1500t、高度为67m进行计算。秦航工2300在主钩作业过程中工作半径为62.9～83.3m时，吊重为1800～2300t时，起吊高度为102.2～115m，起重以及吊高性能都与本工程导管架的施工要求相符合。按照起重船的起重性能参数进行可行性分析，发现勇建3000通过主钩进行全回转作业，如果工作半径为35m，吊装重量为1760t，起吊高度达到112m，与本次导管架吊装施工要求相符合。秦航工5000在主钩回吊过程中，半径为32.5m时，吊重为3000t，起吊高度在甲板以上119.92m，起重以及吊高性能也能够满足本次工程导管架的施工要求[2]。3.2导管架制作要点在导管架预制过程中，需要根据工程项目的具体要求确定预制计划。此次施工过程中，先在预制厂完成导管架预制工作，之后通过14,000t以上的运输驳完成水路驳运一直到施工现场。在运输过程中，运输驳船形尺寸比较大，能够抵抗较大风浪，能够适应外海海域的钢结构运输环境，降低在运输过程中对风浪条件的要求，对保证运输的稳定性和安全性有积极作用，可以确保工程如期完成。完成导管架运输工作后，需要对导管架进行组装。预制的管架在组装过程中，下节段以及中节段预制利用卧造法完成预制，完成的下节段和中节段，通过吊装翻身后进行合拢。而上阶段在预制厂的车间主要通过正造法完成预制操作。在预制完成后，上节段运输到施工场地，吊装上节段至中间节段顶部与其进行合拢。在靠船件和登船器以及其它附件安装工作完成后，需要进行涂装操作，并将预制件滚装上船进行加固。3.3导管架装配要点在风电导管架装配施工过程中，需要从以下角度出发，保证施工作业顺利进行：完成桩基测量以及数据反馈工作。钢管桩沉桩作业后，对钢管桩平面位置以及标高进行测量。同时需要焊接导管架各支腿调平垫块，对导管架的垫块厚度进行调整，确保导管架不同支腿的各支面标高和桩顶标高相吻合。然后将测量获取的数据反馈到导管架的预制厂家，对导管架的腿柱进行编号，对应施工现场的钢管桩。利用调节导管架支腿顶板下的钢板厚度控制导管架吊装后的调平精度。现场船舶就位要点。在现场船舶就位过程中，需要根据实际风向以及流向开展操作。起重船抛锚完成后，导管架运输船进入现场时，起重船和运输船需要侧靠或者利用顶靠方式完成安装作业。桩盖拆除与清理工作。在实际施工过程中，潜水人员需要先拆除4个桩盖，同时要测量钢管桩桩内泥面标高。根据灌浆区间的底面高程对需要进行清理的淤泥厚度进行确定。根据本次工程施工之前的地质资料，可以确定需要清理的土质为淤泥，饱和流塑特点比较强。根据以往的施工经验，可以利用气体反循环法或者泥浆泵清理方式完成泥浆清理工作。气体反循环法主要通过高压水枪进行搅动，空压机向搅动起的泥浆内压入空气，空气可以带动泥浆移出桩内，或者直接将泥浆泵从船边下放，潜水人员配合确保泥浆泵能够进入桩内完成清理工作。导管架起吊。在导管架起吊安装过程中，吊装主要通过单钩进行起吊，平面布置如图1所示。图1导管架平面布置图在本次施工过程中，导管架的支腿长度为一长一中两短，在实际安装时先需要完成最长支腿对位，之后再对位中长度支腿，最后进行其他两条支腿对位。这样可以确保导管架吊装时支腿与水平面垂直，如图2所示。图2导管架支腿对位示意图导管架定位。在导管架安装过程中，定位系统主要通过数字化和可视化软件系统进行操作。指挥起吊之前，要在平台上先完成两个GPS测点布置，顶面法兰面需要布置一台侧倾仪，可以对导管架的安装水平度进行有效测量。导管架起吊后GPS需要实时测定导管架的位置，并结合侧倾仪对导管架起吊过程中的倾斜度进行测量，可以实时反馈导管架4个支腿的具体平面位置和标高。在电脑终端可以显示出GPS的相关数据、侧倾仪实时测量的数据，并将其转化成导管架实时位置和沉桩数据。利用电脑终端定位软件能够形成钢管桩坐标对应位置。按照导管架和钢管桩相对位置数据可以确定起重船对导管架位置的调整量，确保导管架位置对准钢管桩。在牵引起重船和多功能驳时，需要分别与导管架的缆风绳进行连接，缓慢旋转导管架，一直到导管架的支腿导向板与钢管桩对准之后下放导管架，插入钢管桩，完成安装作业。导管架调平和固定操作。在对导管架进行调平和固定操作时，将沉桩标高作为主要控制点对垫块进行微调。这样能够在最大程度上保证导管架基础法兰水平度符合设计要求。完成沉桩作业后，要根据测量获取的桩顶标高在导管架的每一个支腿下方焊接对应厚度的调平垫板。并将标高误差降低在设计范围之内。在导管架安装作业完成后，确保导管架的水平度与设计要求满足。如果因为不可预见因素对导管架水平度产生负面影响，需要根据具体的水平度测量结果进行计算，之后在支腿和钢管桩之间增加调平垫块。4风电导管架预制件装配优化策略4.1钢管桩以及导管架制作质量控制在钢管桩和导管架预制过程中要选择信誉良好、具有生产资质的预制厂进行制作，整桩卷制、整桩出运。钢管桩和导管架的制作必须与设计图纸要求和相关规定符合。钢管桩以及导管架在厂内由龙门吊落驳，大型驳船装运，通过拖轮拖运到施工现场。出厂时需要严格按照相应的质量标准进行验收，并且要随船带产品合格证书。驳船装运时，还需要设置垫木、加撑和系绑等各种措施，避免风浪对构件产生影响，避免构件倾倒损伤。选择满足吊重、抗风浪能力比较强的大型船舶。4.2钢管桩垂直度控制在此次工程施工过程中，稳桩平台的主要作用是辅助钢管桩垂直度控制。可以利用钢桁架作为定向导向架对钢管桩沉桩的垂直度进行严格控制。在本次工程施工过程中，不使用振动锤稳桩，直接利用定位平台完成稳桩操作。通过自动入土、压锤入土、轻击到可调土层，对钢管桩沉桩进行调整，确保钢管桩沉桩操作质量[3]。4.3导管架施工质量控制在导管架就位之前，需要对设计就位参照点的坐标进行测量，如果与设计坐标存在差异，需要立即停止施工并通知业主、监理方、设计方对相关数据进行分析。绝对位置的允许偏差在500mm以下，导管架在打桩之前需要完成调平操作，调平后导管架的水平主偏差要小于0.2%；在沉桩操作过程中需要随时进行监测，并对导管架的水平度进行调整。沉桩完成后，导管架结构顶部水平度不能超过0.25%，验收高差不能超过0.5%。导管架的不同套管方位误差必须在设计方位的±2.5°之内。结束语综上所述，在风电导管架预制施工过程中，需要根据工程概况对导管架施工要求与施工目的进行明确，才能设计出与工程项目符合的导管架预制施工方案。在实际施工时，需要完成导管架预制施工中各机械设备的应用可行性分析，根据分析结果对导管架的施工方法与工艺确定。此外，需要根据风电导管