潮間帶風電場施工中的場內運輸方式淺析

汪 睿，張志和，胡穎博，鐘 耀（.中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南 長沙 4004；.中國電建集團中國水電建設集團新能源開發有限責任公司，江蘇 南通 646；.長沙順達新材動力技術有限公司，湖南 長沙 40005）

潮間帶風電場施工中的場內運輸方式淺析

汪 睿1，張志和2，胡穎博3，鐘 耀1
（1.中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南 長沙 410014；2.中國電建集團中國水電建設集團新能源開發有限責任公司，江蘇 南通 226461；3.長沙順達新材動力技術有限公司，湖南 長沙 410005）

本文介紹了在潮間帶風電場施工中常用的幾種場內交通運輸方式，從社會、經濟和可操作性等方面進行對比分析，重點說明灘涂通道器材在潮間帶風電場施工的應用。通過在實際工程中的施工進行總結和展望，闡述了施工過程中遇見的問題，并提出相應的解決方案，為日后潮間帶乃至近海工程的施工提供借鑒，具有一定的現實指導意義。

潮間帶；灘涂；兩棲式；通道器材；交通運輸

引 言

潮間帶即為大潮期的最高潮位和大潮期的最低潮位間的海岸，也就是海水漲至最高時所淹沒的地方開始至潮水退到最低時露出水面的范圍。潮間帶風能資源豐富，已經成為海上風電開發的重要組成部分。潮間帶風電場的施工環境位于海洋和陸地之間，由于漲潮時海浪與海風的嚴重干擾，給施工帶來了很大的影響［1］。因此，潮間帶風電場既不能機械地照搬陸上的施工方式，也無法達到深水海上風電場施工要求，這決定了在施工過程中必須采用特定的方式實現場內的交通運輸。

1 場內交通方式比選

由于需要運輸人員、設備和大量的建筑材料進場，在考慮場內交通運輸方式的時候必須考慮時起時落的潮水環境。現階段可采用的方法大致歸納為以下4種：修筑臨時道路、采用兩棲施工和運輸設備、采用淺吃水平板駁船趁潮運輸進場和采用灘涂通道器材。

1.1 修筑臨時道路

修筑臨時道路的方案多用于陸地風電場，也可應用于近岸幾乎無水或水深極淺的區域。在應用于潮間帶風電場時，一方面存在破壞周邊灘涂的生態環境的可能性，另一方面由于潮水的沖刷和掏蝕作用，修筑的臨時道路很容易被沖垮，且長期循環往復浸泡在水中土的承載力也會相應降低。并且，采用“素土”修筑道路時，由于其遇水后變成淤泥，無法進行填筑壓實，難以達到設計要求的壓實度要求［2］。因此，在考慮修筑臨時道路的方案用于潮間帶風電場建設時應極為慎重。

1.2 采用兩棲施工和運輸設備

1）設備簡介［3］

根據潮間帶灘涂特性，三一電氣研制了一系列專用設備，由2臺灘涂運輸車、1臺履帶式打樁機、1臺130 t履帶吊車和1臺立柱式起重機組成，目前立柱式起重機還在研發當中。

①灘涂運輸車：可用于運輸風機塔筒、輪轂和葉片等零部件及PHC管樁。

SYTY90運輸車自重120 t；

涉水深度≤2.5 m；

最大載重90 t；

外形尺寸20.5 m×8 m×5.5（6.75） m；

行駛速度0～5 km/h。

②履帶式打樁機：適用于打樁長度不大于15 m，樁徑不大于800mm的各類管樁。

SYTZ800灘涂打樁機自重100 t；

回轉半徑≤8.5 m；

行駛速度1.5 km/h；

工作水深≤2.5 m；

配裝D100柴油錘。

③兩棲式履帶吊：可滿足大部分風機吊裝要求；在無水和水深2.5 m以下灘涂路面行駛和工作，最大行駛速度為2.5 km/h；裝備GPS路線管理系統，優化行駛路線，保證作業效率和安全性。

SYTQ130兩棲起重機自重100 t；

轉場速度2.0 km/h；

外形尺寸19 m×8 m×5.8 m；

最大起重能力130 t。

④立柱式起重機：在無水和水深2.5 m以下灘涂路面行駛和工作，最大行駛速度為2.0 km/h；裝備GPS路線管理系統，優化行駛路線，保證作業效率和安全性。

SYTQ100100-H兩棲起重機自重210 t；

外形尺寸16.6 m×8.5 m×3.2 m；

額定起重量×工作半徑為125 t×18 m；

工作風速≤13.8 m/s；

額定起重性能為100 t/100 m。

2）設備特點分析

經試驗，運輸車空載和滿載時運行狀況良好，打樁機和履帶吊測試期間也一切正常，一旦立柱式起重機研制成功，那么以上設備將在一定程度上滿足潮間帶施工的要求。

但是以上設備還存在如下缺陷：

①無法驗證上述設備具有跨越海溝的能力，尤其是對于深度大、尺寸寬的海溝。大多數適宜建設潮間帶風電場的灘涂區域或多或少分布著尺寸、大小和深度不一的海溝，這嚴重制約了上述兩棲設備的實用性；

②由于灘涂泥面承載力小，履帶式設備在灘涂上行走時會留下較大尺寸車轍痕跡，這對于開放式海產養殖影響較大，在實際施工過程中，易受當地政府和漁民的索賠，所需費用難以估量；

③履帶式運輸車行駛速度為0～5 km/h，行駛速度慢，運行時間長，難以滿足混凝土澆筑時間間隔的要求，顯然不適用于采用混凝土重力式基礎的風電場建設。

綜上所述，采用兩棲設備成本高，且運輸消耗的時間長，尤其在采用混凝土重力式基礎的風電場建設中具有很大的局限性。一旦上述意外成為現實再調整施工方案勢必嚴重延誤工期，給項目工程帶來很大程度的不確定性，因此，采用兩棲運輸和施工設備也不是潮間帶風電場施工的最佳方案。

1.3 采用淺吃水平板駁趁潮運輸進場

淺吃水駁船在近海風電場的建設中的應用較為廣泛，它可以趁潮進場，退潮時坐灘，正常運輸時自身最小吃水深度約為1 m。平板駁船自身無驅動力，需要錨艇或者拖輪進行拖運，錨艇和拖輪正常行駛時的吃水深度一般達到2.5 m以上。

因此，采用淺吃水平板駁船趁漲潮運輸進場的方案時施工時間受潮水制約，混凝土基礎在澆筑時間隔時間不能太長，并且在江蘇省部分沿海灘涂上也有即便漲潮時也無法達到拖輪及錨艇最小吃水深度的區域，因此，該方案的適用性也受到了一定的限制，在采用前要做好充分的調研和論證工作。

1.4 采用灘涂通道器材

灘涂通道器材，主要用于潮間帶風電場建設物料運輸，解決在近岸泥濘軟基灘涂上構筑通道保障物料運輸的問題。灘涂通道主要器材由密閉鋼結構箱體模塊拼接組成，在模塊內部結構布置上充分考慮了強度、剛度、排水、連接件、功能件布設等技術要求，單元模塊之間采用鉸接連接，以保證單元間在灘涂上順利連接以及在松軟泥濘灘涂上保障重型車輛安全通行。

通道以分解狀態運輸，可在退潮時輔以吊車，逐塊連接拼裝；若通道模塊可漂浮，可在高潮時節鋪設構筑，由淺吃水動力舟艇提供動力支持，牽引至通道軸線投錨固定，或者人工撐移漂浮的通道分段撐至軸線連接投錨固定。灘涂通道器材各主要作業參數如下：

1）作業能力

承載能力局部550 kN；

軸壓14 t；

單行通道行車速度≤50 km/h；

雙行道行車速度≤30 km/h。

2）主要技術參數

通道器材全寬7.5 m；

車行部寬7.0 m；

外形主尺度7.5 m×2.5 m×0.2 m；

模塊自重≤35 kN。

3）適應性要求

灘涂承載能力≥0.02 MPa；

適應的環境溫度范圍-10～45℃；

海浪為3級海況下限；

波高H1/3≤0.5 m；

波浪周期T≤5 s；

海流≤1節。

4）生存海況條件：

海浪為4級海況中下限；

波高H1/3≤1.5 m；

波浪周期T≤6 s；

海流≤4節。

2 工程實例分析

2.1 工程簡介

中水電如東海上風電場（潮間帶）100 MW示范項目位于江蘇省如東縣北凌外灘，小洋口閘以西的潮間帶區域，場址沿海岸線方向直線距離長約7 km，垂直海岸線方向（離岸）寬約3.7 km，場址范圍總面積約16.1 km2。場區地勢平坦，地面高程在-0.5～4 m之間。

2.2 地形地質條件

根據GB18306-2001《中國地震動參數區劃圖》（2008年修訂版），風電場 50年基準期超越概率10 %的地震動峰值加速度為0.10g，相應地抗震基本烈度為Ⅶ度。根據GB50011-2001《建筑抗震設計規范》設計地震分組為第一組。

根據鉆孔揭露的地層結構、巖性特征、埋藏條件及物理力學性質，結合原位測試成果、室內試驗和區域地質資料，勘探深度內50 m均為第四系沉積物，本場區勘探深度范圍內上部①～②層為第四系全新統（Q4）沖海相粉土、粉砂，下部為晚更新世（Q3）陸相、濱海相沉積物。

2.3 基礎形式選型

本工程近岸 20臺風機采用低樁高臺柱式風機基礎，為本文重點關注和研究對象；工程場區西北側水深較大的區域的 12個風機機位采用五樁導管架式基礎，不在本文的研究范圍。

2.4 灘涂通道應用技術要點

1）通道模塊結構

圖1 灘涂通道模塊結構

灘涂通道模塊為全封閉箱型結構，寬7 500mm，長2 500mm，高200mm，重3.4 t。灘涂通道模塊由折邊鋼構成周邊主體框架，內部橫向設有4道隔板，縱向設有 14道隔板，為了便于與底板焊接，隔板橫截面為倒T形。縱橫隔板組成承重骨架。模塊甲板上設置防滑條。模塊兩側對角線位置開有放水孔，縱向端部設有6組單雙耳連接接頭，橫向設有2組連接接頭，模塊化設計，便于通道模塊之間的連接，如圖1所示。

2）通道敷設要點

灘涂應平整，無塊石等突出物，若遇塊石等突出物或坑、溝、槽等應先將其整平，再進行鋪設，確保通道器材與灘涂接觸良好受力均勻。如遇海溝溝坎等突變處，應將其修整成與通道軸線一致的正交順坡，禁止通道扭曲，在地基上鋪上土工布或其他土工合成材料，土工布寬度應大于通道寬度，土工布上再鋪上沙袋護基、護道，防止海浪沖刷通道地基。由于土工布等合成材料在鋪設時，如有褶皺將不利于其強度的發揮［4］，因此，在鋪設前應先平整場地，保證土工合成材料的平順。

3 問題與解決方案

3.1 通道轉彎

根據通道生產廠家聽過的灘涂通道器材使用手冊，鋪設通道時，運送通道模塊的車輛停于吊車的后方，作業人員將吊繩鉤在通道模塊四個角的吊環上，指揮吊車將模塊吊起至前方，對準前面已鋪設通道模塊的單雙耳，插入耳板釘銷，再插入保險銷固定，即完成模塊間的連接作業。根據以上方法，通道只能成直線前行。在實際的施工過程中，往往要避開海溝或者航道或者由于其他原因需要拐彎。

根據本工程實際施工過程，在潮水不大的潮間帶區域，通道器材之間可以不用完全固定，而由于自重較大，一般不存在被潮水沖走的情況，從而錯開角度，以實現通道轉彎前行。但是在錯開的區域應當拋達到一定粒徑的塊石，防止通道器材受到沖刷而被掏空。

3.2 灘涂通道器材的銹蝕

通道器材伴隨著工程施工全過程，周期較長，且通道器材所處的區域多位于浪濺區，長時間的海水作用使器材很容易銹蝕，銹蝕情況見圖2。

對于通道器材的銹蝕應加強防腐蝕，不僅在表面要噴涂防腐涂層，而且還應該設置犧牲陽極塊減緩通道器材板的腐蝕速度，并定期對通道器材進行保養，清除鐵銹和補漆的工作。

3.3 跨越海溝

在實際工程的推進過程中，最大的問題在于如何跨越深度和寬度不一的海溝。

圖2 銹蝕中的通道器材

下面根據所跨海溝的尺寸，分別提出相應的處理方案。

1）寬度a≤6 m，深度h≤0.5 m

圖3 跨小海溝示意

由于尺寸較小，深度較淺，如圖 3。在某一特定機位施工工期內地基的沉降不會太大，因此可在其上直接鋪設通道模塊，但是需要做好通道器材周邊的防護工作，可在周邊鋪設袋裝塊石加強護腳。

2）寬度a＞6 m，深度h＞0.5 m

由于海溝跨度和深度較大，如圖 4。這種類型的海溝漲潮時海流流速一般都比較大，若采用直接鋪設的方案，通道器材底下和兩頭容易在潮水的沖刷下被掏空，從而造成通道器材更大程度的懸空，當大、重型機械設備在其上行駛時容易造成塌陷或者錯位。

本工程采用的方案為，先在海溝底部吹填沙袋，在其上鋪設一層通道器材，起找平和增加地基承載力的作用，再在其上等間距均勻分布多個水泥墩作為支撐，最后在水泥墩上再鋪設通道器材，水泥墩的高度應盡可能保證上層通道器材頂面高程與兩頭的通道器材基本保持一致，方便運輸車輛的通行。

圖4 跨大尺寸海溝示意

實踐證明，以上措施均滿足工程要求，可在一定程度上進行推廣應用。

4 抗沖刷計算

由于本工程地處潮間帶，通道器材周圍受到水流和波浪的聯合沖刷作用，可考慮采用塊石進行護腳。根據GB50286-98《堤防工程設計規范》，在水流作用下，防護工程護坡、護腳塊石保持穩定的抗沖粒徑（折算粒徑）可按下式計算：

式中：

d為折算直徑，按球形折算；

V為水流流速，本工程最大水流流速取值為1 m/s；

g為重力加速度，為9.81 m/s2；

C為石塊運動的穩定系數，當底坡水平時取0.9，底坡傾斜時為1.2；

s

γ為石塊的重率，取2.65 t/m3。

經計算得塊石穩定粒徑應不小于0.09 m。

根據 JTS 154-1-2011《防波堤設計與施工規范》，斜坡堤前波浪底流速可按式（2）計算：

根據表 1，堤前護底塊石的穩定重量應取為60kg。

表1 堤前護底塊石的穩定重量和底流速的關系

斜坡堤護面層的厚度可按式（3）計算：

式中：

H為設計波高，取波高最大值2.07 m/s；

L為計算波長，22.3 m/s2；

D為堤前水深，3.11 m；

h為護面層厚度；

n'為護面塊體層數，取值為2；

c'為塊體形狀系數，取1.0；

W為單個塊體的重度；

γb為護面塊體的重度，取2.65 t/m3。

5 結 語

通過中水電如東海上風電場（潮間帶）100 MW示范項目二期工程的實際施工驗證，采用灘涂通道器材實現潮間帶風電場場內運輸的方案是切實可行的，這為潮間帶區域施工的場內交通的實現開辟了一個新的思路，同時也為日后類似的近海工程的實施提供了參考和借鑒，具有一定的現實意義。

［1］陳居森.響水風電場潮間帶風電機組基礎施工技術［J］.水利水電科技進展，2010，（S2）：59-61.

［2］馮致海，蔣愛民.土工格柵在潮間帶風電場道路施工中的應用［J］.水利水電施工，2010，6：9-95.

［3］林曉強，周貞，周熔.關于如東海上風電場施工方案的探討［J］.中國水運，2014，11：331-333.

［4］劉航軍，程慧玲.沿海潮間帶風電場土建施工技術研究與應用［J］.水利水電施工，2010，6：1-14.

［5］姜斌.淺談江蘇東臺風電場潮間帶施工［J］.中國高新技術企業，2012，25：113-114.

［6］周穎，齊志誠，梁花榮.某潮間帶風電場風機基礎高平臺設計［J］.工程建設和設計，2014，12：55-58.

Brief Analysis of Internal Transport Means in Construction of Wind Power Farm around Intertidal Zone

Wang Rui1，Zhang Zhihe2，Hu Yingbo3，Zhong Yao1
（1.Power China Zhongnan Engineering Co.，Ltd.，Changsha Hunan 410014，China； 2.Power China Sinohydro Rennwable Energy Co.，Ltd.，Nantong Jiangsu 226461，China； 3.Changsha Shunda New Material Power Technology Co.，Ltd.，Changsha Hunan 410005，China）

An introduction is made to several internal transport means commonly used in construction of wind power farm around intertidal zone.Those transport means are compared and analyzed from the aspects of society，economy and operability in order to explain the application of equipment and material for building shoal passage in the construction of wind power farm around intertidal zone.By summarizing the construction process and prospecting the future engineering，the problems in the construction are reviewed and the solutions are put forward.The research results will offer guidance on the construction of intertidal zone and offshore projects.

intertidal zone； shoal； amphibious type； equipment and material for building passage；communications and transport

U655.4

A

1004-9592（2016）05-0073-05

10.16403/j.cnki.ggjs20160519

2016-02-22

汪睿（1987-），男，工程師，主要從事海上風電及海洋工程結構物設計與制造工作。