超大型海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)發(fā)運(yùn)技術(shù)研究及應(yīng)用

南通潤(rùn)邦海洋工程裝備有限公司 江蘇 啟東 226255

引言

根據(jù)國(guó)家能源局出臺(tái)的《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，積極穩(wěn)妥地推進(jìn)海上風(fēng)電建設(shè)，到2020年全國(guó)海上風(fēng)電開(kāi)工建設(shè)規(guī)模達(dá)到1000萬(wàn)千瓦，力爭(zhēng)累計(jì)并網(wǎng)容量達(dá)到500萬(wàn)千瓦以上。根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)2020年、2021年將新增海上風(fēng)電并網(wǎng)容量34.13GW、5.02GW；累計(jì)并網(wǎng)容量將于2020年底、2025年底分別達(dá)到10.84GW、40.34GW。如推進(jìn)順利，前述2025年底累計(jì)裝機(jī)容量（40.34GW）較2018年底（3.63GW）將實(shí)現(xiàn)逾10倍增長(zhǎng)?？梢?jiàn)，我國(guó)海上風(fēng)電建設(shè)將在近幾年迎來(lái)快速發(fā)展的黃金時(shí)期。

1 海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)發(fā)運(yùn)概述

目前國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電基礎(chǔ)主要采用導(dǎo)管架、單樁基礎(chǔ)、高樁承臺(tái)等形式。因單樁基礎(chǔ)承載力高，水平抗彎性好、施工簡(jiǎn)單、對(duì)環(huán)境擾動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被越來(lái)越多的海上風(fēng)電項(xiàng)目所應(yīng)用和推廣[1]。

隨著海上風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)速度加快，項(xiàng)目逐步向深水區(qū)域推進(jìn)，廣東、福建等深水區(qū)域1500T以上單樁數(shù)量不斷增加，如何解決1500T以上超大型單樁發(fā)運(yùn)問(wèn)題顯得越來(lái)越重要。目前針對(duì)1500T以上單樁，國(guó)內(nèi)制樁廠家主要有吊裝、滾裝和滑移三種發(fā)運(yùn)方式?，F(xiàn)就三種發(fā)運(yùn)技術(shù)進(jìn)行研究并在后期項(xiàng)目中應(yīng)用推廣。

2 海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)吊裝發(fā)運(yùn)

海上風(fēng)電單樁吊裝主要分為龍門(mén)吊吊裝和浮吊吊裝兩種形式。龍門(mén)吊吊裝具有吊裝速度快、吊裝平穩(wěn)性好等優(yōu)點(diǎn)。1500T單樁需要配備1800T以上噸位龍門(mén)吊，1800T龍門(mén)吊投資在8000萬(wàn)元以上，建設(shè)周期在1年以上，同時(shí)要求具備水深在6米以上的港池或者船塢條件，在風(fēng)電搶裝潮期間無(wú)法快速適應(yīng)，因投資成本高、建設(shè)周期長(zhǎng)等特點(diǎn)不被較多工廠認(rèn)可。該方案對(duì)于雙樁發(fā)運(yùn)要求運(yùn)輸船舶噸位在8000T以上，該技術(shù)受大風(fēng)、潮水等影響，適合于新建的單樁制造廠家。浮吊吊裝超大型單樁要求吊裝噸位在2500T以上，且要求浮吊桅桿長(zhǎng)，該方案具有吊裝速度快、吊裝安全等特性，受海上打樁的影響，大型浮吊設(shè)備資源緊張、吊裝成本高、碼頭水深大等特點(diǎn)，同時(shí)需配備3-4艘拖輪配合，整個(gè)吊裝過(guò)程組織起來(lái)較為復(fù)雜，目前該技術(shù)方案只在個(gè)別大型國(guó)有企業(yè)使用[2]。

3 海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)滾裝發(fā)運(yùn)

海上風(fēng)電單樁滾裝主要使用軸線車(chē)滾裝技術(shù)。1500T單樁基礎(chǔ)按照1.3的安全系數(shù)，需要軸線車(chē)載重量達(dá)到2000T左右。該技術(shù)一般采用2個(gè)PPU， 至少56個(gè)35T的軸線小車(chē)，要求運(yùn)輸船舶在7000T以上（如雙樁發(fā)運(yùn)需要求在8000T以上)，型深要求在6.5米以上，排載量在1200T/h以上。模塊車(chē)組進(jìn)行軟、硬連接，通過(guò)液壓油缸0～700mm的行程來(lái)調(diào)整平衡，實(shí)現(xiàn)潮水、運(yùn)輸船、單樁之間的協(xié)調(diào)。運(yùn)輸船通過(guò)裝載計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算，按照25%、50%、75%、100%的裝載量分多步進(jìn)行滾裝，確保運(yùn)輸船排載速度與模塊車(chē)上船速度相匹配。對(duì)于江蘇等區(qū)域超差要求較大，盡量在大潮汛期間裝船。在發(fā)運(yùn)過(guò)程中盡量使用拖輪穩(wěn)船，防止走錨現(xiàn)象導(dǎo)致安全事故。該技術(shù)具備發(fā)運(yùn)成本低、時(shí)間快、運(yùn)輸過(guò)程穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但是存在發(fā)運(yùn)成本高、發(fā)運(yùn)時(shí)間不可控等不足，適合在無(wú)大型龍門(mén)吊制造廠家使用[3]。

4 海上風(fēng)電基礎(chǔ)滑移發(fā)運(yùn)

海上風(fēng)電單樁滑移主要采用頂升滑移裝置進(jìn)行滑移。1500T以上單樁按照1.2的安全系數(shù)，需要1800T頂升滑移裝置。該技術(shù)要求碼頭承載能力在6T/㎡以上，采用2臺(tái)20T卷?yè)P(yáng)機(jī)作為動(dòng)力，并配備2個(gè)動(dòng)滑輪進(jìn)行配合，岸上和船上各布置2臺(tái)600～900t頂升滑移裝置，通過(guò)頂升滑移裝置液壓控制部分有效調(diào)整2米高潮水落差，通過(guò)四氟板將摩擦系數(shù)降低，單樁牽引力控制在100T以內(nèi)。在整個(gè)滑移過(guò)程中使用2臺(tái)20T卷?yè)P(yáng)機(jī)作為輔助力確保運(yùn)輸穩(wěn)船。滑移上船系統(tǒng)的核心設(shè)備為頂升滑移裝置，頂升滑移裝置的液壓、電控系統(tǒng)全部與機(jī)械結(jié)構(gòu)集成，體積緊湊，頂升滑移裝置具備升降功能，頂升調(diào)節(jié)高度為1210～3310mm，且兩側(cè)油缸可自動(dòng)同步，頂升工作安全平穩(wěn)高效。頂升滑移裝置采用遙控器控制，每臺(tái)設(shè)備配一臺(tái)遙控器，操作靈活，使用便捷；頂升滑移裝置底部配備聚四氟乙烯耐磨板，摩擦系數(shù)僅為0.06，對(duì)滑移牽引力要求較低。頂升滑移裝置為一個(gè)可擴(kuò)展的平臺(tái)，通過(guò)橫梁上管樁固定底座的更換，可適應(yīng)不同管徑的管樁，極限裝載能力為10m直徑1500t管樁，適用于目前國(guó)內(nèi)在建、將建的所有海上風(fēng)電場(chǎng)鋼管樁?；粕洗到y(tǒng)使單樁基礎(chǔ)的整體制作、合攏不受場(chǎng)地的限制，對(duì)場(chǎng)地平整度、承載力要求較低，可降低總裝場(chǎng)地基礎(chǔ)建設(shè)投資?；粕洗到y(tǒng)不受滑移距離的限制，滑道均為分節(jié)布置，無(wú)須額外安裝，直接擱置在水泥地上即可使用，橫移、縱移均可。滑移上船系統(tǒng)不受起重設(shè)備限制，可極大節(jié)約起重投資?；粕洗到y(tǒng)對(duì)碼頭標(biāo)高和超差限制較小，另外使用滑移上船系統(tǒng)，管樁轉(zhuǎn)運(yùn)、裝船過(guò)程平穩(wěn)可控，抗風(fēng)、抗浪能力較強(qiáng)，比傳統(tǒng)吊裝方式適用于更廣泛的環(huán)境工程[4]。

該技術(shù)主要適用沒(méi)有大型龍門(mén)吊制樁廠家，能在7級(jí)以內(nèi)大風(fēng)以內(nèi)滑移作業(yè)，發(fā)運(yùn)成本僅為浮吊吊裝的5%，軸線車(chē)滾裝的10%，具備作業(yè)窗口期周期長(zhǎng)、成本低、安全性高等特點(diǎn)，值得在國(guó)內(nèi)進(jìn)行推廣，目前國(guó)內(nèi)僅潤(rùn)邦海洋掌握該項(xiàng)技術(shù)和設(shè)備制造能力。