特殊海域樁基式海洋平臺打樁噪聲控制技術研究

王 彪，邵亮亮，朱起東*，劉 野，修 蓉

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

隨著海洋平臺安裝工程的快速發展及國家對海洋環境保護越來越重視，對樁基式平臺安裝過程中的噪聲控制技術研究也越來越迫切。以香港地區為例，其法律法規對香港海域環保要求極其苛刻，包括《氣體安全條例》《空氣污染管制條例》《水污染管制條例》《噪聲管制條例》等。海上安裝施工作業時，要求嚴格遵循《噪聲管制條例》（第400章）《環境影響評估條例》[1]。

為了解決這一環保方面的工程難題，需要從多角度、多層級進行分析研究。同時，類比國內外其他行業的相關技術，研究水上、水下噪聲控制方案，從全區控制到局部控制，從設備耦合降噪控制到噪聲傳播消音控制再到實操步驟控制，進而在滿足多方面要求的基礎上，保證工程質量和進度。

1 背景介紹

香港海上液化天然氣接收站項目包括11套導管架平臺的安裝工作，其中MD1到MD6為6個常規四腿導管架，單個重量約800 t，BD1到BD3為3個常規八腿導管架，單個重量約2 500 t，FD1和FD2為三腿導管架，單個重量為600 t。每個導管架通過長度不同的棧橋連接，所有導管架海上安裝后，形成碼頭一體式液化天然氣接收處理站，通過平臺兩側布置的卸料臂，實現LNG 船的靠泊、倒駁等功能，此接收站建成后，可以實現粵港澳大灣區20%以上的液化天然氣中轉及處理能力。

該平臺共有54個樁腿，其中最大樁徑72寸，鋼樁入泥深度約60 m，作業區域水深16 m。整個打樁工作量較大，所占時較長，按照海油工程常規施工方案，采用夢克液壓打樁錘的物理撞擊實施海上打樁作業，整個項目的施工周期從2020年11月到2021年11月。

香港OLNG 平臺式碼頭的導管架從左到右分別為MD1-MD3，BD1-BD3，MD4-MD6。

2 打樁噪聲控制

為了滿足苛刻的環保要求并遵循香港的噪聲控制條例，物理沖擊打樁作業全程需要對產生的噪聲進行有效控制，依托香港OLNG 項目，研究設計一套海洋平臺打樁噪聲控制方案，通過限制作業窗口、設定監控區域、不僅可以解決工程生產難題，同時也可有效保護施工區域周圍的海洋生物及降低對周圍島嶼上的人與動物的生活噪聲影響。施工時，主要通過以下三種方法的同時實施，最大程度地避免打樁作業時產生的噪聲。

2.1 打樁作業窗口及區域控制

（1）不得在1月至6月（包括首尾兩月）進行建造碼頭的打樁作業，該期間為江豚出沒高峰期。不得在19：00時至翌日07：00進行建造碼頭的打樁作業，且周天及節假日期間任何時候均不得進行打樁作業。

（2）在建造碼頭的打樁作業進行期間，須圍繞打樁作業不少于500 m 半徑范圍內實施海洋哺乳動物管制區。須待具備經驗的海洋哺乳動物觀察員確認海洋哺乳動物管制區連續30min 都沒有海洋哺乳動物出現后，才可進行打樁作業[2]。

通過設定區段性質的打樁窗口及海洋生物出沒規律，對打樁噪聲進行控制，最大限度上避免噪聲對海洋生物產生的影響。經過統計，自2021年7月1日至12月31日，共計183 d，其中包含節假日32 d，占整個施工周期的17.49%，將近1/5的施工時間。若同時考慮夜間不允許打樁作業，則在2021年7月至12月，非打樁時間約2 580 h，占整個施工周期的59%，而允許打樁時間只剩下1 812 h，只占整個施工周期的41%，在保護了海洋生物的同時，施工速度也大幅降低。

2.2 打樁作業工藝控制

打樁時必須遵循所核準的打樁計劃中的Ramp-up打樁程序。首先施工第一根鋼樁，將第一根樁插入導管架主腿中后，需要由觀察員觀察海洋動物是否出沒。若在施工區域500 m 范圍內觀察30 min 后，海洋動物均沒有出沒，則可以進一步啟動氣泡幕并打入首節鋼樁。打入后需關閉氣泡幕并起插第二節鋼樁，并進行焊接。在接樁后，按照首節鋼樁的要求進行觀察之后，才能進行小能量打樁，并隨著入泥深度逐漸增加，逐步增加打樁的強度，以避免建造碼頭的打樁作業所產生的水下噪聲突然提高。兩節鋼樁都打入設計入泥深度之后，關閉氣泡幕，最后根據PDA 動態監測數據，判斷鋼樁承載力是否滿足規范要求，若不滿足，則需要根據數據重新制定復打方案直至鋼樁承載力滿足要求方能結束。

整體社會公平感知是個體對于社會公平的總體性和一般性感知，反應了平等社會關系在個體間產生的感受，作為重要層面之一可以有效衡量社會公平感知。十九大報告對于發展的不平衡不充分問題做出了闡釋，因此在新的發展階段和歷史時期，要在發展中更加注重社會公平，逐漸消除個體收入差距、城鄉差距和地區差距，進而消除整體社會差異，促進社會公平，提高社會公平感知度。社會保障制度作為重要的再分配制度之一，理論上可以有效推動社會公平，為衡量實際的政策實施中社會保障參與情況對社會公平感知的影響，本文采用二分類logistic回歸模型對本研究所選的各變量進行回歸，回歸結果如下表所示：

通過以上的打樁工藝控制，盡可能地在保證打樁效果的前提下，最大程度上進行噪聲控制及保護海洋生物。

2.3 水上水下控制技術

噪聲緩解措施必須按照所核準的打樁計劃中所說明的緩解措施執行，以降低建造碼頭的打樁作業所產生的水下噪聲影響。噪聲環境措施須包括盡可能使用低噪聲的振動錘及液壓錘進行打樁，對施工船只上發出高噪聲的設備進行隔音處理，以及使用結構罩和氣泡幕將打樁作業圍封。

2.3.1 水上噪聲控制

水上噪聲來源主要是甲板設備噪聲（如發電機、空氣壓縮機等設備）與打樁噪聲。為解決該問題，施工方主要采用隔音棉包覆、橡膠墊支撐甲板等方式，控制設備在使用時噪聲的傳播，這樣操作簡單方便，操作難度小，經濟性高，因此在本次的施工過程中得到廣泛實施。

針對發出噪聲的機械設備，通過在其上部覆蓋隔音棉、底部支撐與甲板之間墊橡膠墊的方式，減小其在運轉時產生的噪聲，并控制其傳播，針對噪聲較大且需要來回移動的打樁錘，無法使用上述方法，只能通過在打樁錘錘套周圍包覆隔音棉的方式，減少在打樁施工時噪聲在空氣中及水中的傳播。

2.3.2 水下噪聲控制

為解決環評要求中噪聲這一問題，本項目自主研究的氣泡幕簾系統（Bubble Curtain）成功應用于施工現場。水下降噪系統分為兩部分，一部分系統是為打樁過程中降噪輸送空壓，這套系統是共用的；另外一部分是產生氣泡幕墻的軟管，每個樁腿都有布置，每套系統由垂向3個多孔軟管構成。

降噪所需空壓是由浮吊船上兩臺無油空壓機輸送完成?？諌簷C需求為1 500 m3/h，壓力1.0 MPa 左右即可，但不要超過1.5 MPa；產生氣泡幕墻的部分由3個2.5 m 直徑的環形多孔軟管完成。橡膠軟管直徑50 mm，軟管上開4 排1.5～2 mm 的孔，小孔間隔200 mm 布置，使用綁扎帶將管線固定導管腿上即可，布置于水下4 m、9 m、14 m 的水平位置，拆卸時水上部分掛好吊帶，水下部分由潛水員切割好后，吊機提升即可完成拆除。圖1展示了空壓輸送系統及管線在樁腿上的布置示意圖[3]。

圖1 水下降噪系統示意

其優勢在于簡易、可操作性強、安裝拆卸方便，可嚴格控制降噪成本。其原理在于將空壓機輸出的壓縮空氣通過三層氣泡發生管，在水下產生大量密集的氣泡，形成三道氣泡幕墻，利用噪聲在不同介質中傳播能量不同、聲波在遇到大量氣泡時，能量急速衰減，無法穿透大量氣泡的原理，用來減小打樁過程中水下的噪聲傳播，從而降低打樁對海洋生物的影響。

在打樁前，將三通管匯與導管架上預布好的氣泡幕管線通過快速接頭連接，主作業船甲板上開啟空壓機，通過控制管匯處的閥門開關和觀測水面上產生的氣泡以測試和證明氣泡幕簾處于正常工作狀態。若工作狀態良好，則可以有效避免噪聲傳播，而且氣泡幕管線連接過程僅需10 min，可在套錘間隙完成。

管匯集成系統布置在主作業船的船尾，每個樁腿都設計了一套獨立的氣泡幕制造系統，安裝與拆除方便快速，可與打樁操作無縫銜接轉換。

3 噪聲控制效果評估

在導管架實際施工過程中，為了驗證本次打樁降噪的實施效果，總包商聯合業主方進行了一次噪聲實測實驗。現場實測了打樁作業過程中不同距離外的音量，距離平臺打樁位置450 m、900 m、1 800 m、3 600 m 等位置實測各組噪聲數據。施工區域最近的島嶼為石鼓洲，兩者之間的距離為4 700 m，其所在位置音量≤58 dB，可接受的最大音量為75 dB。結果顯示，水上和水下噪聲均滿足港府環保要求。表1顯示了不同距離下實測音量與標準音量對比數據，表2展示了石鼓洲療養中心實測音量與標準音量對比數據。

表1 實測音量數據與理論對比

4 經濟效益評估

本項目自主研制的Bubble Curtain 水下降噪系統，成功取代價格昂貴且適用性較差的用于風電單樁安裝的氣泡幕簾系統，國外分包商報價2 000萬元以上[4]，而自主研制的Bubble Curtain 系統造價低廉，操作簡單，無需額外的安裝運營船舶，僅需幾十萬成本，節約項目成本近2 000萬元。

水上打樁設備及其施工動力設備使用隔聲棉包裹方式耦合降噪，控制水上噪聲傳播，預計節約成本1 000萬元。利用綁扎帶固定氣泡幕管線便于拆除，免去了ROV 水下切割的環節，采用潛水員下水切割而后吊機直接提升的方式，更是直接節省船費，直接經濟效益非常可觀。

5 結束語

基于高環保標準下的噪聲控制技術成功應用于香港項目11套導管架安裝，應用作業窗口及區域控制與工藝控制，并結合水上水下降噪技術，整體噪聲控制方案的應用不僅降噪效果良好，而且降本增效顯著。為后續此類高環保標準要求的項目提供了指導參考，可考慮將該方案逐步完善并推廣至后續所有香港地區的工程項目和環保要求相似的國內外項目的工程應用。