CN110468816A - 一种海上电气平台的滑移式安装方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明属于海洋工程领域，特别是海上风电开发领域，尤其是涉及一种海上电气平台的滑移式安装方法及***。具备如下有益效果：1）适用范围广，可胜任极浅水深与超大型海洋平台的安装，除必要的支撑结构承载力要求外，对运输驳船、上部组块与下部组块的限制性要求较少，平台的经典结构型式与布置方案无需发生变化，工程优化的选择面拓宽，工期与工程量均能得到有效控制。2）海上平台的上部组块与下部组块的对接可借助轨道与SPMT车组进行平稳、精确、可控的操作，避免了吊装法或浮托法中可能会出现的碰撞与倾斜问题，不必再设置桩柱连接处的对接缓冲装置。3）各步骤施工便利，操作简单，具有显著的工程经济效益。

Description

一种海上电气平台的滑移式安装方法及***

技术领域

本发明属于海洋工程领域，特别是海上风电开发领域，尤其是涉及一种海上电气平台的滑移式安装方法及***。

背景技术

随着海洋开发的不断深入，越来越多的海上平台投入使用。在大部分工程项目中，平台的安装工艺是决定工程经济性的决定性因素之一，同时也对结构型式具有重要影响。海洋平台的常规安装作法是采用浮吊运输驳船将上部组块吊装放置在预先已建设好的下部基础结构（如导管架、高桩承台等）上，相关技术已比较成熟，然而吊装法的应用却存在以下几点局限：

1）大型浮吊运输驳船的吃水较大，在水深较小的情况下有触底的风险，无法应用于滩涂或极浅水深海域的海上平台安装；

2）目前世界上绝大多数浮吊运输驳船的最大起吊重量都不超过1万吨，无法满足超大型油气平台和海上换流站等万吨级以上海洋平台的吊装安全性要求；

3）当前浮吊资源与窗口期相对待建工程的需求非常紧俏，无法满足大规模海洋开发的工期与经济性要求。

上述限制在海上风电开发领域体现得尤为明显。现阶段，海上风电场开发的补贴退坡趋势已愈发明显，倒逼相关的工程技术加快升级换代的步伐。如果必须采用吊装方案，则部分开发项目将丧失经济性。在海上电气平台的安装技术方面：在上述1）的情况下，现有技术中可采用分列模块式海上升压站（专利公开号CN204126320U）的结构型式，应用起吊能力较小但吃水要求较低的浮吊资源，但此技术无法解决站址位于极浅水深或滩涂条件的情况，并且分块式结构在承载性能与建造工艺上均不及整体式结构；在2）的情况下，现有技术的解决方案是采用浮托法（专利公开号CN109056684A）进行安装，但是可以进行浮托安装的驳船资源同样有限，且相关技术中对基础支撑的开槽、上下组块连接过程中的碰撞缓冲都有着特殊要求，项目设计周期与工程量均高于吊装方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：

海洋平台，特别是海上电气平台，在很多情况下不宜采用吊装方式进行安装。现有的替代方案技术也存在着诸多其他方面的限制要求，如结构型式被迫削弱，选用工程运输驳船大型化、特种化，水深条件不能过深或过浅等。因此，亟需提出一种安全、便捷、高效的海上电气平台的滑移式安装方法，既能满足上部、下部组块在装船、运输、安装以及在役全过程中的结构承载性能，同时不必强制组块的形状、布置、型式与现有成熟方案存在显著差别，即不会额外增加工作量与工程量，且放松对可选工程运输驳船及场址水深的限制，保障工程的可行性与经济性。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种海上电气平台的滑移式安装方法，所述海上电气平台的滑移式安装方法包括：海上电气平台的上部组块在建造场地建造完成后，下部设置双层支撑桁架进行临时支撑，桁架下方由SPMT车组进行支撑，SPMT车组置于建造场地的滑轨上，运输驳船上设置同样宽度的轨道以及支撑框架；海上电气平台的上部组块和双层支撑桁架由SPMT车组进行滑移装船，随后由驳船运输至海上电气平台的施工场址；

海上电气平台下部的固定式基础已预先安装完毕，其上水平面内设置与建造场地和运输驳船上配套的轨道；海上电气平台的上部组块和双层支撑桁架仍由SPMT车组支承并由运输驳船滑移至海上电气平台的下部组块上的预定位置，使得上部组块的主连接柱水平位置与下部组块的桩顶对齐；滑移上台过程中SPMT车组的液压顶升装置处于高位，上部组块的主连接柱下表面与下部组块的桩顶留有一定间隙，就位后SPMT车组的液压顶升装置下落，使得各个桩、柱表面平稳对接，再对桩柱连接处进行现场焊接，最后将SPMT车组液压装置调至最低位，并连同双层支撑桁架沿轨道退回至运输驳船上。

本发明在采用以上技术方案的同时，还可以采用或者组合采用如下技术方案：

作为本发明的优选技术方案，所述双层支撑桁架的尺度与拓扑由以下条件确定：

（1）边缘宽度比上部组块的主柱连接板内侧边缘的间距小2 m，即在滑移上台过程中双层支撑桁架两侧外边缘与桩-柱主轴线留有1 m间隙；

（2）轴线长度比桩-柱主轴线在该方向上的间距大两倍的SPMT车组的液压支撑间距，即保证首、末两排小车的液压支撑位置能够与双层支撑桁架的垂直撑杆的位置相一致；

（3）除宽度方向的边缘框架节点外，主节点的水平位置与上部组块一层甲板的梁柱、梁撑节点等强力结构对应，边缘框架支撑处上部组块一层主梁的上下翼缘板之间设置加劲肋；

（4）上部组块与双层支撑桁架的一层节点之间设置垫木，垫木两侧设置三角档，三角档的下表面与双层支撑桁架进行焊接，上表面与上部组块一层甲板梁的下表面点焊；

（5）双层支撑桁架的高度H _bf ，即是上表面至下表面之间的间距，由下式确定：

H _bf = E _t1 – E _j1 – H _tb1 – H _w – H ₁₀

式中：E _t1为上部组块一层甲板梁的顶高程，E _j1为下部组块的顶层平面高程，H _tb1 为上部组块一层甲板主梁的高度，H _w 为垫木的高度，H ₁₀为车组液压装置顶升高度为10 cm时车底面到支撑桁架下表面的距离。

作为本发明的优选技术方案，所述SPMT车组为自行式液压平板车组，单台平板车由前后两个液压装置和上方的托盘组成；车组列数根据建造场地、驳船与下部组块的轨道数确定，首尾相接的一组平板车定义为列；每列首尾的平板车前后液压装置的位置与支撑桁架的节点位置对应，除此之外的车组沿列方向均匀、对称布置，同一列上的每台平板车之间通过托盘固定连接形成整体；选用车组液压装置的顶升行程不小于50 cm；滑移上台的过程中，由于基准面不平或运输驳船运动，液压装置会自动补偿，但在下落对接之前每个装置的顶升高度不小于35 cm；对接完成后，每个装置的顶升高度不小于10 cm，则当车组与支撑桁架退出时，其上表面与上部组块的间隙不小于10 cm。

作为本发明的优选技术方案，所述运输驳船在装载上部组块与双层支撑桁架之前，预先在其甲板上安装轨道支撑平台；上部组块与双层支撑桁架就位后，在宽度方向的边缘框架节点位置安装三脚架式临时绑扎构件，其下表面与主甲板焊接，上表面与边缘框架节点进行点焊；同时，对横向立面双层支撑桁架两侧上部组块一层桩-柱主轴线上的主节点，设置管型临时绑扎构件，其下表面与主甲板焊接，上表面与上部组块一层主节点处主梁的下翼缘板下表面进行点焊；运输至场地预定位置后，在滑移上台之前，所有临时绑扎构件进行割除。

作为本发明的优选技术方案，所述下部组块优选为导管架或高桩承台，在导管架的上横撑面或高桩承台的上表面设置配套的轨道梁，轨道延伸方向，亦即滑移安装方向，为沿下部组块平面尺度较大的主轴向，即轨道梁与尺度较小的立面相交；轨道支撑结构的长度、宽度均与上部组块的双层支撑桁架配套，且关于平面中心对称。J型管、靠船爬梯等附属构件均布置在两个尺度较大的立面外侧，以规避碰撞风险。

作为本发明的优选技术方案，建造场地离开侧、运输驳船横向两侧、下部组块滑移两侧的轨道梁均采用型号相同的方钢或方管，尽头位置设有开槽，可临时放置连接过梁，便于上部组块和双层支撑桁架在不同载体之间进行转移。

作为本发明的优选技术方案，所述上部组块、双层支撑桁架、下部组块、运输驳船的各个构件与节点的尺寸设计由装船、运输和安装工况控制，其中在装船与安装工况依次考虑各排液压装置悬空而导致的支承反力与传力路径的重分配。

作为本发明的优选技术方案，滑移上台过程，选择在风平浪静的窗口期进行；上台之前，在设计上台一侧的立面前方预先安装一排靠船桩，用于在上台过程中对运输驳船进行系泊，避免运输驳船与下部组块直接碰撞；此外上台过程中运输驳船本身亦通过系缆与海底进行锚泊固定，从而控制运输驳船的纵荡与横荡运动，运输驳船自身通过液压舱调载，保障自身的升沉运动不超过15 cm。

本发明还有一个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种海上电气平台的滑移式安装***。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种海上电气平台的滑移式安装***，所述海上电气平台的滑移式安装***包括海上电气平台的上部组块、双层支撑桁架、SPMT车组、运输驳船、下部组块和固定式基础；所述上部组块由双层支撑桁架临时支撑，所述双层支撑桁架设置在SPMT车组上并由其支撑，所述运输驳船用于支撑并运输SPMT车组及设置在SPMT车组上的上部组块和双层支撑桁架；所述下部组块设置在固定式基础上且用于与上部组块相对接并用于向上支撑上部组块。

本发明在采用以上技术方案的同时，还可以采用或者组合采用如下技术方案：

作为本发明的优选技术方案，所述下部组块为导管架或者高桩承台。

本发明提供一种海上电气平台的滑移式安装方法及***，具备如下有益效果：

1）适用范围广，可胜任极浅水深与超大型海洋平台的安装，除必要的支撑结构承载力要求外，对运输驳船、上部组块与下部组块的限制性要求较少，平台的经典结构型式与布置方案无需发生变化，工程优化的选择面拓宽，工期与工程量均能得到有效控制。

2）海上平台的上部组块与下部组块的对接可借助轨道与SPMT车组进行平稳、精确、可控的操作，避免了吊装法或浮托法中可能会出现的碰撞与倾斜问题，不必再设置桩柱连接处的对接缓冲装置。

3）各步骤施工便利，操作简单，具有显著的工程经济效益。

附图说明

图1为本发明所提供的海上电气平台的滑移式安装方法在滑移上台过程的三维示意图。

图2为本发明所提供的海上电气平台的滑移式安装方法在上部组块与下部组块对接时的三维示意图。

图3为上部组块-双层支撑桁架- SPMT车组的平面透视图。

图4a为图3中B-B或者D-D方向的剖视图，图4b为图3中C-C方向的剖视图；图4c为图3中1-1或者5-5方向的剖视图；图4d为图3中2-2或者4-4方向的剖视图；图4e为图3中3-3方向的剖视图。

图5为绑扎构件的布置示意图。

图6为导管架的三维示意图。

图7a为连接过梁的连接示意图；图7b为连接过梁的连接处的局部放大图。

图8为滑移上台时运输驳船的平面示意图。

具体实施方式

为进一步说明本发明内容、特点与功效，兹列举一个下部组块为导管架、上部组块3000吨级、所处水深4 m左右的海上电气平台实施例，并配合附图说明如下：

（1）如图1~2所示，本实施例由以下内容组成：1-3000吨级海上电气平台上部组块，2-双层支撑桁架，3-SPMT车组，4-运输驳船，5-导管架。上部组块1在码头基地进行建造，并由双层支撑桁架2进行临时支撑，双层支撑桁架2下方支承在SPMT车组3的水平托架上。上部组块1、双层支撑桁架2一起从建造场地由SPMT车组3滑移至运输驳船4，运输驳船4将上部组块1、双层支撑桁架2、SPMT车组3运输至该平台所在场地，导管架5已预先安装和打桩完毕；运输驳船4就位后，由SPMT车组3将上部组块1、双层支撑桁架2顶升至最大高度并从导管架5的右侧滑移至导管架5上的预定位置，随后调低SPMT车组3的液压顶升高度，使运输驳船4、导管架5对接并进行现场焊接；焊接完成后将SPMT车组3的液压装置高度回复原位，SPMT车组3连同双层支撑桁架2退回至运输驳船4，完成安装。在本实施例中，SPMT车组3的液压装置最大顶升高度为50 cm；在滑移上台过程中由于台面不平或运输驳船升沉运动而自动补偿，但单个装置的顶升高度始终不小于35cm；上部组块1、双层支撑桁架2、SPMT车组3滑移上台就位后，上部组块1的下表面与导管架5的上表面之间的间隙为25 cm；对接完成后，SPMT车组3的每个液压装置顶升高度不小于10 cm。

（2）如图3~4所示：本实施例中上部组块1的B\D轴和1\5轴为桩柱连接的主轴，1-5轴间距大于B-D轴间距，一层甲板主梁11的顶高程E _t1 = 16.00 m，一层甲板主梁11的高度H _tb1 = 0.8 m；双层支撑桁架2的边缘框架21外边缘与主柱焊接封板12的内边缘间隙为1 m，中间框架22的位置与上部组块1的一层甲板B\D轴之间的梁柱节点、梁撑节点位置对应；边缘框架21与中间框架22上层的各个节点与一层甲板主梁11之间设置有标准垫木23，标准垫木23的高度H _w = 0.3m，标准垫木23的两侧为三角档24，三角档24的上、下表面分别与双层支撑桁架2的上表面和一层甲板主梁11的下表面进行点焊；SPMT车组3设置两列车组31和32，轨道与滑移方向与B~D轴平行，本实施例中每列车组共5台平板车，每台平板车有前后两个液压顶升装置，首尾平板车的液压顶升装置位置与双层支撑桁架2在长度方向上的首尾各两排框架位置一致，中间3台平板车分别关于2、3、4轴对称布置。

（3）本实施例中，导管架5的上层横撑的上表面高程E _j1 = 9.6 m，SPMT车组3的液压装置顶升高度为10 cm时车底面到双层支撑桁架2下表面的距离H ₁₀ = 1.5 m，则由技术方案中所述公式，双层支撑桁架2的上下表面间高度H _bf 为3.8 m。

（4）如图5所示，本实施例中沿运输驳船4的船体横向预先安装有轨道支撑平台41和42，其中心线间距与31和32的中心线间距保持一致。在边缘框架21的下侧主节点处设置三脚架式绑扎构件43，三脚架式绑扎构件43的下底面与运输驳船4的主甲板焊接，上表面与边缘框架21的下表面焊接；在一层甲板主梁11的B\D轴与2、3、4轴相交的主节点处设置管型绑扎构件44，管型绑扎构件44的下底面与运输驳船4的主甲板焊接，上表面与一层甲板主梁11的下表面焊接。运输驳船4到达指定位置后，在进行滑移上台之前，将三脚架式绑扎构件43和管型绑扎构件44进行割除。

（5）如图6所示，本实施例中，导管架5的结构型式与传统导管架基本相同，但增加了4榀下沉式轨道支撑桁架51、52、53、54，51与52以及53与54中心线的间距与每台平板车的同轴车轮中心线间距相同，并与31、32及41、42配套。每榀桁架的上弦杆采用方管结构，上表面与导管架5的上水平横撑表面取齐，高程为E _j1 = 9.6m，总长度略大于双层支撑桁架2的全长；下弦杆和撑杆均采用圆管构件，下弦杆仅支撑在较短边立面的上层X型撑杆上。J型管、靠船爬梯等附属构件55布置在较长边立面的外侧，以避免滑移上台过程中的碰撞问题。

（6）如图7所示，41~42以及51~54的轨道梁两侧尽头位置均采用型号相同的方管，端部位置设有开槽61，底部预制球形限位构造62，可与连接过梁63的尽头开孔64配合，便于现场快速部署，辅助上部组块1、双层支撑桁架2、SPMT车组3在运输驳船4、导管架5之间进行转移。

（7）本实施例中，辅助上部组块1、双层支撑桁架2、运输驳船4、导管架5各个构件与节点的尺寸设计由装船、运输和安装工况控制，其中在装船与安装工况依次考虑SPMT车组3的5组10排液压装置悬空而导致的支承反力与传力路径的重分配。

（8）如图8所示，在导管架5的右侧预先打入一排系泊桩71。运输驳船4到达预定位置后靠泊在系泊桩71上，不会与导管架5发生碰撞。安装操作选择天气情况良好的窗口期进行，运输驳船4通过系缆72与系泊桩71及海底进行锚固，用于限制滑移安装过程中***中上部组块1、双层支撑桁架2、SPMT车组3、运输驳船4的三向运动，保障运输驳船4的升沉运动不超过15 cm。

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

Claims (10)

1.一种海上电气平台的滑移式安装方法，其特征在于，所述海上电气平台的滑移式安装方法包括：海上电气平台的上部组块在建造场地建造完成后，下部设置双层支撑桁架进行临时支撑，桁架下方由SPMT车组进行支撑，SPMT车组置于建造场地的滑轨上，运输驳船上设置同样宽度的轨道以及支撑框架；海上电气平台的上部组块和双层支撑桁架由SPMT车组进行滑移装船，随后由驳船运输至海上电气平台的施工场址；

海上电气平台下部的固定式基础已预先安装完毕，其上水平面内设置与建造场地和运输驳船上配套的轨道；海上电气平台的上部组块和双层支撑桁架仍由SPMT车组支承并由运输驳船滑移至海上电气平台的下部组块上的预定位置，使得上部组块的主连接柱水平位置与下部组块的桩顶对齐；滑移上台过程中SPMT车组的液压顶升装置处于高位，上部组块的主连接柱下表面与下部组块的桩顶留有一定间隙，就位后SPMT车组的液压顶升装置下落，使得各个桩、柱表面平稳对接，再对桩柱连接处进行现场焊接，最后将SPMT车组液压装置调至最低位，并连同双层支撑桁架沿轨道退回至运输驳船上。

2.根据权利要求1所述的海上电气平台的滑移式安装方法，其特征在于，所述双层支撑桁架的尺度与拓扑由以下条件确定：

（1）边缘宽度比上部组块的主柱连接板内侧边缘的间距小2 m，即在滑移上台过程中双层支撑桁架两侧外边缘与桩-柱主轴线留有1 m间隙；

（2）轴线长度比桩-柱主轴线在该方向上的间距大两倍的SPMT车组的液压支撑间距，即保证首、末两排小车的液压支撑位置能够与双层支撑桁架的垂直撑杆的位置相一致；

（3）除宽度方向的边缘框架节点外，主节点的水平位置与上部组块一层甲板的梁柱、梁撑节点等强力结构对应，边缘框架支撑处上部组块一层主梁的上下翼缘板之间设置加劲肋；

（4）上部组块与双层支撑桁架的一层节点之间设置垫木，垫木两侧设置三角档，三角档的下表面与双层支撑桁架进行焊接，上表面与上部组块一层甲板梁的下表面点焊；

（5）双层支撑桁架的高度H _bf ，即是上表面至下表面之间的间距，由下式确定：

H _bf = E _t1 – E _j1 – H _tb1 – H _w – H ₁₀

式中：E _t1为上部组块一层甲板梁的顶高程，E _j1为下部组块的顶层平面高程，H _tb1 为上部组块一层甲板主梁的高度，H _w 为垫木的高度，H ₁₀为车组液压装置顶升高度为10 cm时车底面到支撑桁架下表面的距离。

3.根据权利要求1所述的海上电气平台的滑移式安装方法，其特征在于，所述SPMT车组为自行式液压平板车组，单台平板车由前后两个液压装置和上方的托盘组成；车组列数根据建造场地、驳船与下部组块的轨道数确定，首尾相接的一组平板车定义为列；每列首尾的平板车前后液压装置的位置与支撑桁架的节点位置对应，除此之外的车组沿列方向均匀、对称布置，同一列上的每台平板车之间通过托盘固定连接形成整体；选用车组液压装置的顶升行程不小于50 cm；滑移上台的过程中，由于基准面不平或运输驳船运动，液压装置会自动补偿，但在下落对接之前每个装置的顶升高度不小于35 cm；对接完成后，每个装置的顶升高度不小于10 cm，则当车组与支撑桁架退出时，其上表面与上部组块的间隙不小于10cm。

4.根据权利要求1所述的海上电气平台的滑移式安装方法，其特征在于，所述运输驳船在装载上部组块与双层支撑桁架之前，预先在其甲板上安装轨道支撑平台；上部组块与双层支撑桁架就位后，在宽度方向的边缘框架节点位置安装三脚架式临时绑扎构件，其下表面与主甲板焊接，上表面与边缘框架节点进行点焊；同时，对横向立面双层支撑桁架两侧上部组块一层桩-柱主轴线上的主节点，设置管型临时绑扎构件，其下表面与主甲板焊接，上表面与上部组块一层主节点处主梁的下翼缘板下表面进行点焊；运输至场地预定位置后，在滑移上台之前，所有临时绑扎构件进行割除。

5.根据权利要求1所述的海上电气平台的滑移式安装方法，其特征在于，所述下部组块优选为导管架或高桩承台，在导管架的上横撑面或高桩承台的上表面设置配套的轨道梁，轨道延伸方向，亦即滑移安装方向，为沿下部组块平面尺度较大的主轴向，即轨道梁与尺度较小的立面相交；轨道支撑结构的长度、宽度均与上部组块的双层支撑桁架配套，且关于平面中心对称。

6.根据权利要求1所述的海上电气平台的滑移式安装方法，其特征在于，建造场地离开侧、运输驳船横向两侧、下部组块滑移两侧的轨道梁均采用型号相同的方钢或方管，尽头位置设有开槽，可临时放置连接过梁，便于上部组块和双层支撑桁架在不同载体之间进行转移。

7.根据权利要求1所述的海上电气平台的滑移式安装方法，其特征在于，所述上部组块、双层支撑桁架、下部组块、运输驳船的各个构件与节点的尺寸设计由装船、运输和安装工况控制，其中在装船与安装工况依次考虑各排液压装置悬空而导致的支承反力与传力路径的重分配。

8.根据权利要求1所述的海上电气平台的滑移式安装方法，其特征在于，滑移上台过程，选择在风平浪静的窗口期进行；上台之前，在设计上台一侧的立面前方预先安装一排靠船桩，用于在上台过程中对运输驳船进行系泊，避免运输驳船与下部组块直接碰撞；此外上台过程中运输驳船本身亦通过系缆与海底进行锚泊固定，从而控制运输驳船的纵荡与横荡运动，运输驳船自身通过液压舱调载，保障自身的升沉运动不超过15 cm。

9.一种海上电气平台的滑移式安装***，其特征在于，所述海上电气平台的滑移式安装***包括海上电气平台的上部组块、双层支撑桁架、SPMT车组、运输驳船、下部组块和固定式基础；所述上部组块由双层支撑桁架临时支撑，所述双层支撑桁架设置在SPMT车组上并由其支撑，所述运输驳船用于支撑并运输SPMT车组及设置在SPMT车组上的上部组块和双层支撑桁架；所述下部组块设置在固定式基础上且用于与上部组块相对接并用于向上支撑上部组块。

10.根据权利要求9所述的海上电气平台的滑移式安装***，其特征在于，所述下部组块为导管架或者高桩承台。