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导管架立装跟卧装建造优缺点分析与研究

发表时间：2021/8/10 来源：《中国电力企业管理》2021年4月作者：杨炎忠

[导读] 2030年前中国要碳达峰，2060年实现碳中和，到2030年非化石能源占一次能源消费的比重达到25%左右，风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上，特别海上风电资源可开发量大，在未来的发展空间大，在水深35米到50米的海域普遍采用导管架的形式，导管架在建造过程中必须充分考量场地大小、吊车资源、海上安装、装船运输以及油漆质量等因素，才能够更高效的施工。

广东省电力线路器材厂有限公司杨炎忠广东广州 510000

摘要：2030年前中国要碳达峰，2060年实现碳中和，到2030年非化石能源占一次能源消费的比重达到25%左右，风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上，特别海上风电资源可开发量大，在未来的发展空间大，在水深35米到50米的海域普遍采用导管架的形式，导管架在建造过程中必须充分考量场地大小、吊车资源、海上安装、装船运输以及油漆质量等因素，才能够更高效的施工。立装建造和卧装建造是导管架建造的两种典型方法，本文着重对两种建造方法的优缺点进行分析，并对如何选择合适的建造方法进行研究探讨。
关键词：导管架立装建造卧装建造优缺点选择
        随着我国经济的不断发展，海上风电开发从浅水区逐步转向深水区，海上风电基础形式主要有重力式基础、单桩式基础、导管架式基础及漂浮式基础，在水深35米到50米的海域普遍采用导管架的形式。在讨论导管架建造方法的优劣势时，离不开考虑场地大小、吊车资源、海上安装、装船运输以及油漆质量等因素，本文就这些因素对其工艺特点进行探讨。
        1导管架建造过程简述
        一般来说，导管架的建造过程可以分为以下九个工序：
        （1）导管的预处理。这一部分工作包括管节的卷制和接长，导管架的高度一般都超过30米，需要进行接长作业才能够满足风机塔筒安装的需求。
        （2）配件的预制。配件主要包括水下电缆护管、立管卡口、吊环、靠船及登船组合平台以及电极材料等。
        （3）水平片的预制。这一工序最优先处理的是最底层的防沉板和顶层单片，预制完成后再依次处理中层单片。
        （4）单片导管组装。这一工序主要工作是将配件按照图纸要求安装至导管上，在所有组合导管建造完成后。
        （5）涂装处理。将第三步完结的导管及顶层水平片进行抛丸或者喷砂后涂装处理。
        （6）立片。将单片导管在场地内进行组装，从这一工序开始，立装建造与卧装建造的工艺便出现显著差异。
        （7）水平片的吊装。在立片作业完成后，紧接着就可以吊装水平片。对于立装建造来说，从最底层的灌浆段最先吊装，然后从下到上依次吊装。
        （8）合装。吊装完成后进行全面焊接，并对导管和水平片进行加固，同时，将所有配件都进行组装，形成导管架的半成品。
        （9）整体涂装。在这一过程中，对整个导管架未喷漆的部分进行抛丸或喷砂后上漆，同时对建造过程中油漆脱落部位补漆处理。
        2立装建造与卧装建造优缺点分析
        2.1立装建造的优缺点分析
        立装建造的优点主要可以表现在以下五点：
        （1）场地利用率及灵活性高。一般立装建造立片过程无需将单片预制和最后的总装安排在一起，因此，在单片可以在任意合适的地方进行预制，预制完成后再使用吊车吊到组装位置进行组装。这种特性使得对场地的利用更灵活，更高效，对应对场地紧张的情况具有积极的意义。
        （2）吊装次数少。由于立装建造所需的底座数量少，在进行组合时，相较卧式建造来说，吊装次数较少，可以节省吊车资源。
        （3）总装便捷。由于分装数目较少，在进行总装时，需要装配和定位的零部件就较少，组装的难度也能降低，相应的大合拢吊装时间也减少。同时，组装过程对油漆的损伤较小，总装完成后的补漆工作量大大减少。
        （4）装船操作便捷。由于单台导管架占用甲板面积小，可以允许多台导管架同时装船出货，相比工装数量少，装船加固时间也相应减少，大大加快了装船的效率。
        （5）插桩吊装方便。立装建造的导管架可以采用直立出货，海上插桩吊装时无需复杂的翻身作业工序，作业过程更加简单。
        虽然有如上优点，但立装建造也相应有如下三点劣势：
        （1）高空作业量大。

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导管架立装高度较高，对于目前常见的立装导管架，完工高度均超过50米，高空作业的工作量大，脚手架的搭建工作也相应提高，同时对门机的吊装高度也提出了更高的要求
        （2）地面或工装底座要求高。由于导管架总重量大，而且采用立式建造的工艺的话，工装底座的数量少，单个底座承重量大，对底座以及建造地面的均布载荷大，如果底座或地面承载力差，将有坍塌的安全隐患。因此，在选择这个建造方法时，必须对工装底座和地面进行全面评估，保证其承载能力能满足要求，若无法满足，必须进行加固后才能继续建造。
        （3）船舶要求高。对于立装建造的导管架，在进行装船运输时，由于高度较高，受到海上风浪的影响较大，因此，为了保证运输过程的稳定性，底部灌浆段及底座工装需要与甲板面固定，同时船舶甲板宽度进行加宽，船舶的动力也相应提高，才能满足运输的要求。
        2.1卧装建造的优缺点分析
        对于卧装建造来说，其优点主要体现在以下三点：
        （1）门机设备要求低。由于导管架的接长过程中，导管架是水平放置，建造高度低，因此，组装场地的门机的高度要求较低，仅需要采用履带吊的吊装方式即可满足作业要求，而且履带吊的臂高高度也无需过高，对设备的要求较低。
        （2）建造安全性及难度降低。单片片体均在地面完成焊接和装配，然后再进行整体吊装总组。在分段建造阶段，的过程中，不需要立式装配，分段建造均在地面完成，无需高空作业，也匹配脚手架作业，作业安全性提高的同时建造难度也大大较低。
       （3）船舶要求低。装船运输时，工装宽度比较窄，灌浆段可以伸出舷外运输，对船舶宽度要求较低。
        卧装建造的缺点如下：
        （1）占地面积大。为了便于总装，一般单片的预组装和总装都安排在一个场地进行，横向长度长，占用的组装场地面积大。
        （2）施工人员专业程度要求高。采用卧式建造容易出现结构件与结构件之间的干涉，在组装过程需要根据实际作业需求对附件位置进行调整，对于施工人员的专业化水平要求较高。
        （3）总装难度大。由于导管架处于卧式状态，在对顶部大片体进行吊装及总组装时，定位难度大，同时对于过渡段需要吊装翻身后总组，侧片体总组吊装次数较多。
        （4）海上吊装复杂。海上吊装及插桩时，需要进行吊装翻身，需要加装海上翻身吊耳和挂钩平台来辅助吊装，整个翻身过程至少持续作业两天才能完成。
        3立装建造与卧装建造的选用原则
        由于立装建造与卧装建造的施工工艺有较大不同，优劣势也具有显著差异，这两种建造方式的选择受到场地、人员、安全、成本、建造周期等因素的影响，必须对这邪恶因素进行全面综合的考量后才能输出最终的方案。在确定总体建造方案时，一般可以考虑基于以下几点原则：
        （1）减少高空作业量，在场地、吊装设备满足的情况下可以采用卧装与立装相结合。
        （2）对于高度超过30米的导管架，单片的重量大，建造高度高，立片和各类空间附件的组装也困难，基于安全和建造难度方面考虑，优先考虑卧装建造。
        （3）平面结构简单且高度低于30米的，则优先采用立装建造。
        （4）整体结构简单，总装重量在四百吨以下的导管架，为了更有效的利用场地，可以选用立装建造，将分段分区分片建造，立片过程可以采用龙门吊或履带吊作业。
        4结语
        综上所述，导管架立装建造和卧装建造有各自的优劣势，在实际选择过程中，必须充分考虑到所有影响因素，针对主要的影响因素进行考虑，以形成更高质量、更高效率、更高水平的导管架建造技术。
参考文献：
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[3]高瑞力,卢晶,高金彦,周羽辰,郭美杉,马思瑶.海洋钢结构导管架建造方法分析[J].海洋工程装备与技术,2018,5(S1):264-270.