浅海风电施工系统、浅海风电平台及浅海风电施工方法

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当指出，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例的浅海风电施工方法，可用于搭建本发明实施例的浅海风电施工系统及后续的本发明实施例的浅海风电平台的建造。

先介绍本发明实施例的浅海风电施工平台。

本发明实施例的风电浅海施工系统，如图1所示，包括浮桥1和施工平台，该施工平台上也可设置有吊装装置，用于在进行风电平台施工时的设备吊装作业。

该施工系统的每一部分各有分工，全部的系统设施组成一个方便、快捷的打桩、运输、施工、吊装为一体的海上风电施工平台。因为浮桥1和施工平台都是可拆卸或可移动的，所以整个风电施工系统具有可移动性和可再利用性，便于在施工后将该施工平台及浮桥1转移到其他需要该施工系统的施工现场。

如图1所示，浮桥设置于海边的滩涂与位于浅海的施工现场之间。用于从陆地向施工现场运输施工设备、风电设备、施工材料及施工人员等。浮桥1包括多个间隔一定距离均匀排列的浮筒13(也可为浮箱或浮船)和浮筒上面连续设置的浮桥面板14。

浮桥的端部，做特殊处理，例如可用四到六个铁锚放射性地外抛入海底，用连接铁锚的钢丝绳固定浮桥1的端部，根据潮差可调节浮桥与连接铁锚的钢丝绳松紧来保持浮桥上下平衡和稳定，浮桥1端部与施工平台用斜坡滑板连接桥来连接，大潮时施工车辆及专用设备可通过斜坡滑板连接桥驶入施工平台，一般材料可用简易吊装设备吊装至施工平台，混凝土用泵车从浮桥岛上泵送至施工工地。

以与风电施工平台对接，并克服潮差的影响。浮桥与陆地或滩涂之间设置有通过斜滑板11，以使车辆和设备能够平稳的驶上浮桥。

浮桥的结构可以借鉴舟桥部队进行舟桥作业的技术实现，同时也可以借鉴国内大江大河上的用于民用的浮桥的结构，例如，黄河上浮桥很多，有的可通行150吨的大货车。浮桥为施工平台的搭建与风电机组的安装(或吊装)搭建了畅通无阻的运输通道，也即连接施工平台与陆地的专用运输通道，即使是运送风电设备的大型车辆、或者吊装风电设备的履带吊也可以直接行驶到浅海施工现场的施工平台。

如图1和图2所示，施工平台包括底部的与海底固定连接的浮船基底2、由该浮船基底固定的支撑柱27及由支撑柱27支撑的平台本体3组成，平台本体3上需要打桩的位置留有圆形空隙，方便打桩施工。

施工平台的最底层的浮船基底2，根据实际情况的需要，由多艘连在一起的特殊的船组成，该船称为可分层浮船。根据施工平台的规格和可分层浮船的规格，可选用两艘(即施工平台每侧一艘)或多艘(每侧的浮船基底由多艘可分层浮船连在一起构成)可分层浮船组成浮船基底2。因为浮船具有可移动性，因此可分层浮船也具有可移动性。

如图3所示，浮船基底2中间围成的区域(通常是矩形或正方形区域)用于建设风电平台。浮船基底2既可为如图3所示的布局，即施工平台两侧有两可分层浮船平行布置，两可分层浮船之间辅助以辅助浮船31(或浮箱)的方式，施工平台的八根支撑柱27分别设置于平行的两可分层浮船(每个可分层浮船上三根，头、中、尾部各一根)及辅助浮船31(每个辅助浮船中部设置一根)。浮船基底的布置，还可以采用由四艘可分层浮船首尾相连围成矩形或正方形区域的布局，施工平台的八根支撑柱分别设置于可分层浮船(每艘两根)。

如图2、图3和图5所示，本发明实施例的浮船基底由可分层浮船组成，该可分层浮船分割出船头20，该船头承载有用于浮船上升下降的装置，因此也可称活动船头，船头20设置有船头舱、螺栓轨道26、螺栓升降系统23、螺栓24和船体升降装置25；螺栓轨道26、螺栓升降系统23、螺栓24均为多个，且数目相一致。

具体而言，图2的剖面图主要描述施工平台的活动结构设计。如图2所示，螺栓轨道26内设置有螺栓24，螺栓24的作用是用于钻入海底一定距离以固定浮船基底2并使施工平台稳定，螺栓24的长度，至少要等于浮船基底2的高度加上所需钻入海底的深度，在浅海的较深一些的海域，在可分层浮船的上层浮船21与下层浮船22间拉开一定距离的时候，螺栓24的长度则需要更长一些。螺栓升降系统23的作用是升降所述螺栓，通过人工或电动操作，该螺栓升降系统能够使可分层浮船分成两层；25船体升降装置，其工作原理是通过将所述船头舱内排出海水或向所述船头舱内注入海水而使所述可分层浮船沿所述螺栓轨道根据需要升降。运用浮力学原理，可使整个可分层浮船的船体下沉至浅海海底。辅助浮船或浮箱上也可根据需要设置螺栓、螺栓轨道、螺栓升降系统和船体升降装置等设施。

浅海地质主要以沙石和松软淤泥为主，施工时的承重力大，还有海洋的潮汐变化，都为施工平台的固定提出更大的难度。沉至海底的该可分层浮船或辅助浮船底部通过上述的多个螺栓固定于海底，其如图2和图3所示，螺栓钻入沙土中一定距离即可固定住浮船基底和施工平台，该距离例如可为2-3米，但可根据具体情况由施工人员根据海底地质条件计算确定。

由于上述的具体结构中，浮船既可上浮也可下潜，船体升降装置25、螺栓轨道26、螺栓升降系统23均既可用于上浮也可用于下潜，因此既提供了该结构的灵活性，也便于施工结束后的拆除与再利用。

如图2和图3所示，本发明的支撑平台本体3的支撑柱27是在浮船基底2上设置的，八根支撑柱27中，四根设置于角部(可称为角部支撑柱)，另外四根设置于角度的支撑柱之间的中点位置(可称为中点支撑柱)。通常，支撑柱27是设置在下层浮船22上，穿过上层浮船21，进而支撑平台本体3。每根支撑柱顶部与平台本体3之间安装有用于调平衡的液压千斤顶。

如图5所示，施工平台的最上面一层是平台本体3，其主要结构材料是H型钢和钢板、木板等，平台各边共有8个支撑柱27，相邻支撑柱27之间、相邻中点支撑柱27之间，及位于平台下的各支撑点间均有钢梁架29相连接，保证施工平台的牢固性(包括相邻的两个中点支撑柱27间也用钢梁架28相连接)，镂空的圆形空隙41、43是为方便打桩建设而设计，这样更能方便快捷的进入施工阶段。

本发明的风电施工系统，其支撑柱的数量也不限于上述实施例中提到的八根，还可为十根、十二根，其可分别设置于两侧的可分层浮船上。相对应的，支撑柱上所支撑的平台本体也不局限于必需是一个整体，也可分为第一平台本体和第二平台本体等。应可满足各种施工实际情况的需要。

在搭建好风电平台的风电桩基之后，为方便吊装，本发明浅海风电施工系统结合桩基台面和浮桥完成吊装作业，具有安全、实用的特点。如图6所示，首先在浮桥1靠近施工平台一侧设置有浮桥岛16，浮桥岛16的作用不仅限于在吊装时使用，在风电施工的各个阶段，浮桥岛也可方便运输车辆装卸和调头，也可用于常用施工材料的存放，还便于大型施工设备的周转。浮桥岛16由多个船体和加厚钢板组合而成。由于施工现场是海上，可利用海洋的潮汐变化来改变平台和浮桥的平衡点。海水涨潮时，即由低水位线61涨至高水位线60时，浮桥即可与桩基台面接近平衡。浮桥岛可用于运输车辆直接驶入，在吊装过程中，吊车可以直接从浮桥岛上将风机吊入指定位置以对风机进行安装。对于桩基台面对吊装作业的配合，在下面对本发明实施例的浅海风电平台的介绍中再行说明。

接下来再介绍本发明实施例的浅海风电平台。

如图7和图8所示，本发明的浅海风电平台包括风电桩基、桩基台面与风机底座。风电桩基是根据力学原理和数据分析后专门针对风电机组的承受力而设计的结构，稳固且承重力强。从图7可知，风电桩基的中间为四个直径符合一定标准的圆柱钻孔桩或管桩，称其为第一桩体46，对应的施工平台的平台本体3上的圆形空隙41就是为第一桩体46预留的。四周共八个直径略小的圆柱钻孔桩或管桩，称其为第二桩体47，对应的施工平台的平台本体3上的圆形空隙43就是为第二桩体47预留的。所有桩体之间，包括第一桩体46和第二桩体47，相互间用钢筋混凝土梁48组成最稳定的三角型结构49，以稳固的连接成一体，形成一个整体桩基结构。也就是将中间的第一桩体与周围的第二桩体之间的区域，分割成三角形区域，牢固性和稳定性大大增强。

桩基台面5是在风电桩基上部浇注钢筋混凝土板而形成的，桩基台面5上设置风机底座，风机底座用以安装风机，桩基台面上辅以护栏、楼梯52等设施，楼梯52自桩基台面向下延伸的高度要适应于海面的最低潮位。

为配合吊装作业，为使吊装作业平稳有序，在桩基台面5上要施画红色的指引线55，以指引吊车的行驶路径；同时，桩基台面5上也要标出两部吊车的预停位置56，预停位置56也足够提供该吊车作业所需的旋转半径。详细可参见图9所展现的的吊装过程效果图。

最后再介绍本发明实施例的浅海风电施工方法。

本发明实施例的风电浅海施工方法，主要包括四个步骤，搭建浮桥1的步骤；搭建施工平台的步骤；形成风电桩基与桩基台面5的步骤；吊装风机6的步骤。详细介绍如下：

当按照季风与潮汐风等因素在浅海选定建设风电平台的区域后，再按照该区域(或该海域)的具体的海底地质条件等因素进行风电平台施工现场的精确定位。

浮桥1的搭建可以借鉴舟桥部队进行舟桥作业的技术实现，同时也可以借鉴国内大江大河上的用于民用的浮桥的搭建方法。浮桥搭建后，为施工平台的搭建与风电机组的安装(或吊装)提供了畅通无阻的运输通道，即使是运送风电设备的大型车辆、或者吊装风电设备的履带吊也可以直接行驶到浅海施工现场的施工平台。

搭好浮桥1之后，即可进行施工平台的施工，施工平台的最底层浮船基底2的可分层浮船由多艘连在一起的特殊的船组成。可分层浮船中间围成用于建设风电平台的区域(通常是矩形或正方形区域)。该可分层浮船既可为如图4所示的布局，即施工平台两侧有两可分层浮船平行布置，两可分层浮船之间辅助以辅助浮船31(或浮箱)的方式，施工平台的八根支撑柱27分别设置于平行的两艘可分层浮船(每个可分层浮船上三根，头、中、尾部各一根)及辅助浮船31(每个辅助浮船中部设置一根)。该可分层浮船还可以采用由四艘可分层浮船首尾相连围成矩形或正方形区域的布局，施工平台的八根支撑柱27分别设置于可分层浮船(每艘两根)。在支撑柱27与平台本体之间设置液压千斤顶用于调平衡。

对于浮船基底2的固定，运用浮力学原理，可使整个可分层浮船的船体下沉至浅海海底。沉至海底的该可分层浮船或辅助浮船31可通过多个螺栓轨道26和螺栓升降系统23中的螺栓24将其固定于海底12，其如图2和图3所示，可分层浮船的两端部分(即两船头20)经过特殊设计，可根据需要下潜或上浮，以此来掌握平台的移动和稳定。船舶底部和海底12接触后，船的两端各有一组螺栓24及轨道系统26，利用人工轻松摇起或者降落。螺栓24全部钻入沙土中，即可固定住船舶和平台。具体而言，图2的剖面图主要描述平台的活动结构设计。浅海地质主要以沙石和松软淤泥为主，施工时的承重力大，还有海洋的潮汐变化，都为施工平台的固定提出更大的难度。本发明的浅海风电施工方法，特别针对这一难题设计，四个船头部分被分割成为活动式结构，即通过隔板33分割出船头20。

具体操作分为三个过程：风电机组位置确定后，可分层浮船的船体托至该地点，通过船体升降装置将下层浮船22开始放入海底；螺栓升降系统23可以通过螺栓轨道26把船头下潜或者上浮，螺栓24把船头降下与海底接触后，整个船体跟着降下并与海底接触，然后螺栓24继续降下直至钻入海底若干米，主要作用是固定整个平台，防止船舶移动；而在本发明的浅海风电施工平台的全部施工完成后，将船头舱内海水抽空，同时把螺栓24上摇，浮力加大后船舶便可以浮起，拆开托至下一施工现场重新重复安装，整个拆除与搬迁过程则完成。

待可分层浮船固定于海底(可拆卸的固定)后，立稳八根支撑柱27(四根设置于角部，另外四根设置于各边的中点)，再搭建平台本体3，图5中从施工平台的上部往下透视看，最上面一层是施工平台的平台本体3，主要结构材料利用H型钢和钢板、木板等，平台各边共有8个支撑柱，平台下各支撑点均有钢梁架29相连接，保证平台的绝对牢固性(包括相邻的两个中点支撑柱间也用钢梁架相连接)，镂空的圆形空隙41、43是为方便打桩建设而设计，这样更能方便快捷的进入施工阶段。

风电平台的桩基系统是根据力学原理和数据分析后专门针对风电机组的承受力而设计的结构，稳固且承重力强。从图4可知，最下面被平台本体3所掩盖的是专门设计的风电平台桩基结构，中间设置四个直径符合一定标准的圆柱钻孔桩或管桩(即第一桩体46)，四周设置共八个直径略小的圆柱钻孔桩或管桩(第二桩体47)，所有桩体之间相互间用钢筋混凝土梁48组成最稳定的三角型结构49连接成一体，形成一个整体桩基结构。在风电桩基上部浇注钢筋混凝土板构成的桩基台面5，桩基台面5上设置风机底座50，风机底座用以安装风机，桩基台面5上辅以护栏、楼梯52等设施。支撑柱27与下层浮船22为一体，上部可拆，在进行吊装作业时支撑柱27已经拆除，仅在完成风电桩基作业之后作为支撑桩基平台5的模板之用，混凝土浇筑完成之后，即将支撑柱27拆除。海面以上部分的风电机底座部分可参见图8的浅海风电平台示意图。

在搭建好风电平台的风电桩基之后，为方便吊装，本发明浅海风电施工系统的吊装作业，在桩基台面和浮桥的配合下，具有安全、实用的特点。由于施工现场是海上，可利用海洋的潮汐变化来改变桩基台面5和浮桥1的平衡点。涨潮是一定时间内必然发生的有规律事件，不像雨雪那样具有不确定性，因此，选择海水涨潮时进行吊装作业，只要事前进行计划即可不影响施工进度。在涨潮时，运输车辆驶入平台旁的浮桥岛16，浮桥岛16由多个船体和加厚钢板组合而成，方便运输车辆装卸和调头，也可用于常用施工材料的存放，还便于大型施工设备的周转。吊装过程是由两台300吨履带吊来完成。涨潮后，已经从浮桥1经由浮桥岛16驶上桩基台面5的吊车按照桩基台面5上的红色指引线55的指引，平稳的驶入预停位置56，并在该位置上进行吊装作业。风电设备6运到浮桥岛16，直接由吊车从运输车辆上吊入至指定位置，两台吊车同时操作，确保设备安全、稳定的吊装完成。此过程就如同平地施工一样，把危险系数降为最低，并方便快捷的完成施工。详细可参见图9所展现的的吊装过程效果图。

海上风电建设本身就是一项大型工程，消耗大量的人力物力财力，怎样让建设的难度降低而又能使工程更牢固，并且能节省成本、快速的完成，这是本发明的初衷。根据地质勘测和测风等数据，本发明的施工平台的支撑结构及风电平台的桩基结构均完全能够抵挡住该区域最大风的袭击。浮桥的设置，使得从工厂装运风电设备的运输车辆像在陆地上一样直接行驶到浅海风电场，不需要租用拖船等大型设备便可以轻松地完成整个吊装。本发明的浅海风电平台施工系统，尤其是其可分层浮船的可移动性、轻松快捷的固定性、打桩和施工为一体的施工平台，均可以一次性连贯、快速完成，省时省力大大提高了工作效率，同时也方便了风电机维修和维护。

至此本文所述的实施方式应该理解为是对本发明的解释，而非对本发明的限制。本发明的范围不是由以上说明书来说明，而是由专利的权利要求来限定，本发明意欲包括与本专利权利要求的意义和范围等同的所有修正。