连续作用千斤顶配套装备在风电单桩海运装船中的应用

连续作用千斤顶配套装备在风电单桩海运装船中的应用

摘要：单桩基础结构是目前国内主流的海上风电基础结构型式，而国内海上风电的建设呈现由近海到远海，由浅水到深水的趋势，单桩结构的长度、直径、壁厚、重量越来越大，对于风电单桩制造厂来说，将如此之重的结构物安全的转移至运输驳船上一直是一个艰巨的任务。通过不断的调研、改良，探索了一种连续作用千斤顶配套装备和工艺。本文结合公司最大单桩生产能力、码头及水位情况，着重阐述该配套装备、技术措施和工艺流程等。

关键词：海上风电；单桩；连续作用千斤顶配套装备；工艺

1 公司概况

公司位于启东海工船舶工业园内（原爱德华重工有限公司），主要定位生产海上风电单桩及导管架、钢结构、装配式PC构件、地铁管片等。公司规划生产的最大单桩参数为直径≤10m，壁厚≤100mm，重量≤1800t。公司拥有自己的码头，码头上无吊机设备。码头结构型式高桩梁板型，码头长450m，宽37m，引桥2座（间宽50m），引桥宽20m。单桩总拼线设置在2#引桥（东侧引桥）后方。

2 单桩装船方法比选

目前风电行业内基础钢管桩海运装船通常采用千吨级吊机或浮吊、滚装上船和液压千斤顶型式滑移装置上船。千吨级吊装设备作业成本较大，且重物在起重过程中危险系数

极高，容易发生安全事故。再加上目前风电单桩重量越来越大，千吨级吊装设备适用性不强。滚装上船，即驳船顶靠码头前沿，在合适的潮水时间段，采用模块车运输单桩直接行驶至驳船甲板上。该方式虽然操作简单，速度快，但由于在装船过程中存在各种因素的不确定性，如模块车在驳船与码头交界处发生故障，在有限的涨落潮时间里无法完成修理，则重达千吨的钢管桩会对驳船、模块车乃至人员造成毁灭性损伤。液压千斤顶型式滑移装置上船是目前较为普遍的单桩装船方式，即在岸上、船舶甲板上铺设滑移轨道，通过若干个顶升滑移装置将单桩滑移装船，该装置主要受限于顶升行程要求，为保证拥有充足的装船时间，则要求顶升装置行程大，但千斤顶行程越大，顶升能力越小，存在极大的爆缸风险，容易造成人员、设备损伤。上述三种装船方式均存在各种不安全因素，不应予以使用。

针对本公司的码头结构型式和码头前沿水位情况，在顶升滑移装置的基础上予以改良、升级，设计出一种连续作用千斤顶配套装备，顶升装置通过油缸、钢绞线实现提升、下放，滑移装置通过油缸步履顶推实现自行顶推行走。

3 连续作用千斤顶配套装备的设计

3.1 连续作用千斤顶配套装备使用要求

（1）通过顶升装置和滑移轨道的相互配合，将千吨级钢管桩结构安全的从码头上自行滑移至驳船甲板上；

（2）顶升装置最大顶升行程达到3m；

（3）单个顶升装置额定承载量达到1000t；

3.2 连续作用千斤顶配套装备的构成

连续作用千斤顶配套装备具有升降、纵移等功能，共配4套滑移支架，分别为1#、2#、3#、4#支架，其中3#、4#支架具备横移功能（4#为备用），1#、2#、3#、4#支架均带顶推功能。2套支架最大配合提升移运能力为1800t，单个支架额定承载1000t。

支架采用双门框结构，门框顶部安装提升油缸，双门框之间套装承载梁，用钢绞线进行同步提升和下放，支架还设有防风铁楔装置，锚索装置，重量指示装置和高度指示装置。门框底部安装有AGE滑板，分别放置在中心距为11m的2条滑道上。每套支架配有4套顶推油缸，可实现支架的自行顶推行走。另共配置268m长滑轨，其中岸上滑轨长44m×2=88m，按6m一节制作（其中一节8m）；船上滑轨长90×2=180m，按9m一节制作。滑轨上滑移工作部位铺设不锈钢复合板。滑轨连接后直线度保证≤1/1000，平面度在10m长范围内≤5mm。本装备设有一个独立的电气房，内有配电柜和控制柜，并配有滑移支架安全检测系统以及相应的显示装置。

表1 滑移支架配套装备基本参数

滑移支架配套装备基本参数 单位 数值

最大承载量 t 1800

跨度（两侧滑轨中心距） m 11

支架总高度（含提升油缸） m 9.2

支架总宽度（含顶推油缸和防风铁楔） m 12.4

支架总长度（含耳板） m 5.8

承载量提升高度 m 3

适应横向、纵向坡度 横向2%，纵向4%

单个支架整机重量 t 102

提升下放系统安全系数 n≥1.5

顶推系统安全系数 n≥1.5

滑移时倾覆安全系数 n≥2

纵移运行驱动型式 4套油缸顶推

纵移运行速度 m/min 0～1.5

顶推油缸行程 mm 1200

提升机构结构形式 连续作用油缸

提升速度 m/min 0～0.25

提升能力（油缸以下） t

2×600

配套钢绞线直径 mm 17.8

配套钢绞线数量 根 2×42

4 连续作用千斤顶配套装备关键技术措施

4.1 双门框结构支架

双门框结构由底座梁、承载梁、4根立柱和2根顶部横梁组成。底座梁在作业时与滑轨接触面涂抹润滑油，在油缸顶推作用下向前滑移。承载梁用于搁置钢管桩，承载梁上设有搁置点支座，为使用于各种直径大小钢管桩，另配置多种型号调节座。支架宽度方向的相邻2根立柱上设置1根顶部横梁，顶部横梁上用于放置千斤顶。

图1 双门框结构支架

4.2 提升和下放系统

提升与下放系统采用智能连续作用千斤顶系统，连续作用千斤顶是在桥梁提升、顶推、平转、旋转施工中的常见设备。该系统由液压千斤顶、钢绞线和控制系统三大部分组成，并采用位移传感器实时传输位移数据，且同步性好，有效控制提升和下放全过程平稳、无冲击颤动。单个支架对称设置连续作用千斤顶系统，共84根（2×42）直径17.8mm的钢绞线。

4.3 滑移轨道

船上、岸上的滑移轨道均采用顶推滑移设计，均设有顶推受力部位，并可双向受力。

船上单条轨道设计90m，双排共180m，岸上单条轨道44m，双排共88m。滑道上滑移工作部门均铺设不锈钢复合钢板。滑道按分段连接设计，岸上6m一节（其中有一节为8m），船上9m一节，两相邻滑道的对接处平滑过渡，双排轨道间距为11m，润滑剂采用润滑油。

4.4 横移装置

横移装置用于岸上滑移支架横向移动，配置1套轮胎式横移台车。3#和4#滑移支架均预留横移接口。

4.5 滑移支架的联锁动作和安全装置

滑移装船时需要3套支架（1#、2#、3#），但只有2套支架同时工作（1#和3#，或2#和3#，或1#和2#），2套支架可分别单独升降，也可同步升降。顶推和提升不能同时工作。提升和顶推机构都设有行程限位。

表2 各部位安全装置

4.6 电气房

电气房安装在岸上，位置接近于运输船，在电气房座椅上能清楚看到1#、2#、3#支架和滑轨的工作状况。配电柜、控制柜和显示屏集中放置在一起。电气房内设有操作控制台、各种显示仪表、故障显示装置和相关辅助设施。工作状态下的显示信号包括：重量显示和报警显示；提升高度和报警信号；支架的偏斜指示和报警信号；风速显示和报警信号等。

5 滑移装船工艺流程

（1）安装船上顶推滑轨、岸上一侧的顶推滑轨和滑移支架1#、2#、3#（其中1#、2#安装在船头4m甲板上，3#在码头上）。安装3#滑移支架时，确保顶推装置的止退杆全部落入岸上顶推滑轨4的方形槽内，再用连接件将岸上顶推轨道4和滑移支架3紧固。

（2）运输船顶靠2#引桥前沿，船艉带好缆绳，中间系倒八字缆，使船上的滑移轨道与码头面上的滑移轨道在同一轴线上。若是大潮汛期间，船头需抛2个八字锚。接好滑移支架1#、2#的电源线，确保空载试机正常。

（3）模块车1和模块车2配合将钢管桩运输至码头，直至模块车1距离码头前沿4m处停止，等待合适的潮水，此时钢管桩重量由2组模块车共同承受。

图2 滑移装船准备示意图

（4）顶升滑移支架1，使承载梁上的圆弧支撑和管桩充分接触，模块车1从侧面横移出去，此时钢管桩重量由滑移支架1和模块车2共同承受。过程中及时调整压载水以调节船舶状态。

（5）模块车2带动滑移支架1（或者利用滑移支架1顶推装置带动模块车2）继续向驾驶楼方向移动，直至模块车2距离码头前沿4m处停止，此过程中，钢管桩重量仍由滑移支架1和模块车2共同承受。

（6）同时顶升滑移支架3所有横移顶升油顶，使岸上的顶推滑轨4脱离路面50mm，启动横移电机，驱动滑移支架3和顶推轨道4一同行至岸上顶推轨道铺设处，和岸上顶推轨道3轴线对齐后，停止行驶，并解除岸上顶推轨道4和滑移支架3的连接件。

将岸上未铺设的滑移轨道移至预定位置处，并保证轴线对齐。

（7）滑移支架3从桩底顶推滑入约7.5m处停止，滑移支架3顶升，使承载梁上的圆弧支撑和管桩充分接触，模块车2从侧面驶出，此时钢管桩重量由滑移支架1和滑移支架3共同承受。

（8）利用滑移支架1和滑移支架3任意1套顶推装置（或2套同时使用），带动钢管桩向驾驶楼方向移动，直至滑移支架3距离码头前沿4m处停止。此过程中，钢管桩重量仍由滑移支架1和滑移支架3共同承受。

（9）滑移支架2顶升，滑移支架3卸压，利用滑移支架1和滑移支架2液压顶推机构带动钢管桩向驾驶楼方向移动，直至到达指定地点。此过程中，钢管桩重量仍由滑移支架1和滑移支架2共同承受。此时钢管桩安全转移至驳船甲板上。

图3 滑移装船完成图

（10）运输船解缆（起锚），顺靠于码头前沿，利用吊机调整船上原有的U型支座，使U型支座均匀分布在桩身下面。1滑移支架1、2卸压，使单桩落在U型支座上。然后依次将滑移支架1、2和滑移轨道吊装至码头面。最后按要求海绑固定单桩。

6结语

连续作用千斤顶配套装备成功消除了常用单桩装船方式的不利因素，具有智能化、信息化、适用性强和安全性高等特点，为风电单桩制造厂物流运输提高了装船效率并取得了较好的经济效益。

参考文献

[1]中交第三航务工程局有限公司，一种海上风电基础钢管桩的滚装上船方法与流程，2019.

[2]张志强，连续顶推千斤顶在桥梁中的应用。设备与技术，2016.