海上升压站上部组块的监测与分析

(上海港湾工程质量检测有限公司，上海 201315)

江苏东台200MW海上风电项目共安装50台单机容量4.0MW的风力发电机组，总装机容量200MW。风电场配套设置一座220kV海上升压站及一座陆上集控中心，海上升压站位于42#，43#，30#风电机组间的海域。升压站规模按200MW设计，并以一回220kV海缆送出，陆上集控中心设置在海缆登陆点内侧，海上升压站距登陆点直线距离约31km。

海上升压站采用四桩导管架形式，单根钢桩桩长66.0m，直径为2.2m，壁厚为36～50mm，入泥深度为45.3m；导管架主导管直径为2.5m，壁厚为40～50mm；上部组块平面尺寸为36.0m×37.8m，上部组块为三层建筑，建筑类别为二类，设计使用年限50年。甲板层布置有事故油罐车、救生装置等设备并兼备电缆层，层高约6.0m左右；通讯继保室、低压配电室、接地变场变电阻柜室、开关柜室、主变、GIS室、通风机房等布置在二层，层高5.5m；蓄电池室、水泵房、应急配电室、柴油机房、避难所等布置在三层、层高4.5m。上部组块总质量2300t，整体吊装。

1 监测概况

升压站监测包括施工期监测和运行期监测，施工期在升压站上部组块吊装完成后即开始监测，直至运行期监测。所有监测仪器均实现自动化实时监测。本次监测时间段为2017年4月28日～2018年6月30日，包含了施工期和运行期监测。

2 工程地质

根据钻孔揭露的地层结构、岩性特征、埋藏条件及物理力学性质，结合静力触探曲线、室内试验和区域地质资料，勘探深度内(勘探孔深68.0m，高程-71.74m)均为第四系沉积物，勘探深度范围内上部①～③层为第四系全新统(Q4)冲海相粉土、粉砂，下部为晚更新世(Q32)陆相、滨海相沉积物。共分8个大层，根据土性及物理力学性质细分10个亚层及4个夹层，自上而下分述如下。

①层粉砂(Q4)：新近沉积土，灰色，松散～稍密，饱和，含有机质及云母碎屑。全场分布，层厚2.00m～7.00m。

②层粉土(Q4)：灰色，稍密为主，饱和，局部夹少量粉砂，含云母贝壳碎屑。全场分布，层厚2.80m～10.60m。

③-1层粉砂夹粉土(Q4)：灰色，中密为主，局部稍密，饱和，含少量贝壳碎屑，局部夹薄层粉质粘土。广泛分布，层厚1.70m～15.50m。

③-2层粉砂(Q4)：灰色，中密为主，局部密实，饱和，含贝壳碎屑，局部夹薄层粉质粘土和粉土团块。全场分布，层厚1.20m～24.90m。

③-3层粉土夹粉质粘土(Q4)：灰色，稍密为主，局部中密，饱和，夹薄层粉质粘土和粉砂，含少量贝壳碎屑。局部分布，层厚1.30m～9.60m。

③-夹层粉质粘土夹粉土(Q4)：灰色，流塑～软塑，偶夹薄层粉土、粉砂，局部孔段以稍密粉土为主。局部分布，层厚1.00m～16.20m。

④-1层粉质粘土(Q32)：灰绿、灰黄色，可塑为主，局部硬塑，局部夹薄层粉砂，偶见结核。广泛分布，层厚1.60m～5.30m。

④-2层粉质粘土夹粉土(Q32)：灰色，软塑，夹薄层粉土。局部分布，层厚1.40m～8.20m。

④-夹层粉砂：灰色，中密粉砂为主，局部为粉土，含少量贝壳碎屑。仅局部孔段揭露，揭露层厚1.00m～3.00m。

⑤层粉土(Q32)：灰色，稍密～中密，饱和，夹层厚0.2～1cm的薄层软塑状粉质粘土。局部分布，揭露层厚3.30m～7.90m。

⑥-1层粉砂(Q32)：灰色，中密为主，饱和，局部夹少量粉土团块和粘性土，含少量贝壳碎屑。大部分布，揭露层厚1.00m～5.10m。

⑥-2层粉质粘土夹粉土(Q32)：灰色，软塑，局部夹少量粉土粉砂。局部分布，揭露层厚3.50m～9.20m。

⑦-1层粉质粘土(Q32)：灰、灰绿色，可塑～硬塑，局部坚硬，含铁锰质锈斑，局部夹薄层粉土，偶见1～3cm粒径姜结核。全场分布，层厚1.00m～6.60m。

⑦-2层粉质粘土夹粉土(Q32)：灰色，软塑为主，局部可塑，局部夹少量粉土粉砂，偶夹贝壳碎屑。全场分布，揭露层厚1.30m～15.20m。

⑦-夹a层粉土：灰色，稍密～中密粉土为主，夹少量粉砂，偶见贝壳碎屑，局部夹薄层粉质粘土。仅部分孔段揭露，揭露层厚1.10m～7.00m。

⑦-夹b层粉质粘土：灰、灰绿色，可塑，偶见结核。局部分布，揭露层厚1.20m～2.40m。

⑧层粉砂(Q32)：灰色，密实为主，局部中密，偶夹少量粉质粘土和粉土，含云母贝壳碎屑和少量腐殖质。全场分布，该层未揭穿，揭露最大厚度为13.70m。

本工程海上升压站持力层选择埋深适中的⑥-1层粉砂。

3 监测要求、目的

3.1 监测要求

根据设计文件及相关规范相关要求，对海上升压站上部组块在施工期和运行期进行安全监测，监测项目包括：倾斜监测、应力应变监测、振动监测。

3.2 监测目的

通过对上述项目的监测，了解升压站上部组块在建设和运行过程中的倾斜、应力应变和振动情况，为设计验证升压站健康安全运营提供依据。

4 测点布置

在一层甲板、二层甲板和三层甲板四根柱上各布置1个双向倾角仪，共计12个。在一层甲板下部四根柱子上各布置2个钢板应力计，共布置8个钢板应力计。在一层甲板和三层甲板四根柱上各布置1个三向加速度计，共计8个。传感器布置见图1～图3。其中CLsyz为倾角计，Csyz为钢板应力计，ATsyz为三向加速度计。

5 监测预警值

根据设计交底文件，海上升压站各监测项目的预警值如下：

①结构倾斜：≤5‰(0.286°)；②结构应力：≤250MPa。③结构振动加速度幅值：≤0.15g。

图1 上部组块二层传感器布置示意图

图2 上部组块三层传感器布置示意图

图3 上部组块传感器布置正视示意图

6 监测成果及分析

X，Y向分别表示升压站平面两个垂直的方向，Z表示垂直于X，Y的方向。

6.1 倾斜监测

倾角采样时间间隔为4h，把倾角每天变化最大值汇成变化曲线，见图4～图5。

由图4和图5曲线可知：X，Y方向最大倾角变化为-0.092°和-0.079°，且远小于预警值0.286°，满足设计要求，结构处于安全状态。

图4 X方向倾角变化曲线

图5 Y方向倾角变化曲线

6.2 应变应力监测

应力采样时间间隔为4h，把应力每天变化最大值汇成变化曲线，见图6。

由图6可知：应力最大值为56.9MPa，且远小于预警值250MPa，满足设计要求，结构处于安全状态。

图6 应力随时间变化曲线

6.3 振动监测

振动采样频率为100Hz，把振动每天变化最大值汇成变化曲线，见图7～图9。

图7 加速度计X轴振动曲线

图8 加速度计Y轴振动曲线

图9 加速度计Z轴振动曲线

由图7～图9可知：X，Y，Z方向加速度最大值分别为1.390m/s2，0.414m/s2，1.354m/s2，接近预警值(0.15g)，但出现次数很少，绝大多数据远小于预警值。满足设计要求，结构处于安全状态。

7 结 论

对海上升压站上部组块施工期和运行期进行自动化实时倾斜、应力、振动监测，得到如下结论：

(1)本项目利用先进的自动化监测技术，实现数据的采集、传输、处理，在施工期和运行期取得了良好效果。

(2)监测过程中取得了海上升压站上部组块倾斜、应力、振动大量实测数据，从而了解升压站施工和运行过程中情况，为设计验证升压站运行安全提供依据。

(3)监测到各项数值均小于预警值，满足设计要求，结构处于安全状态。

(4)为以后同类型结构监测提供参考。