三筒吸力桩导管架建造工艺与精度控制

张凌 李金

摘    要：海上风电场三筒吸力桩导管架，可分为过渡段、导管支架、吸力桩三大部分。本文探讨了这三部分和总组的建造工艺流程以及建造过程中的精度控制要点，为类似项目提供参考。

关键词：三筒吸力桩导管架；建造工艺；精度控制

中图分类号：TH162                                 文献标识码：A

Construction Technology and Precision Control

of Three-Cylinder （Suction Pile） Jacket

ZHANG Ling1，  LI jin2

（ 1. CMHI （ JS ） ， Nantong  226116;  2.Jiangsu Shipping College， Nantong 226010 ）

Abstract： Based on the fact that the three-cylinder （suction pile） jacket of offshore wind farm is divided into three major parts： ITD， Pipe support and suction pile. This paper discusses the construction process of these three parts and the erection work and the key points of progress control in the construction process. It can provide reference for subsequent similar projects.

Key words： Three Cylinder （Suction Pile） Jacket; Construction Technology; Precision Control

1     前言

海上風电是可再生能源开发的重要领域，是战略性新兴产业的重要组成部分。相较于其他结构，导管架基础因其桁架式结构优势明显，已成功应用于多个海上风电场[1，2]。三筒吸力桩式导管架基础的主体部分为：吸力桩、导管架体和顶部箱梁结构的过渡段。导管架体共布置3层斜撑，导管架体与吸力桩及过渡段通过焊接固定，按每套吸力桩导管架的共性构造，由上至下分为过渡段、导管架体、吸力桩三大部分。针对结构特点及厂区的加工能力，分段划分不尽相同，但以管架内部板厚分界处的自然缝做为分段缝为佳，如图1所示。

2    过渡段建造工艺与精度控制

2.1   过渡段的建造工艺

过渡段分段较重，选择在起重能力较大的场地进行。过渡段片体在吊机覆盖范围内胎架上进行制作，制作完成后，利用龙门吊运至大组场地进行大组；分段以顶板为胎进行反造，装配完成后整体翻身完成底板处焊接；中心圆筒内部设有上、下两层平台（见图2），中心圆筒制作时一同安装。

过渡段在大组前，提前在地面划出经纬线、中心圆筒轮廓线、立柱轮廓线，圆心用光靶点标记；中心圆筒和周围块段分别布置圆墩，同时需保证内部舾装件的安装，确保分段完整性，以减少或避免后期舾装高空作业；过渡段中的吊耳，由两个耳板组成一个吊耳。吊耳孔有同轴度要求，需单独组装、整体配钻，配钻时耳板两侧的4个腹板为点焊，其它肘板均完成先焊接。吊耳先拼接成小组件后，在建造过渡段时与主导管焊接，务必保证吊耳主板与主导管之间双面全焊透焊接，吊耳侧板与主导管之间焊缝由于空间限制可采用单面焊接；过渡段中心圆筒的上端与法兰焊接，焊接完成后法兰上表面整体进行机加工，机加工后平面度应小于2 mm。

2.2   过渡段建造精度控制

（1）先定位中心主钢管，找出主钢管上平面中心点并设置光靶点，在上平面上方加设好固定激光经纬仪的工装，确保工装上表平面水平度偏差度小于2 mm；

（2）按照支撑柱的地面角度线及中心点，定位主钢管三个侧面的框架结构，支撑柱焊前用激光经纬仪对主钢管上下中心点进行照光，焊接后对主钢管的中心进行重新照光，确保焊前焊后中心偏差度小于2 mm、支撑柱中心点偏差度小于2 mm。

3     导管架建造工艺与精度控制

3.1   导管架建造工艺

导管钢板到货后，经过切割下料及卷圆加工，形成2～3 m管节。管节上口画出检验线及圆管0°、90°、180°、270°角度检验线，并均匀打好洋冲眼，上组对机进行组对焊接；先3～4个管节组对后检验效果，达到精度和质量要求后整管组对接长；将需要相贯线切割的斜导管管段先切割相贯线；主导管和斜导管接长后，进砂房打砂和涂装，然后运至预制场地进行片体的预制工作；片体提前在场地画好管子中心线，并设置好胎架；导管片体预拼装过程中，在斜向导管设置连接支撑用于加强；导管架主导管侧平面为胎侧造，上、中、下段串联建造，进行预拼，确保合拢精度；大组顺序以导管架下段为例（上、中段相似），如图3所示；在实际建造过程中，如果场地和吊运能力足够，也可先将两边导管组成V字型片体，V字型片体翻转60°后扣至底边片体，这样可使得所有的焊接接头在下方，有效保证焊接接头质量，减少脚手架的架设。

3.2   导管架建造精度控制

（1）零件切割时：筒节和焊缝编号，下料划线均按中径展开，下料长度与宽度的偏差在1 mm以内；钢板下料完毕后，质检人员及时报验，并对标记移植、坡口角度、钝边、几何尺寸逐张复验、特别要注意钢板表面质量；切割前对半自动火焰切割器导轨进行全面的检修，并根据不同的板厚、坡口形式调整切割速度、更换切割嘴；切割后的割缝端面无明显烧塌，不得有大于1.5 mm深的风沟或大于1 mm深的凹坑。割缝端面不得有裂纹、夹渣、分层等缺陷，零件上的氧化铁应去除；被切割件垫平，根据板厚选择相应割嘴和割速，切口应表面光滑、垂直，并将毛刺、割渣清除干净；对于切割造成的边缘缺陷预焊补，控制长度和宽度偏差在1 mm以内、对角线偏差在1.5 mm以内、边缘不直度在1 mm以内。质检员跟踪尺寸测量并做好记录，待卷板时在焊口处做调整，确保导管直径寸的准确性；

（2）卷圆时：筒节滚圆时缓慢进行，一般卷圆成型次数至少为5～10次；在卷制过程中，遇到剥落下来的氧化皮应及时吹扫，避免产生压坑和损伤设备；滚圆前不同板厚筒节应分别制作样板靠模，滚圆应符合样板靠模，间隙≤1 mm，筒节在矫正曲率下滚2～5周，使整个筒节的曲率一致；

（3）正圆时：正圆检查使用的样板靠模，同滚圆样板靠模一致。正圆后检验筒节的质量，并及时处理卷制或吊装造成的压痕、卡痕等，打磨补焊区域需进行表面无损检测；以筒节直缝焊缝为为基准，找出圆中心，4等分筒节，外表面标出测量检验线标志且划线记录需保留，分别检验各等分点的圆度情况，并将数据分别记录在筒体的内侧和外侧；当4个圆度误差中有任一值不符合要求，均应按正圆的程序对筒节进行重新正圆，直至所有精度符合要求（椭圆度在3 mm以内，外径公差-5 mm～0，单节筒体直线度偏差不大于1 mm，筒节长度偏差-2 mm～+2 mm）；

（4）组对及接长时：管节对接错边量偏差不大于板厚的1/10，且不大于3 mm；拼接的鋼管，相邻部分的纵缝应错开90°，如果无法满足90°要求则最小错开弧长（主腿400 mm，斜撑200 m）；导管架斜撑钢管和主导管对接焊时，相接的焊缝与主导管环缝、纵缝相距不得小于7 5 mm，并遵守禁焊区要求；

（5）部分焊接接头由于空间狭小等因素，可使用单面焊。

4    吸力桩建造工艺与精度控制

4.1  吸力桩建造工艺

吸力桩筒体，划分为若干筒节和顶面加强盖板。每个吸力桩制作时，先分成上部筒体（加强盖板+第一节筒节）和下部筒体：

（1）下部筒体制作流程

下部筒体制作：整板 →下料 →开坡口 →压边 →卷板→单个筒节制作→组对；

（2）上部筒体制作（见图4）：上层筒节装配焊接→筒节对接装配焊接→筒体成型→加工艺撑翻身→顶部结构制作安装。

（3）筒体分段大组

筒体分段大组时，可采用传统的正态大组，也可采用侧组：

① 正态大组在单个筒节完成后，由下向上层层堆叠，如有条件也可以将两个筒节先组対焊接，以减少单个大组时脚手架的搭设高度；

② 在组对机上侧组，有利于发挥最大的效能。侧组流程：单个筒节制作→转运→筒节组对焊接→顶盖组对焊接→整体翻身。

采用何种大组方式，主要看各厂的装备及调运能力，相对来讲，正态大组较侧态大组所用时间及搭设脚手架量大，但免于了整体翻身，有利于控制吸力桩整体的垂直度及中心度；侧组对装备的需求较大，前期投入较大。

4.2   吸力桩建造精度控制

（1）吸力桩制作筒体成品，外周长误差不超过±0.1%周长，且不大于15 mm；筒端椭圆度不超过±0.1%D，且不大于5 mm；筒端平整度误差不超过2 mm；筒体成品的总高度偏差控制在0～+100 mm；筒体纵轴线的弯曲矢高不大于筒高的0.1%，且不大于10 mm；

（2）在吊装时保证垂直起吊，控制圆筒在吊装过程中的变形；侧组时，时刻监控筒节中心线位置，正态总组时下筒节的上口提前设置导向板，以便上筒节吊装定位；焊前焊后对精度进行测量，确保满足质量要求；

（3）筒节高度约3 m，由钢板压型成圆弧板。正态大组时，圆弧板拼装前在节段内部制作井字型胎膜外部配以环形胎架，逐层进行施焊，焊接时控制好电流电压及焊接速度，确保焊接质量；焊前焊后对单节的圆弧度进行测量，做好各对接口的检验线，用洋冲眼，胶带或油漆标记，确保满足质量要求。

5   总组建造工艺与精度控制

5.1  总组建造工艺

过渡段大组完成后，进行舾装外平台舾装件装配和整体涂装。安装舾装件要确保完整性，以减少或避免后期舾装高空作业，舾装件安装完毕后使用吊机将过渡段翻身90°与导管架支架进行总组；总组前，导管架支架侧卧与胎架上，并完成内部所有接头的焊接以及管内外舾装件的焊接与绑固；导管架与过渡段的侧态总组，主要是完成两者内部主导管的组対焊接，以及内部舾装管系的连接；总组时可充分利用导管架架体大组的胎架进行，以增加胎架的综合使用效率；由于导管架架体是主要的受力构件，不得在架体上开设工艺孔，特别要注意总组过程中的焊接通风问题，可在过渡段适当位置开始一通风孔来解决该问题；在导管架与过渡段总段完成后，整体重量较大，需利用大吨位浮吊将总段整体翻身90°，翻身前后均需测量三个主导管中心点数据，根据数据调整坞内及码头上预放的吸力桩分段位置，确保顺利完成导管架与吸力桩的组対焊接或者角接。

5.2   总段总组精度控制

（1）总组前，利用全站仪测量过渡段中的3个主导管和导管架主导管中心数据，通过数据拟合模拟总组，如果发现较大偏差应采取措施调整过渡段中主导管的中心来满足组対要求。组対要求与导管架内部一致，管节对接错边量偏差不大于板厚的1/10，且不大于3 mm；拼接的钢管，相邻部分的纵缝应错开90°；

（2）为保证能顺利组対，通常在建造时在过渡段主导管上端预留100 mm余量，该余量包括补偿主导管端面共面度3 mm的公差要求，以及整根导管焊接收缩要求，此余量在模拟总组后需修割完毕；

（3）预先在地面画出主导管中心线并设置光标点，中心线与地面中心线偏差不得超过±5 mm；过渡段位置预先放置支撑，支撑必须有足够的刚度和强度，保证过渡段放下后不发生变形导致组対误差。

6    结束语

本文针对三筒吸力式导管架，研究了三筒吸力桩导管架中过渡段、导管架和吸力桩三大部分的建造工艺，以及总体组装建造工艺流程，并探讨建造过程中精度控制要点，对今后海上风电超大超重吸力式导管架的建造提供参考。

参考文献

[1]胡雪扬.海上风电桩基导管架基础灌浆段设计与应用[J]水电与新能源.2021，35（10）.

[2]黄俊.海上风电基础特点及中国海域的适用性分析[J]风能.2020，（02）.

基金项目：南通市科技计划项目（JCZ21005）

作者简介：张  凌（1984-），男，工程师。主要从事船舶与海洋结构物制造。

李  金（1983-），女，讲师。主要从事船舶与海洋结构物设计。

收稿日期：2022-07-26