1、海上风电施工简介二一三年十月目 录1 海上风电场主要单项工程施工方案 11.1 风机基础施工方案 .11.2 风机安装施工方案 .131.3 海底电缆施工方案 .191.4 海上升压站施工方案 232 国内主要海上施工企业以及施工能力调研 352.1 中铁大桥局 .352.2 中交系统下企业 .412.3 中石（海）油工程公司 .462.4 龙源振华工程公司 .483 国内海洋开发建设领域施工业绩 523.1 跨海大桥工程 .523.2 港口设施工程 .553.3 海洋石油工程 .553.4 海上风电场工程 .584 结 语 5901 海上风电场主要单项工程施工方案1.1 风机基础施工方案国外
2、海上风电起步较早，上世纪九十年代起就开始研究和建设海上试验风电场，2000 年以后，随着风力发电机组技术的发展，单机容量逐步加大，机组可靠性进一步提高，大型海上风电场开始逐步出现。国外海上风机基础一般有单桩、重力式、导管架、吸力式、漂浮式等基础型式，其中单桩、重力式和导管架基础这三种基础型式已经有了较成熟的应用经验，而吸力式和漂浮式基础尚处于试验阶段。舟山风电发展迅速。目前国内海上风机基础尚处于探索阶段，已建成的四个海上风电项目，除渤海绥中一台机利用了原石油平台外，上海东海大桥海上风电场和响水近海试验风电场均采用混凝土高桩承台基础，江苏如东潮间带风电场则采用了混凝土低桩承台、导管架及单桩三种基
3、础型式。图 1.1-1 重力式基础型式图 1.1-2 多桩导管架基础型式1图 1.1-3 四桩桁架式导管架基础型式 图 1.1-4 单桩基础型式图 1.1-5 高桩混凝土承台基础型式 图 1.1-6 低桩承台基础型式基于国内外海上、滩涂区域风电场的建设经验，结合普陀 6 号海上风电场 2 区工程的特点及国内海洋工程、港口工程施工设备、施工能力，可研阶段重点考察桩式基础，并针对 5.0MW 风电机组拟定五桩导管架基础、高桩混凝土承台基础和四桩桁架式导管架基础作为代表方案进行设计、分析比较。1.1.1 多桩导管架基础施工图 1.1-7 五桩导管架基础型式 图 1.1-8 四桩桁架式基础型式2对于五
4、桩导管架基础施工程序为：钢管桩、导管架的制作钢结构运输 钢管桩沉桩施工导管架安放钢管桩、导管架连接调平与灌浆。对于四桩桁架式导管架基础施工程序为：钢管桩、导管架的制作钢结构运输导管架沉放钢管桩沉桩施工钢管桩、导管架连接调平与灌浆。施工工艺流程如下钢管桩制作导管架临时支撑结构安装导管架结构的沉放、调平钢 管 桩 沉 桩 施 工导管架钢套管与钢管桩连接施工风电机组安装施工导管架制作导管架基础施工流程图（1）导管架制作导管架主要由大直径钢管桩构成，应采用适应其特性的适当的加工设备和程序制作。制作时，需选择合适的制作程序，特别是对节点处的处理尤应注意，制作过程中应尽可能避免高空作业，确保安全和质量。套
5、管制作程序一般应遵循如下程序进行：分段部件制作平面组装立体组装此外，套管结构的制作，应编制制作要领文件，原则上记载以下关键项目：材料和部件（钢材、焊接材料、涂料）制作工序（大样图、部件加工、组装、焊接、出厂）3图 1.1-9 导管架结构制作示意图（2）钢管桩的制作钢管桩制造的主要工艺流程如下图所示：钢管桩一般采用非等厚度（为节省钢材用量，上下两部分厚度一般不同）的钢板螺旋法卷制，自动埋弧焊焊接而成。钢管桩卷制完成后，对于焊缝应进行 100超声波探伤，对超声波检测发现有缺陷的焊缝应进行 X 射线检测或用碳弧气刨刨开焊缝观察检查。钢管桩制作完成后的储存、转运过程中，应注意对其表面防腐涂层的保护，一
6、般不允许直接接触硬质索具，存放过程中底层地垫物应尽量采用柔性地垫物，防止因硬质垫层导致涂层受损。4钢管桩预热原材料进场复检钢 卷 开 卷钢 带 矫 平钢带头尾对接焊铣 边 坡 口螺旋卷制成型表面抛丸处理中频感应加热环氧粉末喷涂淋水冷却涂装检测内外螺旋焊缝连接在线超声波检测钢管切割下线管 坯 检 测下线补充焊接剪力环焊接生产线上涂装超声波检测X 射线检测钢管桩吊耳焊接吊耳防腐涂装产品最终检验钢管桩堆放、储存钢管桩制作流程图(3) 钢管桩沉桩方式针对整根管桩沉桩施工，国内常用的沉桩方式有两种，一种是采用带桩架的专业打桩船沉桩，另一种为起重船吊打沉桩。5图 1.1-10 “海力 801”沉桩图图 1
7、.1-11 起重船吊打沉桩示意图经初步调查，国内现有专业打桩船的桩架最大吊重为 200t（双钩联吊），吊钩能力为主勾吊重 120t，副勾 80t，桩架总高 95m，植桩能力 81m+水深。针对普陀 6 号海上风电场 2 区工程基础设计作为比选方案的五桩导管架基础，桩径2.6m，桩长超出 90m，且桩重达到 225t，已经远远超出专业打桩船的植桩能力，所以可采用起重船吊打的方式进行沉桩施工。四桩桁架式导管架基础方案钢管桩桩径 2.5m，桩长约 132m。目前国内打桩船施工有一定难度，该方案设置了导管架平台，施工可考虑在导管架平台上进行水上接桩。同时，需对打桩船的桩架及吊桩系统等进行整体改造。(4
8、) 钢管桩沉桩桩锤选型目前大型的海上锤击沉桩机械主要有筒式柴油打桩锤、液压打桩锤、液压振动锤三6种型式，其中以柴油打桩锤应用最为广泛，经过对工程管桩沉桩施工要求的分析，选择S500 型液压打桩锤作为首选锤型，D250 型柴油打桩锤作为备选。图 1.1-12 IHC 液压锤(5) 导管架沉放根据普陀 6 号海上风电场 2 区工程基础设计的导管架吊重、吊装尺寸的要求，可选择 1000t 级起吊能力的浮吊进行安装工作。7图 1.1-13 如东潮间带导管架安装图图 1.1-14 四桩桁架式导管架下水图(4) 调平与灌浆钢管桩与导管架结构安装完成后，进行导管架结构的细致调平工作和灌浆连接工作。导管架结构
9、体的细致调平工作通过调节螺栓系统进行。钢管桩与导管架桩套筒之间的环形空间内通过高强灌浆材料连接。灌浆施工由驳船8上所载的灌浆泵高压泵送灌注专用的灌浆材料。图 1.1-14 现场的灌浆工作平台图 1.1-15 单桩灌浆现场及连接段的溢浆图91.2.1 高桩混凝土承台基础施工图 1.1-16 高桩承台基础型式高桩混凝土承台基础主要的施工工艺流程为：沉桩截桩安装钢套箱封底混凝土施工桩芯施工绑扎承台钢筋、安装预埋件承台混凝土施工钢套箱拆除。(1) 沉桩方式以普陀 6 号海上风电场 2 区工程推荐的高桩混凝土承台基础型式为例，采用 8 根直径为 2.3m 的钢管桩作为基桩，平均桩长 90.0m，桩重达到
10、 183t。经初步调查，国内现有专业打桩船无法满足本工程桩基施工要求，但承台基础的钢管桩为 5:1 的斜钢管桩，在海上进行吊打施工的难度很大，须采用带桩架的专业打桩船进行施工，以保证施工精度要求。因此需要考虑对现有打桩船进行整体改造。(2) 桩锤选择经过对普陀 6 号海上风电场 2 区工程管桩沉桩施工要求的初步分析，根据本工程管桩各项参数及可选桩锤各项指标，控制打桩能量达到 70%90%，最终贯入度为 5mm 左右时，选用 S500 型液压打桩锤， D250 型柴油打桩锤作为备选。(3) 混凝土承台施工10钢套箱事先在陆上整体拼装完毕，由 2000t 驳船运输到位，起重设备整体吊装钢套箱，并在
11、钢套箱与钢管桩之间加固固定，对桩孔周边拼接封闭；钢套桩安装后，先浇筑封底混凝土，待底层混凝土达到设计规定强度后，清理工作面，抽去套箱内积水。承台混凝土采用分层浇筑，且连续进行。混凝土浇筑采用大型混凝土搅拌船，配备 2000t 甲板驳船携带一个墩台浇筑需要的混凝土骨料，浇筑强度约 100m3/h。在承台混凝土达到一定强度后，拆除钢套箱侧模板。图 1.1-17 钢管桩沉桩施工图11图 1.1-18 钢套箱安装示意图图 1.1-19 桩芯施工示意图12图 1.1-20 混凝土浇筑示意图图 1.1-21 混凝土搅拌船图1.2 风机安装施工方案风机设备海上安装是风机安装工作中最为重要的内容，经过对国内外
12、风电场建设的调查了解，根据风机零散设备的预拼装程度与起吊模式，可将风机吊装方案分为整体组装与吊装模式、分体组装与吊装模式。1.2.1 分体吊装方案欧洲已建海上风电场中绝大部分采用分体吊装方式，为缩短海上作业时间，分体安装一般也预先组装不同的组合体，通过对欧洲大部分风电场的统计分析，分体吊装主要13有两种方式：1、 下部塔筒、上部塔筒、风机机舱+轮毂+2 个叶片（“兔耳式”）、第 3 个叶片；2、 下部塔筒、上部塔筒、风机机舱、叶轮；分体吊装两种方式中上部塔筒、下部塔筒也是根据实际长度将 14 节塔筒预先组装，且采用前者的分体吊装方案占大多数，而近年瑞典的 Utgrunden、Yttre Ste
13、ngrund、丹麦的 Nysted 风电场则采用第 2 种分体吊装方案，具体安装情况视船体的吊装控制能力的不同而有所差异。(1) Horns Rev 海上风电场Horns Rev 海上风电场位于北海日德兰半岛（Jutland）外侧海域，该电场离岸 14-20km（至 Blvands Huk 的距离将近 14km），水深 6.5-13.5m，单机容量 2MW，风机吊装方式采用分吊装第一种方式进行。图 1.2-1 Horns Rev 风电场塔筒安装 图 1.2-2 Horns Rev 风电场机舱吊装图14图 1.2-3 Horns Rev 风电场第三片叶片吊装图(2) Nysted 风电场Nyst
14、ed 风电场共安装 72 台 2.3MW 的 Bonus82.4 型风力发电机，装机总容量165.6MW。该风电场距海岸 9km，位于波罗的海南部，水深 69.5m ，风机安装采用分吊装第二种方式进行。15图 1.2-4 Nysted 风电场塔筒吊装示意图 图 1.2-5 Nysted 风电场机舱吊装示意图图 1.2-6 Nysted 风电场叶轮吊装示意图161.2.2 整体吊装方案整体吊装方式即为风机设备在陆上或近岸平台完成塔筒、机舱、轮毂、叶片的组装，整体运输到风电场场址后，通过大型的起重设备吊装到风机基础平台上方式。风电机组整体运输、吊装因质量大，重心高，且叶片、机舱等受风面积大的构件主
15、要位于机组上部，整体运输、吊装过程中的稳定性、安全性控制要求很高。海上风机整体吊装在英国的 Beatrice 风电场、国内的绥中 36-1 风电站、东海大桥示范风电场采用过，在陆上将基础以上的塔筒、机舱、轮毂、叶片等各部件组装成一个大型吊装体，运输至现场后一次性吊装完成。(1) Beatrice 风电场Beatrice 风电场位于英国的马里弗斯，距离海岸线 23km，水深 45m，安装有 2 台5MW 的风机，风机整体总重约 410t。图 1.2-7 Beatrice 风电场风机整体吊装图 117图 1.2-8 Beatrice 风电场风机整体吊装图 2(2) 东海大桥示范风电场风电机组采用经
16、改造后的 4000t 级半潜驳专门运输，大型起重船 “四航奋进”作为起重安装船进行风机的整体吊装作业。图 1.2-9 东海大桥示范风电场风机设备运输图18图 1.2-10 东海大桥示范风电场风机吊装图1.3 海底电缆施工方案主海缆敷设工艺流程：装缆运输 施工准备（牵引钢缆布放、扫海等） 始端登陆施工 海中段电缆敷埋施工 终端登升压平台施工 海缆冲埋、固定 终端电气安装 测试验收。(1) 装缆装缆地点为海缆生产厂家码头。装缆时，施工船靠泊固定，可以采用电缆栈桥输送电缆至施工船，并盘放在缆舱内。如海缆选用进口产品，则考虑海缆直接在海上过驳。电缆为托盘或线轴装盘的，采用吊机直接吊放电缆盘至施工船甲板
17、。19图 1.3-1 电缆装船示意图(2) 近海区域海底电缆敷埋对于水深较大的海域，海底电缆的埋设由水力机械海缆埋设机进行。能铺埋直径在300mm 以内的海底光电缆，埋设深度可在 1.5m 6.0m 之间调节，最大能达到 6.0m。20铺缆船铺缆时，高压水冲击联合作用形成初步断面，在淤泥坍塌前及时铺缆，一边开沟一边铺缆，开沟与铺缆同时进行，电缆敷设时采用 GPS 定位系统进行定位，牵引钢缆的敷设精度控制在拟定路由5m 范围内。240kg1:30标 准 化审 定日 期审 核工 艺设 计 日 期签 字更 改 文 件 号处 数标 记 中 间 海 域 电 缆 铺 设施 工 示 意 图 2天 津 俊 昊
18、 海 洋 工 程 有 限 公 司第 张共 张 比 例重 量图 样 标 记DWG-08JZIP-D08-2DWG-08JZIP-D08-2图 1.3-2 海缆船敷缆施工示意图图 1.3-3 海缆敷设施工图(3) 海缆登陆根据普陀 6 号海上风电场 2 区工程 220KV 海底电缆路由勘查情况，登陆岸段地形平坦，水深约 5m 左右，可根据水深情况，海缆敷设船尽可能靠近岸边，起抛锚艇抛锚定位。用登陆点绞车回卷钢缆，牵引海底电缆至登陆点设定位置。图 1.3-4 海缆登陆示意图21泡 沫 浮 筒泡 沫 浮 筒 海 底 复 合 缆图 1.3-5 海缆泡沫浮筒绑扎位置示意图221.4 海上升压站施工方案22
19、0kV 海上升压站共有 3 部分组成：桩基础、导管架和上部组块（包括包括层间设备房和直升飞机平台等），上部结构采用整体安装。图 1.4-1 典型升压站结构1.4.1 国内建造安装海上升压站的施工流程为：钢结构加工与制作电气设备安装导管架沉放钢管桩沉桩灌浆施工上部平台整体安装。（1）基础施工海上升压站工程的基础沉桩施工可采用风机基础沉桩施工类似，导管架沉放工艺可以参照四桩桁架式导管架的沉放工艺。具体施工作业流程可参见下图。23图 1.4-2 导管架+管桩基础结构施工作业流程图浮吊/驳船动员至施工区浮吊在施工现场抛锚就位潜水员下水探摸地貌驳船就位吊装索具挂扣导管架装船固定运输进场、定位将导管架从驳
20、船上吊起驳船离开浮吊（艉靠）导管架吊装下水导管架扶正就位钢管桩安装导管架调平导管架灌浆及附件安装导管架安装后调查24（2）升压站上部组块制作施工升压站工程的施工重点和难点在于上部组块的建造与安装，其上部组块结构类同于海上石油类钻井平台上部组块结构，因此，可参考成熟的钻井平台上部组块结构的施工方案进行考虑。根据类似工程实际的操作模式，为尽量减小现场的安装次数、避免现场焊接所可能造成的质量缺陷，同时减少海上设备安装调试时间，海上升压站上部平台宜采用陆上总装的方式，将各层结构分层预制拼装，在相应安装层完成后进行其层面上电气设备的安装工作，最终形成可整体出运的上部组块（包括电气设备）组合体。上部组块组
21、装工艺可参见如下：图 1.4-3 上部组块组装工艺施工程序简述如下：1) 平台码头前沿组装上部平台采用分片预制，整体组对。第一步：水平片车间分片预制25 在焊接加工之前钢结构加工单位应编写详细的焊接工艺程序，焊接工艺评定中必须给出详细的焊接信息、焊接要求、焊接程序鉴定报告及其他所有相关信息。焊接程序鉴定报告应包括（但不限于）：焊接工艺、焊接方法、焊接位置、槽口几何形状和详细信息、电特性、原材料、焊接材料、采用的相关规范与技术要求等。 焊接环境要求：应在室内进行，且焊接环境温度应大于 0（低于 0时，应在施焊处两侧 200mm 范围内加热到 15以上或再进行焊接施工），相对湿度90%，且焊接工作
22、区必须采取适当的措施防风雨。 如在室外作业，出现下列情况其中之一不得进行，否则应采取相应措施。 风速超过规定； 雨雪天气； 温度小于零度； 相对湿度90% 。 若钢板由于运输、存储及轧制、冷却等环节而发生波浪、整体弯曲、局部凸起、边缘折弯等变形，影响切割、卷筒质量时，在切割前必须进行矫正。 对所有焊缝均应进行外观检查。焊缝金属应紧密，焊道应均匀，焊缝余高小于3mm，焊缝金属与母材的过度应平顺，不得有裂纹、夹渣、气孔、未融合、未焊透、焊瘤、弧坑、根部收缩、和烧穿等缺陷。 每个施工工序都应进行严格质量检查，并对钢管桩焊缝 100%进行超声波探伤（UT）检测。在超声波探伤不能对缺陷作出判断时，必须采
23、用 X 射线探伤（RT），所有焊缝的 T 型接头应进行 RT 探伤。 经 UT 或 RT 检测的焊接接头，如有不允许的缺陷，应在缺陷清除后进行补焊，并对该部分采用原检测方法重新检查直至合格。探伤工作应在焊后 48 小时后进行。同一部位返修不得超过两次。 焊缝强度不低于母材强度，同时为了满足低温环境的需要，焊缝和热影响区 0夏比 V 型缺口冲击功满足低合金高强度结构钢 （GB1591-2008）的要求，不低于34J。第二步：底层 4 根立柱就位底层四根立柱为整体钢结构构件的支撑性主体，需要采取专用措施进行固定与定位，参照同类型大型钢结构件在支撑性主立柱结构的方式，可采取设置底部定位工艺导向桁26
24、架的辅助措施以准确定位和固定主立柱结构。工艺导向桁架将承担立柱临时固定、精确定位和垂直度调整的措施。图 1.4-4a 上部组块组装示意图（一）第三步：底层水平片安装就位底层水平片可根据不同分层上立柱的布置情况，分部位进行预制，以与主立柱接触的分片体为主要控制性部位，先期制作、先期安装，以形成底层骨架结构，然后可进行底层内主要上立柱的安装、焊接工作，在主要网架节点完成后，应根据底层各设备布置的要求，分批、分部分进行不同种类设备的安装工作，对于需要前期调试的特殊设备，应先期完成调整工作。在主要大型设备完成安装后，进行斜撑、管路与附属设施的布置安装工作。图 1.4-4b 上部组块组装示意图（二）第四
25、步：二层水平片安装就位。二层水平片内各分片结构的预制与焊接组合顺序可参照底层水平层的顺序施工。因主变设备放置在本层内，因此各分片结构的安装与焊接工序还要满足主变设备先期放置调整的时间先后需求，本层为整个上部组块结构的重点内容，需要根据各重要设备的安装调试需求合理规划各分片、立柱等结构的施工工序。27图 1.4-4c 上部组块组装示意图（三）第五步：三层水平片安装就位。三层内各水平片结构的安装施工与二层各分布基本一致，因本层同样会有大量电气与通讯设备的安装调试工作，因此各水平分片、立柱等结构的组合焊接应该以满足设备安放、调试等工作为主要控制性要素，各工序的施工遵循设备厂家的建议执行。图 1.4-4d 上部组块组装示意图（四）第六步：四层水平片安装就位。四层属于升压站上部整体组块中最顶部的结构封闭层，没有立柱等层间结构，因此组合与焊接的难度较低，各分水平片结构以下一层主柱/分立柱为主要控制性部分分别组装焊制形成整体网架结构后，再进行小片部位的拼装整合工作，最后进行附属构件、管路等设施的施工。
