风电自安装船插腿安全风险分析与控制

顾晓勇

摘要：近年来中国海上风电发展迅速，用于风机安装的自升式风电安装船供不应求。中国海上风电分布广，各风场海域的地质条件也不相同，江苏、浙江、广东等海域主要为淤泥、砂土地质，福建海域主要为岩基地质，部分海床面存在暗礁。如何保证海上风电安装船施工安全，避免风电安装船触礁、穿刺等事故成为施工安全管理的重点。本文主要研究海上风电安装船插腿过程中遇到的穿刺和触礁两种风险和控制措施。

关键词：海上风电;暗礁;安装;支腿船、穿刺;

引言

海上风电是我国可再生新能源的主要组成部分，是国家实施环境保护、能源替代的重要支撑。在“十四五”时期乃至更长时期内，可再生能源增速要远超以往，进入“倍速发展”阶段。至2020年底，国内规划的海上风电装机规模累计达27GW以上。随着风电产业开发正越来越成为国内外新能源发展焦点，作为海上风电风机安装的核心装备，国内外的安装船也供不应求。风电安装船一般配备起重吊机和4个桩腿，在到达现场之后桩腿插入海底，通过升降装置调整船体露出水面，形成不受波浪影响的稳定平台，在平台上起重吊机完成对风机的吊装。截至2021年，我国市场内专门从事海上风电安装作业的自升式平台已经超过40艘以上。

风电安装平台具有受风浪影响小、作业窗口期长等优点，但其在作业期间需要经过插拔桩、拖航、压载等一系列工作，故存在着很多的潜在风险。国内各海域地质条件差异大，江苏、广东等海域存在淤泥地质，福建等海域海床面又存在暗礁地质，如何保证海上风电支腿船施工安全成为海上风电施工的重点，本文重点分析了风电安装平台的穿刺风险、触礁风险以及应对措施。

1.穿刺风险

1.1桩腿穿刺风险简述

风电支腿船在机位进行作业时，首先需要通过加载使桩腿插入海底泥面。当桩腿施加的压载超过地基承载能力时，地基土发生冲剪破坏，桩腿得以继续贯入直至地基承载能力等于压载载荷，从而获得支腿船海上作业时的稳定支撑。桩靴是自升式钻井平台进行预压作业的主要受力结构。海上风电作业区域往往地质条件较为复杂，当进行插桩作业时桩靴遭遇上硬下软的层状地基，很可能发生穿透上覆硬土层进入下卧软土层的情况，形成穿刺现象，轻者导致平台急速倾斜、人员伤亡、设备受损，重者甚至会引起平台的整体倾覆。

1.2穿刺风险判断

通过施工海域“地质钻孔地勘柱状图”中岩性描述、密实度及标准贯入等参数，可初步判断风电安装平台预压载过程中是否存在穿刺风险。易导致平台插桩穿刺的典型地质条件为：上层淤泥层、粘土层，中间较薄的砂土层、粘土层，再下层又是淤泥层等软层的“鸡蛋壳”地质。 下图为典型的容易穿刺地质：

1.3穿刺规避措施

（1）风电安装平台进场施工前，需要根据平台的预压载吨位、风场的地质报告等资料进行插拔腿专项计算评估，并制定风电安装平台插拔腿、防穿刺方案、应急预案及人员培训等工作。

（2）风电安装平台插腿压载过程中，采取借助船体浮力的方式减缓穿刺速度甚至停止继续穿刺，如：减小气隙进行平台预压载，预压载时平台底部通常距高潮位～1m;漂浮压载，以减少因贯入软土层而产生的桩腿载荷。

（3）条件允许的情况下，在海况好、作业时间相对短，且作业期间风力、波高和海流速度相对较小的情况下，通过适当降低预压载量以减少平台桩腿的入泥深度，降低穿刺风险，提高平台作业的安全性。

2.桩靴触礁风险

2.1桩靴触礁风险简述

桩靴触礁是指自升式平台插腿过程中，桩靴碰到水底未探明的礁石，导致桩靴变形的事故。以福建南日岛某海上风电项目为例，该项目地处南日岛北侧、小日岛南侧，该施工水域水下地形复杂，为岩基海床海域，海床面密布礁石，对风电安装船插腿抬升产生影响，且海床面礁石高低不平，平台抬升存在桩靴滑移和桩靴变形等风险，整个施工过程存在很大的安全隐患。

2.2礁石处理措施

为了解决上述难题，确保风电安装平台插腿安全，特研究制定出一种采用“水下风炮机钻孔-布钢钉-绳锯切割-锚艇吊运”相结合的礁石处理工艺，能够将凸出海床面的各类礁石破除平整后再进行支腿船抬升作业。主要步骤如下：

（1）根据多波速扫测成果初步定为礁石位置后安排潜水员再次对该区域进行水下定点探摸，对礁石位置进行精确定位采集，并标记。

（2）安装绳锯转向支架，采用水下风炮机及钻机对礁石进行钻孔破壁并将钢钉打入礁石体内。然后将绳锯设备固定在转向支架上，使用绳据将大块礁石进行切割分解，便于清理运输。

（3）将分解后的小礁石通过事先打入的钢钉与钢丝绳连接固定，通过锚艇上的起锚机把分块的礁石都吊运出水，从而完成除礁任务。

（4）处理完成后礁石位置抛填一定深度的碎石，抛填完成后安排潜水员对支腿船插腿位置进行重新探摸，确保插腿位置平整。

5.结论

本文简述了风电安装平台在上硬下软地质和暗礁地形插腿的主要风险。主要包括穿刺风险和桩腿触礁风险。并分别阐述了两种风险的主要控制措施和处理方法。采取的控制措施已经得到了成功应用，为风电安装船的安全施工提供了强有力的保障，同时也为国内后续同类型海上风电场提供了可靠的理论依据及实际经验。

参考文献：

[1]林一，胡安康，蒋玮，王艺陶.层状地基中自升式钻井平台插桩穿刺风险分析 .哈尔滨工程大學学报.2016.