潮间带风电场施工中的场内运输方式浅析

汪 睿，张志和，胡颖博，钟 耀（.中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 4004；.中国电建集团中国水电建设集团新能源开发有限责任公司，江苏 南通 646；.长沙顺达新材动力技术有限公司，湖南 长沙 40005）

潮间带风电场施工中的场内运输方式浅析

汪 睿1，张志和2，胡颖博3，钟 耀1
（1.中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014；2.中国电建集团中国水电建设集团新能源开发有限责任公司，江苏 南通 226461；3.长沙顺达新材动力技术有限公司，湖南 长沙 410005）

本文介绍了在潮间带风电场施工中常用的几种场内交通运输方式，从社会、经济和可操作性等方面进行对比分析，重点说明滩涂通道器材在潮间带风电场施工的应用。通过在实际工程中的施工进行总结和展望，阐述了施工过程中遇见的问题，并提出相应的解决方案，为日后潮间带乃至近海工程的施工提供借鉴，具有一定的现实指导意义。

潮间带；滩涂；两栖式；通道器材；交通运输

引 言

潮间带即为大潮期的最高潮位和大潮期的最低潮位间的海岸，也就是海水涨至最高时所淹没的地方开始至潮水退到最低时露出水面的范围。潮间带风能资源丰富，已经成为海上风电开发的重要组成部分。潮间带风电场的施工环境位于海洋和陆地之间，由于涨潮时海浪与海风的严重干扰，给施工带来了很大的影响［1］。因此，潮间带风电场既不能机械地照搬陆上的施工方式，也无法达到深水海上风电场施工要求，这决定了在施工过程中必须采用特定的方式实现场内的交通运输。

1 场内交通方式比选

由于需要运输人员、设备和大量的建筑材料进场，在考虑场内交通运输方式的时候必须考虑时起时落的潮水环境。现阶段可采用的方法大致归纳为以下4种：修筑临时道路、采用两栖施工和运输设备、采用浅吃水平板驳船趁潮运输进场和采用滩涂通道器材。

1.1 修筑临时道路

修筑临时道路的方案多用于陆地风电场，也可应用于近岸几乎无水或水深极浅的区域。在应用于潮间带风电场时，一方面存在破坏周边滩涂的生态环境的可能性，另一方面由于潮水的冲刷和掏蚀作用，修筑的临时道路很容易被冲垮，且长期循环往复浸泡在水中土的承载力也会相应降低。并且，采用“素土”修筑道路时，由于其遇水后变成淤泥，无法进行填筑压实，难以达到设计要求的压实度要求［2］。因此，在考虑修筑临时道路的方案用于潮间带风电场建设时应极为慎重。

1.2 采用两栖施工和运输设备

1）设备简介［3］

根据潮间带滩涂特性，三一电气研制了一系列专用设备，由2台滩涂运输车、1台履带式打桩机、1台130 t履带吊车和1台立柱式起重机组成，目前立柱式起重机还在研发当中。

①滩涂运输车：可用于运输风机塔筒、轮毂和叶片等零部件及PHC管桩。

SYTY90运输车自重120 t；

涉水深度≤2.5 m；

最大载重90 t；

外形尺寸20.5 m×8 m×5.5（6.75） m；

行驶速度0～5 km/h。

②履带式打桩机：适用于打桩长度不大于15 m，桩径不大于800mm的各类管桩。

SYTZ800滩涂打桩机自重100 t；

回转半径≤8.5 m；

行驶速度1.5 km/h；

工作水深≤2.5 m；

配装D100柴油锤。

③两栖式履带吊：可满足大部分风机吊装要求；在无水和水深2.5 m以下滩涂路面行驶和工作，最大行驶速度为2.5 km/h；装备GPS路线管理系统，优化行驶路线，保证作业效率和安全性。

SYTQ130两栖起重机自重100 t；

转场速度2.0 km/h；

外形尺寸19 m×8 m×5.8 m；

最大起重能力130 t。

④立柱式起重机：在无水和水深2.5 m以下滩涂路面行驶和工作，最大行驶速度为2.0 km/h；装备GPS路线管理系统，优化行驶路线，保证作业效率和安全性。

SYTQ100100-H两栖起重机自重210 t；

外形尺寸16.6 m×8.5 m×3.2 m；

额定起重量×工作半径为125 t×18 m；

工作风速≤13.8 m/s；

额定起重性能为100 t/100 m。

2）设备特点分析

经试验，运输车空载和满载时运行状况良好，打桩机和履带吊测试期间也一切正常，一旦立柱式起重机研制成功，那么以上设备将在一定程度上满足潮间带施工的要求。

但是以上设备还存在如下缺陷：

①无法验证上述设备具有跨越海沟的能力，尤其是对于深度大、尺寸宽的海沟。大多数适宜建设潮间带风电场的滩涂区域或多或少分布着尺寸、大小和深度不一的海沟，这严重制约了上述两栖设备的实用性；

②由于滩涂泥面承载力小，履带式设备在滩涂上行走时会留下较大尺寸车辙痕迹，这对于开放式海产养殖影响较大，在实际施工过程中，易受当地政府和渔民的索赔，所需费用难以估量；

③履带式运输车行驶速度为0～5 km/h，行驶速度慢，运行时间长，难以满足混凝土浇筑时间间隔的要求，显然不适用于采用混凝土重力式基础的风电场建设。

综上所述，采用两栖设备成本高，且运输消耗的时间长，尤其在采用混凝土重力式基础的风电场建设中具有很大的局限性。一旦上述意外成为现实再调整施工方案势必严重延误工期，给项目工程带来很大程度的不确定性，因此，采用两栖运输和施工设备也不是潮间带风电场施工的最佳方案。

1.3 采用浅吃水平板驳趁潮运输进场

浅吃水驳船在近海风电场的建设中的应用较为广泛，它可以趁潮进场，退潮时坐滩，正常运输时自身最小吃水深度约为1 m。平板驳船自身无驱动力，需要锚艇或者拖轮进行拖运，锚艇和拖轮正常行驶时的吃水深度一般达到2.5 m以上。

因此，采用浅吃水平板驳船趁涨潮运输进场的方案时施工时间受潮水制约，混凝土基础在浇筑时间隔时间不能太长，并且在江苏省部分沿海滩涂上也有即便涨潮时也无法达到拖轮及锚艇最小吃水深度的区域，因此，该方案的适用性也受到了一定的限制，在采用前要做好充分的调研和论证工作。

1.4 采用滩涂通道器材

滩涂通道器材，主要用于潮间带风电场建设物料运输，解决在近岸泥泞软基滩涂上构筑通道保障物料运输的问题。滩涂通道主要器材由密闭钢结构箱体模块拼接组成，在模块内部结构布置上充分考虑了强度、刚度、排水、连接件、功能件布设等技术要求，单元模块之间采用铰接连接，以保证单元间在滩涂上顺利连接以及在松软泥泞滩涂上保障重型车辆安全通行。

通道以分解状态运输，可在退潮时辅以吊车，逐块连接拼装；若通道模块可漂浮，可在高潮时节铺设构筑，由浅吃水动力舟艇提供动力支持，牵引至通道轴线投锚固定，或者人工撑移漂浮的通道分段撑至轴线连接投锚固定。滩涂通道器材各主要作业参数如下：

1）作业能力

承载能力局部550 kN；

轴压14 t；

单行通道行车速度≤50 km/h；

双行道行车速度≤30 km/h。

2）主要技术参数

通道器材全宽7.5 m；

车行部宽7.0 m；

外形主尺度7.5 m×2.5 m×0.2 m；

模块自重≤35 kN。

3）适应性要求

滩涂承载能力≥0.02 MPa；

适应的环境温度范围-10～45℃；

海浪为3级海况下限；

波高H1/3≤0.5 m；

波浪周期T≤5 s；

海流≤1节。

4）生存海况条件：

海浪为4级海况中下限；

波高H1/3≤1.5 m；

波浪周期T≤6 s；

海流≤4节。

2 工程实例分析

2.1 工程简介

中水电如东海上风电场（潮间带）100 MW示范项目位于江苏省如东县北凌外滩，小洋口闸以西的潮间带区域，场址沿海岸线方向直线距离长约7 km，垂直海岸线方向（离岸）宽约3.7 km，场址范围总面积约16.1 km2。场区地势平坦，地面高程在-0.5～4 m之间。

2.2 地形地质条件

根据GB18306-2001《中国地震动参数区划图》（2008年修订版），风电场 50年基准期超越概率10 %的地震动峰值加速度为0.10g，相应地抗震基本烈度为Ⅶ度。根据GB50011-2001《建筑抗震设计规范》设计地震分组为第一组。

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，结合原位测试成果、室内试验和区域地质资料，勘探深度内50 m均为第四系沉积物，本场区勘探深度范围内上部①～②层为第四系全新统（Q4）冲海相粉土、粉砂，下部为晚更新世（Q3）陆相、滨海相沉积物。

2.3 基础形式选型

本工程近岸 20台风机采用低桩高台柱式风机基础，为本文重点关注和研究对象；工程场区西北侧水深较大的区域的 12个风机机位采用五桩导管架式基础，不在本文的研究范围。

2.4 滩涂通道应用技术要点

1）通道模块结构

图1 滩涂通道模块结构

滩涂通道模块为全封闭箱型结构，宽7 500mm，长2 500mm，高200mm，重3.4 t。滩涂通道模块由折边钢构成周边主体框架，内部横向设有4道隔板，纵向设有 14道隔板，为了便于与底板焊接，隔板横截面为倒T形。纵横隔板组成承重骨架。模块甲板上设置防滑条。模块两侧对角线位置开有放水孔，纵向端部设有6组单双耳连接接头，横向设有2组连接接头，模块化设计，便于通道模块之间的连接，如图1所示。

2）通道敷设要点

滩涂应平整，无块石等突出物，若遇块石等突出物或坑、沟、槽等应先将其整平，再进行铺设，确保通道器材与滩涂接触良好受力均匀。如遇海沟沟坎等突变处，应将其修整成与通道轴线一致的正交顺坡，禁止通道扭曲，在地基上铺上土工布或其他土工合成材料，土工布宽度应大于通道宽度，土工布上再铺上沙袋护基、护道，防止海浪冲刷通道地基。由于土工布等合成材料在铺设时，如有褶皱将不利于其强度的发挥［4］，因此，在铺设前应先平整场地，保证土工合成材料的平顺。

3 问题与解决方案

3.1 通道转弯

根据通道生产厂家听过的滩涂通道器材使用手册，铺设通道时，运送通道模块的车辆停于吊车的后方，作业人员将吊绳钩在通道模块四个角的吊环上，指挥吊车将模块吊起至前方，对准前面已铺设通道模块的单双耳，插入耳板钉销，再插入保险销固定，即完成模块间的连接作业。根据以上方法，通道只能成直线前行。在实际的施工过程中，往往要避开海沟或者航道或者由于其他原因需要拐弯。

根据本工程实际施工过程，在潮水不大的潮间带区域，通道器材之间可以不用完全固定，而由于自重较大，一般不存在被潮水冲走的情况，从而错开角度，以实现通道转弯前行。但是在错开的区域应当抛达到一定粒径的块石，防止通道器材受到冲刷而被掏空。

3.2 滩涂通道器材的锈蚀

通道器材伴随着工程施工全过程，周期较长，且通道器材所处的区域多位于浪溅区，长时间的海水作用使器材很容易锈蚀，锈蚀情况见图2。

对于通道器材的锈蚀应加强防腐蚀，不仅在表面要喷涂防腐涂层，而且还应该设置牺牲阳极块减缓通道器材板的腐蚀速度，并定期对通道器材进行保养，清除铁锈和补漆的工作。

3.3 跨越海沟

在实际工程的推进过程中，最大的问题在于如何跨越深度和宽度不一的海沟。

图2 锈蚀中的通道器材

下面根据所跨海沟的尺寸，分别提出相应的处理方案。

1）宽度a≤6 m，深度h≤0.5 m

图3 跨小海沟示意

由于尺寸较小，深度较浅，如图 3。在某一特定机位施工工期内地基的沉降不会太大，因此可在其上直接铺设通道模块，但是需要做好通道器材周边的防护工作，可在周边铺设袋装块石加强护脚。

2）宽度a＞6 m，深度h＞0.5 m

由于海沟跨度和深度较大，如图 4。这种类型的海沟涨潮时海流流速一般都比较大，若采用直接铺设的方案，通道器材底下和两头容易在潮水的冲刷下被掏空，从而造成通道器材更大程度的悬空，当大、重型机械设备在其上行驶时容易造成塌陷或者错位。

本工程采用的方案为，先在海沟底部吹填沙袋，在其上铺设一层通道器材，起找平和增加地基承载力的作用，再在其上等间距均匀分布多个水泥墩作为支撑，最后在水泥墩上再铺设通道器材，水泥墩的高度应尽可能保证上层通道器材顶面高程与两头的通道器材基本保持一致，方便运输车辆的通行。

图4 跨大尺寸海沟示意

实践证明，以上措施均满足工程要求，可在一定程度上进行推广应用。

4 抗冲刷计算

由于本工程地处潮间带，通道器材周围受到水流和波浪的联合冲刷作用，可考虑采用块石进行护脚。根据GB50286-98《堤防工程设计规范》，在水流作用下，防护工程护坡、护脚块石保持稳定的抗冲粒径（折算粒径）可按下式计算：

式中：

d为折算直径，按球形折算；

V为水流流速，本工程最大水流流速取值为1 m/s；

g为重力加速度，为9.81 m/s2；

C为石块运动的稳定系数，当底坡水平时取0.9，底坡倾斜时为1.2；

s

γ为石块的重率，取2.65 t/m3。

经计算得块石稳定粒径应不小于0.09 m。

根据 JTS 154-1-2011《防波堤设计与施工规范》，斜坡堤前波浪底流速可按式（2）计算：

根据表 1，堤前护底块石的稳定重量应取为60kg。

表1 堤前护底块石的稳定重量和底流速的关系

斜坡堤护面层的厚度可按式（3）计算：

式中：

H为设计波高，取波高最大值2.07 m/s；

L为计算波长，22.3 m/s2；

D为堤前水深，3.11 m；

h为护面层厚度；

n'为护面块体层数，取值为2；

c'为块体形状系数，取1.0；

W为单个块体的重度；

γb为护面块体的重度，取2.65 t/m3。

5 结 语

通过中水电如东海上风电场（潮间带）100 MW示范项目二期工程的实际施工验证，采用滩涂通道器材实现潮间带风电场场内运输的方案是切实可行的，这为潮间带区域施工的场内交通的实现开辟了一个新的思路，同时也为日后类似的近海工程的实施提供了参考和借鉴，具有一定的现实意义。

［1］陈居森.响水风电场潮间带风电机组基础施工技术［J］.水利水电科技进展，2010，（S2）：59-61.

［2］冯致海，蒋爱民.土工格栅在潮间带风电场道路施工中的应用［J］.水利水电施工，2010，6：9-95.

［3］林晓强，周贞，周熔.关于如东海上风电场施工方案的探讨［J］.中国水运，2014，11：331-333.

［4］刘航军，程慧玲.沿海潮间带风电场土建施工技术研究与应用［J］.水利水电施工，2010，6：1-14.

［5］姜斌.浅谈江苏东台风电场潮间带施工［J］.中国高新技术企业，2012，25：113-114.

［6］周颖，齐志诚，梁花荣.某潮间带风电场风机基础高平台设计［J］.工程建设和设计，2014，12：55-58.

Brief Analysis of Internal Transport Means in Construction of Wind Power Farm around Intertidal Zone

Wang Rui1，Zhang Zhihe2，Hu Yingbo3，Zhong Yao1
（1.Power China Zhongnan Engineering Co.，Ltd.，Changsha Hunan 410014，China； 2.Power China Sinohydro Rennwable Energy Co.，Ltd.，Nantong Jiangsu 226461，China； 3.Changsha Shunda New Material Power Technology Co.，Ltd.，Changsha Hunan 410005，China）

An introduction is made to several internal transport means commonly used in construction of wind power farm around intertidal zone.Those transport means are compared and analyzed from the aspects of society，economy and operability in order to explain the application of equipment and material for building shoal passage in the construction of wind power farm around intertidal zone.By summarizing the construction process and prospecting the future engineering，the problems in the construction are reviewed and the solutions are put forward.The research results will offer guidance on the construction of intertidal zone and offshore projects.

intertidal zone； shoal； amphibious type； equipment and material for building passage；communications and transport

U655.4

A

1004-9592（2016）05-0073-05

10.16403/j.cnki.ggjs20160519

2016-02-22

汪睿（1987-），男，工程师，主要从事海上风电及海洋工程结构物设计与制造工作。