特殊海域桩基式海洋平台打桩噪声控制技术研究

王 彪，邵亮亮，朱起东*，刘 野，修 蓉

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

随着海洋平台安装工程的快速发展及国家对海洋环境保护越来越重视，对桩基式平台安装过程中的噪声控制技术研究也越来越迫切。以香港地区为例，其法律法规对香港海域环保要求极其苛刻，包括《气体安全条例》《空气污染管制条例》《水污染管制条例》《噪声管制条例》等。海上安装施工作业时，要求严格遵循《噪声管制条例》（第400章）《环境影响评估条例》[1]。

为了解决这一环保方面的工程难题，需要从多角度、多层级进行分析研究。同时，类比国内外其他行业的相关技术，研究水上、水下噪声控制方案，从全区控制到局部控制，从设备耦合降噪控制到噪声传播消音控制再到实操步骤控制，进而在满足多方面要求的基础上，保证工程质量和进度。

1 背景介绍

香港海上液化天然气接收站项目包括11套导管架平台的安装工作，其中MD1到MD6为6个常规四腿导管架，单个重量约800 t，BD1到BD3为3个常规八腿导管架，单个重量约2 500 t，FD1和FD2为三腿导管架，单个重量为600 t。每个导管架通过长度不同的栈桥连接，所有导管架海上安装后，形成码头一体式液化天然气接收处理站，通过平台两侧布置的卸料臂，实现LNG 船的靠泊、倒驳等功能，此接收站建成后，可以实现粤港澳大湾区20%以上的液化天然气中转及处理能力。

该平台共有54个桩腿，其中最大桩径72寸，钢桩入泥深度约60 m，作业区域水深16 m。整个打桩工作量较大，所占时较长，按照海油工程常规施工方案，采用梦克液压打桩锤的物理撞击实施海上打桩作业，整个项目的施工周期从2020年11月到2021年11月。

香港OLNG 平台式码头的导管架从左到右分别为MD1-MD3，BD1-BD3，MD4-MD6。

2 打桩噪声控制

为了满足苛刻的环保要求并遵循香港的噪声控制条例，物理冲击打桩作业全程需要对产生的噪声进行有效控制，依托香港OLNG 项目，研究设计一套海洋平台打桩噪声控制方案，通过限制作业窗口、设定监控区域、不仅可以解决工程生产难题，同时也可有效保护施工区域周围的海洋生物及降低对周围岛屿上的人与动物的生活噪声影响。施工时，主要通过以下三种方法的同时实施，最大程度地避免打桩作业时产生的噪声。

2.1 打桩作业窗口及区域控制

（1）不得在1月至6月（包括首尾两月）进行建造码头的打桩作业，该期间为江豚出没高峰期。不得在19：00时至翌日07：00进行建造码头的打桩作业，且周天及节假日期间任何时候均不得进行打桩作业。

（2）在建造码头的打桩作业进行期间，须围绕打桩作业不少于500 m 半径范围内实施海洋哺乳动物管制区。须待具备经验的海洋哺乳动物观察员确认海洋哺乳动物管制区连续30min 都没有海洋哺乳动物出现后，才可进行打桩作业[2]。

通过设定区段性质的打桩窗口及海洋生物出没规律，对打桩噪声进行控制，最大限度上避免噪声对海洋生物产生的影响。经过统计，自2021年7月1日至12月31日，共计183 d，其中包含节假日32 d，占整个施工周期的17.49%，将近1/5的施工时间。若同时考虑夜间不允许打桩作业，则在2021年7月至12月，非打桩时间约2 580 h，占整个施工周期的59%，而允许打桩时间只剩下1 812 h，只占整个施工周期的41%，在保护了海洋生物的同时，施工速度也大幅降低。

2.2 打桩作业工艺控制

打桩时必须遵循所核准的打桩计划中的Ramp-up打桩程序。首先施工第一根钢桩，将第一根桩插入导管架主腿中后，需要由观察员观察海洋动物是否出没。若在施工区域500 m 范围内观察30 min 后，海洋动物均没有出没，则可以进一步启动气泡幕并打入首节钢桩。打入后需关闭气泡幕并起插第二节钢桩，并进行焊接。在接桩后，按照首节钢桩的要求进行观察之后，才能进行小能量打桩，并随着入泥深度逐渐增加，逐步增加打桩的强度，以避免建造码头的打桩作业所产生的水下噪声突然提高。两节钢桩都打入设计入泥深度之后，关闭气泡幕，最后根据PDA 动态监测数据，判断钢桩承载力是否满足规范要求，若不满足，则需要根据数据重新制定复打方案直至钢桩承载力满足要求方能结束。

整体社会公平感知是个体对于社会公平的总体性和一般性感知，反应了平等社会关系在个体间产生的感受，作为重要层面之一可以有效衡量社会公平感知。十九大报告对于发展的不平衡不充分问题做出了阐释，因此在新的发展阶段和历史时期，要在发展中更加注重社会公平，逐渐消除个体收入差距、城乡差距和地区差距，进而消除整体社会差异，促进社会公平，提高社会公平感知度。社会保障制度作为重要的再分配制度之一，理论上可以有效推动社会公平，为衡量实际的政策实施中社会保障参与情况对社会公平感知的影响，本文采用二分类logistic回归模型对本研究所选的各变量进行回归，回归结果如下表所示：

通过以上的打桩工艺控制，尽可能地在保证打桩效果的前提下，最大程度上进行噪声控制及保护海洋生物。

2.3 水上水下控制技术

噪声缓解措施必须按照所核准的打桩计划中所说明的缓解措施执行，以降低建造码头的打桩作业所产生的水下噪声影响。噪声环境措施须包括尽可能使用低噪声的振动锤及液压锤进行打桩，对施工船只上发出高噪声的设备进行隔音处理，以及使用结构罩和气泡幕将打桩作业围封。

2.3.1 水上噪声控制

水上噪声来源主要是甲板设备噪声（如发电机、空气压缩机等设备）与打桩噪声。为解决该问题，施工方主要采用隔音棉包覆、橡胶垫支撑甲板等方式，控制设备在使用时噪声的传播，这样操作简单方便，操作难度小，经济性高，因此在本次的施工过程中得到广泛实施。

针对发出噪声的机械设备，通过在其上部覆盖隔音棉、底部支撑与甲板之间垫橡胶垫的方式，减小其在运转时产生的噪声，并控制其传播，针对噪声较大且需要来回移动的打桩锤，无法使用上述方法，只能通过在打桩锤锤套周围包覆隔音棉的方式，减少在打桩施工时噪声在空气中及水中的传播。

2.3.2 水下噪声控制

为解决环评要求中噪声这一问题，本项目自主研究的气泡幕帘系统（Bubble Curtain）成功应用于施工现场。水下降噪系统分为两部分，一部分系统是为打桩过程中降噪输送空压，这套系统是共用的；另外一部分是产生气泡幕墙的软管，每个桩腿都有布置，每套系统由垂向3个多孔软管构成。

降噪所需空压是由浮吊船上两台无油空压机输送完成。空压机需求为1 500 m3/h，压力1.0 MPa 左右即可，但不要超过1.5 MPa；产生气泡幕墙的部分由3个2.5 m 直径的环形多孔软管完成。橡胶软管直径50 mm，软管上开4 排1.5～2 mm 的孔，小孔间隔200 mm 布置，使用绑扎带将管线固定导管腿上即可，布置于水下4 m、9 m、14 m 的水平位置，拆卸时水上部分挂好吊带，水下部分由潜水员切割好后，吊机提升即可完成拆除。图1展示了空压输送系统及管线在桩腿上的布置示意图[3]。

图1 水下降噪系统示意

其优势在于简易、可操作性强、安装拆卸方便，可严格控制降噪成本。其原理在于将空压机输出的压缩空气通过三层气泡发生管，在水下产生大量密集的气泡，形成三道气泡幕墙，利用噪声在不同介质中传播能量不同、声波在遇到大量气泡时，能量急速衰减，无法穿透大量气泡的原理，用来减小打桩过程中水下的噪声传播，从而降低打桩对海洋生物的影响。

在打桩前，将三通管汇与导管架上预布好的气泡幕管线通过快速接头连接，主作业船甲板上开启空压机，通过控制管汇处的阀门开关和观测水面上产生的气泡以测试和证明气泡幕帘处于正常工作状态。若工作状态良好，则可以有效避免噪声传播，而且气泡幕管线连接过程仅需10 min，可在套锤间隙完成。

管汇集成系统布置在主作业船的船尾，每个桩腿都设计了一套独立的气泡幕制造系统，安装与拆除方便快速，可与打桩操作无缝衔接转换。

3 噪声控制效果评估

在导管架实际施工过程中，为了验证本次打桩降噪的实施效果，总包商联合业主方进行了一次噪声实测实验。现场实测了打桩作业过程中不同距离外的音量，距离平台打桩位置450 m、900 m、1 800 m、3 600 m 等位置实测各组噪声数据。施工区域最近的岛屿为石鼓洲，两者之间的距离为4 700 m，其所在位置音量≤58 dB，可接受的最大音量为75 dB。结果显示，水上和水下噪声均满足港府环保要求。表1显示了不同距离下实测音量与标准音量对比数据，表2展示了石鼓洲疗养中心实测音量与标准音量对比数据。

表1 实测音量数据与理论对比

4 经济效益评估

本项目自主研制的Bubble Curtain 水下降噪系统，成功取代价格昂贵且适用性较差的用于风电单桩安装的气泡幕帘系统，国外分包商报价2 000万元以上[4]，而自主研制的Bubble Curtain 系统造价低廉，操作简单，无需额外的安装运营船舶，仅需几十万成本，节约项目成本近2 000万元。

水上打桩设备及其施工动力设备使用隔声棉包裹方式耦合降噪，控制水上噪声传播，预计节约成本1 000万元。利用绑扎带固定气泡幕管线便于拆除，免去了ROV 水下切割的环节，采用潜水员下水切割而后吊机直接提升的方式，更是直接节省船费，直接经济效益非常可观。

5 结束语

基于高环保标准下的噪声控制技术成功应用于香港项目11套导管架安装，应用作业窗口及区域控制与工艺控制，并结合水上水下降噪技术，整体噪声控制方案的应用不仅降噪效果良好，而且降本增效显著。为后续此类高环保标准要求的项目提供了指导参考，可考虑将该方案逐步完善并推广至后续所有香港地区的工程项目和环保要求相似的国内外项目的工程应用。