海上升压站导管架电缆护管一体化吊装施工研究

摘""要：一体化吊装是指正常吊装工作不受影响的前提下，在预总装施工场所或是专业车间内对专业附件进行预安装，通过将附件与结构片相连接的方式，减少高空施工量，压缩工期并降低成本的吊装方式。以一体化吊装为落脚点，在介绍电缆护管、导管架常规施工方法的前提下，结合实际项目，围绕吊装方案展开了讨论，通过计算应力最大值、竖向变形程度，证实了吊装方案的有效性，同时总结了项目施工的注意事项，以供参考。

关键词：海上升压站"""电缆护管"""导管架"""一体化吊装

中图分类号：P752;TM314

Study"on"the"Integrated"Hoisting"Construction"of"the"Jacket"Cable"and"Pipe"Protection"in"the"Offshore"Booster"Station

SONG"Enjia

Rushan"Power"Supply"Company"of"State"Grid"Shandong"Electric"Power"Company，"Rushan，"Shandong"Province，"264500"China

Abstract："Integrated"hoisting"refers"to"the"hoisting"method"in"which"the"professional"accessories"are"pre-installed"in"the"pre-assembly"construction"site"or"in"the"professional"workshop"under"the"premise"that"the"normal"hoisting"work"is"not"affected，"and"the"accessories"and"structural"pieces"are"connected"to"reduce"the"high-altitude"construction"amount，"compress"the"construction"period"and"reduce"the"cost."Taking"integrated"hoistingnbsp;as"the"starting"point，"based"on"the"introduction"of"cable"pipe，"jacket"under"the"premise"of"conventional"construction"method，"combined"with"the"actual"projects，"a"discussion"is"carried"out"around"the"hoisting"scheme."By"calculating"the"maximum"stress，"vertical"deformation"degree，"the"effectiveness"of"the"hoisting"scheme"is"confirmed，"and"the"precautions"for"project"construction"are"summarized"for"reference.

Key"Words："Offshore"booster"station;"Cable"and"pipe"protection;"Jacket;"Integrated"hoisting

随着海上风电向远海扩展，升压站的尺寸和复杂性增加。作为风力发电系统与陆地电网连接的关键节点，升压站承担着电能传输和转换的重任，需敷设大量电缆，以确保电力得到稳定输送。为避免电缆受损，施工人员通常会在电缆外侧加装保护套管，但导管架的结构设计较为独特，无形中增加了电缆保护套管的布置和安装难度，尤其在陆上预制环节，传统安装方法耗时多且效率低，因此对电缆保护套管进行一体化吊装尤为重要，其是提升装配效率、缩短工期、降低工程成本的关键。一体化吊装强调不影响结构正常吊装前提下，预先在地面完成附属设备的安装，减少高空作业，提高工作效率，降低安全风险，此外，这样做还能够确保部件精确匹配，提高结构质量和可靠性。由于该项技术得到推广的时间较短，目前仍面临严峻的技术挑战，需考虑吊装过程重量分布、结构稳定性及与其他施工活动协调，确保预装部件能够承受外界作用力，以此提高项目的经济性和可靠性，为实现节能减排目标提供支持。

1""升压站施工说明

导管架作为连接风机与海底电缆的重要设施，由4根桩腿和若干纵横撑杆组成，空间结构稳定，能够有效抵御风浪和地震等自然灾害的影响。减震型支撑装置是保护电缆的重要设施，由活动安装盒、支撑横杆、竖杆、电缆固定夹和弹簧共同构成，其中，安装盒内壁左右两侧分别设有垂直滑槽，滑槽通过支撑横杆相连，横杆端部与上下槽壁间安装有弹簧。横杆上端与支撑竖杆相连，竖杆上端经由安装盒顶部所开设滑动孔伸出盒外，伸出部分设有固定夹。该设施的核心功能是缓冲减震，可以为电缆提供物理保护，防止其在安装和维护过程中受到损伤[1]。常规立式导管架仅能够用于水深不足40"m的海域，配套电缆护管有限，往往沿导管腿走向进行安装，每个电缆护管自重在15"t以下。施工过程中，需要先在陆地上预制，再通过运输船驳运至海上安装位置吊装，最后通过灌浆等方式与钢管桩牢固连接。结构安装方式则以合拢安装为主，通常需要配备两台履带吊用于翻身。现阶段，该工艺经过多年的发展已经趋于成熟，具有施工简便、稳定性好等优点，在诸多项目中得到运用。

2""项目概况

本文所讨论项目施工区域的水深在40"m以上，设计方案中标出的导管架高度为60"m，建造方式为常规的立式建造，自重在4"300"t左右，高度、自重均大于常规风电导管架。导管架内部敷设有24根电缆护管，重量能够达到350"t左右。若沿用常规施工方案，即先合拢主结构再对电缆护管进行安装，共需要吊装24次电缆护管。考虑到电缆护管需要固定在导管架内部并从上方和下方伸出，整体高度相对较高，因此，仅使用小型履带吊并不能够完成该任务，改用一体化吊装则可以有效减少吊装频次，这一改变对项目工期、成本有正向影响[2]。

3""一体化吊装方案

3.1""拆分结构片

减震型支撑装置在电缆护管中的作用主要是减少外部力量对电缆的冲击和振动，通过吸收并分散由于机械设备运行、地震、风力等产生的震动，防止震动直接传递到电缆上，从而保护电缆不受损伤。由于本文所讨论升压站导管架整体结构较为特殊，因此，施工人员决定先将导管架拆分成多个形状不同的结构片，再按照顺序安装。分析结构片拆分理念、原则、安装顺序能够发现，电缆护管需要与导管架外侧结构片相连，结构片形状与字母X相似，已知电缆护管自重在350"t左右，则每片结构片需要承受约80"t的重量。拆分导管架的优点在于省略了单独吊装电缆护管的环节，在控制总装吊装施工频次的前提下，使项目工期得到缩短。不足之处则是由于需要连接电缆护管，因此，结构片自重明显增加，同时其结构形式也会变得不规则，另外，电缆护管的尺寸偏小还有外悬长度过长，也会增加吊装的难度，要有所了解。

3.2""设置吊点

本文以结构片①为例，对一体化吊装电缆护管的方案加以说明。结构片①自重与其所连接电缆护管自重之和在170"t左右，需要提前在专业车间内预制，待喷涂工序结束，再运往施工现场准备吊装。本项目中，有关人员计划使用3台相同规格的吊机完成翻身吊装的工作，考虑到结构片的中间部位与电缆护管相连，为降低吊装过程中出现碰撞或类似情况的可能性，决定在导管远端的特定位置设4个吊点，吊点与挡绳柱相连。挡绳柱外观为圆管，暂定的尺寸是Ф325×16，需要注意的是，这样做虽然能够解决碰撞问题，但会使整体吊装强度受到负面影响。

在图1标出的4个吊点中，1、2是主吊，吊装所依托工具为钢丝绳、兜拉导管。作为一种常见的吊装工具，钢丝绳+兜拉导管主要用于垂直或倾斜方向上的重物吊装，由一根钢丝绳和一个兜拉导管组成，钢丝绳一端固定在吊钩上，另一端穿过兜拉导管，通过改变钢丝绳在兜拉导管中的位置，调整吊装物品的平衡和稳定性[3]。这种工具的优点是结构简单，操作方便，同时，其效率比传统吊装方式提高了30"%以上。3、4是辅助吊点，通过卸扣、钢丝绳与钩头相连接。翻身度数达到75"°后，撤下辅助吊机，通过剩余2台主吊将翻身度数增加到90°，随后，将结构片吊装到设计方案标出的总装位置即可。

4""方案有效性分析

4.1""建立模型

由于减震型支撑装置可以稳定电缆在护管中的位置，防止电缆因震动或外力作用而移动或变形，对于保持电缆的排列整齐，防止电缆之间的交叉和纠缠，保证电缆的正常运行和使用寿命具有重要意义。因此，在大致确定吊点位置、吊装方式后，应尽快对吊装强度展开分析，保证吊装全过程可靠且安全。分析强度时，先要建立整体、局部适用的计算模型，再基于SACS校核结构片强度以及施工可能遇到的各种工况，接下来，通过ANSYS校核吊点对应挡绳柱的局部强度，以经过校核所确定的数据为依据，对方案中吊点位置、挡绳柱尺寸合理与否加以验证。

4.2""校核结构强度

以描述结构片重心的具体数据为依据，对计算模型进行修正，在施加一定重力的同时，保证吊机钩头始终在规定位置。随后，通过SACS对水平吊装工况下结构片UC最大值（即应力最大值）进行计算，计算结果是0.58，该数值对应的应力在198"MPa左右，竖向变形程度达到20.5"cm，无论是应力最大点还是变形最为严重的位置，均与护管外悬部分重合，但并未超出规定安全范围。在翻身30"°的工况下，再次对结构片UC最大值、竖向变形程度进行计算，结果分别是0.54、17.0"cm，虽然数据均小于平吊工况，但仍与管外悬部分重合。在翻身60"°的工况下，第三次对结构片UC最大值、竖向变形程度加以计算，计算结果为0.40和9.38"cm，对比翻身30"°工况，数值再次减小，应力最大值由管外悬部分移动到主结构导管，此时，电缆护管所承受应力明显减小。将结构片翻身角度增加至90"°，撤离辅助吊机后，依靠现场的主吊完成后续总装工作。在翻身90"°的工况下，UC最大值、竖向变形程度变为0.42、6.06"cm，应力极值的变化可以忽略不计，其作用点仍在电缆护管结构上，变形程度较60"°工况明显减小。由此不难看出，虽然结构片的形状并不规则，且吊点位置与结构片边缘距离较近，但在对其进行吊装时，结构片所展示出的强度、整体变形程度并没有超出允许范围。考虑到电缆护管的自重偏大，加之外悬长度相对较长，因此，平吊工况下，应力最大值、变形程度较其他几种工况更大。后续，随着翻身度数的增加，其应力值、整体变形程度明显减小，正式就位后，无论是UC值还是变形程度均能够达到较为理想的水平。

5""施工注意事项

5.1""做到整体设计

在一体化吊装前，必须确保整个系统的设计与优化达到最佳状态，电缆护管的设计与导管架的结构完美匹配，以保证在吊装过程中不发生干涉或是碰撞。同时，设计人员要充分考虑吊装设备的负荷能力和吊装路径的合理性，避免在吊装环节出现超负荷或设备损坏的情况。确定设计方案后，根据项目情况，对电缆护管材料、强度和安装位置做出详细规划，确保安装后的结构稳定[4]。

5.2""细化吊装计划

制订详细的吊装计划是确保一体化吊装成功的关键。计划应包括具体的吊装方案、设备配置、作业流程和安全措施，有关人员一方面要根据电缆护管的尺寸和自重选择合适的吊装设备，另一方面要重视现场勘查，通过勘查确认吊装路径不存在障碍物，吊装设备能够顺利到达作业点[5]。除此之外，还应组织参与施工的人员参加专业培训，保证施工人员能够熟练操作设备，有效降低操作风险，使吊装任务的顺利完成。

6""结语

本文提出了一种新型的一体化吊装施工法。该方法有效整合了升压站导管架、电缆护管与减震型支撑装置的安装流程，不仅显著提高了海上施工效率，还降低了作业风险，真正做到通过优化吊装设备和工艺，减少海上作业时间，增强施工过程的安全性、可靠性。事实证明，与传统方法相比，该施工方法具有简便、成本效益高、对环境影响较小等优点，适用于各类海域条件下的升压站建设，未来应大范围推广。

参考文献：

[1]叶文祥.海上升压站电缆敷设存在的典型问题分析与优化[J].中国水运，2024（7）：153-154.

[2]徐云辉，刘文斌，单双波，等.海上风电升压站导管架建造方案研究及焊接变形控制[J].焊接技术，2023，52（11）：128-132.

[3]李美娇.海上风电场海上升压站上部组块吊装技术要点分析[J].机电信息，2022（24）：27-29.

[4]王永发，孙震洲，贺林林，等.海上升压站平移过程中自升式工作船桩靴沉降分析方法[J].船舶工程，2022，44（12）：149-156，165.

[5]张伟，张坤，姜贞强，等.基于多尺度有限元的海上升压站脚靴式桩套筒连接结构分析研究[J].海洋工程，2022，40（2）：55-66.