超长距离的海上测风塔打桩施工

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超长距离的海上测风塔打桩施工
随着世界环境日趋恶化,各国都在大力提倡和实现节能减排的低碳型经济发展模式,我国风能资源储量巨大,近年来,在国家相关政策的持续支持和各方的不懈努力下,我国风电建设快速发展,测风塔技术及其应用在风能开发利用过程中的作用更显得尤为重要,测风塔的施工也是最基本的前提。

测风塔基础部分大多由桩基构成,为获得现场风场数据,一般建设在距离海岸10km以上的海域。

目前码头桩基施工都采用GPS定位,打桩船GPS流动站距基站一般都小于15km,在此范围内GPS 接收信号比较好,而超过15km打桩船则无法接收到基站GPS信号,而20km以上的打桩施工更是困难,我单位打桩18号成功的完成了距离基站25km的桩基施工。

一、工程概况
鲁北测风塔工程位于山东北部海域,具体坐标为:38°19′06″N ,118°34′29.4″°E,此位置距离最近陆地约25km。

共有Φ1200mm、长68m钢桩3根,成正三角形分布。

测风塔位置图
二、基站数据准备
1、基站信号发射原理
根据打桩船GPS基站电台的发射功率,TMK3电台的发射功率为5w、10w、25w三种,使用25w发射最远可发射距离为15km,超过15km就必须要重新安排施工方案,在此条件下,首先要考虑的就是如何在距离基站25km处能接收到基站信号。

经过咨询专家及天宝厂家,同时根据信号发射原理,只要把基站GPS发射天线架高,在远距离条件下应该也可以收到信号,但是天线架高高度并不能计算出来,因此不能解决目前所面临的问题;再者就是效仿高频电话的模式,增加基站电台的发射功率或者增加发射天线的发射功率,制作一个高增益天线来完成基站电台信号发射的强度。

2、高增益天线的制作
高增益天线其实就是把发射信号放大,增强信号的强度,使其传播距离更远,达到接收所需要的距离。

此天线长4m,发射频率为450~470MHZ,和TMK3电台发射频点一致。

尽管天宝厂家承诺高增益天线发射信号距离超过25km,为避免现场施工中因接收信号原因导致无法正常施工,确保打桩的顺利进行,有必要在打桩船进场前进行信号发射及接收测试,检验信号的强度。

3、高增益天线的测试
由于施工现场距离基站25km,因此必须找到合适的测试地点,符合现场和基站的条件,首先我们选择了在石臼架设基站,在董家口用流动站做接收信号测试。

两者之间的直线距离大约28km,如下图:
测风塔和架设基站之间的位置如下图:
相互之间没有建筑物遮挡,基本符合测试条件。

2011年年10月6日中午11时开始GPS长距离发射与接收信号测试,基站架设在一个20m高的楼顶上,如图:
高增益天线
GPS基站
由于高增益天线与天线电缆对接口不吻合,在勉强使其连接上后启动基站,在董家口进行接收信号测试,在董家口观海台上信号接收相对正常,GPS能在1分钟内固定,但是在其他位置都无法初始化并获得测量点数据,因此不能达到预期接收效果,由于高增益天线的中心频点为460MHZ,在变换基站电台频点从450.05MHZ~
468.05MHZ的情况下仍不能正常接收,需要联系厂商再一步进行调试。

2011年10月11日再次进行GPS信号发射及接收测试,此次到施工现场架设基站,即如图中的胜利油田37号计量站(38°07'8.47"N,118°40'4.26"E)。

测试点选在距离基站18.5km~25.5km 之间,测试后的路线如图:
基站架设在37号计量站平房的顶上,发射天线高度大约10m,基站如下图:
高增益天线在屋顶
基站在平房内
GPS天线头
基站架好之后我们分别到1~4号点进行信号接收测试,通过RTK测量获得的各点测量数据如下:
基站点WGS84坐标:38°07'08.47"N,118°40'04.26"E
1号WGS84坐标:38°07'13.74"N,118°52'37.54"E
2号WGS84坐标:38°06'46.47"N,118°55'28.60"E
3号WGS84坐标:38°05'59.99"N,118°56'45.09"E
4号WGS84坐标:38°05'36.17"N,118°57'26.56"E
从Google Earth上可计算:测风塔距离基站23.5km,基站距离
1号点18.5km,距离2号点22.5km,距离3号点24.5km,距离4号点25.5km。

经过以上测试在无建筑物遮挡的前提下,基站信号接收稳定,GPS点可以很快的初始化并固定,从而测得地形点数据,由于测试距离大于现场施工时测风塔和基站间的距离,由此可表明在测风塔施工时亦可接收到基站信号,施工具备了最基本的条件。

4、控制点及转换参数的获取
由于前期只是做信号接收测试,基站点的选取比较随意,在屋顶任意找一个位置架设基站,只要位置合适即可进行测试,因此基站点数据不能应用在此测风塔的施工中。

因此需要获取准确的基站点数据及相关的转换参数,打桩船才能施工。

由于基线比较长,而业主及设计院并未提供任何控制点的数据,只是提供了一个测风塔单桩的经纬度,并要求使用1985黄海高程系统。

对于打桩船施工来说是极其困难的事情,因为无法计算7参数,即使接收到基站信号也无法定位施工,这是摆在我们面前的第二个难题。

针对这个问题日照项目部直接联系到济南天宝供应商,他们可以想到办法获得测区范围内的各点数据,通过联系河口区城市规划局获得河口区区域内的转换7参数,然后通过测量获取基站点的北京54坐标,再通过测量仙河及河口区基站点的另外2个数据,即可算出施工用7参数,如下:
中央子午线118°30′
测风塔七参数:
绕X轴旋转:-0°00'01.915554"
绕Y轴旋转:0°00'05.445381"
绕Z轴旋转:-0°00'07.325570"
沿x轴转换:259.923m
沿Y轴转换:122.026m
沿Z轴转换:23.192m
比例因子(ppm):17.387
基站点坐标:
X:4220788.559
Y:514755.868
Z:6.114
测风塔坐标:
1、4242907.974,506544.386,9.3
2、4242911.4255,506552.7090,9.3
3、4242916.9043,506545.5688,9.3
7参数获取之后为保证参数的准确性,我们到仙河控制点做校核比对:
比对结果如下:
仙河控制点北京54坐标:
X= 4201386.089,Y= 529464.310,Z= 3.285
RYK测量所得WGS84坐标:
37°56'37.72156"N,118°50'06.71468"E,1.866 通过7参数转换出北京54坐标:
X= 4201386.084,Y= 529464.299,Z= 3.207
二者互差为:
X= -0.005,Y= -0.011,Z= -0.078
完全满足施工要求。

三、测风塔施工
根据桩位图,打桩船按照如下图驻位:
2011年10月21日下午13:00开始施工,到晚上19:30顺利的完成了3根桩的施工,打桩船信号接收比较稳定,由此可见此方法对于远距离施工测风塔可行,为以后海上长距离打桩施工总结了一定的经验。