下载文档原格式
海上风电安装平台液压插销式升降系统调试的研究刘会涛摘要：本文讲述了800T海上风电安装平台液压插销式升降系统在安装后的调试过程，涉及到升降系统的站桩、压桩、额定升降、全程升降的过程操作及注意事项。
关键词：海上风电；安装平台；液压插销；升降系统0 引言为实现节能减排的目标，我国正在大力发展清洁能源，海上风力发电就是其中重要的能源之一。
国外海上风机的安装采用专用的风电安装平台，国内由于风电行业发展慢，起步低，在行业的装备研发、设计和制造均落后于国外。
随着近年国产化海上装备的快速发展，风电安装平台使用的液压插销式升降系统被广泛应用。
升降系统的调试作为平台最重要的测试环节，在整个平台建造过程中起到至关重要的作用。
1 风电平台简介我国传统的风电机组安装多采用海上起重船来完成，同时需要生活补给船进行配合，整个作业过程中动用的工程生活船舶较多，受作业的海况影响大，定位精度困难，效率低。
目前，国内沿海风电场的建设中起重能力为800T的风电安装平台可涵盖6MW以内的所有国内外风电机组使用。
专用的风电安装平台可自带3~5台风电机组自航或者由拖轮拖带至作业海域，节省了大量的时间，在有限的安装窗口期可以最大限度的完成多机组的安装。
2、升降系统的工作方式升降系统作为平台的主要设备之一。
当风电安装平台到达作业地后，平台在海上处于漂浮状态，通过液压插销升降系统将桩腿桩靴下放直至触碰到海床，液压插销升降系统开始升船，通过站立在海床上的桩腿桩靴慢慢离开水面后压载，使桩靴在海床站稳；压桩完成后，继续升降直至船体离开海面达到工作气隙，升降装置完全锁定后即可进行工作。
工作完成后，通过升降系统进行降船、拔桩等一系列动作后，可恢复到漂浮状态。
船厂建造后平台也需要进行以上动作，其中平台的全程升降可验证升降系统的可靠性。
2.升降系统的调试以KOE-01四桩腿风电安装平台液压插销式升降系统为例，升降系统单桩额定升降：3600T，预压载载荷：5000T，额定升降速度：0.3 m/min，收放桩速度：0.6 m/min。
自升式海洋钻井平台浅谈自升式平台顾名思义是具备自升能力的功能性平台，通过一定长度可以自行升降的桩腿来实现操作高度的变化以适应不同作业水深的要求，有槽口式和悬臂梁式的，现今新建平台基本都是悬臂梁式，一些平台配置有DP(dynamic position）系统从而实现自航和自定位功能，本文仅对不带有DP系统的自升式具备钻井操作能力的平台布置的简析。
自升式平台目前主要有两种形式，独立桩腿式和沉垫式,作业水深范围从12/14 英尺直至550 英尺。
大多数自升式钻井平台的作业水深在250至300 英尺范围内，较浅水深则由一些固定式平台覆盖，比如模块钻机等。
目前主流自升式平台多采用独立桩腿式，主要船型有新加坡吉宝船厂的Keppel Fels B Class , 美国F＆G 公司的Super M2 以及JU2000/JU2000E ，荷兰MSC公司的Gusto CJ系列（CJ46/CJ50/CJ70，设计作业水深不同），美国Letourneau公司的Letourneau 116 系列等.各类型平台各具特色,根据不同的可变载荷（后面会提到其影响）和设备功能配置会有不同的租金差别，但其主要差别目前仍是从作业水深来大致区分,从各自平台造价来说，设备配置占据整个平台的较大部分，再加之一些设计费用和专利费，各类型平台取决于客户的想法和习惯以及使用区域的实际情况等因素。
自升式平台目前主要入级的船级社有ABS（美国船级社）,DNV（挪威船级社，目前改为DNV—GL,同德国劳氏合并后简称），CCS（中国船级社）以及较少的BV （法国船级社)，目前最主要的是ABS和DNV，原因是其关于钻井平台的要求较为详细完整，并且出台的相应的专门入级的规范,如MODU等,其网站提供相关规范的免费下载，同时每年会有相应的更新,在进行平台设计时应注意该平台入级的是哪一年的规范，同时按照对应规范进行相关设计，有些更改会对相关系统和设备由额外的要求，将会直接的提高建造成本。
38 C W T 中国水运 2018·11自升式平台特殊工况插桩作业风险分析王明亮（中交一航局第二工程有限公司，山东 青岛 266071）摘 要：随着自升式海洋平台应用日趋广泛，平台插桩地基情况日趋复杂，对平台插桩作业风险分析难度加大，本文选择一种特殊岩石基础插桩工况进行风险分析，为工程施工提供建议。
关键词：自升式平台；岩石基础；插桩作业；风险分析中图分类号：U656.6 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）11-0038-04DOI 编码：10.13646/ki.42-1395/u.2018.11.012自升式海洋平台是一种广泛应用在海洋石油开发、风电安装、海洋牧场等领域的一种平台，平台在就位时，将桩腿插入地基，通过地基提供平台作业支撑力，完成作业后，将桩腿拔出，平台移位。
在平台插桩之前，需要进行地质勘探，根据平台自身情况和地勘资料选择持力层，否则容易形成穿刺，造成平台失稳和倾覆。
随着工程用平台种类增加，插桩地基情况日趋复杂化，对平台插桩作业的风险分析难度加大，本文以某一不带桩靴的圆筒式桩腿自升式平台为例，选择一种特殊岩石基础插桩工况，对插桩作业风险进行分析，为工程施工提供理论建议，为类似工况风险分析提供参考。
1 平台简介平台主要参数见表1，平台模型图见图1。
表1 平台主要参数总长88.8m 型 宽46m 型深 5.5m 设计吃水 4.2m 桩腿总长 90 m 桩腿直径 2.8m 桩腿壁厚 50mm 桩腿插入最大深度～20m 桩腿预压载最小支反力 2114 Tons 桩腿预压载最大支反力2150 Tons 作业工况最大可变载荷～379t 风暴工况最大可变载荷～174t 空船重量6226.201t夏季载重线排水量7391.4m³图1 平台模型图2地基情况简介经过基础开挖、插桩位置炸礁后，形成一个桩腿内侧距离1:0.75、坡肩安全距离为4米的平台，此时桩腿直接插在岩石表面，插桩位置示意图见图2。
自升式钻井平台插桩深度探析陈建强;王建会;李明海;张梁【摘要】针时目前带桩靴的自升式桩基平台插桩深度计算中存在的问题,通过考虑插桩过程中桩靴对地层物理力学性质的影响,运用最小二乘法求得桩靴对地层承载力的影响系数,从而时Terzaghi和Peck公式进行修正,提高插桩深度预测的准确性.【期刊名称】《海岸工程》【年(卷),期】2011(030)001【总页数】4页(P18-21)【关键词】大尺寸桩靴;静力沉桩;桩靴影响系数;最小二乘法【作者】陈建强;王建会;李明海;张梁【作者单位】中石油海洋公司钻井事业部,天津,300280;中石油海洋公司钻井事业部,天津,300280;中石油海洋公司钻井事业部,天津,300280;中石油海洋公司钻井事业部,天津,300280【正文语种】中文【中图分类】TE54目前自升式钻井平台主要为桩靴式,桩端面积普遍很大,这已远远超出了桩基础的一般范畴,在应用Terzaghi和Peck公式进行插桩深度预测时所得的结果与实际插桩深度有较大出入。
本文通过考虑桩靴尺寸,分析插桩过程中桩靴对地层物理力学性质的影响,结合海调资料和平台实际的插桩深度,运用最小二乘法求得桩靴对地层承载力的影响系数,从而对Terzaghi和Peck公式进行修正,提高插桩深度预测的准确性。
1 插桩深度计算自升式钻井平台以桩腿支撑平台上部结构,提供轴向和横向抗力。
平台的插桩深度与地层的极限承载力直接相关,土质条件(土的物理、力学性质)和桩靴的尺寸、形状和埋深是影响地层承载力的主要因素。
自升式平台采用静力压载的方式(即平台自重和压载水重力)将桩腿插入海底面以下的土中,当施加的基础载荷等于或者大于地层的极限承载力时桩靴的贯入就会发生,直到土的极限承载力等于或者大于桩靴对土所施加的压力为止。
对于单桩极限承载力的计算常采用Terzaghi和Peck公式：式中,qn为桩脚的单位面积极限承载力;r1为由桩脚排出土的平均有效重度;A为桩脚的最大平面积;V为桩脚的体积。
桁架腿自升式平台极限刺穿深度的计算陈宏【摘要】This paper illustrates the concept ofjack-up punch-through, and summarizes some punch through accidents ofjack-ups with truss-type legs in recent years. A nonlinear finite element approach is proposed to predict the punch through capacity ofjack-ups. The proposed method is a useful tool for choosing the proper preloading method, and hence to minimize the punch through risk.%本文阐明自升式平台刺穿的成因,回顾近年来桁架腿自升式平台的刺穿海损状况,提出用非线性有限元法计算自升式平台的极限刺穿深度,为合理的升船压桩提供依据,以降低自升式平台在压桩过程中发生的刺穿海损风险.【期刊名称】《中国海洋平台》【年(卷),期】2011(026)001【总页数】8页(P44-51)【关键词】自升式平台;刺穿;偶然极限状态;非线性梁单元;支撑管屈曲【作者】陈宏【作者单位】岸外技术发展有限公司,新加坡,629353【正文语种】中文【中图分类】P750 自升式平台的刺穿海损采用自升式钻井平台进行海洋油气勘探，在升船压桩过程中经常会遇到硬软层状地基发育海区。
由于自升式平台桩靴具有面积小、压载大的特点，当桩腿施加的压载超过层状地基承载力时，地基土发生冲剪破坏。
如图1所示，船艏桩靴穿过硬土层进入软土层，造成钻井平台桩脚的迅速下沉现象。
根据丹麦岩土研究所网站[1]的信息，历史纪录中发生的最快刺穿，桩腿在30 s内下降了8.5 m。
自升式钻井平台拔桩阻力预测的数值计算方法ΞNUMERICAL METH OD FOR PREDICTING UPLIFT CAPACITYOF JACK 2UP PLATFORM段梦兰ΞΞ1,2 张爱霞ΞΞΞ2 王建军3 宋林松3(1.中国石油大学(北京)海洋油气研究中心,北京102249)(2.大连理工大学船舶工程学院,大连116024)(3.中海油田服务股份有限公司钻井事业部,河北三河市065201)DUAN MengLan1,2 ZH AN G AiX ia 2 WAN G JianJ un 3 SON G LinSong3(1.Offshore Oil ΠGas Research Center ,China Univer sity o f Petroleum ,Beijing 102249,China )(2.Department o f Naval Architecture ,Dalian Univer sity o f Technology ,Dalian 116024,China )(3.Drilling Division ,China Oilfield Services Limited ,Hebei 065201,China )摘要 自升式钻井平台完成钻井作业后,需要进行拔桩操作。
历史上发生的多起自升式平台拔桩事故都与在特定地质条件和入泥深度下平台的拔桩能力评价相关,而其中拔桩阻力预测的偏差是重要的因素。
文中分析自升式平台拔桩阻力的影响因素,用通用有限元软件Abaqus 对拔桩过程进行数值计算,实现对拔桩过程中桩土相互作用、孔隙水与桩周土体的流固耦合作用及桩周土体的重新回落、淤积、固结等的数值模拟,得到拔桩过程中桩周土体的变形、破坏等运动规律,、特定入泥深度下的拔桩阻力。
数值分析与规范公式计算的结果对比发现,公式计算所得结果偏大,主要是因为公式计算将各部分阻力(桩靴底部吸附力、桩靴侧面摩擦阻力、桩靴上部覆土的重力和桩侧土体的剪切破坏力)取最大值相加所得,而实际过程中各部分拔桩阻力并非同时达到最大值。
NA V AL ARCHITECTURE AND OCEAN ENGINEERING 船舶与海洋工程2018年第34卷第2期（总第120期）DOI：10.14056/ki.naoe.2018.02.001自升式海上风电安装平台插桩深度计算方法王徽华（江苏龙源振华海洋工程有限公司，江苏南通 226014）摘要：鉴于目前海上风机的安装主要借助自升式风电安装平台，为保证自升式风电安装平台吊装的安全性，开展平台插桩入泥深度的计算方法研究。
考虑到相邻土层的影响，提出海底多层土极限承载能力的计算方法，并将其与实际施工记录及有限元分析结果相对比，验证该方法的准确性，为海上风电装备的施工提供参考。
关键词：自升式海上风电安装平台；入泥深度；多层土；穿刺中图分类号：TU473.1; U674.38 文献标志码：A 文章编号：2095-4069 (2018) 02-0001-04Calculation of Leg Penetration Depth forJack-up Offshore Wind Turbine Installation PlatformWANG Hui-hua（Jiangsu Longyuan Zhenhua Marine Engineering Co., Ltd., Nantong 226014, China）Abstract: Considering the fact that majority of offshore wind turbines are installed by jack-up platforms, studies are carried out on the calculation method of platform leg mud penetration depth to ensure the safety of jack-up wind turbine installation platform. Then the method for calculation of the ultimate bearing capacity of multi-layered soil at sea bottom is proposed, taking into account the influence of the surrounding soil layers. The accuracy of the method is validated through the comparison between construction data and finite element result. The method provides reference for the installation operation of offshore wind turbines.Key words:jack-up offshore wind turbine installation platform; leg penetration depth; multi-layered soil; punch-through0引言随着环保要求日益严苛，风能作为一种绿色能源越来越受到重视。
由于海上的风况远远优于陆地，当前风力发电正逐步由陆地延伸到海上，海上风能的开发和利用已成为世界新能源发展的亮点。
风电安装船作为建设海上风电场的关键装备，其开发利用也得到关注和重视。
自升式风电安装船是一种全新的海洋工程船，主要用于运输和吊装海上风电设备。
该船将运输船、海上作业平台、起重船及生活供给船的各项功能融为一体，可独立完成海上风电设备的运输和安装作业，因此在海洋风电安装领域得到广泛应用。
该船通过将桩腿插入海底来支撑船体结构进行海上风机的吊装，桩腿入泥深度直接影响平台的吊装性能，因此开展自升式海上风电安装平台的入泥深度研究意义重大。
当前相关研究人员已针对海底土层承载力的计算开展较多工作。
袁凡凡等[1]开展层状地基土的承载力计算，在迈耶霍夫和汉纳成层土地基极限承载力计算的基础上进行改进，提出多层土的极限承载力计算。
杨军[2]采用数值模拟的方法开展自升式平台插拔桩土体数值模拟研究，得到入泥深度和拔桩力。
张兆德等[3]收稿日期：2016-06-16基金项目：国家自然科学基金（51509113）作者简介：王徽华，男，工程师，1982年生。
2005年毕业于重庆大学机械设计制造及自动化专业，现从事海上风电安装工作。
2 船舶与海洋工程2018年第2期采用有限元分析模型开展桩靴贯入土层的过程研究，得到桩土交界面处土体流动的动力反应特性。
本文在经典土力学的基础上，采用层状土的承载能力计算理论开展海洋风电安装平台插桩入泥深度的计算，并将其与实际的施工记录及非线性有限元分析结果相对比，验证方法的准确性。
1 自升式风电平台桩靴入泥深度计算1.1 桩靴入泥过程描述预压加载时桩靴的贯入是一个连续的过程，贯入深度一般根据地基土承载力沿土层的变化曲线和桩靴承担的荷载来确定。
地基土承载力沿土层的分布曲线是通过假想桩靴位于土层中不同的位置（见图1），由地基承载力公式计算得出的。
海上自升平台桩靴承载力计算的特点为： 1) 桩靴自身尺寸较大，在计算承载力时，需考虑桩靴承载影响范围内土层强度的变化，即按多层土（层内均质）地基或强度随土层深度线性变化的地基土进行承载力评价；2) 桩靴贯入深度较大，需考虑地基土可能回流到桩靴上部对承载力的影响。
SNAME [4]和ISO [5]推荐采用浅基础承载力计算公式评价桩靴承载力及贯入深度，并考虑层状地基对承载力的影响。
1.2 计算流程1) 以基础位于层间分界面上为前提，计算各层土所能提供的承载力，计算结果用于下一步计算时判断土层的软硬和计算最终承载力；2) 从海床泥面开始，针对不同的贯入深度，根据地基土层的情况（软硬的组合）计算承载力； 3) 根据不同贯入深度得到承载力，绘制承载力沿地基深度的变化曲线，根据桩腿预压荷载确定贯入深度，判断穿刺风险。
1.3 土层承载力计算1.3.1 均质地基承载力计算均质土地基极限承载力的一般计算式[6]为0.5u c c c q q q q cN s d qN s d BN s d γγγγ=++ (1)式(1)中：c 为地基土的黏聚力；q 为基础底面以上荷载，一般为基础底面以上土重；c N ，q N ，N γ为地基承载力系数，与地基土类型有关；c s ，q s ，s γ为基础形状修正系数，与基础形状及地基土类型有关；c d ，q d ，d γ为基础埋深修正系数，与基底深度及地基土类型有关。
1.3.2 层状地基承载力计算1) 上硬下软的双层及多层地基的承载力采用MEYERHOF 等[7]提出的层状地基承载力计算公式计算，即111111112/(22)tan /n n i n u b ai i i i i j j i si i i ii i j i q q c H B H H H D K B H γγγφγ----=====++++-∑∑∑∑(2)式(2)中：i H 为第i 层土的厚度；i φ为第i 层土的内摩擦角；D 为基础底面的埋深；i γ为第i 层土的重度；si k 为第i 层土的冲剪系数，根据上下土层的强度比和第i 层土的内摩擦角，由MEYERHOF 等[7]提供的计算图确定；ai c 为第i 层土的黏结力，根据第i 层土的黏聚力和上下土层的强度比，由MEYERHOF 等[7]提供的计算图确定。
2) 采用式(1)和式(2)进行层状土的承载力计算。
2 穿刺破坏判断对于存有软弱下卧层的海洋地基，上部坚实土层提供的承载力受软弱下卧层的影响。
在平台吊装作业图1 桩靴入泥过程 桩靴 第1层土 第2层土 第n –1层土第n 层土 第n +1层土王徽华：自升式海上风电安装平台插桩深度计算方法 3或风暴自存状态下，受环境荷载影响，桩靴对地压力可能暂时超过设定的对地压力值，或桩靴地基因处于偏心受荷状态而导致地基承载力有所下降。
此时若坚实土层提供的极限承载力不足，桩靴地基可能会发生穿刺破坏。
图2为穿刺破坏示意，在桩靴地基极限承载力随桩靴贯入深度的变化曲线上出现承载力随贯入深度下降段，当桩靴承担的最大荷载超过上部土层的最大极限承载力时，桩靴地基会发生穿刺破坏。
由于环境荷载的不确定性，难以给出桩靴可能出现的最大对地压力及荷载偏心程度的确定值。
一般采用在平台设计工况下得到的最大桩腿荷载乘以一定的安全系数K 进行穿刺破坏的校核。
max D maxFK F =(3)式(3)中：max F 为桩靴位于坚实土层中计算出的最大承载力；Dmax F 为设计指定（预计）的桩腿预压力。
根据SNAME [4]的推荐，当硬土层提供的极限承载力安全系数K ≥1.5时，穿刺不会发生，该位置适合平台插桩。
3 计算结果选取如东龙源试验风场进行计算分析，其中某机位的海底地质情况如下。
1) Q 4-①层粉砂：主要由新近沉积的粉砂及粉土组成，含少量贝壳碎屑，层厚7.1m ，饱和、松散，中等压缩性土。
2) Q 4-②-2层粉砂：偶见贝壳碎屑，局部夹黏土薄层，层厚5.60m （本计算调整为3.6m ），稍密，中等压缩性土。
3) Q 4-③-夹1层状淤泥质粉质黏土：淤泥质粉质黏土与粉土呈互层状，其中淤泥质粉质黏土单层厚2~30mm ，流塑；粉土单层厚1~20mm ，淤泥质粉质黏土与粉土厚度比为2:1~5:1，见少量腐殖质及贝壳残片。
层厚12.5m ，属高压缩性土，工程性质差。
4) Q 3-⑥-1层粉砂：见少量贝壳碎屑，局部夹粉土和薄层可塑状黏土，层厚19.80m ，中密～密实，中等压缩性土。
5) Q 3-⑥-3层粉细砂：含少量贝壳碎屑，局部夹粉土和薄层状黏土，本次揭露层厚14.6m ，密实，属中等压缩性土。
风机采用“龙源振华2号”进行吊装，其设计桩靴压力为3.773×107N 。
各土层的参数见表1。
表1 各层土的参数固结快剪参数 内摩擦角φ/(°)土层编号土层名称层厚/m 天然重度 γ/(kN/m 3) 饱和重度 γ/(kN/m 3)修正后的标贯击数锥尖强度平均值F qc /MPa 内摩擦角φ/(°) 黏聚力 c /kPa 标贯击数估算静力触探估算 Q 4-① 粉砂 7.119.42 19.65 3.6 0.30 / 3.2425.0/31.9(33.3)3.327.5—Q 4-②-2 粉砂 3.619.3319.528.63.15 32.8 3.8 27.5 32.2 Q 4-③-夹1 层状淤泥质粉质黏土 12.517.36 17.34—/— 2.12/—14.3 (10.9/31.3)13.3(14.4/7.8)——Q 3-⑥-1 粉砂 19.819.42 19.60 20.2 10.27 33.8 4.6 32.7 35.7 Q 3-⑥-3粉细砂14.619.42 19.83 25.6 12.15 34.0 1.9 35.1 36.2首先开展均匀地质下各层土的承载力计算，即不考虑各层土之间的相互影响，结果见表2。
