海上升壓站上部組塊的監(jiān)測與分析

(上海港灣工程質(zhì)量檢測有限公司，上海 201315)

江蘇東臺200MW海上風(fēng)電項目共安裝50臺單機容量4.0MW的風(fēng)力發(fā)電機組，總裝機容量200MW。風(fēng)電場配套設(shè)置一座220kV海上升壓站及一座陸上集控中心，海上升壓站位于42#，43#，30#風(fēng)電機組間的海域。升壓站規(guī)模按200MW設(shè)計，并以一回220kV海纜送出，陸上集控中心設(shè)置在海纜登陸點內(nèi)側(cè)，海上升壓站距登陸點直線距離約31km。

海上升壓站采用四樁導(dǎo)管架形式，單根鋼樁樁長66.0m，直徑為2.2m，壁厚為36～50mm，入泥深度為45.3m；導(dǎo)管架主導(dǎo)管直徑為2.5m，壁厚為40～50mm；上部組塊平面尺寸為36.0m×37.8m，上部組塊為三層建筑，建筑類別為二類，設(shè)計使用年限50年。甲板層布置有事故油罐車、救生裝置等設(shè)備并兼?zhèn)潆娎|層，層高約6.0m左右；通訊繼保室、低壓配電室、接地變場變電阻柜室、開關(guān)柜室、主變、GIS室、通風(fēng)機房等布置在二層，層高5.5m；蓄電池室、水泵房、應(yīng)急配電室、柴油機房、避難所等布置在三層、層高4.5m。上部組塊總質(zhì)量2300t，整體吊裝。

1 監(jiān)測概況

升壓站監(jiān)測包括施工期監(jiān)測和運行期監(jiān)測，施工期在升壓站上部組塊吊裝完成后即開始監(jiān)測，直至運行期監(jiān)測。所有監(jiān)測儀器均實現(xiàn)自動化實時監(jiān)測。本次監(jiān)測時間段為2017年4月28日～2018年6月30日，包含了施工期和運行期監(jiān)測。

2 工程地質(zhì)

根據(jù)鉆孔揭露的地層結(jié)構(gòu)、巖性特征、埋藏條件及物理力學(xué)性質(zhì)，結(jié)合靜力觸探曲線、室內(nèi)試驗和區(qū)域地質(zhì)資料，勘探深度內(nèi)(勘探孔深68.0m，高程-71.74m)均為第四系沉積物，勘探深度范圍內(nèi)上部①～③層為第四系全新統(tǒng)(Q4)沖海相粉土、粉砂，下部為晚更新世(Q32)陸相、濱海相沉積物。共分8個大層，根據(jù)土性及物理力學(xué)性質(zhì)細(xì)分10個亞層及4個夾層，自上而下分述如下。

①層粉砂(Q4)：新近沉積土，灰色，松散～稍密，飽和，含有機質(zhì)及云母碎屑。全場分布，層厚2.00m～7.00m。

②層粉土(Q4)：灰色，稍密為主，飽和，局部夾少量粉砂，含云母貝殼碎屑。全場分布，層厚2.80m～10.60m。

③-1層粉砂夾粉土(Q4)：灰色，中密為主，局部稍密，飽和，含少量貝殼碎屑，局部夾薄層粉質(zhì)粘土。廣泛分布，層厚1.70m～15.50m。

③-2層粉砂(Q4)：灰色，中密為主，局部密實，飽和，含貝殼碎屑，局部夾薄層粉質(zhì)粘土和粉土團(tuán)塊。全場分布，層厚1.20m～24.90m。

③-3層粉土夾粉質(zhì)粘土(Q4)：灰色，稍密為主，局部中密，飽和，夾薄層粉質(zhì)粘土和粉砂，含少量貝殼碎屑。局部分布，層厚1.30m～9.60m。

③-夾層粉質(zhì)粘土夾粉土(Q4)：灰色，流塑～軟塑，偶夾薄層粉土、粉砂，局部孔段以稍密粉土為主。局部分布，層厚1.00m～16.20m。

④-1層粉質(zhì)粘土(Q32)：灰綠、灰黃色，可塑為主，局部硬塑，局部夾薄層粉砂，偶見結(jié)核。廣泛分布，層厚1.60m～5.30m。

④-2層粉質(zhì)粘土夾粉土(Q32)：灰色，軟塑，夾薄層粉土。局部分布，層厚1.40m～8.20m。

④-夾層粉砂：灰色，中密粉砂為主，局部為粉土，含少量貝殼碎屑。僅局部孔段揭露，揭露層厚1.00m～3.00m。

⑤層粉土(Q32)：灰色，稍密～中密，飽和，夾層厚0.2～1cm的薄層軟塑狀粉質(zhì)粘土。局部分布，揭露層厚3.30m～7.90m。

⑥-1層粉砂(Q32)：灰色，中密為主，飽和，局部夾少量粉土團(tuán)塊和粘性土，含少量貝殼碎屑。大部分布，揭露層厚1.00m～5.10m。

⑥-2層粉質(zhì)粘土夾粉土(Q32)：灰色，軟塑，局部夾少量粉土粉砂。局部分布，揭露層厚3.50m～9.20m。

⑦-1層粉質(zhì)粘土(Q32)：灰、灰綠色，可塑～硬塑，局部堅硬，含鐵錳質(zhì)銹斑，局部夾薄層粉土，偶見1～3cm粒徑姜結(jié)核。全場分布，層厚1.00m～6.60m。

⑦-2層粉質(zhì)粘土夾粉土(Q32)：灰色，軟塑為主，局部可塑，局部夾少量粉土粉砂，偶夾貝殼碎屑。全場分布，揭露層厚1.30m～15.20m。

⑦-夾a層粉土：灰色，稍密～中密粉土為主，夾少量粉砂，偶見貝殼碎屑，局部夾薄層粉質(zhì)粘土。僅部分孔段揭露，揭露層厚1.10m～7.00m。

⑦-夾b層粉質(zhì)粘土：灰、灰綠色，可塑，偶見結(jié)核。局部分布，揭露層厚1.20m～2.40m。

⑧層粉砂(Q32)：灰色，密實為主，局部中密，偶夾少量粉質(zhì)粘土和粉土，含云母貝殼碎屑和少量腐殖質(zhì)。全場分布，該層未揭穿，揭露最大厚度為13.70m。

本工程海上升壓站持力層選擇埋深適中的⑥-1層粉砂。

3 監(jiān)測要求、目的

3.1 監(jiān)測要求

根據(jù)設(shè)計文件及相關(guān)規(guī)范相關(guān)要求，對海上升壓站上部組塊在施工期和運行期進(jìn)行安全監(jiān)測，監(jiān)測項目包括：傾斜監(jiān)測、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測、振動監(jiān)測。

3.2 監(jiān)測目的

通過對上述項目的監(jiān)測，了解升壓站上部組塊在建設(shè)和運行過程中的傾斜、應(yīng)力應(yīng)變和振動情況，為設(shè)計驗證升壓站健康安全運營提供依據(jù)。

4 測點布置

在一層甲板、二層甲板和三層甲板四根柱上各布置1個雙向傾角儀，共計12個。在一層甲板下部四根柱子上各布置2個鋼板應(yīng)力計，共布置8個鋼板應(yīng)力計。在一層甲板和三層甲板四根柱上各布置1個三向加速度計，共計8個。傳感器布置見圖1～圖3。其中CLsyz為傾角計，Csyz為鋼板應(yīng)力計，ATsyz為三向加速度計。

5 監(jiān)測預(yù)警值

根據(jù)設(shè)計交底文件，海上升壓站各監(jiān)測項目的預(yù)警值如下：

①結(jié)構(gòu)傾斜：≤5‰(0.286°)；②結(jié)構(gòu)應(yīng)力：≤250MPa。③結(jié)構(gòu)振動加速度幅值：≤0.15g。

圖1 上部組塊二層傳感器布置示意圖

圖2 上部組塊三層傳感器布置示意圖

圖3 上部組塊傳感器布置正視示意圖

6 監(jiān)測成果及分析

X，Y向分別表示升壓站平面兩個垂直的方向，Z表示垂直于X，Y的方向。

6.1 傾斜監(jiān)測

傾角采樣時間間隔為4h，把傾角每天變化最大值匯成變化曲線，見圖4～圖5。

由圖4和圖5曲線可知：X，Y方向最大傾角變化為-0.092°和-0.079°，且遠(yuǎn)小于預(yù)警值0.286°，滿足設(shè)計要求，結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

圖4 X方向傾角變化曲線

圖5 Y方向傾角變化曲線

6.2 應(yīng)變應(yīng)力監(jiān)測

應(yīng)力采樣時間間隔為4h，把應(yīng)力每天變化最大值匯成變化曲線，見圖6。

由圖6可知：應(yīng)力最大值為56.9MPa，且遠(yuǎn)小于預(yù)警值250MPa，滿足設(shè)計要求，結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

圖6 應(yīng)力隨時間變化曲線

6.3 振動監(jiān)測

振動采樣頻率為100Hz，把振動每天變化最大值匯成變化曲線，見圖7～圖9。

圖7 加速度計X軸振動曲線

圖8 加速度計Y軸振動曲線

圖9 加速度計Z軸振動曲線

由圖7～圖9可知：X，Y，Z方向加速度最大值分別為1.390m/s2，0.414m/s2，1.354m/s2，接近預(yù)警值(0.15g)，但出現(xiàn)次數(shù)很少，絕大多數(shù)據(jù)遠(yuǎn)小于預(yù)警值。滿足設(shè)計要求，結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

7 結(jié) 論

對海上升壓站上部組塊施工期和運行期進(jìn)行自動化實時傾斜、應(yīng)力、振動監(jiān)測，得到如下結(jié)論：

(1)本項目利用先進(jìn)的自動化監(jiān)測技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理，在施工期和運行期取得了良好效果。

(2)監(jiān)測過程中取得了海上升壓站上部組塊傾斜、應(yīng)力、振動大量實測數(shù)據(jù)，從而了解升壓站施工和運行過程中情況，為設(shè)計驗證升壓站運行安全提供依據(jù)。

(3)監(jiān)測到各項數(shù)值均小于預(yù)警值，滿足設(shè)計要求，結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

(4)為以后同類型結(jié)構(gòu)監(jiān)測提供參考。