周茂強(qiáng)，尚 進(jìn)

(1. 中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311100； 2. 浙江華東工程咨詢有限公司，浙江 杭州 311100)

目前，我國(guó)的海上風(fēng)電項(xiàng)目正如火如荼地大力開展，但是仍然處于初步階段，對(duì)相關(guān)的研究經(jīng)驗(yàn)缺乏。海上風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)作為重要的組成部分，安全監(jiān)測(cè)問題成為了一個(gè)亟待解決的問題[1]。海上風(fēng)電的監(jiān)測(cè)問題一直沒有得到很好的解決，研究者紛紛開始對(duì)海上風(fēng)電安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域開展研究[2-6]。本文以江蘇竹根沙海上風(fēng)電項(xiàng)目為研究背景，開展了海上風(fēng)電項(xiàng)目監(jiān)測(cè)儀器施工技術(shù)研究，此項(xiàng)研究成果可為海上風(fēng)電安全監(jiān)測(cè)施工作業(yè)作為參照。

1 工程概況

本工程規(guī)劃布置50臺(tái)單機(jī)容量4.0 MW的風(fēng)電機(jī)組和17臺(tái)單機(jī)容量6.0 MW的風(fēng)電機(jī)組，裝機(jī)規(guī)模為300 MW，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)均采用單樁基礎(chǔ)形式。工程區(qū)域位置見圖1。

圖1 工程區(qū)域位置圖

2 主要監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)率定方法

本項(xiàng)目主要的監(jiān)測(cè)設(shè)備主要包括：二向傾角儀、二向/三向加速度計(jì)、鋼板應(yīng)力計(jì)、精力水準(zhǔn)儀等。傾角儀、加速度計(jì)、二次儀表等的檢驗(yàn)率定需要生產(chǎn)廠家通過專業(yè)設(shè)備進(jìn)行，在此僅介紹鋼板應(yīng)力計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)率定方法。

2.1 率定設(shè)備及工具

小校正儀臺(tái)，讀數(shù)儀1臺(tái)，活動(dòng)扳手2把，尖嘴鉗1把，起子1把，記錄表。

2.2 率定步驟

按儀器芯線顏色按入讀數(shù)儀的接線柱，測(cè)量并記錄自由狀態(tài)頻率和溫度。將應(yīng)變計(jì)(無(wú)應(yīng)力計(jì)、鋼板應(yīng)力計(jì))放入校正儀兩夾具中，交替、緩慢旋緊螺絲夾緊傳感器兩端凸緣，同時(shí)監(jiān)視輸出值的變化。儀器夾緊后，輸出值與自由狀態(tài)下輸出值之差應(yīng)小于20，否則，放松后按上述步驟重新進(jìn)行。而后，將千分表(或數(shù)字式游標(biāo)卡尺)歸零。搖動(dòng)校正儀手柄，對(duì)儀器預(yù)拉滿拉量程，回零再壓到滿壓量程。這樣往返3次之后，可正式開始檢驗(yàn)。

預(yù)先將千分表調(diào)零。按應(yīng)變傳感器滿量程分5～7級(jí)，先計(jì)算每級(jí)量程對(duì)應(yīng)的校正儀位移量作為一個(gè)步長(zhǎng)(如標(biāo)距為15 cm，量程3 000(壓1 500 με，拉1 500 με))的應(yīng)變計(jì)，全量程轉(zhuǎn)換成校正儀的位移量為拉0.225 mm，壓0.225 mm，分為6級(jí)，每級(jí)0.075 mm，從-0.225 mm開始)，搖動(dòng)校正儀手柄，每拉(回)0.075 mm讀一次電阻比，記入表內(nèi)。重復(fù)三個(gè)循環(huán)，退0，結(jié)束檢驗(yàn)，取下儀器，測(cè)量檢驗(yàn)后自由狀態(tài)下應(yīng)變計(jì)的電阻比及電阻。

2.3 檢驗(yàn)成果計(jì)算

各點(diǎn)總平均值計(jì)算公式如下：

(1)

式中：(Fu)i為上行第i擋測(cè)點(diǎn)電阻比測(cè)值的平均值；(Fd)i為下行第i擋測(cè)點(diǎn)電阻比測(cè)值的平均值。

各擋測(cè)點(diǎn)的理論值計(jì)算公式如下：

(2)

式中：i為測(cè)點(diǎn)序號(hào)(0, 1, …,n-1)；△F為量程上下限各自6次電阻比測(cè)值的平均值之差。

各測(cè)點(diǎn)電阻比測(cè)值的偏差計(jì)算公式如下：

δi=(Fa)i-(Ft)i

(3)

1)端基線性度誤差α1計(jì)算：

(4)

式中：△1為取δi的最大值。

2)非線性度誤差α2計(jì)算：

(5)

式中，△2為每一循環(huán)各測(cè)點(diǎn)上行及下行兩個(gè)電阻比測(cè)值之間的差值取最大值。

3)不重復(fù)性誤差α3計(jì)算：

(6)

式中，△3為三次循環(huán)中各測(cè)點(diǎn)上行及下行的各自三個(gè)電阻比測(cè)值之間的差值取最大值。

4)靈敏度系數(shù)誤差計(jì)算。按式(7)計(jì)算傳感器的靈敏度系數(shù)Gi。

(7)

式中：Li為每次拉壓的長(zhǎng)度，mm；Fi為每次拉壓Li時(shí)的電阻比；F0為初始電阻比；n為拉壓次數(shù)。

靈敏度系數(shù)誤差αG計(jì)算：

(8)

式中，GT、Gi為分別為儀器廠家和用戶檢驗(yàn)的G值。

5)誤差要求。檢驗(yàn)的各項(xiàng)誤差其絕對(duì)值應(yīng)小于表1中的標(biāo)準(zhǔn)為合格。

表1 鋼板應(yīng)力計(jì)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

3 主要儀器設(shè)備的安裝埋設(shè)方法

3.1 加速度計(jì)的安裝埋設(shè)

1)在塔筒內(nèi)，將加速度與其他弱電電纜一起走至設(shè)計(jì)位置，注意電纜避免受強(qiáng)電干擾，必要時(shí)可穿管保護(hù)；

2)在風(fēng)機(jī)吊裝前后，對(duì)加速度進(jìn)行量測(cè)，以判斷儀器是否發(fā)生損壞；如發(fā)現(xiàn)損壞，及時(shí)更換。加速度計(jì)安裝示意圖見圖2。

圖2 加速度計(jì)安裝示意圖

3.2 靜力水準(zhǔn)儀的安裝埋設(shè)

1)按施工圖紙要求，在吊耳上焊接精力水準(zhǔn)附件。

2)采用水準(zhǔn)儀校驗(yàn)各附件頂面高程，高程誤差小于5 mm。

3)連接儀器與連通管系統(tǒng)，從連通管末端注入溶液，排除管中所有氣泡；待所有靜力水準(zhǔn)儀調(diào)試好后，應(yīng)加保護(hù)裝置[7]。靜力水準(zhǔn)儀安裝示意圖見圖3。

圖3 靜力水準(zhǔn)儀安裝示意圖

3.3 鋼筋計(jì)的安裝與埋設(shè)

1)按安裝位置的鋼筋選配等直徑的鋼筋計(jì)，將儀器兩端的連接桿分別與鋼筋焊接在一起，鋼筋計(jì)與鋼筋保持在同一軸線上。焊接過程中用讀數(shù)儀監(jiān)測(cè)鋼筋計(jì)溫度測(cè)值，儀器溫度不得超過60℃，不得在焊縫處澆水，以免影響焊接質(zhì)量。要求焊接強(qiáng)度不低于受力鋼筋強(qiáng)度。

2)混凝土入倉(cāng)應(yīng)遠(yuǎn)離儀器，振搗時(shí)振搗器距離鋼筋計(jì)不小于0.5 m，振搗器不可直接插在帶鋼筋計(jì)的鋼筋上。

3)帶鋼筋計(jì)的鋼筋綁扎后作明顯標(biāo)記，混凝土澆筑之前，加蓋保護(hù)。

3.4 單項(xiàng)應(yīng)變計(jì)的安裝與埋設(shè)

1)按施工圖紙要求采用固定支座確定應(yīng)變計(jì)的埋設(shè)位置和方向。避免混凝土澆筑時(shí)發(fā)生位置和方向的改變。

2)儀器周圍回填混凝土，剔除其中8 cm以上的大骨料，人工振搗密實(shí)。

3)振搗時(shí)振搗器距離儀器1.0 m左右，避免儀器被損壞。

4)埋沒過程中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，儀器埋好后，設(shè)置明顯的標(biāo)記，并留人看護(hù)。

5)控制好應(yīng)變計(jì)組各支儀器的方位，角度誤差不超過1°。

3.5 無(wú)應(yīng)力計(jì)的安裝與埋設(shè)

埋設(shè)前將小應(yīng)變計(jì)固定在無(wú)應(yīng)力計(jì)筒內(nèi)的定位鉛絲上，并使之對(duì)正筒中心，然后往筒內(nèi)回填與被測(cè)部位相同的混凝土骨料，但剔除較大粒徑的骨料，用人工振搗密實(shí)不要傷及儀器。無(wú)應(yīng)力計(jì)桶大口向上。具體步驟如下。

1)用16號(hào)鉛絲將1支無(wú)應(yīng)力計(jì)固定于無(wú)應(yīng)力計(jì)隔離筒內(nèi)正中，將系牢無(wú)應(yīng)力計(jì)的無(wú)應(yīng)力計(jì)隔離筒用輔助鋼筋架立在設(shè)計(jì)埋設(shè)點(diǎn)位，距相鄰應(yīng)變計(jì)組1.0 m。

2)當(dāng)填筑料填至儀器埋設(shè)高程后，將系牢無(wú)應(yīng)力計(jì)隔離筒的筒口朝上調(diào)整好筒體方向，使筒體中心軸垂直水平面。

3)用與應(yīng)變計(jì)相同的混凝土由上口填入筒內(nèi)，以人工搗實(shí)，注意不傷及儀器。隨后將無(wú)應(yīng)力計(jì)筒覆蓋，振實(shí)時(shí)不得損壞無(wú)應(yīng)力計(jì)。

4)無(wú)應(yīng)力計(jì)埋設(shè)后，在儀器旁做好標(biāo)記，加以保護(hù)，防止振壞或移位。

3.6 監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備防腐處理

1)監(jiān)測(cè)儀器安裝附屬構(gòu)件防腐。對(duì)于鋼板應(yīng)力計(jì)、傾角儀、加速度計(jì)等傳感器安裝所需的附屬構(gòu)件考慮在鋼管樁制作、塔筒制作以及升壓站鋼結(jié)構(gòu)制作過程中同步焊接制作，采用與主體結(jié)構(gòu)相同防腐措施。

2)傳感器防腐。對(duì)于傳感器自身防腐主要是采用以下方式：①傳感器本身材質(zhì)為不銹鋼，在安裝完成后采用噴漆在儀器表面噴涂一層油漆以達(dá)到防腐效果；②將傳感器固定在不銹鋼制作的密封盒中，再將密封盒固定在儀器安裝支座上，安裝完畢后對(duì)緊固螺栓進(jìn)行噴涂油漆進(jìn)行防腐，對(duì)于存在縫隙的部位則采用聚胺樹脂密封膏進(jìn)行密封以達(dá)到防腐效果；③連接電纜防腐則采用海工電纜制作標(biāo)準(zhǔn)。

3)自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集設(shè)備防腐。對(duì)于布置在現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集設(shè)備，均采用專業(yè)的密封箱，待設(shè)備安裝完成后對(duì)于密封箱油漆脫落處及錨固螺栓均采用涂油漆進(jìn)行防腐處理。

3.7 其他監(jiān)測(cè)工作

3.7.1 橋架走線

升壓站及風(fēng)機(jī)的走線有嚴(yán)格的技術(shù)要求，走線力求規(guī)范、美觀，以下是橋架走線施工方案。

1)首先需要結(jié)合施工圖紙進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)考察，根據(jù)儀器位置及終端位置根據(jù)實(shí)際橋架進(jìn)行線路設(shè)計(jì)。

2)根據(jù)設(shè)計(jì)的線路預(yù)留相應(yīng)長(zhǎng)度的線纜準(zhǔn)備布線。在電纜布線時(shí)應(yīng)注意規(guī)范、整齊、美觀，特別是在水平與垂直橋架交叉處跨線時(shí)更應(yīng)注意。布線時(shí)一般需要4～5人，每個(gè)轉(zhuǎn)角處均有1人，按設(shè)計(jì)路徑布設(shè)完畢并規(guī)范綁扎。

3)另外需要特別注意線纜進(jìn)出橋架或保護(hù)管的處理方法。一般地，當(dāng)幾十根上百根線纜進(jìn)出橋架時(shí)在橋架上開孔會(huì)影響橋架的承載能力，一般直接進(jìn)出橋架即可；但當(dāng)只有個(gè)別線纜進(jìn)出橋架時(shí)，需要專門進(jìn)行處理：在橋架上用開孔器開孔(合金鉆頭)，然后用與孔徑匹配的套頭將波紋管與橋架連接。

3.7.2 潮間區(qū)監(jiān)測(cè)儀器施工方法

潮間區(qū)域受海浪沖擊較為嚴(yán)重。在此區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測(cè)儀器不僅要考慮海水腐蝕的影響，還要考慮海浪沖擊對(duì)儀器設(shè)備及電纜的影響。對(duì)承臺(tái)以及承臺(tái)以下監(jiān)測(cè)儀器以及監(jiān)測(cè)電纜重點(diǎn)保護(hù)，確保儀器成活率。

4 儀器安裝埋設(shè)后的維護(hù)

監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備及其電纜的維護(hù)工作是監(jiān)測(cè)工程的組成部分之一，維護(hù)工作的好壞、到位與否不僅直接影響到儀器設(shè)備的完好率，而且對(duì)儀器設(shè)備本身的觀測(cè)精度造成較大影響。實(shí)際儀器埋設(shè)工程中，往往由于有些儀器或電纜損壞，使觀測(cè)工作從此而中斷，造成無(wú)法彌補(bǔ)的損失。針對(duì)本工程的具體特點(diǎn)，我們將從以下幾方面做好該項(xiàng)工作。

1)嚴(yán)格落實(shí)儀器保護(hù)措施。必須按設(shè)計(jì)技術(shù)要求和監(jiān)理人、采購(gòu)人批準(zhǔn)的儀器保護(hù)計(jì)劃措施，在儀器、電纜安裝埋設(shè)時(shí)，落實(shí)保護(hù)措施。

2)在儀器安裝埋設(shè)部位周圍做好醒目的標(biāo)志牌，嚴(yán)禁碰撞或人行踐踏。

3)建立定期巡查制度，如發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)上報(bào)工程監(jiān)理人、采購(gòu)人，并及時(shí)進(jìn)行修復(fù)。

4)在施工過程中，采取切實(shí)有效的措施，防止一切監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備、電纜受到機(jī)械和人為的損壞。如有損壞，及時(shí)報(bào)告監(jiān)理人、采購(gòu)人，并負(fù)責(zé)及時(shí)采取補(bǔ)救措施，同時(shí)作出詳細(xì)記錄備查。

5)保修期內(nèi)保證施工圖紙所示和監(jiān)理人、采購(gòu)人指定的全部?jī)x器設(shè)備的應(yīng)用性能，一旦失效自行更換。

5 結(jié) 語(yǔ)

以江蘇竹根沙海上風(fēng)電項(xiàng)目為例，對(duì)安全監(jiān)測(cè)施工工藝及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，主要結(jié)論如下。

1)本項(xiàng)目主要的監(jiān)測(cè)設(shè)備主要包括：二向傾角儀、二向/三向加速度計(jì)、鋼板應(yīng)力計(jì)、精力水準(zhǔn)儀等。通過現(xiàn)場(chǎng)率定的方法對(duì)鋼板的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)量，測(cè)出自由狀態(tài)下應(yīng)變計(jì)的電阻比及電阻，通過公式計(jì)算端基線性度、非線性度、不重復(fù)性、靈敏度系數(shù)，判斷性能是否合格。

2)監(jiān)測(cè)儀器安裝附屬構(gòu)件防腐。對(duì)于鋼板應(yīng)力計(jì)、傾角儀、加速度計(jì)等傳感器安裝所需的附屬構(gòu)件考慮在鋼管樁制作、塔筒制作以及升壓站鋼結(jié)構(gòu)制作過程中同步焊接制作，采用與主體結(jié)構(gòu)相同防腐措施。

3)潮間區(qū)域受海浪沖擊較為嚴(yán)重。在此區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測(cè)儀器不僅要考慮海水腐蝕的影響，還要考慮海浪沖擊對(duì)儀器設(shè)備及電纜的影響。對(duì)承臺(tái)以及承臺(tái)以下監(jiān)測(cè)儀器以及監(jiān)測(cè)電纜重點(diǎn)保護(hù)，確保儀器成活率。