海上大直径超长桩施工关键技术、装备与应用

     “发展战略性新兴产业”与“海洋强国”等战略的提出,使得发展海上资源开发利用、作业保障装备及其关键系统和专用设备的主题更加突出。在“海洋强国”战略推动下,我国风电、港口、桥梁等建设不断向外海深水区延伸,基桩的安全保障作用将更加凸显。受外海大涌浪、中长周期波的影响,与陆地桩相比,超长、超重;与陆地施工相比,要求超高、难度超大。因此,研发抗浪能力强、定位精度高、稳定性能佳的施工平台/打桩船与关键装备,是保障基桩施工过程中沉桩定位准、安全运行稳、施工效率高的重要手段,对海上风能及其它清洁能源的开发与应用、高端海洋工程装备的研发,都具有重要的意义和价值。
    项目组历经多年攻关,通过产学研联合创新,攻克了沉桩定位控制、快速压载抗浪、制造检测保障以及过程智能管控等关键技术,并研制了大直径超长桩施工平台,整体水平国际先进,沉桩定位和快速压载稳性调节技术达到国际领先水平,并成功得到应用。主要创新成果有:
    1、提出了大直径超长桩“立桩高效-沉桩精准-完桩标准-管控智能”的基桩施工新工艺,发明了基于双GPS的桩位坐标实时测量和方位预测技术、长距离差分精确定位算法、大抓力锚泊定位分析与控制方法;研发了128m变幅桩架系统、自适应锚泊定位系统和高效立桩定位与控制系统,解决了外海深水区沉桩定位不易控制的技术难题,实现了大涌浪、中长周期波海况下,施打直桩以及±18.5o斜桩的厘米级定位精度,并满足桩径5m、桩重600t的超大超重桩连续作业要求。
    2、提出了基于海况参数预报的船体姿态主动调节与关键设备运行状态监测方法,建立了船体姿态与海洋环境参数、浮力调节装置主参数之间的关系模型,发明了自适应采集数据与双备份控制方法、船体姿态的浮力调节/快速压载装置,研发了海洋环境与关键设备监测、船体姿态控制为一体的施工过程智能管控系统,解决了船体漂移被动补偿滞后、打桩过程船体稳性不足而造成的偏桩问题,实现了打桩过程船体姿态实时监测与调节,施打直桩和斜桩角度误差均小于0.5%。
    3、攻克了大型关重件/核心系统制造与性能测试技术难题,发明了变幅桩架液压缸内腔激光熔敷强化和活塞杆增材制造方法,解决了活塞杆及缸体内腔易盐雾腐蚀问题;发明了仿生大抓力锚及铸造仿真方法,解决了突发海况时噬土不牢问题;发明了船用管材/板材智能成形系统,解决了多规格管材/板材成形质量一致性差问题;建立了关重结构件/系统测试技术体系,研发了性能测试平台,解决了测试能力不足的难题,保障关键施工装备/核心系统高效、安全和可靠运行。
    项目获授权发明专利31件,其中,国外发明专利1件;获授权实用新型专利33件、软件著作权6项;发表学术论文20篇,出版学术专著2部。项目成果已在国电舟山普陀海上风电、福建平潭两用跨海大桥等一批大型海上风电及桥梁建设中得到广泛应用,受到人民日报、中国海洋报等媒体的广泛报道;特别地,2019年4月11日,李克强总理与克罗地亚总理一起远程操控“雄程1号”打桩船为克罗地亚佩列莎茨跨海大桥打下第一根钢管桩。项目成果的成功应用,有力推动了海工行业的技术进步和“一带一路”外海码头与桥梁建设,社会影响力大,经济效益显著,近 3 年累计销售 12.96 亿元、利润 2.59 亿元。