1 项目背景
随着我国能源结构及供给侧改革进程加快，传统风资源优势区域遇到电力消纳能力不足等问题，低风速区域风电开发已公认成为解决风电发展的必由之路。此类地区平均风速较小，受地表粗糙度和大气垂直稳定度等因素影响，区域内风切变指数较大，为获得较为理想的收益，通常采用增高塔筒高度和增加叶片长度实现对风能资源的充分利用，提升发电量。因此，高塔筒在国内开风电开发进入低风速时代的趋势下已经成为刚性需求。目前，全球范围内高塔筒技术路线主要有全钢柔性塔筒、砼钢混合塔筒以及全混凝土三种。
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图1 中东部低风速区域
随着风电机组的大型化发展趋势及海上风机的应用，塔架的高度和截面尺寸随之增大，使得塔架在加工、运输及防腐等方面的问题逐渐浮现出来，由于混凝土塔筒相对全钢柔性塔筒在安全性能、承载力、防腐性能、运输成本、日常维护强度及运行状态方面具有更多的优势，近些年来，混合塔筒形式的风机由试验样机走向项目规模化应用起步阶段，单机容量规模也从1.8MW发展到2.0甚至2.2MW，单机容量开始有所上升趋势，为适应低风速区域，混合塔筒高度不断刷新纪录，从80米一直提升至目前的120米，混塔段从20米发展到目前的最高55米。国内目前从事研究混合塔筒技术主要有新疆金风科技、运达风电、金海等风电设备厂家。部分厂家试验样机已投入使用，从已运行的混塔样机来看，整体运行情况良好，风机等效小时数好于预期，因此整体来看，混合塔筒具备大规模发展的经济效益，并能有效的适应国内整体从三北地域向低风速区域发展的趋势，应用空间值得期待。
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图2 风电机组发展的趋势
2 项目特点
依托深能高邮东部100MW风电场工程，安装50台风力发电机组，单机容量2.0MW，其中25台风力风电机组采用混合塔筒结构形式，轮毂高度140米，由55米混凝土段塔筒和85米刚性塔筒组成。
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图3 深能高邮项目混塔实物 图4 55米混塔效果图
55米混凝土塔筒由16节预制混凝土塔筒段拼装而成。混凝土塔筒段由预制厂预制16节，其中1到10段采用半圆环预制。16段预制混凝土现场组装、吊装、张拉等工序形成整体。
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图2：内模端模安装
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图5 半环混塔拼装
项目位于江苏省高邮市三垛镇、甘垛镇，场区内属于滩涂地区，河道密布、水系发达、风机布置位于农田和鱼虾塘中，村庄数量诸多。现场混塔运输、吊装等施工环节带来了一系列困难。
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图6 复杂河网条件
3 混塔施工工序
项目采用“工厂化预制、现场装配”的方法，其中工厂化预制综合考虑运输成本、大件运输的限制性因素、施工工期、高强混凝土厂供货等多方面影响，经考察研究确定，在高邮市混凝土供应商周边选择地位位置优越、运输方便的场地新建预制厂。
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图7 工厂化预制
3.1 混凝土塔筒预制工艺流程如下所示：
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3.2 混合塔筒风机安装流程如下所示
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4 混塔施工安全风险及技术保障
深能高邮东部100MW风电场工程作为国内首个140m级超高混塔规模化示范工程，在国内极少量样机的基础上，一次建设25台混塔，对参建各方来讲，项目管理经验不足，特别是混塔的安全技术管控方面，基本无现有经验可以借鉴，为确保工程安全，采用“2+23”模式进行管控，即先进行2台样机建设，待验收合格后，方可正式建设剩余23台混塔项目。本文针对混塔施工过程中存在安全隐患较大的地方进行梳理，并针对性的给出技术保障措施。
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图8 高邮项目混塔全景
4.1 混凝土预制过程安全风险及技术保障
（1）混塔顶面施工高空坠落
混凝土塔筒预制钢模板组装、混凝土浇筑及拆模等过程中，工人需长时间呆在混凝土塔筒顶面作业，由于塔筒顶面周边无安全防护，极易发生高空坠落事故，若采用采用单根可插在预应力孔道中的固定棒，将安全绳与固定棒连接，行走过程中施工人员需要拔出固定棒一起行走，到达作业位置再将固定棒插在预应力孔道中，在行走过程安全无法保证。
技术保证：设计研发了一种混凝土塔筒段内直径相匹配的可拆卸滑轨梁，将此工装安装固定在塔筒顶面，工人在作业前需安全带挂到滑轨梁的滑轮上，在确保安全的前提下，可以实现自由行走。同时，此方法同样适用于后续混塔吊装完成后进行的垂直度精准测量施工步骤中。
（2）半环塔筒端部凿毛安全风险
由于现场运输村道道路宽度3.5m，道路狭小，由于第10段及以下预制混塔直径无法道路运输要求，需对第1到10段混塔采用对半预制，现场拼装的技术，半环混塔两端部应进行凿毛处理，便于二次灌浆，传统采用人工凿毛，存在作业困难，高空坠物，工效慢等缺点。
技术改进：在半环端模处涂刷缓凝剂，拆除端模后立即进行高压水枪冲刷侧模处混凝土，直至露出骨料，形成凹凸状的粗糙面。解决了手工凿毛的办法，解除了施工过程中存在的对工人及周边环境的安全隐患，同时具有良好的外观质量，为工程创优添加一处亮点。
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图9 可拆卸滑轨梁示意图
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图10 高压水枪冲洗 图11冲洗完成后效果
（3）混塔上端抽拔棒抽取施工风险及技术保障
混塔预制完成后，需每个预应力孔道内40个抽拔棒抽取，工人采用吊机逐根提取抽拔棒，在吊起过程中抽拔棒存在晃动现象，上端操作人员极易受到抽拔棒晃动打击，造成人员受伤。
技术保障：设计出一种混凝土塔筒快速拔取抽拔棒的工装，将全部抽拔棒一次性全部绑定在工装的挂钩上，待工人全部撤离至安全区域，利用吊机一次性将全部抽拔棒调离，实现了在保证作业安全的前提下，提高了施工效率。
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图12 整体抽取抽拔棒工装
4.2 现场混塔拼装吊装过程安全风险及技术保障
（1）混塔内作业风险及技术保障
每段混塔吊装完成后，内部操作平台通过吊车进行提升至上一段混塔上，并进行上一段固定在预埋件上。由于上一段塔筒刚吊完后，内部没有安装爬梯，工人无法再次进入操作平台，因此，工人站在在操作平台内一同提升，此作业违反“十不吊”中吊物上不准站人，随着塔筒高度不断升高，安全管控的难度越来越大。
技术措施：通过优化施工工序，提前对每段混塔内爬梯先安装，上段塔筒吊装时先将塔筒爬梯衔接，操作平台上升前，根据塔筒直径，收缩支腿，解除固定螺栓，工人从爬梯上撤离，待操作平台上升到指定位置后，工人再次通过爬梯进入操作平台，固定操作平台，并进行吊装作业。操作平台下方设置2道安全防护网，防止高空坠物造成人员伤亡或者财产损失。
（2）混塔垂直度测量过程安全风险及技术保障
混塔中心垂直度误差直接影响到整体结构稳定性和安全性，作为一个关键控制验收环节，对每完成一段混塔后吊装后，需与首段中心点进行中心校核，工人从操作平台爬至塔筒顶部，在爬升过程、顶部测量过程中存在巨大的安全风险，特别是夏季高温季节施工，极易发生中暑，并引发高空坠落事故。
技术改进：
①设计了一种挂钩式安全爬梯，在原有爬梯上加设可移动式挂钩，将爬梯与塔筒预应力孔道固定，有效防止爬梯倒塌或侧滑的风险。
②上端塔筒吊装前利用靶式直尺，找出中心点，并固定在塔筒顶段。
③放置4.1中1条所提的可拆卸滑轨梁，保证塔筒顶面不间断行走的安全。
待完成后方可进行吊装。全方位保证了工人作业安全，大大减少了工人在塔筒顶面作业时间，同时保证了作业工人的防坠措施，
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图13 挂钩式安全爬梯示意图 图14 靶式直尺示意图
（3）半环混塔现场拼装过程安全风险及技术保障
半环混塔在现场拼装过程中需进行“U”型钢筋固定、拼缝灌浆、拆模等工序多，交叉作业、塔筒上下次数频繁、防护不到位等安全隐患。
技术保障：设置了一种可移动式吊运平台，将平台一侧固定在预应力孔道内，保证了平台的稳定。人员在平台上实现拼装全过程安全保证。
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图15 可移动式吊运
5 混塔安全管理要点
5.1 混塔预制
混塔预制主要是由施工人员预制，临时用电设备、起重设备配合作业的方式，现场存在较多危险源因素。
对于现场的安全管理，本着“安全第一，预防为主”的原则，切实落实各项安全规程和制度，定期召开安全生产会，分析安全状况，查找隐患，解决不安全因素，将事故消灭在萌芽中。首先对所有参加施工的人员所有参加施工的人员都接受入场安全教育。凡是入场的新工人都进行入场三级安全教育，否则不得进入施工现场和上岗操作。
其次对所有的施工人员特别是设备操作、特种人员进行安全技术交底，使其熟悉施工流程和安全操作规程，对设备操作人员、特种作业人员进行必要的入场培训和考核。
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图16 班前教育
预制现场临时用电设备较多，项目部首先编制临时用电施工方案，满足施工用电“一机、一箱、一闸、一漏保”的要求，对现场所有的用电设备进行负荷线、保护零线和开关箱等检查，发现问题及时解决，建立起设备管理台账。
预制现场起重设备主要的危险因素存在两点：
1：成品塔筒拆模后，需履带吊运至存放区，路基经过反复碾压，容易出现路面塌陷，承载力严重不足，使履带吊行走存在较大安全隐患，针对现状，项目部编制专项方案，采用深挖碎石换填—钢筋混凝土浇筑路面—路面上部铺设钢板的方式，确保履带吊安全行走。
2：预制生产过程中，存在汽车吊交叉作业容易产生碰撞的情况存在，针对现状，项目部组织专门会议，保证正常施工的前提下，经研究决定，采用延长工作时间，不同的时间段，保证安全距离的前提下，避免多台吊车同时施工的方法，解决安全隐患。
施工前对每一道施工工序进行危险源辨识，并编制防治措施建立管理规章制度，细化管理流程，随施工进度变化必须对危险源进行更新。建立专项检查制度（临时用电专项检查、吊带专项检查、操作人员及指挥人员专项检查、劳动防护用具专项检查等）。预制现场必须配备一名专职安全员进行监督管理，建立安全管理体系、编制各种应急预案，确保预制、运输安全。
安全费用投入保证实报实销，确保为施工人员配备合格的劳动保护用品，增加预制现场安全警示标牌隔离施工区域，定期对设备进行检测，保证安全措施的正常使用。建立安全费用使用制度，保证安全费用全部投入到安全生产中。
5.2混塔运输
混塔运输主要采用大型拖板车陆运方式，项目部针对大件运输存在超高超宽运输情况及存在的各种风险因素，采取以下方式控制，保证运输安全：
编制专项运输方案，并对方案进行论证，确保方案的可行性、科学性和可操作性，
运输前组织对相关负责人、施工人员、驾驶员进行运输方案安全技术交底，必须熟知运输方案内容，留存培训交底记录。
组织人员对道路进行多次勘察，保证设备顺利实施公路运输；
运输前对所有的待运塔筒必须经过捆绑加固后方可起运，且在塔筒最长最宽最高出贴示反光警示标识；
项目部相关负责人在运输车辆前后安排专车，全程跟踪押运；负责安全管控、负责出险处理、信息报送；
运输过程中安排专职的安全押运员，安全押运员的主要职责包括：配合、督促驾驶员做好行车安全工作对道路的安全性进行勘察；在车辆通过有安全隐患路段时对车辆进行指引；在停车时对车辆进行安全防护、疏导；对违章超车、停车进行制止；如实报告行车位置及状况；
车辆停靠时，需在车辆首尾部2m处放置警示三角标识，并在外侧和后侧置放警示锥桶，以保证车货的安全。
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图17 运输前固定
5.3混塔吊装
混塔吊装主要由大型起重设备进行，人员辅助安装，现场危险源较多。现场安全管理首先应对现场施工人员进行安全技术交底，熟悉施工流程和安全操作规程，对设备操作人员进行审查考核；吊装人员进场后专门组织全部人员进行安全培训和考核，并对考核成绩好的施工人员进行奖励。
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图18 安全考试 图19 班组奖励
现场起重设备较多，建立设备管理台账定期对设备进行检查，项目部对所有进场吊车编制专属二维码利用信息技术时刻了解吊车信息，对设备进行动态管理；将操作规程及作业指导书使用二维码的新形式设立在施工现场，让施工人员随时随地可以进行学习。
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图20 二维码技术应用
大型起重设备吊装有两项重大危险源：①起重设备地基稳定性，现场地基基础多为后期填筑形成，要求地基基础回填编制专项施工方案并严格碾压回填，回填后进行试验验收，确保地基稳定，防止地基下沉导致吊车倾覆事故；②设备安装拆除转场，由于风机位置相距较远每次吊装完成后必须把设备进行拆除转场，转场完成后在进行安装。起重设备安拆必须编制专项施工方案，每次安装完成后进行专项检查，检查合格后再进行施工。
混塔吊装作业属于超过一定规模的危险性较大分部分项工程，需要编制专项施工方案并经过专家论证后实施，实施前要由技术负责人对施工人员进行交底。安全技术交底由项目部组织统一进行，交底完成后进行考核，保证每一位施工人员熟悉施工流程。
施工前对每一道施工工序进行危险源辨识，并编制防治措施建立管理规章制度，细化管理流程，随施工进度变化必须对危险源进行更新。建立专项检查制度（吊装设备专项检查、吊具吊带专项检查、作业平台专项检查、操作人员及指挥人员专项检查、劳动防护用具专项检查等）。每一个吊装现场必须配备一名专职安全员进行监督管理，建立安全管理体系。
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图21 吊机安全性能检查
编制现场应急预案和现场处置方案，对方案进行演习，提高施工人员应急反应能力并总结方案是否完善可行，现场配备应急防护设备。
安全费用投入保证实报实销，确保为施工人员配备合格的劳动保护用品，增加现场安全警示标牌隔离施工区域，定期对设备进行检测，保证安全措施的正常使用。建立安全费用使用制度，保证安全费用全部投入到安全生产中。
6 结束语
近些年，从2年前的55米到目前在建90米混塔段，随着混塔高度不断的突破记录；同时，未来5年内，低风速区域可潜在开发约1500MW，随着轮毂高度不断提升，混塔较比柔塔的自身优势快速得到体现，作为主流风机结构形式的混塔，不断迎来新的应用价值，同时也带来新的安全挑战。随着安全风险不断发生变化，只有安全技术进行持续创新，安全管理体系不断完善，管理团队人才等全方位安全保障，才能为混塔的国内乃至国外市场的开拓保驾护航。
论文作者:汪敏
论文发表刊物:《电力设备》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/15
标签：作业论文; 现场论文; 混凝土论文; 爬梯论文; 设备论文; 专项论文; 人员论文; 《电力设备》2019年第19期论文;