自升式平臺下水的新型技術裝備研制及應用

謝宛朋，張金營，史亮，丁天波，楊杰

(青島海西重機有限責任公司，山東 青島 266530)

自升式平臺下水的新型技術裝備研制及應用

謝宛朋，張金營，史亮，丁天波，楊杰

(青島海西重機有限責任公司，山東 青島 266530)

為解決沒有船塢或船臺情況下自升式平臺利用半潛駁下水費用高、易受大風浪涌影響的難題，利用組合浮箱式下水裝備將港池墊高至與碼頭面平齊，通過滑移工藝將自升式平臺牽引至下水裝備上，利用樁腿的升降功能，使樁腿與下水裝備脫離，分別拆除各樁腿下部的浮箱，完成站樁，依次拆除下水裝備其余浮箱，自升式平臺下降達漂浮狀態，收樁，完成自升式平臺的下水。工程實踐證明，該新型裝備滿足設計和使用要求，成本低、控制方便。

自升式平臺；下水；新型技術裝備；工程應用

自升式平臺廣泛應用于海洋開發和建設中，作為典型的海洋工程結構物，目前常用的下水方式有4種[1-4]：①在船塢內建造，漂移出塢；②在船臺上建造，通過氣囊或托梁支架滑移下水；③平地建造，滑移到半潛駁船后下水；④通過大型浮吊吊裝下水。前兩種工藝方法較為成熟，但需要有專用的船塢、船臺或萬噸級的龍門吊，一次投入成本高，建造周期長，使用效率低，不能充分利用陸上資源；半潛駁船受船期、費用和特定下潛區域的多重影響，難以滿足船廠生產周期，同時利用半潛駁還要注意碼頭的水文氣象條件，陸地滑道與下水駁船滑道連接部位的高差控制等[5]，致使滑移工藝復雜，進一步增加了平臺下水費用，90 m自升式平臺1次下水整體費用約1 200萬～1 500萬元。而隨著自升式平臺的大型化，滿足其吊裝下水的萬噸級以上浮吊由于受船期和高額吊裝費用的影響，也難以滿足自升式平臺生產周期及成本要求。為打破圍繞船臺或船塢為中心進行產品建造的傳統方式，解決沒有船塢或船臺情況下自升式平臺利用半潛駁下水費用高、易受大風浪涌影響的難題，實現自升式海洋平臺的分批、分區平地建造，做到兩座或更多座自升式平臺同時建造、分期下水，縮短平臺的建造周期，降低建造、下水成本，研制了一種用于自升式平臺下水的新型技術裝備。

1 功能需求與原理設計

根據自升式海洋平臺的現狀及未來發展趨勢，可滑移下水的自升式平臺相關參數如下。

自重為最大12 000 t；樁靴中心沿船寬方向間距為32～35 m；樁靴中心沿船長方向間距為40～50 m；最大樁靴尺寸為12 m×12 m。

考慮港池及待下水海洋平臺自升式的特點，設計原理見圖1。該裝備由下平臺和上箱體2大部分組成，最底部的下平臺上放在經過硬化處理的港池內，成為港池的一部分。若干個上箱體拼接在下平臺上，在港池內組成與碼頭平面平齊的平臺，將待下水的自升式海洋平臺由碼頭滑移到組合浮箱式平臺上，先拆除樁靴與布置在樁靴下部的上箱體之間的路基板及滑移梁，再拆除一條樁腿下部的上箱體，樁靴下降，完成一條樁腿的站樁。以次類推，逐步完成4條樁腿的站樁后，平臺起升，依次移除平臺底部其余上箱體，再收樁，將平臺下降到漂浮狀態，拖出港池，完成下水。

2 自升式平臺下水裝備詳細設計

2.1 總體設計

根據功能需求與原理設計，自升式平臺下水技術裝備設計尺寸為40 m×80 m×15.5 m，由1件下平臺及5種型號的13件上箱體組成，箱體2位于平臺樁靴下方，總體裝配見圖2。箱體上設置相應的加強筋，為鋪設滑道做準備，鋪設中部滑移軌道和2側滑移軌道各2條，其中中部滑移軌道間距有8.4 m和10.4 m 2種；兩側滑移軌道間距有32.8 m和34.8 m 2種，以適應多種自升式平臺的滑移下水。

2.2 下平臺設計

下平臺直接放置在經過硬化處理的港池底部，自升式平臺的樁腿底端安裝有樁靴，其形狀為平底錐形結構。這種設計可以增大平臺與土體的接觸面積，在減少入泥深度的同時保證足夠的承載力，并降低拔樁的難度，有利于改善平臺的移動性。但是由于其平底錐形結構，樁靴不能直接站在硬化的港池底部海床上，也不能站在下平臺上，所以平臺采用桁架式，樁靴區域設計為圖3所示結構，露出海床，并對站樁區域填沙模擬平臺的實際工況。該設計存在的問題是底部沙子的流失問題，經過分析站樁區域在港池內部海水的流動性較小，對沙堆的沖刷作用有限，經過實驗檢驗該方案是可行的，一次站樁收樁完成后，對站樁區域進行拋沙刮平，滿足同區域二次站樁需求。

2.3 上箱體設計

上箱體為3層桁架結構，主體采用H型鋼，各上箱體僅長、寬尺寸不同，其余結構相同，見圖4。上2層用鋼板圍成水箱，水箱通過海底閥連通內部和外部，通過海底閥實現上箱體水箱的進水及排水，再利用潮位的變化，選擇合適的時機開關海底閥，可以實現上層箱體的漂浮與下沉，為保證漂浮的穩定性，防止發生傾翻，在上箱體最下層上設置混凝土配重塊，以降低箱體中心高度，形成“不倒翁”結構。

為保證上箱體在下平臺上定位準確，在上下平臺間設置導向裝置，利用導向裝置使上箱體移動到正確的安裝位置。

3 應用案例分析

青島海西重機有限責任公司利用該自升式平臺下水新型技術裝備，成功下水了自重達5 000～8 000 t不等的多臺90 m自升式海洋平臺，應用案例見圖5。以自重達8 000 t的90 m自升式平臺下水為例，對工程應用案例進行分析。

3.1 下水裝備的安裝工藝

下平臺下放時為保證下平臺定位準確，下平臺4個角部位設置高出水面的可拆卸式定位標尺，先將定位標尺安裝在下平臺的4個角上，通過調節定位標尺底部的螺栓保證定位標尺豎直立在下平臺上。在下放過程中，可以根據定位標尺在碼頭面直觀確定下平臺在海平面以下的位置，同時可以根據定位標尺將下平臺最終落位位置反應到碼頭面上，方便后續上箱體浮箱安裝。

待下平臺安裝好并在碼頭做好相應標線后將4個定位標尺吊出。在安裝上箱體時，其中箱體4及箱體5先進行安裝，通過起重設備及絞車將箱體4、箱體5移動到指定位置，然后將箱體4、箱體5的海底閥打開，通過箱體4、箱體5的自重使箱體內灌注海水箱體緩慢下沉，通過下平臺對應的倒斜槽安裝到位(注：箱體4、箱體5都為逐件安裝)。待箱體4、箱體5定位安裝好后根據下平臺標線及箱體4、箱體5輔助定位進行箱體2的安裝，利用起重設備及絞車將箱體2拖到指定位置打開海底閥，利用箱體2的自重及海水灌注達到緩慢下沉的目的，然后通過箱體2倒斜處與下平臺對應安裝。箱體1及箱體3通過已安裝的箱體4、箱體5、箱體2相對位置進行安裝到位。

3.2 下水裝備的預壓載試驗

自升式平臺滑移下水前，無論采用哪種下水方式，一般都會對自升式平臺及駁船或其他下水裝備進行有限元分析[6-9]。本項目雖然廣泛調研了目前自升式平臺力學性能的分析方法[10-12]，并對平臺及下水裝備進行了充分的有限元分析，但是與利用駁船下水不同的是，該項目必須要考慮港池底部基礎穩定性，防止自升式海洋平臺滑移到下水裝備上后，港池底部基礎發生沉降，因此必須對下水裝備進行預壓載試驗。

利用13個上箱體自帶的水箱，結合港池的潮汐變化，利用漲潮時通過各箱體閥門自動往箱體內灌水，高潮位時關閉閥門，低潮位時利用上箱體內水的自重實現壓載功能，預壓載荷達1.5萬t以上。壓載完畢后在低潮位時打開海底閥，釋放箱體內的水。經預壓載試驗，證明了下水裝備的可靠性，港池底部基礎穩固，滿足自升式海洋平臺的下水承載能力。

3.3 滑移下水工藝

該新型裝備的應用使滑移下水工藝變得簡單，直接在碼頭陸地與下水裝備上鋪設平齊的滑道，而無需像利用駁船下水那樣控制滑道高差。船艏及船艉底部距離地面位置較高，對經有限元分析發現較為薄弱的部位，需要在托梁頂部增加1個支撐胎架將載荷傳遞至托梁上進行分散，以解決薄壁船體受力不均易局部變形的問題?；辣砻驿佋O摩擦系數較小的新型高分子材料(聚四氟乙烯等)作為滑移介質，同時在滑道面上涂上油脂，進一步降低摩擦系數。

橫向滑移到自升式平臺中心線與下水裝備中心線一致時，進行自升式平臺的滑移下水，滑移上下水裝備工藝如圖6所示，步驟如下。

1)在準備工作全部就緒以后，啟動卷揚設備，緩慢牽引平臺，使得平臺沿著滑道方向向下水裝備上移動。

2)當平臺被牽引至開始上下水裝備時，應密切觀察下水裝備的情況，確保安全。

3)平臺緩慢被牽引至下水裝備的指定位置(尾部樁靴中心與下平臺的中心吻合)，拆除下水裝備與碼頭之間的過渡滑道及下水裝備頭部的部分滑道，同時拆除下水裝備的滑車組等牽引系統。

3.4 上箱體的拆除工藝

首先將樁靴1單獨收縮200 mm，離開上箱體表面，同時割除箱體2-1與其他箱體的連接卡板；將樁靴下部的兩塊路基板及四氟板整體移至箱體4-1及箱體5上；啟動箱體2-1的排水功能，使箱體離開下平臺處于漂浮狀態，通過牽引裝置，將箱體2-1從樁靴底部牽引至港池邊上并固定；啟動樁靴1，支腿展開，直至著力在底部下平臺的沙堆上，完成樁靴1著力點的轉換；重復上述步驟，完成4個樁靴的著力點的轉換與對應箱體拆除、固定。

將自升式平臺底部結構與滑移工裝支撐結構進行分離，然后同時啟動4個樁靴的升降裝置，將自升式平臺整體升高2 m；利用單個箱體的上浮功能，使箱體脫離下平臺約500 mm。再利用牽引裝置，將下水裝備兩側的其余箱體及箱體上的滑移工裝依次牽引至港池邊，進行固定。以此類推，依次拆除其余箱體，完成下水裝備上箱體的拆除，如圖5所示。

同步啟動自升式平臺4個樁靴的升降系統，緩慢下降平臺，直到平臺成漂浮狀態，利用平臺的自航功能，駛出港池區域，完成整個滑移及漂浮工作。

4 結論

這套用于自升式海洋平臺下水的新型技術裝備一次投入成本約3 000萬元，使用期限10年，按照每年僅僅下水1臺平臺來均攤成本，扣除滑移費用，單臺可節約下水成本600萬～900萬元。僅1年多的時間，青島海西重機有限責任公司已利用該新型裝備下水了4臺90 m自升式平臺，還有9臺等待下水，因此后期成本節約效果會更加顯著。

通過應用證明，該新型技術裝備滿足自升式海洋平臺下水的需求，具有如下技術特點：

1)首創采用若干件桁架式箱體組成的下水裝備將港池墊高至與碼頭面平齊，將海洋變為陸地，利用絞車牽引將自升式海洋平臺牽引至下水裝備上，通過自升式平臺樁腿的升降功能，使樁腿與下水裝備脫離，分別拆除各樁腿下部的浮箱，完成站樁，使自升式平臺與下水裝備脫離，拆除下水裝備其余浮箱，海洋平臺下降達漂浮狀態，收樁，完成整個下水過程。

2)下水裝備綠色化預壓載技術代替了傳統放置重物的預壓載方式。創新的利用潮汐變化，在上箱體第一次放置到海中后，打開海底閥，待高潮位時，關閉海底閥，落潮后，箱體內外水平面會形成高低差，利用落潮后箱體內部比海平面高出部分水的自重(1.5萬t)實現預壓載功能，綠色環保。

3)上箱體安裝及拆除技術安全可靠，節能效果顯著。通過海底閥配合輔助水泵的微調，可輕松實現上箱體的下沉與漂浮，配合上箱體“不倒翁”結構，增強了箱體穩定性，使上箱體安裝及拆除安全可靠，節能環保。

4)同一區域多次站樁技術得到成功的實踐檢驗。本項目對海底站樁區域進行拋石夯實后拋沙墊平處理，在下平臺留出的站樁區域鋪設2 m厚的砂層，足以保證樁靴不會與海底拋石層接觸。一次站樁收樁完成后，對站樁區域進行拋沙刮平，滿足同區域二次站樁需求。

[1] 陳再玉，鐘文軍，高華,等.自升式鉆井平臺建造下水技術創新[J].中國海洋平臺，2014，29(4)：18-20.

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[3] 聶曉玲.船舶與海洋平臺平地建造及氣囊下水研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2007.

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Development and Application of New Technical Equipment for the Launching of Jack-up Platform

XIE Wan-peng, ZHANG Jin-ying, SHI Liang, DING Tian-bo, YANG Jie

(Qingdao Haixi Heavy-Duty Machinery Co. Ltd., Qingdao Shandong 266530, China)

New technical equipment for the launching of jack-up platform was developed in order to tackle the difficulties of high cost of platform launching through semi-submersible barge and the effect of strong wind and surge under the condition without dock or slipway. By this method, the dock basin is blocked up to flush with the wharf horizon by taking advantage of the combined-buoyancy tank, the platform slides onto the tank through sliding process. The platform legs are disassembled from the equipment and followed that the buoyancy tanks beneath the legs will also be disassembled so as to the legs can stand by themselves. At last, other buoyancy tanks will be disassembled and the jack-up platform falls into floating state with the legs positioning themselves and the launching of the jack-up platform is finally achieved. It was proven by engineering practice that the new technical equipment meets all the design and use requirements.

Jack-up platform；launch；new technical equipment; engineering application

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.02.025

2016-08-25

“海洋工程裝備設計制造技術”項目(國科發火[2016] 32號)；中船重工·青島海西重機有限責任公司創新基金(15JG-05)

謝宛朋(1983—)，男，學士，工程師

U674.38

A

1671-7953(2017)02-0108-05

修回日期：2016-09-12

研究方向:港口起重機設計、制造及其相關技術