自升式鉆井維修平臺樁腿搭載精度控制

彭海祥

摘 要：本文主要介紹自升式鉆井維修平臺樁腿搭載精度控制，包括樁腿搭載吊裝前精度監控準備、搭載過程精度控制方法、精度測量、測量數據計算等，確保搭載精度滿足樁腿升降系統要求。

關鍵詞：樁腿；精度測量；精度控制

中圖分類號：U674.39 文獻標識碼：A

Erection Accuracy Control of Jack-up Drilling Spud Leg

PENG Haixiang

（ Guangxin Shipbuilding&Heavy Industry Co.，Ltd. Zhongshan 528437 ）

Abstract： This paper mainly introduces the erection accuracy control of Jack-up Drilling spud leg， including the preparation of spud leg erection， accuracy control method for carrying process， accuracy measurement， the measurement data calculation. Meet the accuracy requirements of l spud leg lift system.

Key words： spud leg； accuracy measurement； accuracy control

1 前言

自升式鉆井維修平臺樁腿的作用是支撐平臺海上作業，并將平臺所承受的全部荷載傳到海底。樁腿一般要承擔及傳遞水平荷載、彎曲力矩及升降過程的局部荷載。樁腿精度的好壞，直接影響到整個升降系統性能及整個平臺的支撐穩定。在樁腿建造搭載最終階段，需要將建造過程中的累積偏差減少，其中搭載定位調節難度相當大，需要通過吊機點精確調整，將樁腿綜合精度控制在可控范圍內。如果樁腿精度超差，將會造成大量返工，影響工程進度，且高空作業、密閉空間作業存在極大的安全隱患。

2 自升式鉆井維修平臺樁腿的建造特點

本平臺為四樁腿布置（如圖1所示），樁腿升降系統為齒輪齒條式。考慮到龍門吊的高度、樁腿吊裝翻身、龍門吊機的使用效率及船塢的周轉效率，故將每根樁腿劃分為3節搭載，搭載前樁腿在地面進行預合攏劃線，平臺移塢前安裝前四條樁腿的第一節，平臺移塢后用龍門吊吊裝樁腿的第二、三節。由于超出龍門吊高度，使用履帶吊車進行搭載定位。

3 樁腿搭載吊裝前精度監控準備

本平臺圓管樁腿總高91.5 m，若采用傳統的吊線錘、經緯儀測量，由于測量位置過高，測量作業安全難以保證，且受風力等環境因素影響，精度誤差大，不能滿足生產需求。為了保證測量作業安全及測量精度，本平臺整個樁腿搭載精度監控過程均采用全站儀測量，全站儀測量使用精度較高的IR（有棱鏡）測量模式，測程最佳距離為250 m，單次測量精度為2 mm+2 ppm，單次測量時間為1s，滿足精度測量要求。

樁腿搭載吊裝前，在每節樁腿上、中、下的兩邊升降齒條上貼6個反射片，作為樁腿精度測量監控的目標點，監控整根樁腿前后、左右方向的精度偏差。此外，為了保證測量較佳入射角度（角度a介于45°～90°）及精確的目標視準值，全站儀架設在離樁腿約85 m的塢邊位置（其中塢高11 m，樁腿高于地面約80 m），以船塢邊的半寬線作為基準參考直線，測量樁腿前后、左右方向精度。

4 首節樁腿搭載吊裝

第一節樁腿是整個樁腿的基礎，高度為35 m，直接搭載安裝在樁靴上，搭載定位精度尤為關鍵。樁腿平衡吊裝插入固樁架，靠攏在樁鞋上，樁腿前后方向垂直度通過龍門吊點行走精細調整，左右方垂直度通過采用龍門吊上小車點進行精細調整，確保樁腿與樁鞋中心對正在3 mm以內，垂直度精度控制在10 mm以內。

測量精度滿足要求后，將首節樁腿下端面與樁鞋進行定位焊接固定，同時樁鞋與平臺主體用臨時支撐柱進行焊接固定，樁腿與固樁架上端用鐵尖固定，最終整個樁腿與平臺主體組成一個鋼性體，保證整個樁腿建造基礎穩固可靠。

5 平臺移塢后樁腿吊裝精度控制及撓曲度數據換算

平臺移塢定位后，重新測量第一節樁腿的精度，垂直度控制在10 mm以內；對樁鞋位置的塢墩進行打緊及加固，檢查樁腿各鋼性支撐位置是否牢固，重新修正塢邊的半寬線及前后端點位置，以塢邊半寬線作為測量監控長度方向的坐標系，檢查各項定位基準滿足要求后，便可以準備吊裝第二節樁腿。

第二節樁腿（35 m）與第三節樁腿（18 m）搭載精度控制工藝流程大體相同，主要通過以下流程控制樁腿搭載精度：

（ 1 ）吊裝前檢查各作業圍欄是否安全、各預裝件是否已預裝到位、測量反射片是否有脫落、反射片十字線是否清晰看見；

（ 2 ）樁腿吊裝找正、粗定位：粗定位時，檢查樁腿預組時十字中心線的對合性，同時拉尺測量合攏縫齒條間距離是否滿足±3 mm要求；

（ 3 ）垂直度、撓曲度測量：用全站儀測量整個樁腿齒條上、中、下各精度監控點，為了保證測量數據的準確性，需要重復測量取測量平均值；計算各點之間在長度和寬度方便的垂直度偏差，控制在20 mm以內，同時滿足撓曲度精度要求（整根樁最大撓曲公差為20 mm），測量監控垂直度超差時，通過吊機精確點動調整樁腿上端，確保垂直度精度滿足規定要求；

（ 4 ）樁腿固定：垂直度、撓曲度精度滿足要求后樁腿固定，樁腿合攏縫間留好焊接補償量2～3 mm，在樁腿外側采用長馬板進行固定；

（ 5 ）吊機松鉤精度測量監控：吊機松鉤后，由于樁腿不受吊機水平方向力的約束作用，松鉤后整根樁腿的垂直度偏差較大，通過重復測量監控，確保樁腿精度滿足公差要求；

（ 6 ）焊前裝配處理：對于偏差較大位置，通過加馬板裝配調順合攏口，裝配完后再次測量樁腿的垂直度、撓曲度，為樁腿合攏口焊接提供數據參考；

（ 7 ）樁腿合攏縫焊接及精度控制：合攏縫預熱后做好防風措施，一般按照對稱焊接方式進行焊接，若焊前精度測量發現撓曲度有較大偏差時，需要調整焊接順序；焊縫兩側100 mm范圍內預熱達到100℃～150℃，焊接前兩道打底焊（打底焊接為整個焊接過程變形最大階段），先焊接樁腿折彎位置背面大的一側，同時進行精度測量；通過計算樁腿撓曲度變化，確認撓曲度滿足要求后安排2或4人進行對稱焊接，每焊完一道焊縫必須認真清理焊渣和飛濺物再焊下一道焊縫，同時可用錘子輕輕敲打焊縫以釋放焊接應力，各道焊縫接頭應錯開大約30 mm；焊接完成后，繼續保溫和自然冷卻，最后做100%UT探傷報驗。

由于要充分利用吊機資源，龍門吊機（履帶吊機）在樁腿固定后立即松鉤，吊裝后續其它樁腿。樁腿定位時，可通過吊機帶動樁腿最上端，使整根樁腿垂直度保持在20 mm以內。但樁腿搭載固定松鉤后，樁腿上端的鋼性較差，垂直偏差數據大，難以直接判斷整根樁腿撓曲度能否滿足標準公差，需要對撓曲度進行計算。

撓曲度根據點到直線距離公式進行計算。首先，樁腿齒條上下兩端兩測量點不垂直（重合），可將齒條最低和最高的已知兩點坐標（X1，Y1）、（X2，Y2）代入直線方程斜截式Y=kX+b，即可求得斜率k和常數b值：

（1）

（2）

將其化作一般直線式方程：AX+BY+C=0 （3）

式中：A=k，B=-1，C=b。

計算其它測量點（X0，Y0）到上下兩點連線的距離d，即是其它點到該直線的撓曲度：

（4）

此外，確定其它實測點（X0，Y0）的方向性，可將實測點高度值Y0代入直線方程，比較直線上的理論值與實測值X0 的差值，便可判斷撓曲度的方向：

X0-（C+BY0）/（-A）>0，為在該直線X軸的正方向（即撓曲度為正方向）；

X0-（C+BY0）/（-A）<0，為在該直線X軸的正方向（即撓曲度為負方向）；

X0-（C+BY0）/（-A）=0，為在該直線X軸的直線上（即撓曲度為0）。

以樁腿B最終實際搭載數據為例，垂直度、撓曲度計算結果如表1、表2所列。

由表1、表2可以看出：樁腿B整體搭載松鉤后，通過比較測量點數值，樁腿長度、半寬方向垂直度偏差超過20 mm，憑此垂直度數據無法直接判定撓曲度是否超差；通過點到直線距離計算，樁腿B寬度方向撓曲度偏差5 mm，長度方向偏差14 mm，均滿足樁腿搭載精度要求。

6 結束語

本自升式鉆井維修平臺此樁腿搭載過程中，確保各步驟測量精度滿足要求，雖然搭載到最后階段，由于樁腿過長、剛性不足導致垂直度偏差較大，但通過對樁腿撓曲度進行精確計算，確認精度滿足公差要求，實現了搭載精度零返工，保證樁腿按工藝要求建造，縮短了平臺建造周期，出塢后經航海試驗，驗證了樁腿升降系統性能滿足要求。

參考文獻

[1]應長春. 《船舶工藝技術》[M]. 上海交通大學出版社， 2013.

[2]瑞士徠卡《TPS1200技術手冊》[M]. 2004.