半潛式生產平臺下浮體建造腳手架施工方案分析

余明淦，劉立范，姚大偉，王永召，張瑋佳

(海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520)

目前，深水領域的油氣田開發已經成為海洋資源開發的重點，半潛式生產平臺由于其穩性好、甲板面積大等優點，在我國海上油氣田開發中的應用日益廣泛。半潛式生產平臺的設計、建造，經過多年不斷地汲取國內外先進的設計理念、優秀的施工工藝及管理經驗而得到了長足的發展。但是，半潛式生產平臺的建造所需的腳手架施工工藝，相對于平臺整體建造工藝的日趨成熟依然發展緩慢。當前國內尚未形成一套完整的、適用性強的海洋工程領域施工腳手架工藝標準。半潛式平臺下浮體建造過程中，存在大量的腳手架受限空間作業及高空舷外作業，施工難度極大。

扣件式腳手架是當前海洋工程領域應用最為普遍的一種腳手架，其最基本的功能是為工程項目施工提供一定承載能力的平臺及通道。詳細完善的腳手架施工方案在保證建造過程中各環節腳手架施工適用性、安全性的同時，可最大限度地降低腳手架工作量、縮短作業時長，為其他專業施工的及時開展創造條件。本文從半潛式生產平臺下浮體整體布局及其典型建造工藝出發，分析下浮體建造過程中腳手架施工需求及影響施工的關鍵因素，并通過工程實踐，提出優化腳手架施工方案設計的方法。

1 下浮體整體布局

1.1 主體結構形式

目前，新建的半潛式生產平臺下浮體的結構形式基本趨于標準化，一般采取環形浮箱、四立柱的設計，即立柱的底部通過環形浮箱連通[1]。浮箱截面采用矩形倒圓角，立柱截面采用方形倒圓角設計。環形浮箱有利于使得浮箱周圍環境載荷一致，能為平臺提供更好的整體強度，且能更好地平衡壓載艙的分布。立柱的截面面積直接關系著平臺的穩定性及排水量，新設計的平臺為了追求更好的穩定性和更大的有效排水量，多采用方形立柱設計[1]。

1.2 艙室區劃

標準化設計的下浮體從功能性角度出發被劃分為若干艙室，主要為3類：壓載艙、貯藏艙、空格艙。環形浮箱被劃分為若干壓載艙。貯藏艙布置在立柱內，4個立柱內設有凝析油艙，用于凝析油的存儲，為防止腐蝕或外力撞擊造成的漏油事故發生，凝析油艙外圍設有隔離艙[2]。3個立柱中布置乙二醇艙，另一個立柱中布置溢流艙，分為兩段艙室，通過管線使兩段連通，實現二次沉降功能。另外，在立柱合適位置布置淡水艙與柴油艙。浮箱中的空格艙主要用于底部環形通道的布置，立柱空格艙中主要為機械艙及通道艙，布置機械設備、電梯及人行通道[2]。圖1為半潛式生產平臺下浮體部分主要艙室布置示意圖。

圖1 半潛式生產平臺下浮體部分主要艙室布置示意圖

1.3 外側附件布置

下浮體環形浮箱的外側或內側一般布置有各類生產立管，包括油氣混輸生產立管、合格天然氣外輸立管、藥劑立管等。立柱外側大型的附件主要有錨機操作平臺、立管保護架、立(護)管及其相應支撐筋板，剩余常見附件有橡膠護舷、拖耳、標識、逃生通道、立管關閥平臺等。

2 下浮體建造工藝流程

半潛式生產平臺下浮體建造工藝根據具體施工場地資源不同會有一定區別，但是典型的建造工藝流程如下。

1)分段預制。對板材、型材進行劃線、切割，小組立和中組立之后在分段預制場地進行組對、焊接施工。部分需要焊接，安裝位置容易固定，體積不大，不影響分段制造、翻身、運輸及后續合龍[3]，不影響其他后續設備安裝的設備和舾裝件盡可能在此階段安裝。

2)分段涂裝。分段預制完成后按相應的涂裝工藝方案及涂層系統要求進行油漆施工。

3)分段總組。涂裝作業完成后的分段進行總組，最終組對成若干搭載的總段[3]。部分跨分段、分段階段不易安裝的、影響分段制造翻身的等在分段階段不能安裝的舾裝件，可在此階段安裝。

4)總段搭載。利用大型起重設備將總段按搭載順序逐一吊裝就位[3]。

5)舾裝完善施工。總段搭載完成后各專業施工，包括鐵舾裝施工、管路施工、通風施工、輪機施工、電氣施工等。

“?”:要證A為CSI-閉,只需證XA為CSI-開即可。首先由A為閉集,XA為開集;其次若F∈CIrr(X),F∩(XA)=?,即F?A,由已知,Fδ?A,于是Fδ∩(XA)=?,故XA為CSI-開。

3 下浮體建造腳手架施工

下浮體建造過程中，根據不同施工位置腳手架需求，可將搭設的腳手架分為3類：落地式腳手架、艙室內腳手架、高空懸挑腳手架。落地式腳手架即為圍繞下浮體四周外側搭設的落地腳手架；艙室內腳手架即為各艙室內舾裝施工搭設的腳手架；高空懸挑腳手架即為立柱外側一定高度以上、四周利用支撐結構搭設的懸挑腳手架。下文根據下浮體建造的工藝并結合具體的工程實踐，介紹腳手架布置方案及注意事項。

3.1 落地式腳手架布置

下浮體總段搭載階段時，浮箱總段之間一般設有垂直方向的環形合龍口；立柱總段之間設有水平方向的環形合龍口及豎向合龍口。所有合龍口處板材組對、焊接施工需要腳手架配合，外側附件安裝需要腳手架配合。立柱底部處腳手架搭設高度需進行限高，一般建議不超過24 m。落地式腳手架根據下浮體外側附件不同，可布置兩類腳手架來完成合龍口及附件安裝施工，即雙排腳手架及滿堂腳手架。圖2為下浮體建造典型落地式腳手架布置。

圖2 下浮體建造典型落地式腳手架布置

落地雙排腳手架主要用于外側無大型附件安裝位置，圖3為浮箱位置落地雙排腳手架示意圖，落地雙排腳手架搭設應注意下述事項。

圖3 浮箱位置落地雙排腳手架示意圖

1)雙排架內側立桿與下浮體外板保留一定距離，保證立桿在高度方向上與下浮體永久結構不發生碰撞，因該位置處存在大量犧牲陽極，布置立桿時結合陽極尺寸確定，建議該距離為550 mm。

2)實際作業時按需鋪板，鋪板桿向內伸至與下浮體外板接觸，滿足可布置內挑腳手板的要求。

3)立桿在架體縱向布置時應避開探出下浮體外板較大尺寸附件，減少未來腳手架修改工作量。

落地滿堂腳手架主要用于外側有大型附件安裝位置，如連續的管線密集布置處等，圖4為立柱位置落地滿堂腳手架示意圖。落地滿堂腳手架搭設應注意下述事項。

圖4 立柱位置落地滿堂腳手架示意圖

1)該類滿堂腳手架長度沿立柱側面布置，實際搭設高、寬比值超過2時，需要布置類似于雙排架的連墻件[4]。

3)搭設腳手架應提前考慮管線或其他大型附件的安裝，避免鋪板桿及斜撐桿與附件碰撞，確保附件安裝時腳手架修改工作量最小化。

3.2 艙室內腳手架布置

下浮體環形浮箱及立柱中布置著各類艙室，艙室內各專業人員交叉施工，腳手架為滿足各專業施工需求，存在大量的搭設、修改作業；同時艙室內腳手架施工屬于受限空間作業，通風、照明等因素都會對施工造成影響。艙室內腳手架施工應注意下述事項。

1)腳手架施工人員需經過有效受限空間作業培訓才可以進入艙室內施工；同時確認艙室內具備通風、低壓照明、緊急救援方案及其他必要的安全措施。

2)腳手架材料倒運困難，搭設前應盡可能提前備料入艙，若艙室未封頂可將腳手架材料打包吊裝入艙；考慮到艙室空間較小且后期材料倒運困難，建議艙內腳手架材料盡可能選擇長度稍短的腳手桿及腳手板作業。

3)施工后期腳手架拆除時，腳手架材料一般只能通過人工倒運，腳手架材料需通過人孔或預留工藝孔出艙，故腳手架拆除時應結合工藝孔封堵計劃提前制定詳細的腳手架拆除計劃，同時規劃好各艙室內腳手架材料運輸出艙路徑。

艙室內腳手架布置應結合艙室具體尺寸及其內部附件布置，一般附件主要沿艙壁四周布置，除凝析油艙及通道艙的高度較高外，一般無大尺寸艙室。圖5為艙室內腳手架典型布置圖，搭設時應注意下述事項。

1)沿艙室內壁四周搭設雙排腳手架，內側立桿與艙壁保持一定間距，避免與附件碰撞，一般建議間距約550 mm。雙排腳手架立桿布置時應注意避開艙室底板附件。

2)為了保持架體的穩定性，小橫桿須伸至艙室內壁處；如圖5(b)所示利用斜撐桿實現頂層的腳手板滿鋪，供艙室頂板生根附件的安裝施工。

圖5 艙室內腳手架典型布置圖

3)凝析油艙等高大艙室內雙排腳手架搭設高度超24 m時應進行專項設計，選擇合適的立桿間距，步距滿足設計要求。

3.3 高空懸挑腳手架布置

下浮體立柱進入搭載階段后，立柱總段之間的合龍口多數位于高空，外側的附件安裝基本也都屬于高空作業。由于外側落地式腳手架搭設高度不宜超過50 m[4]，一般采用高空懸挑腳手架為上述施工提供作業平臺。懸挑腳手架支撐基礎可采取懸臂H型鋼或三角支撐等形式，焊接固定至立柱外壁。考慮到下浮體建造完工后該部分支撐需切除及后續補漆施工，為盡可能減少切割、補漆工作量，建議在滿足承載要求的前提下，優先考慮懸臂H型鋼做腳手架支撐基礎。

3.3.1 支撐基礎設計

圖6為高空懸挑腳手架基礎結構示意圖，H型鋼一般布置在總段環形合龍口下約2 m位置。兩層支撐基礎間距由總段高度確定，存在豎向合龍口時，在優先搭載的總段一側布置中間過渡基礎層，用于豎向合龍口施工所需腳手架的搭設。如6(b)所示支撐型鋼上焊接固定桿，用于固定鋼質梯梁，梯梁與固定桿之間使用扣件連接。

圖6 高空懸挑腳手架基礎結構示意圖

3.3.2 基礎架體設計

總段間的合龍口、立柱外側附件安裝施工所需的腳手架作業平臺，可基于已布置的支撐基礎在梯梁上布置立桿或吊桿，而后在合適的高度選取作業平面。建議搭設成“上挑下吊”模式的懸挑架及懸吊架組合架體。圖7為基礎腳手架典型搭設示意圖。

圖7 基礎腳手架典型搭設示意圖

實際施工時，建議在總段預制完成后、涂裝前完成支撐基礎的安裝，且根據外側涂裝施工需求搭設懸吊部分架體。涂裝作業完成后懸吊架體可不拆除，直接隨總段整體吊裝，減少高空腳手架作業量。總段吊裝就位后搭設懸挑部分腳手架直至與所屬上一層支撐基礎吊架連接。若立柱外側局部無附件安裝施工，該部分可不搭設腳手架。

3.3.3 適用性優化設計

按3.3.2要求搭設腳手架，基本可滿足立柱總段的合龍口施工。立柱外側小尺寸結構等少量附件可在預制階段完成安裝，剩余多數都是搭載完成后安裝。提前搭設的架體若不考慮具體附件的位置、尺寸等信息，必然會導致提前搭設腳手架與附件存在碰撞，后期存在大量的腳手架高空修改作業。為降低上述工作量，必須結合相關附件安裝信息對基礎架體進行優化設計。

立柱外側的各類貫穿管線是最影響腳手架搭設的附件，圖8為管線安裝懸挑腳手架搭設示意圖，根據管線尺寸及與立柱外壁間距設計了3種類型的懸挑腳手架。圖8(a)多層貫穿式為最常見管線施工用懸挑腳手架，適用于管線尺寸適中，距離立柱外壁距離適中，兩列梯梁可在管線內外側布置情形，穿管時直接拆除工作平面層鋪設的腳手板即可。圖8(b)單層貫穿式適用于管線離立柱外壁距離較遠，兩列梯梁只能都布置在管線內側情形，將施工平臺搭設為懸挑平臺即可。圖8(c)間斷式適用于管線位置較高，因吊裝能力受限，無法由上至下穿管作業，管線必須側靠安裝的情形，即提前將管線側靠路徑上的腳手架斷開適當距離，斷開位置先利用腳手架材料連接成整體，管線安裝時便于拆除，管線就位后再將該部分連接架體恢復。

圖8 管線安裝懸挑腳手架搭設示意圖

4 結束語

本文根據深水半潛式生產平臺的整體布局及建造的工藝特點，并結合工程實踐提供了幾種適用于不同位置施工的腳手架，同時給出了各類腳手架施工的關鍵影響因素，為同類項目腳手架的設計、施工提供了一種可行的參考。深水半潛平臺屬于典型的高聳結構，腳手架施工主要難點除了受限空間作業外，就是超高腳手架的分段懸挑或分段卸載措施的制定。分段搭設時的支撐基礎設計將成為腳手架施工的主要研究方向之一，本文設計的高空懸挑腳手架基礎的完善及優化能獲得廣泛的推廣應用。