一種框架連接式大型浮式平臺(tái)的整體合龍技術(shù)

陳廣寧

(海洋石油工程(青島)有限公司,山東 青島 266520)

目前國(guó)際上逐漸成熟的頂升滑移合龍法已成為大型浮式平臺(tái)整體合龍的首選。但由于新增的連接框架位于上部組塊與下部船體之間，采用頂升滑移合龍法時(shí)，上部組塊同步下降過程中會(huì)與連接框架發(fā)生碰撞而難以實(shí)現(xiàn)常規(guī)合龍。本文主要是通過在頂升裝置頂部設(shè)計(jì)U型工裝，使U型工裝穿過連接框架而位于連接框架上部，通過滑移裝置的同步頂升實(shí)現(xiàn)上部組塊到U型工裝的重量轉(zhuǎn)移，然后將滑移橫梁和滑移裝置撤出U型工裝，最后通過頂升裝置的同步下降功能使U型工裝穿過連接框架，從而實(shí)現(xiàn)上部組塊從U型工裝到連接框架的重量轉(zhuǎn)移，克服連接框架的影響，實(shí)現(xiàn)框架式連接的大型浮式平臺(tái)的陸地整體合龍，為半潛式平臺(tái)、張力腿平臺(tái)等大型浮式平臺(tái)的陸地整體合龍?zhí)峁┍Ｕ稀?/p>

1 整體合龍技術(shù)現(xiàn)狀

目前世界上常用的大型浮式平臺(tái)的陸地整體合龍方法共有3種:煙臺(tái)泰山吊整體吊裝合龍法、提升滑移合龍法和頂升滑移合龍法。

每種合龍方法均具有各自不同的特點(diǎn)，不同合龍方法的選擇需要綜合考慮工程項(xiàng)目的特點(diǎn)、工期、費(fèi)用等因素進(jìn)行確定，下面對(duì)于3種整體合龍方法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

1.1 泰山吊吊裝合龍法

泰山吊吊裝合龍法是使用煙臺(tái)來福士固定式的20 000 t吊車進(jìn)行整體上部組塊的整體吊裝合龍，其吊裝重量一般為15 000 t左右，其大致的合龍過程：首先打開塢門，船塢內(nèi)放水，利用駁船將上部組塊運(yùn)輸?shù)?0 000 t級(jí)泰山吊的底部；然后泰山吊將上部組塊整體吊起，最后將下部船體濕拖至已經(jīng)起吊的上部組塊底部，通過泰山吊上鋼絲繩的下降實(shí)現(xiàn)上部組塊與下部船體的整體合龍。

這種合龍方法的主要特點(diǎn)在于泰山吊的主吊點(diǎn)位于上部組塊的頂層甲板。通常情況下，為了減少頂層甲板的結(jié)構(gòu)受力，主吊點(diǎn)的數(shù)量通常比較多，因此，占用上部組塊頂部的區(qū)域會(huì)相對(duì)較大，這將導(dǎo)致位于上部組塊頂部主吊點(diǎn)布置區(qū)域的部件和設(shè)備均無法在合龍前進(jìn)行安裝，此部分內(nèi)容需要在浮式平臺(tái)整體合龍后進(jìn)行散裝，其散裝工作量相對(duì)較大。除此以外，由于泰山吊是不可移動(dòng)和拆卸的，其僅適用于大型浮式平臺(tái)在煙臺(tái)進(jìn)行整體合龍，這也是泰山吊吊裝合龍法目前最大的限制因素。

1.2 提升滑移合龍法

提升滑移合龍法[1]是目前世界上使用較多的一種方法，通過提升裝置將上部組塊提升至一定高度，然后利用滑移裝置將下部船體滑移至上部組塊的底部，最后通過提升裝置使上部組塊同步下降，從而實(shí)現(xiàn)上部組塊與下部船體的整體合龍的一種方法,見圖1。

圖1 提升滑移合龍示意

這方法通常適用于10 000 t以內(nèi)上部組塊的大型合龍，其主要特點(diǎn)在于提升塔架一般布置在上部組塊的兩側(cè)，提升過程中上部組塊受到的彎剪力相對(duì)較大，對(duì)于上部組塊的整體強(qiáng)度要求較高，因此在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段甚至基本設(shè)計(jì)階段就要對(duì)上部組塊的提升點(diǎn)以及整體強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核。與泰山吊吊裝合龍法相比，該方法的上部組塊的完整性比較高，后期散裝的工作量較少，但對(duì)基本設(shè)計(jì)要求較高。

1.3 頂升滑移合龍法

頂升滑移合龍法[2]是目前世界上比較新穎的一種方法，該方法主要是通過頂升裝置將上部組塊頂升至一定高度，然后通過滑移裝置將上部組塊高空滑移至下部船體的頂部，最后通過滑移裝置的同步下降實(shí)現(xiàn)上部組塊與下部船體的整體合龍。目前，馬立凱張力腿平臺(tái)在2015年通過此方式成功完成實(shí)現(xiàn)了陸地的整體合龍,見圖2。

圖2 常規(guī)頂升滑移合龍示意

頂升滑移合龍方法是最近幾年剛剛興起的一種比較先進(jìn)的整體合龍方法，其主要技術(shù)被國(guó)外少數(shù)的專業(yè)廠家所掌握，與提升滑移方法相比，其主要優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)上部組塊的整體強(qiáng)度要求比較低，因此對(duì)于詳細(xì)設(shè)計(jì)及基本設(shè)計(jì)的影響相對(duì)較小，適用范圍更為廣闊。本文介紹的框架連接式大型浮式平臺(tái)的整體合龍方法與馬力凱張力腿平臺(tái)的合龍方法從本質(zhì)上講是一致的，都是通過頂升滑移裝置實(shí)現(xiàn)大型浮式平臺(tái)的整體合龍的，其主要特點(diǎn)如下。

1)以馬力凱張力腿平臺(tái)為代表的典型的頂升滑移合龍方式適用于上部組塊與下部船體之間不存在連接框架的情況，新型的框架連接式大型浮式平臺(tái)在上部組塊下降過程中會(huì)與連接框架碰撞，目前方法已無法實(shí)現(xiàn)合龍。

2)頂升滑移合龍法中頂升滑移裝置與上部組塊底部接觸的區(qū)域較少，與泰山吊合龍法相比，其上部組塊的完整性更高，后期散裝的工作量少，對(duì)于費(fèi)用、工期等更為有利。

3)根據(jù)目前的設(shè)備能力，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)15 000 t以上大型組塊的整體合龍，其頂升能力理論上不受上部組塊重量的限制，目前已經(jīng)完成最大的頂升重量為42 000 t。

2 框架連接式的頂升滑移合龍方法

2.1 頂升、滑移裝置

目前世界上的大型頂升、滑移裝置被少數(shù)的國(guó)外廠家掌握，頂升滑移設(shè)備的外觀雖有不同，但其工作原理基本相同，此處以某廠家設(shè)備為例進(jìn)行介紹。頂升裝置的主要特點(diǎn)如下。

1)單臺(tái)頂升裝置的頂升能力為5 000 t，在項(xiàng)目實(shí)施過程中，可以選擇多臺(tái)頂升裝置進(jìn)行組合使用，通常情況下最少使用4臺(tái)頂升裝置。

2)多臺(tái)頂升裝置通過電腦進(jìn)行同步控制，通過逐步增加橫向支撐實(shí)現(xiàn)同步上升與下降；理論上在滿足穩(wěn)性的情況下，其頂升的最大高度不受限，目前世界上最大的頂升高度為50 m。

3)頂升裝置具有稱重功能，在頂升之前對(duì)于上部組塊進(jìn)行精準(zhǔn)稱重，可提高頂升過程的安全性，減少單獨(dú)稱重的成本并節(jié)約工期。

典型滑移裝置(見圖3)的主要特點(diǎn)如下。

圖3 滑移裝置

1)單臺(tái)滑移裝置最大能夠承受的重量為1 000 t，多臺(tái)滑移裝置可以縱向和橫向進(jìn)行組合，根據(jù)實(shí)際滑移結(jié)構(gòu)物的重量和強(qiáng)度進(jìn)行組合，通常情況下最少使用2排。

2)滑移裝置的頂部帶有千斤頂，所有千斤頂均可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)物的同步上升與下降。

3)多臺(tái)滑移裝置能夠?qū)崿F(xiàn)同步前進(jìn)與后退，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)物的同步運(yùn)輸。

2.2 上部組塊與下部船體的布置

根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況，選擇合適的建造及合龍區(qū)域，本文以海洋石油工程(青島)有限公司的30萬t級(jí)船塢建造合龍為例進(jìn)行介紹，下部船體布置在船塢內(nèi)靠近船塢陸地端的塢內(nèi)，上部模塊布置[3]在船塢陸地端的地面上，兩者的距離應(yīng)根據(jù)承載力情況越近越好，這種布置的主要優(yōu)點(diǎn)如下。

1)下部船體位于船塢內(nèi)，可以充分利用龍門吊進(jìn)行船體建造以及合龍后的后續(xù)工作。

2)上部組塊位于船塢陸地端的地面上，其與船塢底部有13.9 m的高差，頂升高度相對(duì)減少13.9 m即可完成合龍，這種布置可減少13.9 m的頂升高度，從而降低風(fēng)險(xiǎn)。

3)上部組塊與下部船體的距離應(yīng)根據(jù)承載力情況盡量減少，從而降低上部組塊的高空滑移距離，降低風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 頂升滑移合龍關(guān)鍵點(diǎn)分析

2.3.1 關(guān)鍵點(diǎn)1

首先進(jìn)行上部組塊和下部船體的建造[5]，下部船體建造完成以后再將連接框架整體安裝到下部船體的頂部(見圖4)。

圖4 頂升裝置、滑移橫梁布置示意

實(shí)施過程中的注意事項(xiàng)如下。

1)由于滑移裝置只能在滑移橫梁上前后滑動(dòng)，無法調(diào)整左右方向，因此，上部組塊建造過程中，其立柱中心線與下部船體的中心線必須在同一條直線上，從而確保后期上部組塊滑移時(shí)的就位精度能夠滿足安裝要求。

2)下部船體內(nèi)部頂升裝置的布置位置是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)，首先根據(jù)連接框架的結(jié)構(gòu)形式及上部組塊底層甲板的構(gòu)造，確定下部船體頂升裝置的位置，此位置需要保證U型工裝能夠穿過連接框架從而承受滑移橫梁及上部組塊的重量，然后根據(jù)下部船體頂升裝置的布置確定其它頂升裝置的布置。

3)滑移裝置和頂升裝置的數(shù)量要根據(jù)上部組塊的總重量、重量分布及滑移裝置和頂升裝置的能力進(jìn)行確定，布置完成后，根據(jù)布置情況進(jìn)行上部組塊、滑移橫梁的整體強(qiáng)度校核。

4)上部組塊建造時(shí)底部要預(yù)留足夠空間，以確保后期頂升及滑移裝置等能順利安裝；頂升滑移裝置布置區(qū)域的地基承載力要提前進(jìn)行核算，確保地基承載力滿足要求。

2.3.2 關(guān)鍵點(diǎn)2

上部組塊在頂升滑移之前進(jìn)行稱重[4]。在上部組塊建造完成后，上部組塊底部的頂升裝置同步頂升，使上部組塊完全脫離總裝墊墩，使用頂升裝置對(duì)上部組塊進(jìn)行稱重。稱重完成后，根據(jù)實(shí)際稱重?cái)?shù)據(jù)對(duì)比理論重量中心，完成結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度的復(fù)核，核實(shí)無誤后進(jìn)行上部組塊的同步頂升，實(shí)現(xiàn)上部組塊從總裝墊墩到頂升裝置的第一次重量轉(zhuǎn)移，在頂升之前，通過張緊斜拉繩索對(duì)上部組塊進(jìn)行拉固，從而保證上部組塊頂升到預(yù)定高度后的穩(wěn)性。

2.3.3 關(guān)鍵點(diǎn)3

上部組塊通過滑移橫梁上部的滑移裝置緩慢滑移至下部船體的頂部后，使滑移裝置準(zhǔn)確進(jìn)入下部船體頂升裝置頂部的U型工裝內(nèi)，此時(shí)上部組塊的重量全部作用在滑移裝置上； 而連接框架的存在使原本可以通過頂升裝置同步下降直接實(shí)現(xiàn)上部組塊和下部船體合龍的方法無法實(shí)現(xiàn)，主要原因在于同步下降過程中滑移橫梁會(huì)與連接框架碰撞。

因此，在上部組塊同步下降之前需要先將連接框架頂部的滑移橫梁撤出。此處通過滑移裝置的同步升降功能，使上部組塊下降250 mm，此時(shí)滑移裝置的頂部由原來的高出U型工裝155 mm變成低于U型工裝95 mm(見圖5)，使上部組塊重量從滑移裝置轉(zhuǎn)移到下部船體內(nèi)部的U型工裝上，實(shí)現(xiàn)上部組塊的第二次重量轉(zhuǎn)移。

圖5 頂部U型工裝示意

2.3.4 關(guān)鍵點(diǎn)4

上部組塊的重量轉(zhuǎn)移至U型工裝后，滑移裝置和滑移橫梁均處于非受力狀態(tài)，在上部組塊同步下降之前，需要先將滑移裝置和滑移橫梁撤出。鑒于滑移橫梁的重量大，長(zhǎng)度長(zhǎng)，從充分利用現(xiàn)有資源，降低建造成本的角度考慮，建議使用滑移裝置將其撤出。首先將最左側(cè)的1對(duì)滑移裝置滑移退至滑移橫梁1的右端，然后通過滑移橫梁1底部的頂升裝置使其同步下降2 200 mm，使退出的1對(duì)滑移裝置高度與右側(cè)的滑移橫梁2高度一致，并將其與滑移橫梁2連接，最后通過此滑移裝置將滑移橫梁2拖拉至滑移橫梁1的頂部，使用吊車其拆除?；茩M梁和滑移裝置拆除后，其后續(xù)操作與常規(guī)頂升合龍相同，利用下部船體內(nèi)部的頂升裝置同步下降，使上部組塊的重量從U型工裝轉(zhuǎn)移到連接框架上，實(shí)現(xiàn)上部組塊的第三次重量轉(zhuǎn)移，完成大型浮式平臺(tái)的主體合龍。

3 結(jié)論

針對(duì)合龍過程中滑移橫梁與連接框架的碰撞問題并結(jié)合滑移裝置同步升降的功能，新增設(shè)計(jì)一種U型工裝，通過增加一次上部組塊到U型工裝重量轉(zhuǎn)移的方式，在合龍前拆除滑移橫梁，從而解決滑移橫梁與連接框架的碰撞問題，實(shí)現(xiàn)框架連接式大型浮式平臺(tái)的整體合龍。文中U型工裝的設(shè)計(jì)不僅可解決框架式大型浮式平臺(tái)合龍碰撞的問題，拓展了頂升滑移合龍技術(shù)的適用范圍，而且提供了一種新的思路，對(duì)后續(xù)類似問題的解決具有參考意義。