300 m級深水導管架分段建造精度控制工法探討

摘" " 要：深水導管架由于噸位、高度、工作環境等相對于淺水導管架有較大的變化，本文以300m級導管架建造中其分段建造的尺寸精度控制為案例，闡述了300m級深水導管架尺寸精度控制在結構分段預制的主要工法，主要包括導管及拉筋接長、花片預制、井口片預制、水平片預制、導管架預制風險點分析及應對措施，并分析探討深水導管架尺寸控制預制階段的重點及難點。

關鍵詞：300m級深水導管架；分段預制；導管及拉筋接長；井口片預制；風險；溫度補償

中圖分類號：TE54" " " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標志碼：A

Discussion on Precision Control Method for Sections Construction of 300 m-Class Deep Water Jacket

MA Guangyao，" JIAO Fangli，" HUANG Xiaolong，" SHEN Chao，" ZHENG Wenyi

（ COOEC-Fluor Heavy Industries CO.， Ltd.，" Zhuhai 519000 ）

Abstract： The deep water jackets have significant changes in comparison with shallow water jackets because of tonnage， height and working environment. This paper takes the dimensional precision control of segments fabrication in the construction of 300 m deep water jackets as an example to elaborate the main methods for controlling the dimensional accuracy of 300 m deep water jacket in structural segment prefabrication. The main contents include the risk points analysis and countermeasures for the conduits and brace extension， prefabrication of cross panel and wellhead piece prefabrication， horizontal piece prefabrication and jacket prefabrication， and explore the key and difficult points in the prefabrication stage of deepwater jacket size control.

Key words： 300 m-class deep water jacket; sections prefabrication;" conduit and brace extension;" wellhead piece prefabrication;" risk;" temperature compensation

1" " "引言

隨著我國海洋石油開發不斷向深水領域邁進，海上深水導管架平臺在海洋工程中也備受重視。超大型導管架建造過程中的尺寸精度控制技術是一項貫穿項目全生命周期的關鍵技術，其中結構分段預制尺寸控制對整體導管架合攏尺寸控制有著至關重要的作用，深水導管架建造就像是搭積木，若分段尺寸控制不好就會導致整個導管架合攏尺寸不受控制，300 m級深水導管架結構分段尺寸控制相對于淺水導管架更加復雜、困難，需研究新方法、新工藝，并形成一套新的尺寸控制技術，這對300 m級深水導管架的建造具有重要意義。在300 m級的深水導管架結構分段預制過程中，針對導管架尺寸預制階段精度控制難點及重點進行預先分析，并根據結構分段特點制定相應的尺寸控制專項方案，以確保結構分段尺寸處于受控狀態，為深水導管架合攏尺寸控制奠定良好的基礎。

2" " 導管架分段建造預制精度控制

2.1" "深水導管架結構分段預制前期準備

中海福陸人秉持一顆為客戶打造精品工程的初心，為保證300 m級深水導管架完工尺寸滿足項目公差要求，公司決策：預制階段所有尺寸按照公差標準進行驗收。這有利于后道工序即總裝合攏階段的尺寸控制，同時減少了尺寸控制風險，為項目的尺寸控制指明了戰略方向，進一步為項目完美交付奠定堅實基礎。本項目結構分段預制分段名稱如圖1所示。

2.2" "導管及拉筋尺寸控制

導管和拉筋是組成導管架主體結構的基本構件，控制好導管和拉筋的質量是整個導管架項目質量管理工作順利開展的基礎。因為導管和拉筋非常多，每一根導管及拉筋由多個單節管接長而成，因此必須保證每一段導管長度在尺寸允許誤差內，如果不嚴格控制就會造成誤差累積[1]，對后道工序的施工帶來不利影響，所以需要制定合理的尺寸控制方法和選擇精準合理的測量基準，來保證拉筋及導管尺寸滿足公差要求。

2.3" "拉筋接長

在拉筋接長階段，施工及檢驗人員要根據單件圖來確認測量位置，確定需要測量的內容，例如：長度、扭轉及直線度等，在拉筋上做好標記點（樣沖點或其他標識），并由質量負責人對施工方及檢驗員進行技術質量交底，明確以兩個“統一”為核心的尺寸控制思想（即統一測量方法、統一測量基準），進行尺寸控制，從而達到減少尺寸誤差累積的目的。

為防止導管或拉筋管接長后縱縫、被交位置、加厚段位置偏離圖紙設計位置和公差要求，根據現場測量情況，在接長前切除、調整分段兩端留有的余量，分段接長應考慮焊接收縮，預留好收縮余量，確保焊接完成后整體長度在公差要求范圍內；在施工檢驗過程中做好拉筋接長記錄，為后續工作提供有效數據，同時也能保障拉筋一次接長和二次接長尺寸連續、系統有效的進行控制，再次達到減少誤差累積的目的。

2.4" "加強環安裝

300 m級深水導管架加強環及壓潰環數量大，加強環達500多個、壓潰環近2 000個，在施工過程中要提前根據設計圖紙確定好定位基準端并做好標記，提前確定定位基準的尺寸、按圖施工，并滿足公差要求。加強環焊接完成后將實際位置反映到外皮，在0°、90°、180°、270°四個位置打上沖眼，做好標記，后期節點位置及主導管開孔都需要以此為基準，以保證節點位置加強環精確安裝。

2.5" "導管接長

主導管在單管卷制階段對長度、橢圓度、周長、端面垂直度要嚴格控制，為后續導管接長做好基礎工作；導管接長包含直管段接長、無節點直管段接長、變徑導管腿接長、彎頭導管接長以及裙裝套筒接長等幾種類型的接長。導管接長要根據加強環位置確定節點，以節點位置為基準控制整段導管的長度，保障節點到節點的長度及節點到兩端長度滿足公差要求；直線度每3 m測一個點，保障整根導管的直線度滿足要求；在接長過程中要注意校核縱縫扭轉，及時進行修正，保障整根導管接長后扭轉滿足項目要求。導管接長過程中要詳細記錄每段接長管的長度（見圖3），并在非加厚段位置預留切割余量。

3" " "結構分段預制

3.1" "下水滑斗預制

下水滑斗的小組（單段預制至20 m以上）、中組（多段接長至60 m以上）和總組（多段接長至200 m以上）階段都應申請尺寸報檢，檢驗內容包括直線度、跨距、對角線、水平等。下水滑斗具有形狀細長、筋板多、焊接量大等特點，焊接時易發生變形、因此要預先做好尺寸控制方案：焊前采取兩段下水滑斗背靠背的防變形措施，焊后采取火校、機械校正等校正措施，保障下水滑斗焊后尺寸滿足圖紙、公差要求。

3.2" "井口片預制

深水導管架井口預制時先完成內部井口框架及井口導向整體預制，再完成外部框架安裝預制，井口片預制順序如圖4所示。

1）井口框架預制：測量節點尺寸及水平，確保其滿足公差要求。

2）井口導向安裝：在井口導向上部安裝臨時支撐并返出井口圓心；根據" "井口框架尺寸來確定井口導向定位，為保障外部框架預制時滿足公差要求，此階段井口導向位置現場按項目公差要求執行，對井口導向的周長、橢圓度及垂直度進行檢驗，并進行焊前尺寸報檢。

3）井口焊接過程根據結構形式及焊前數據制定焊接控制方案，焊接過程中對尺寸進行監控。

4）井口尺寸焊接完成后，對焊后尺寸進行檢驗。

5）滿足公差要求后，以井口尺寸為基準控制外部框架尺寸，根據結構形式預留好焊接收縮余量，保障外部框架焊后尺寸滿足公差要求。

6）焊接過程中制定合理的焊接順序，保障整體焊后尺寸滿足公差要求。

7）預制完成后，在井口片兩側水平拉筋外側各返出1 m點、井口導向中心點貼上測量標簽，以便總裝尺寸測量控制，見圖5。

3.3" "水平片及花片測量

通過坐標控制法，在水平片及花片預制前根據線模放樣，確定尺寸控制點及每個測量點的理論坐標；在水平片及花片預制時根據放樣尺寸在實物上返出節點及自由端L8的1 m測量控制點，通過測量尺寸控制點的實際值與理論值對比確定是否合格。因拉筋組片階段安裝位置有一定的誤差，就會影響拉筋到節點位置的長度，所以需對拉筋長度再次校核，對拉筋長度提前做出調整，減少高空修口工作，并確保其滿足公差要求。

3.4" "裙樁套筒尺寸控制

檢驗人員要熟悉裙樁建造順序及控制重點，提前確定套筒測量基準點[2]，根據建造方案：裙樁套筒在地面上整體進行預組裝、然后拆成分段進行高空吊裝，詳細步驟如下：

1）套筒吊裝前在套筒內支撐上返出前后圓心點，并用全站儀進行校檢其準確性;

2）主導管擺放位置確認，確保其滿足公差要求，通過最高點到180°線的弧長初步確定主導管位置是否正確，再通過全站儀測量精確調整;

3）整體預組裝階段重點檢查各個套筒相對于與主導管中心線的平行度，導管與套筒、套筒與套筒之間的相對位置。以主導管為基準測量裙樁套筒位置，保證其位置滿足公差要求（最優中心線12 mm以內）。

4" " "導管架預制階段風險點分析及應對措施

4.1" " 拉筋及導管扭轉

右端180°線相對于左端180°線扭轉弧長（外皮），扭轉直接測量的是最高點到180°線的距離，并計算出到母線的距離，控制措施如下：

1）導管接長時，每節管接長時要對180°線扭轉進行校核，微調，保障導管最終扭轉尺寸滿足公差要求，防止扭轉超差；

2）在拉筋、導管接長時通過自檢、互檢、專檢的檢驗流程，保障導管及拉筋扭轉滿足項目公差要求。

4.2" "井口預制尺寸控制

300 m級深水導管架井口層層數眾多，每層井口導向數量多，井口結構形式也不一樣，井口片在預制過程中若考慮不周會造成井口超差的風險，導致井口返工，控制措施如下：

1）根據圖紙結構形式提前考慮預留焊接收縮余量或增加支撐固定，保證焊后尺寸合格；

2）對于非常規形式的井口，增加過程尺寸監控，若發現有超差風險及時預警，通過調整焊接順序或其它措施，保障焊后尺寸合格。

4.3" "溫度補償

300 m級深水導管架體積龐大，建造周期長，拉筋及導管預制階段長度有超100 m的，跨過不同的季節溫度變化大，如珠海市近幾年5-10月份白天平均溫度30 ℃，極端高溫35 ℃。鋼材表面溫度比環境溫度還要高10-20 ℃。根據建造經驗：碳鋼材質的型材每當溫度變化10 ℃時，10 m的長度就會有1毫米的誤差。為避免溫差變化[3]引起結構尺寸的偏差，同時為統一施工和驗收時的標準，根據設計溫度，進行統一的溫度換算。根據相關標準，可采用如下公式：

L=Ls-Ls×α×（T1-T2）" " " " " " " " " " " " " " " " " " （1）

式中：L為溫度換算后長度，mm；Ls為實際測量長度，mm；Α為比例常數，根據項目而定；T1為現場實際溫度， ℃；T2為標注溫度，℃。

5" " "結語

本文結合300 m級深水導管架建造項目中對導管架的分段建造其導管及拉筋接長、花片預制、井口片預制、水平片預制等關鍵工序的精度控制與工藝優化，闡述了分段建造過程中的精度控制方法與關鍵工藝的控制要點，使分段合攏的高空作業變為地面作業，減少了分段合攏工作量，提高了生產效率，特別是提高了項目施工的安全性。同時，通過對導管架預制風險點分析及制定應對措施，為項目如期圓滿完成奠定了良好基礎。

參考文獻

[1]王武義，徐定杰，陳健翼．誤差原理與數據處理[M].哈爾濱：哈爾"濱工業大型出版社， 2001.

[2]孫云虎，李海峰，荊鵬．深水導管架尺寸控制工藝探討[C]// 中國造"船工程學會．2013年中國海洋工程技術年會論文集．北京：中國造船工程學會，2013．

[3]王元清，林錯錯，石永久．露天日照條件下鋼結構構件溫度的試驗研究[J].建筑結構學報，2010 （ S1 ） ：" 140-147.