300 m級深水導管架總裝精度控制工法探討

摘" " 要：本論文以300 m級導管架建造總裝的精度控制為案例，分析了深水導管架總裝尺寸控制的重點及難點，闡述了導管架三維坐標控制網的建立與維護、深水導管架基礎測量、導管架總裝尺寸控制等總組精度控制方法；分析了導管架總裝井口尺寸同心度以及沉降、地球曲率、溫度等對導管架的影響及應對措施，為建造大型導管架的總裝尺寸控制提供了寶貴的經驗。

關鍵詞：300米級深水導管架；三維坐標控制網；總裝尺寸控制；溫度補償；地球曲率

中圖分類號：TE54" " " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A

Discussion on the Precision Control Method for the Final Assembly

of 300-meter Deep Water Jacket

Ma Guangyao，" JIAO Fangli，" ZHAO Pengzhi，" Zheng Wenyi，" SHEN Chao

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

Abstract： This paper takes the precision control of the construction and final assembly of 300 meter deep water jacket as the carrier to analyze the key points amp; special difficulties on size control for jacket final assembly， and elaborates the overall group precision control of the final assembly for 300 meter deep water jacket， such as in the field of the establishment and maintenance of the three-dimensional coordinate control network of the jacket， the measurement of the foundation of the deep water jacket and the control of the final assembly size of the jacket. It analyzes the concentricity of wellhead size for jacket final assembly， settlement， earth curvature and temperature， which would influence the jacket as well as countermeasures. All this would provide the valuable experience for final assembly size control during construction of large jackets.

Key words： 300-meter deep water jacket;" three dimensional coordinate control network;" final assembly size control;" temperature compensation;" earth curvature

1" " "引言

300 m級海上深水導管架平臺各階段建造過程中的精度控制技術是一項貫穿項目全生命周期的關鍵技術，特別是其建造總裝中的坐標控制網的科學、靈活、合理使用對于保證導管架的順利精準建造至關重要，其中建造場地輻射范圍達到600 m，與常規普通海工產品相比具有占地面積大、范圍廣，尺寸跨度大等特點，需要消除各種累計誤差[1]的影響，例如地球曲率對高程和水平的影響非常明顯（經嚴密計算會有28.3 mm的偏差值），已經超出了該項目的公差要求；同時沉降控制和鋼結構的受熱變形[2]控制也是歷史性技術難題。在項目實施中預先對這些難點重點進行分析研究，制定控制專項方案，采取了諸多測量技術以及管理組織措施，以確保總裝各個階段的尺寸均處于受控狀態。在該項目中實現了結果精確、安全可靠、技術科學 、經濟有效的尺寸控制目標。

2" " 導管架總組精度控制措施

2.1" 三維坐標控制系建立與維護

300 m級深水導管架是一個精度要求高、容易產生誤差累積、測量任務重的項目，為方便對結構進行尺寸定位調整以及測量數據進行監控，特在中海福陸場地內建立高精度測量控制網。

該控制網為300 m級深水導管架建造項目總裝尺寸控制的統一基準，通過事先新建立的三維坐標控制網和導管架設計模型相互匹配，建立深水導管架坐標控制網模型，以達到控制單個片體吊裝定位尺寸及整體合攏尺寸的目的，同時為保障項目保質保量的進行和完美交付提供了堅實基礎。

測量小組根據滑道的尺寸位置和導管架總體建造方案，在項目前期，通過現場實地勘察，進行選取、埋點的工作，然后對控制點進行實地測量并對數據進行分析處理，從而在深水導管架的外圍布置一級控制網；在項目施工過程中，根據現場實際情況以及生產需求在滑道內布設二級控制網（見圖1），通過多次測量，采用平差軟件平差和多測站之間相互驗證等方法來提高控制網的精度，與之前的一級控制網聯測，形成統一的三維坐標控制網。在項目建造過程中，定期檢查控制點坐標，及時對發生偏差的控制點坐標進行修正，從而有效保障控制網精度持續滿足項目精度要求，繼而保障項目實體尺寸滿足項目公差要求。

2.2" "導管架總裝尺寸控制

導管架總裝尺寸控制流程見圖2。

2.3" "滑道擺放

滑道塊是導管架總裝的基礎，同時也是導管架拖拉裝船的保障，尺寸需要嚴格控制。根據導管架的建造方案對滑道塊、滑道板及限位角鋼進行測量，主要測量滑道塊及滑道板水平度、間距及直線度、滑道傾斜度（按實際情況定）等內容，確保其滿足項目公差要求。同時滑道梁應與碼頭邊線垂直，保障導管架能順利拖拉。

2.4" "總裝階段尺寸控制

各分段在焊后尺寸合格后將總裝監控點做好標記，并根據圖紙及三維模型算出吊裝到位后理論坐標，在吊裝過程中根據三維坐標控制網進行尺寸控制，可以做到邊測量邊調整，直到測量數據滿足公差要求。

2.5" "單根導管總裝合攏尺寸控制

單根導管吊裝時要將導管的最高點制作完成并調整好角度，吊裝過程中采取相應措施防止管子轉動。吊裝到位后，根據三維坐標控制網對導管位置進行調整，保障尺寸滿足公差要求。因每根導管及拉筋由多段接長，為保障導管總體尺寸滿足公差要求，采取以下措施避免誤差累積：

1）總裝接長時根據建造順序以第一段上節點為基準點控制長度；

2）每次接長后均以基點控制點為準（見圖3），防止誤差累積。

2.6" "井口片總裝尺寸控制

井口同心度尺寸控制是導管架尺寸控制重中之重，在吊裝過程中首先將下口調整到位（與主導管上已校準好的腳印對正，見圖4），其次調整兩側拉筋的傾斜度，預留一定的前傾斜余量，最后測量井口導向的位置，并預留一定的焊接收縮余量，確保在合攏口焊接完成且吊機摘鉤后每層井口的位置在公差要求以內；把每層井口之間的數據做對比，確保任意三層及所有層井口同心度滿足要求。

2.7" "導管架頂部總裝尺寸控制

導管架頂部在海上需要與組塊底部對接，并且有多個單元組裝，尺寸要求嚴格，在總裝合攏過程尺寸要嚴格控制，安裝定位基準點參見圖5.具體措施如下：

1）導管架頂部的尺寸需要和上部連接的組塊底部立柱等尺寸進行數據對比和匹配；

2）根據組塊底部尺寸，從預制到總裝對頂部尺寸進行嚴格控制；

3）導管的焊接進行過程監控測量，保障焊后尺寸滿足項目公差要求。

2.8" "裙樁套筒精度控制

深水導管架裙樁套筒由多個套筒組成，噸位比較大，并且上部導管高度約 100 m，距離遠仰角大，尺寸控制難度增大，在總裝過程具體措施如下：

1）在裙樁預制階段，根據現場實際情況多做尺寸控制點，防止到高空因遮擋或其它原因看不到；

2）吊裝粗定位后，高空盡量用棱鏡對尺寸進行測量，減少尺寸測量誤差；

3）焊前預留好焊接收縮量，制定好焊接順序；

4）總裝時需要考慮底部裙樁套筒的定位高度，預留足夠的沉降余量，防止因地基的沉降造成標高超差，裙樁套筒總裝分段合攏過程中實時監控，保證各分段尺寸滿足公差要求。

3nbsp; " 總裝風險點分析及應對措施

3.1" 井口尺寸同心度控制

300 m級深水導管架井口層具有層數多、同層井口導向數量多、焊接量大、重量大的特點，尺寸控制難度增加，而且部分井口在非滑道區域的沉降量會增加，井口同心度尺寸存在超差風險，控制措施如下：

1）預制階段，嚴格控制井口與主要桿件的尺寸偏移，根據圖紙結構形式考慮焊接收縮余量或增加支撐固定，保證焊后尺寸合格；

2）總裝井口片吊裝之前，對之前已安裝的井口片進行整體偏移搭載模擬；

3）總裝階段，依次取已安裝的井口片尺寸，嚴格控制井口片的定位偏移，非滑道區井口總裝，要考慮沉降余量及焊接收縮量，保證尺寸滿足公差要求。

3.2" "不均勻沉降

根據已建造的300 m級深水導管架總裝施工沉降監測數據顯示，在整個導管架施工期間，隨著導管架自身重量的增加，會有沉降產生，又因外圍主導管建造所在區域為非滑道區域，導管架整體有不均勻沉降的現象。定期對總裝施工場地沉降值進行測量調整，使之滿足總裝精度。并采取以下措施進行監測和控制：

1）沉降監測：深水導管架建造期間根據現場實際情況，在相對穩定的滑道建造區域布置4～6個沉降監測基準點。因主導管在吊裝時與滑塊之間有間隙，為保證沉降數據的準確性，所以在滑道塊和主導管上對應位置都做沉降觀測點（見圖6），有利于后期數據對比分析，以便采取相應措施；

2）預留反沉降余量：根據詳設和業主批準文件來預留非滑道區的反沉降余量，并按要求形成長期監控機制。根據方案要求定期觀測，每周觀測一次，若現場有大型吊裝，在吊裝前后會對沉降進行觀測。如果沉降發生變化，需增加監控頻率；

3）預警機制：對主導管和滑塊的沉降監測數據進行整理、對比、分析，并及時反饋給項目組，若出現沉降量過大的情況，及時預警，并按照批準的方案進行調整。

3.3" "地球曲率對導管架尺寸控制的影響

在300 m級深水導管架三維坐標控制網復核過程中，發現站點高差數據不閉合，最終分析原因為地球曲率的影響。因為深水導管架結構總體尺寸約為300 m，其尺寸控制網站點之間的最大跨度將達到600 m。導管架理論上需要在水平面內臥式建造，但因地球為橢球面，在建造過程中，不可避免地在高度方向上產生偏差，根據計算公式△H=D2/2R（R為地球半徑），600 m范圍內，高度方向差值為28.3 mm，已超出規范要求。后期陸豐導管尺寸制定了應對策略：" "（下轉第頁）（上接第頁）

1）在三維坐標控制網高程上將地球曲率半徑平差后進行歸算改正；

2）在主結構測量時，對高程和水平數據進行歸算改正，并用節點位置相近的站點進行復核。

3.4" "溫度補償

300 m級深水導管架體積龐大，空間結構形式復雜，建造周期長，不同的季節溫度變化大。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 ℃，溫度對導管架精度控制影響大。根據建造經驗：對于碳鋼材質的型材，每當溫度變化10 ℃時，10 m的長度就會有1 mm的誤差，為避免溫差變化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）

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

4" " 結束語

本文通過闡述大型導管架的總裝尺寸控制方案來解決建造導管架超大尺寸分段合攏施工的技術難題，如總裝建造過程中采用了導管架三維坐標控制網技術、深水導管架基礎測量技術、導管架總裝尺寸控制技術、導管架風險點分析及制定應對措施，為建造大型導管架的總裝尺寸控制提供了寶貴的經驗。

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

濱工業大學出版社，2001.

[2] 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，2010，31（S1）.