非滑道區域建造導管架的精度控制方法分析

中圖分類號：TE54 文獻標志碼：A

AnalysisofPrecision Control Methods forJacket Construction in Non-Slipway Area

ZHAO Pengzhi， SHEN Chao， DING Shixing，LIU Dongzhao， HUANG Litao（COOEC-Fluor Heavy Industries CO.，Ltd.， Zhuhai ， China）

Abstract： Jacket construction in non-slipway areas ofers advantages such as reduced costs and improved site utilization.This paper elaborates on key dimensional control techniques and practical experience.Pre-deformation allowances are determined throughballasting testdata analysis;adjustment measures for horizontal out-of-tolerance conditions caused bydifferential settement are summarized; welding sequences for wellhead support pipe interfaces are defined; and an optimal centerline establishment method for wellhead modules is proposed.These approaches provide references for precision control in non-slipway jacket construction.

Key Words： non-slipway area; ballasting test； differential settlement;welding sequence; piece centerline

1 引言

隨著國家加大對海洋油氣資源開發的力度，海洋油氣導管架建造需求日漸增加，眾所周知的是此類海洋油氣導管架尺寸小則百米大則數百米[1，該結構尺寸長重量大是其顯著的特點，因此通常是在滑道上建造，然而由于滑道資源的飽和和導管架訂單的增加，為拓展發展渠道并加之經濟性的考慮，當下行業內正在打破固有觀念，采用非滑道場地進行建造，由此使得非滑道導管架建造的尺寸控制技術顯得尤為重要，在此過程中不僅面臨著導管架整體不均勻沉降所帶來的水平度問題，更要考慮不均勻沉降對包括井口同心度、頭部、尾部裙裝等尺寸的嚴重干涉和影響，且在建造吊裝定位過程中，更是要考慮其現有的尺寸狀態和將來的變化趨勢，才能成功的將其精度把控在合理的公差范圍之內。

2 定點區域的壓載分析

在非滑道區域的建造準備階段，需要提前在總裝場地進行完整有效的模擬壓載。該模擬壓載主要分為兩部分：1）在場地中進行平板載荷實驗；2）在場地中根據建造所需的最大承重重量進行沉降模擬。第一部分的目的在于檢測處理地基的極限承載力是否滿足所需承載力需求，避免出現地面局部塌陷的情況；第二部分則是定點壓載模擬沉降，為以后的反沉降余量提供參考依據。需要說明的是無論平板載荷或者沉降模擬，建議均不要破壞原有的壓實土層，而是在其表面使用沙土進行找平處理，壓載承重試驗示意圖如圖1所示。

2.1平板載荷實驗

本實驗進行導管架建造場地許用承載力 600kPa 檢驗。在實驗過程中，采用逐級等量加載的模式，每次所加載荷為最大載荷的八分之一，每次載荷施加后按第 5?15?30?45?60min 測讀承壓板的沉降量，以后每隔 30min 測讀一次。根據檢測點的實驗載荷與沉降數據繪制 p～s 曲線和 s～lgt ，曲線見圖2及圖3。

根據曲線圖判斷，當實驗加載到 1200kPa ，總沉降量為 4.4mm ， p～s 曲線平緩，無明顯陡降段，s ～lgt 曲線呈平緩規則排列，綜合分析，該點的極限承載力P?1200kPa， ，滿足極限承載力要求所需的 600kPa □

2.2沉降模擬壓載

在開工前，進行連續一個月以上的模擬壓載實驗，該模擬壓載的目的有兩個：1）模擬出未來沉降下沉量；2）根據模擬出的下沉量確定反沉降余量及反下沉量。需要注意的是，反沉降量確定后，基準面應當是一個與大地水平面有一定的傾角的斜平面，且從導管架頭部到尾部，高程差值依次增加，反下沉余量分布圖如圖4所示。

在理想狀態下，承載支撐或者墊墩所形成的平面是一個絕對的平面，但實際中導管架貼地處往往是處于絕對平面附近，帶有一定公差要求的平面。對于非滑道建造的在底部沒有彎頭的導管架，其反沉降量的確定與上圖類似，區別在于沒有水平拐點，完全是一個斜平面。反下沉余量分布圖，并不是導管架側面視圖的平面，在側面視圖中，1H處實際高度是高于2H的，本導管架差值為 822mm ，每個導管架雙傾角度不一樣，在 1H-2H 彎頭位置，在海上安裝后是垂直于所處位置的大地平面，而其他結構腿則是處于一種傾斜角度的狀態，在建造階段則是將這一傾斜角度的結構腿擺在一個與大地平行的平面上，所以對于此處的高程每個導管架都會不一樣，應當根據實際的導管架來確定。

2.3布置支撐墊墩

為了有效控制非滑道建造過程中產生的不均勻沉降，在導管架建造開始前，埋置鋼筋混凝土平臺，上方用水泥砂槳找平。需要說明的是，埋置過程中，盡量避免破壞原有的硬質土層，以免與減小沉降量的初衷相悖。對于其公差要求，單個平面度控制在任意6米范圍內 ±3mm ，不同平臺的高差小于 10mm ，總體累計 ?50mm ○

2.4下沉后的調整方法

圖5為SPMT小車頂升與千斤頂頂升示意圖。

非滑道建造不可避免地會出現不均勻下沉的情況，當出現超差時，需要調整相關位置的高度，現階段主要有兩種方法：

1）其結構是由SPMT及上方的頂升工裝組成，包含SPMT分載梁、墊墩、墊木、墊板等，小車總頂升能力可根據實際情況布車調整，頂升高度最大可達 600mm 實際工作步驟可為：工作準備 $$ SPMT就位 $$ SPMT頂升 $$ 放入墊板 $$ SPMT撤出;

2）其結構由抬梁、千斤頂及墊板組成；150t的千斤頂其頂升行程為 250mm ， 600t 千斤頂4臺頂升行程為 150mm ；實際工作步驟：工作準備 $$ 放置千斤頂 $$ 千斤頂頂升 $$ 放入墊板 $$ 千斤頂撤回。此種方法可考慮千斤頂配合履帶吊的方法，這樣可以增大頂升力，使其能夠調整重量更大的位置。

3非滑道導管架井口尺寸的控制

3.1導管架井口尺寸公差要求

在非滑道區域建造導管架，對井口同心度尺寸提出了更高的要求，主要因為不均勻沉降造成高程方向的影響。在建造過程中，因井口相對于地面處于較高的高度，其兩側支撐拉筋處發生高程變化，整個片體會有一定彈性變形，這就會造成井口橫向尺寸的變化。因此在建造的初期，針對于并口尺寸的控制，從預制階段開始，其公差要求按照 80% 執行，且嚴格把控其垂直度、橢圓度、周長等尺寸。

3.2井口片預制及要求

井口的支撐管多采用手工電弧焊和氣體藥芯保護焊的焊接方法，全熔透的焊接類型，因此其焊接收縮量較大，當然收縮量也跟組對間隙有關，間隙越大，收縮越多。

井口片在預制過程中，應該充分保證其尺寸滿足公差要求，對于導管架來說，井口偏移和同心度相對來說要求較高，小則百米大則數百米導管架所有的井口同心度要求最佳擬合線 ?25mm ，單個片體的井口位置度 ?6mm_? 。考慮到收縮量和誤差累積，在單個井口焊接定位階段要保持其誤差t滿足2mm?t?4mm 的條件，并且補償量的方向要與焊接[2]收縮的方向相反。

3.3井口焊接次序確定

圖6為常見的幾種井口支撐形式，其中藍色粗實線表示拉筋管中心線，黑色細虛線表示支撐管中心線，黑色箭頭表示預留收縮量的方向，在組對階段，首先第一步，先焊接支撐管與井口的對接縫，如圖中紅色焊縫S所示，并且將一個井口上所有的井口支撐管對接位置都焊接完成，這一點非常重要。

在焊接縫探傷合格之后和拉筋管進行正確的位置組對，不同形式與個數的支撐管控制方法不同：單個支撐如類型 ① 直接留余量后焊接；對于兩個支撐，如類型 ② ，需要對兩道對接口同時對稱焊接，且沿著收縮反方向預留一定的焊接余量；對于類型 ⑤ ，在兩個收縮方向成線的反方向預留收縮余量，而對于復雜的③④⑥ 接口類型，首先焊接結構中心部分的接口S，再焊接外圍的接口，焊接外圍接口時，可將其當作①②⑤ 類型的組合版，在第一次焊接口的收縮或者收縮矢量和的反方向預留余量，也可以采取對稱焊接的方法，即所有的焊接口，同時焊接。

3.4井口片最優中心線確立的原則

待外圍的框架拉筋焊后且尺寸檢驗合格之后，需要表明各個特征尺寸節點，或者是與尺寸節點關聯的特征點如圖7中的A1，B1等位置的偏移方向和大小進行測量調整得到最優化的中心線，然后根據中心線和補償量原則確定每個井口的位置，在這個過程中，除了井口的位置度以外，還需要確定井口的垂直度?1mm， 橢圓度 ?6mm 。對于外徑 ?650mm 的管，周長誤差 ?10mm ，對于外徑大于 650mm 的管，周長誤差 0

3.5井口片尺寸誤差分析和控制方法

每個片體在預制階段都有不同的誤差，即使嚴格按照預留焊接收縮量的方式焊接，也難免會出現焊后尺寸偏移較大的情況，因此在井口成片組對時，控制其同心度要“縱觀全局”，就是要把所有的井口片確定一個統一的基準，當然這個基準就是導管架的中心線，在片體成型階段，確定每一個并口片的最優中心線位置一一通過平移中心線的位置，將所有的偏移數據降到最小。這是減小誤差的方法，如果發現有這樣的情況，就需要對某些尺寸偏差較大的位置重新組對焊接了：例如兩個或多個井口的偏移方向相反且數值接近或者超過當前步驟所規定的誤差。本項目我廠嚴格按照施工工藝進行組對與焊接次序作業（執行焊接工藝要求），沒有出現這種情況。

對于支撐拉筋的下口長度，一般補償量為正公差，且所有的尺寸偏差要根據最優化的中心線保持其整體的偏移方向一致，對于每一井口片的吊裝定位數據，需在吊裝之前，采集所有的已吊裝就位并焊接完成的井口片數據，根據數據計算出最優化的中心線，這樣在總裝階段才能規避或者減小焊接收縮和不均勻沉降對井口尺寸的影響。

3.6井口片調整的實施細節

在總裝階段井口片調整過程中，因為片體發生彈性變形后撓度較大，直接使用吊車通過吊點作用于井口片調整尺寸，因其較為單一，所以效果不顯著，因此需要采取以下措施來輔助尺寸微調：借用倒鏈葫蘆給片體中間位置提供拉力；利用千斤頂提供相應位置的支撐力等。調整到位之后，吊機需要穩定，點焊完成后不能松勾，需要繼續焊接，至少要保證焊接填充70% 后，才可以松勾，在焊接過程中，嚴格按照相關焊接工藝執行，以減小其變形量，并且焊接過程中要實時監控其數據變化，一旦有超差趨勢，需要立即停止焊接，分析原因，采取一定的措施：如反面對稱焊接，加臨時支撐；微調后再焊接等。

在總裝進行井口片定位時，有一個細節需要注意，那就是所有的定位井口設站所采集的特征點需要有較多的公共點，比如控制網中包含井口位置的特征轉站點有J1、J2、J3、J4、J5等特征點，特別的這些點在縱向方向和橫向方向都要有較好的分布情況，在轉站時要盡可能的全用或者多用這5個點，這5個點最好是用至少4個點，當然也可以補充其他的特征點，因為在儀器中顯示的轉站偏移大小和方向是不確定的，這樣可以盡可能的減小誤差。另外在端頭的片體定位時，要避免只使用橫向方向的特征點，因為這樣的話在縱向方向容易出現較大的偏差。

4項目實施完工效果

項目完工后的導管架彎頭的尺寸如圖8所示，滿足跨距 ?10mm. ，對角線差值 ?19mm 的要求；井口同心度尺寸數據如表1所示，滿足任意三層 ?12mm ，整體 ?25mm 的要求。

圖8導管架彎頭的尺寸示意圖

5 結語

本文主要從以下幾方面闡述了非滑道建造導管架過程中的尺寸控制經驗：1）地面承重載荷實驗；2）場地壓載模擬沉降數據，沉降調整方法，井口的焊接次序和井口最優化中心線的確立方法。導管架非滑道建造在國內屬于起步狀態，這些經驗可為同類型的建造提供一定的參考價值。

參考文獻

[1]高奎偉，焦方利，韓明，等.超大型導管架建造精度控制方法探討[J]廣東造船，2024.43（2）：80-83.

[2]張凌，李金.三筒吸力樁導管架建造工藝與精度控制[J].廣東造船，2023，42（3）：59-62.