測量技術(shù)在鋼制導(dǎo)管架尺寸控制中的應(yīng)用

紀(jì)延濤

（中石化勝利油建工程有限公司，山東東營 257000）

測量技術(shù)在鋼制導(dǎo)管架尺寸控制中的應(yīng)用

紀(jì)延濤

（中石化勝利油建工程有限公司，山東東營 257000）

結(jié)合鋼制導(dǎo)管架建造的特點，重點總結(jié)和介紹了海洋鋼制平臺導(dǎo)管架建造階段所使用的測量技術(shù)及其精度控制中應(yīng)該注意的事項，以期達(dá)到相互學(xué)習(xí)和交流的目的。

導(dǎo)管架；建造；測量技術(shù)；尺寸控制；應(yīng)用

0 引言

本文介紹的鋼制導(dǎo)管架是指能夠?qū)崿F(xiàn)海上鉆井、采油、集輸、作業(yè)、生活等不同功能的鋼結(jié)構(gòu)樁基式固定平臺的下部基礎(chǔ)，是目前我國淺海區(qū)域固定石油平臺所采用的最普遍的結(jié)構(gòu)形式。在營運檢驗過程中，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)海上已投產(chǎn)的老舊平臺或個別新建平臺部分結(jié)構(gòu)存在著安裝缺陷，如導(dǎo)管架水平超標(biāo)、過渡段連接部位錯口、平臺高程超標(biāo)、平臺方位偏差超標(biāo)等情況，這些問題都與建造時的安裝精度有關(guān)。其出現(xiàn)的原因可能與當(dāng)時的項目要求和施工機(jī)具有直接的關(guān)系，但建造階段的測量方法和安裝精度控制水平則是問題發(fā)生的主要因素。

回顧導(dǎo)管架建造安裝的發(fā)展過程可以看出，測量方法和安裝精度控制是導(dǎo)管架建造期間質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前隨著測量機(jī)具的日益先進(jìn)，測量技術(shù)水平的不斷提高，施工的效率和精度控制在不斷增強(qiáng)。本文結(jié)合規(guī)范要求和現(xiàn)場實際經(jīng)驗，對導(dǎo)管架建造過程中在不同時期和環(huán)境中所采用到的不同測量方法及所用測量機(jī)具進(jìn)行總結(jié)，以期通過介紹達(dá)到相互學(xué)習(xí)和交流的目的。測量方法無所謂好壞和先進(jìn)，對于不同的施工環(huán)境和條件會各有所長，總結(jié)和介紹施工過程中的安裝精度控制問題，對現(xiàn)場施工和檢驗具有參考意義。

1 測量分類

導(dǎo)管架建造用到的測量方法多種多樣，總結(jié)起來可分為相對測量法和絕對測量法。

相對測量法通常是設(shè)定一個基準(zhǔn)點，通過另一點的測量測出兩點之間的相對數(shù)據(jù)以獲得距離、角度、高程等相關(guān)的測量信息，再與理論值進(jìn)行比較，判斷誤差是否符合要求的測量方法。如用鋼卷尺或儀器進(jìn)行主立柱之間距離、對角線差值的測量；利用線墜或儀器進(jìn)行主導(dǎo)管傾斜角度的測量；單片預(yù)制時利用儀器對各點間距離和水平的測量；用鋼卷尺或儀器對主導(dǎo)管、鋼樁橢圓度、直線度的測量等，均屬于相對測量法。早期由于建設(shè)設(shè)備的限制，導(dǎo)管架建造規(guī)模較小，尺寸測量主要依靠原始的非儀器的土辦法進(jìn)行測量，如：鋼卷尺法、連通管法、三點一線法、吊線法等，用到的主要工具通常有鋼卷尺、水平尺、水平管、線墜等，工具較為簡陋。這些方法雖然適用精度要求不高，但對于空間狹小儀器難以架設(shè)、規(guī)模尺寸較小的構(gòu)件仍然有著不可替代的作業(yè)。在大型導(dǎo)管架建造過程中，即使使用先進(jìn)的測量儀器，但在可行的方便的前提下，仍優(yōu)先使用相對測量法，如在單片預(yù)制時就用全站儀進(jìn)行相對測量法獲取數(shù)據(jù)，此時不需要在周圍建立坐標(biāo)控制網(wǎng)站，以棱鏡作為反射點進(jìn)行測量，現(xiàn)場只用單個、獨立的全站儀就能測出所有想要的直觀的數(shù)據(jù)。

絕對測量法是一種全新的測量理念，數(shù)據(jù)以坐標(biāo)點的形式出現(xiàn)，各個測量點的數(shù)據(jù)之間無關(guān)聯(lián)，每次測量到的實際數(shù)據(jù)只需與該點理論數(shù)據(jù)比較，從而判斷誤差是否滿足要求的測量方法。由于要求高，實施前需要進(jìn)行大量的前期準(zhǔn)備工作和投入較大的精力，該法通常主要用于大型導(dǎo)管架的總裝測量。測量要求：1）需結(jié)合批準(zhǔn)可行的安裝方案和批準(zhǔn)的導(dǎo)管架設(shè)計圖紙尺寸在電腦中事先模擬出導(dǎo)管架所有檢測點的理論坐標(biāo)；2）需提前在周圍建立足夠數(shù)量的坐標(biāo)控制網(wǎng)站；3）測量儀器需具有 GPS等全球定位系統(tǒng)及能夠準(zhǔn)確獲取各點坐標(biāo)的功能。使用絕對測量法的構(gòu)件，通常構(gòu)件繁多，測量人員難以到達(dá)，不能架設(shè)棱鏡，而只能通過紅外線瞄準(zhǔn)儀進(jìn)行測量事先做好的標(biāo)記。如我國第一個深水項目——荔灣3-1中心平臺的導(dǎo)管架在總裝期間主要使用該法，使復(fù)雜紛繁的構(gòu)件測量難點工作變得簡單易行。

相對測量法和絕對測量法無好壞之分，只是是否更適合而已。現(xiàn)階段隨著科技水平的提高，先進(jìn)的測量儀器日新月異，隨著導(dǎo)管架的設(shè)計規(guī)模和建造水平的增強(qiáng)，導(dǎo)管架的原始測量方法也被先進(jìn)的儀器測量方法所取代。但即便是最先進(jìn)的儀器，由于環(huán)境條件地不同，使用時也具有局限性，尤其在特殊的測量環(huán)境條件下，各方法之間具有互補(bǔ)性。

2 常用技術(shù)

不論相對測量法和絕對測量法，但現(xiàn)場具體使用到測量技術(shù)主要有以下幾種：

2.1 連通管法

利用連通管原理，是在沒有儀器或儀器難以架設(shè)的條件下所使用的一種測量水平的方法。該方法所用到的工具主要有：膠皮水管，線錘，鋼卷尺等。施工時，將膠皮水管一端設(shè)置井口平臺采油樹一側(cè)（做好標(biāo)記），另一端作為活動端在在樁管或過渡段上移動，找到同一高度位置處做好標(biāo)記（一般每個樁管或過渡段上至少取2個點）。施工時，通過圖紙的要求與標(biāo)記的偏差即判斷出高程的變化，作到實時校正，從而達(dá)到水平測量的目的。此法古老而經(jīng)典，至今仍常被工人采用，尤其在周圍視覺障礙多的條件下，是普通甚至精密儀器無法取代的。但陸地導(dǎo)管架總裝現(xiàn)場應(yīng)用較少。

2.2 三點一線法

依據(jù)三點一線的原理，是進(jìn)行測量水平度、直線度的一種方法。此法所用設(shè)備簡單，容易操作，適用于缺少儀器或儀器難以架設(shè)，以及穿越長度短、精度要求低的情況。此方法所用到的工具主要有：膠皮水管、鐵尺、中心尺、水平尺、線錐等。施工時，通過連通管確定外部基準(zhǔn)面，利用基準(zhǔn)面確定測量點進(jìn)行第三點測量的方法。施工時，靠觀測第三點與標(biāo)記的偏差即可判斷出高程或直線度的變化，作到實時校正。此法在現(xiàn)場仍然常用，主要用于細(xì)節(jié)尺寸和機(jī)器難以觀測的部位。不能同時測量所有數(shù)據(jù)。

2.3 水平儀/經(jīng)緯儀測量法

設(shè)定基準(zhǔn)點，利用水平儀/經(jīng)緯儀，進(jìn)行定點定位測量，此方法簡單、快捷、準(zhǔn)確，提高測量效率，在施工中廣泛運用。水平儀/經(jīng)緯儀測量法要求水平儀/經(jīng)緯儀位置擺放合理、固定，不得與現(xiàn)場施工設(shè)備及施工作業(yè)沖突，同時，擺放位置避免振動。測量時，通過靠觀測兩點的偏差即可判斷出水平和垂直度的變化。該法目前仍然廣泛使用。但要測量導(dǎo)管架所用尺寸，還需其他方法的補(bǔ)充。

2.4 激光測量法

激光位移傳感器利用激光發(fā)射器通過鏡頭將可見紅色激光射向被測物體表面，經(jīng)物體反射的激光通過接收器鏡頭，被內(nèi)部的CCD線性相機(jī)接收，根據(jù)不同的距離，CCD線性相機(jī)可以在不同的角度下“看見”這個光點。根據(jù)這個角度及已知的激光和相機(jī)之間的距離，數(shù)字信號處理器就能計算出傳感器和被測物體之間的距離（原理圖如示）。同時，光束在接收元件的位置通過模擬和數(shù)字電路處理，并通過微處理器分析，計算出相應(yīng)的輸出值，并在用戶設(shè)定的模擬量窗口內(nèi)，按比例輸出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號。如果使用開關(guān)量輸出，則在設(shè)定的窗口內(nèi)導(dǎo)通，窗口之外截止。另外，模擬量與開關(guān)量輸出可獨立設(shè)置檢測窗口。

激光測量法是近幾十年發(fā)展起來的一門新技術(shù)，激光測量是將激光器與水準(zhǔn)儀或經(jīng)緯儀安裝在望遠(yuǎn)鏡上的一種測量方法。測量時，在工作臺上安裝好激光發(fā)射器，按照導(dǎo)管架的位置和方向調(diào)整發(fā)射器，同時在導(dǎo)管架上裝有刻度的靶，測量時觀測靶的位置與設(shè)計位置是否一致，如激光點直射靶心，說明高程符合要求。否則，存在較大偏差，需進(jìn)行調(diào)正。此法在中海油青島海工場地導(dǎo)管架建造過程中和曾建造的“海洋石油921、922、923、924”鉆井船上大量使用，主要用在樁腿、齒輪箱以及導(dǎo)管架等關(guān)鍵構(gòu)件的制作和總裝控制，效果良好。

2.5 全站儀測量法

此法精度高，功能強(qiáng)大，可同時獲得坐標(biāo)、距離、角度及方位等信息，是目前最常使用、甚至在一些項目上無法替代的測量方法。由于全站儀的GPS功能，大大提升了海工的建造能力，從而使復(fù)雜的結(jié)構(gòu)安裝變得簡單容易，尤其當(dāng)前我國海工項目在由淺海走向深海的過程中，對于數(shù)量繁多的導(dǎo)管架桿件，如仍然采用以往的老辦法活水平儀和經(jīng)緯儀進(jìn)行測量，可能建造過程難以進(jìn)行甚至不能進(jìn)行。以往的測量方法歸結(jié)起來可統(tǒng)稱為相對測量法，即所有的測量數(shù)據(jù)均為直觀的數(shù)據(jù)，如距離、高度、斜度等。而使用全站儀測量法后除能夠?qū)崿F(xiàn)以上測量方法，而且出現(xiàn)了新的測量方法，由于GPS功能的存在，測量不再按傳統(tǒng)的方法，而是通過建模和在現(xiàn)場建立坐標(biāo)控制網(wǎng)，通過現(xiàn)場坐標(biāo)點的控制和偏差測量，實現(xiàn)對各桿件之間距離、對角線、傾斜度等測量，甚至通過對實際數(shù)據(jù)的采集和輸入，實現(xiàn)對各點數(shù)據(jù)的實時獲取。是目前干深水項目導(dǎo)管架建造中最有效的、甚至不可替代的測量方法。

3 精度控制

導(dǎo)管架建造時期，安裝精度控制主要發(fā)生在兩個階段，即陸地預(yù)制階段和海上就位階段[1]。

陸地預(yù)制階段的精度控制點主要有：

1）總體尺寸控制，如主導(dǎo)管的傾斜度、上下水平面的平面尺寸、各水平面之間尤其防沉板所在平面的標(biāo)高控制，等。

2）附件尺寸控制，如靠船件、泵護(hù)管、管卡子、電纜護(hù)管等附件的安裝方位控制，靠船件的標(biāo)高控制，等。

3）單個構(gòu)件的尺寸控制，如裙樁的安裝位置，導(dǎo)管的橢圓度、直線度，高空桿件的尺寸控制，等。

海上就位階段的精度控制點主要有[2]：1）平臺與導(dǎo)管架之間的吻合控制；2）導(dǎo)管架海上就位時的水平度控制；3）平臺間的高程控制；4）平臺間的方位控制。

4 注意事項

建造期間，做好測量的精度控制應(yīng)注意如下方面：

1）學(xué)會選擇合適的測量設(shè)備，所有儀器的校準(zhǔn)應(yīng)在有效期內(nèi)。

2）制定合理及細(xì)致的測量方案，做好測量前期準(zhǔn)備工作，如桿件標(biāo)識工作、儀器標(biāo)定工作、控制網(wǎng)站點的埋設(shè)和校核工作等。

3）在使用全站儀測量過程中，需注意：

（1）儀器架設(shè)在控制網(wǎng)站點上使用前，應(yīng)可以測量目標(biāo)點的所有三維坐標(biāo)，并事先通過與理論坐標(biāo)比較確定所有點的三維偏差。

（2）主要的測量點要用洋沖打在導(dǎo)管及拉筋的表面并貼上標(biāo)簽，并計算這些點在控制網(wǎng)中的理論坐標(biāo)。

（3）在十字花片的預(yù)制中，主要的測量點要用洋沖打點并貼上測量標(biāo)簽，利用全站儀等儀器測量這些點的實際坐標(biāo)，通過與理論尺寸的比較，得到拉筋的偏差。測量需在焊前和焊后進(jìn)行。

（4）對于登船平臺、靠船件、立管卡子、套筒、浮筒及消防用水泵護(hù)管等附件的位置，測量人員通過三維坐標(biāo)控制網(wǎng)測量預(yù)先制定在這些附件上的控制點從而得到三維偏差。

5 結(jié)束語

測量技術(shù)的選擇和精度控制的高低是反映導(dǎo)管架建造水平的重要指標(biāo)，安裝精度控制的好壞不但決定工程的質(zhì)量和效益，同時決定了工程的安全性、可操作性。本文重點介紹的各種測量技術(shù)，涵蓋了當(dāng)前導(dǎo)管架施工過程中的所有方法，尤其是利用坐標(biāo)定位方法的絕對測量技術(shù)是當(dāng)前較為新穎的測量方法，對于施工大型導(dǎo)管架及其他大型構(gòu)件或復(fù)雜構(gòu)件的施工和精度控制起著關(guān)鍵的、甚至不可替代的作用。目的是讓大家對測量技術(shù)全面了解，以便在不同的施工條件和環(huán)境下選用合理的測量方法和儀器，為更好的服務(wù)于現(xiàn)場起到參考作用。

[1] 海上固定平臺規(guī)劃設(shè)計和建造推薦做法[S]. 2007.

[2] 紀(jì)延濤, 李軍. 灘海固定平臺鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量及精度控制[J]. 中國海洋平臺, 2005(2): 45, 46.

Application of Measurement Technology for Size Control in Steel Jacket

Ji Yan-tao

(Sinopec Petroleum Engineering & Construction Shengli Corporation Co., Ltd., Shandong Dongying 257000, China)

Combined with the characteristics of steel jacket construction, this paper mainly summarizes and introduces the matters which should be paid attention to for measurement technology and precision control in the stage of offshore steel jacket platforms construction, in order to achieve the purpose of mutual learning and exchange.

jacket; construction; measurement technology; size control; application

U663.7

A

1005-7560 (2014) 06-0017-03

紀(jì)延濤（1971-），男，高級工程師，長期從事油田地面工程、海洋工程及長輸管道工程建設(shè)工作。