自升式平臺下水的新型技術(shù)裝備研制及應(yīng)用

謝宛朋，張金營，史亮，丁天波，楊杰

(青島海西重機(jī)有限責(zé)任公司，山東 青島 266530)

自升式平臺下水的新型技術(shù)裝備研制及應(yīng)用

謝宛朋，張金營，史亮，丁天波，楊杰

(青島海西重機(jī)有限責(zé)任公司，山東 青島 266530)

為解決沒有船塢或船臺情況下自升式平臺利用半潛駁下水費(fèi)用高、易受大風(fēng)浪涌影響的難題，利用組合浮箱式下水裝備將港池墊高至與碼頭面平齊，通過滑移工藝將自升式平臺牽引至下水裝備上，利用樁腿的升降功能，使樁腿與下水裝備脫離，分別拆除各樁腿下部的浮箱，完成站樁，依次拆除下水裝備其余浮箱，自升式平臺下降達(dá)漂浮狀態(tài)，收樁，完成自升式平臺的下水。工程實踐證明，該新型裝備滿足設(shè)計和使用要求，成本低、控制方便。

自升式平臺；下水；新型技術(shù)裝備；工程應(yīng)用

自升式平臺廣泛應(yīng)用于海洋開發(fā)和建設(shè)中，作為典型的海洋工程結(jié)構(gòu)物，目前常用的下水方式有4種[1-4]：①在船塢內(nèi)建造，漂移出塢；②在船臺上建造，通過氣囊或托梁支架滑移下水；③平地建造，滑移到半潛駁船后下水；④通過大型浮吊吊裝下水。前兩種工藝方法較為成熟，但需要有專用的船塢、船臺或萬噸級的龍門吊，一次投入成本高，建造周期長，使用效率低，不能充分利用陸上資源；半潛駁船受船期、費(fèi)用和特定下潛區(qū)域的多重影響，難以滿足船廠生產(chǎn)周期，同時利用半潛駁還要注意碼頭的水文氣象條件，陸地滑道與下水駁船滑道連接部位的高差控制等[5]，致使滑移工藝復(fù)雜，進(jìn)一步增加了平臺下水費(fèi)用，90 m自升式平臺1次下水整體費(fèi)用約1 200萬～1 500萬元。而隨著自升式平臺的大型化，滿足其吊裝下水的萬噸級以上浮吊由于受船期和高額吊裝費(fèi)用的影響，也難以滿足自升式平臺生產(chǎn)周期及成本要求。為打破圍繞船臺或船塢為中心進(jìn)行產(chǎn)品建造的傳統(tǒng)方式，解決沒有船塢或船臺情況下自升式平臺利用半潛駁下水費(fèi)用高、易受大風(fēng)浪涌影響的難題，實現(xiàn)自升式海洋平臺的分批、分區(qū)平地建造，做到兩座或更多座自升式平臺同時建造、分期下水，縮短平臺的建造周期，降低建造、下水成本，研制了一種用于自升式平臺下水的新型技術(shù)裝備。

1 功能需求與原理設(shè)計

根據(jù)自升式海洋平臺的現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢，可滑移下水的自升式平臺相關(guān)參數(shù)如下。

自重為最大12 000 t；樁靴中心沿船寬方向間距為32～35 m；樁靴中心沿船長方向間距為40～50 m；最大樁靴尺寸為12 m×12 m。

考慮港池及待下水海洋平臺自升式的特點，設(shè)計原理見圖1。該裝備由下平臺和上箱體2大部分組成，最底部的下平臺上放在經(jīng)過硬化處理的港池內(nèi)，成為港池的一部分。若干個上箱體拼接在下平臺上，在港池內(nèi)組成與碼頭平面平齊的平臺，將待下水的自升式海洋平臺由碼頭滑移到組合浮箱式平臺上，先拆除樁靴與布置在樁靴下部的上箱體之間的路基板及滑移梁，再拆除一條樁腿下部的上箱體，樁靴下降，完成一條樁腿的站樁。以次類推，逐步完成4條樁腿的站樁后，平臺起升，依次移除平臺底部其余上箱體，再收樁，將平臺下降到漂浮狀態(tài)，拖出港池，完成下水。

2 自升式平臺下水裝備詳細(xì)設(shè)計

2.1 總體設(shè)計

根據(jù)功能需求與原理設(shè)計，自升式平臺下水技術(shù)裝備設(shè)計尺寸為40 m×80 m×15.5 m，由1件下平臺及5種型號的13件上箱體組成，箱體2位于平臺樁靴下方，總體裝配見圖2。箱體上設(shè)置相應(yīng)的加強(qiáng)筋，為鋪設(shè)滑道做準(zhǔn)備，鋪設(shè)中部滑移軌道和2側(cè)滑移軌道各2條，其中中部滑移軌道間距有8.4 m和10.4 m 2種；兩側(cè)滑移軌道間距有32.8 m和34.8 m 2種，以適應(yīng)多種自升式平臺的滑移下水。

2.2 下平臺設(shè)計

下平臺直接放置在經(jīng)過硬化處理的港池底部，自升式平臺的樁腿底端安裝有樁靴，其形狀為平底錐形結(jié)構(gòu)。這種設(shè)計可以增大平臺與土體的接觸面積，在減少入泥深度的同時保證足夠的承載力，并降低拔樁的難度，有利于改善平臺的移動性。但是由于其平底錐形結(jié)構(gòu)，樁靴不能直接站在硬化的港池底部海床上，也不能站在下平臺上，所以平臺采用桁架式，樁靴區(qū)域設(shè)計為圖3所示結(jié)構(gòu)，露出海床，并對站樁區(qū)域填沙模擬平臺的實際工況。該設(shè)計存在的問題是底部沙子的流失問題，經(jīng)過分析站樁區(qū)域在港池內(nèi)部海水的流動性較小，對沙堆的沖刷作用有限，經(jīng)過實驗檢驗該方案是可行的，一次站樁收樁完成后，對站樁區(qū)域進(jìn)行拋沙刮平，滿足同區(qū)域二次站樁需求。

2.3 上箱體設(shè)計

上箱體為3層桁架結(jié)構(gòu)，主體采用H型鋼，各上箱體僅長、寬尺寸不同，其余結(jié)構(gòu)相同，見圖4。上2層用鋼板圍成水箱，水箱通過海底閥連通內(nèi)部和外部，通過海底閥實現(xiàn)上箱體水箱的進(jìn)水及排水，再利用潮位的變化，選擇合適的時機(jī)開關(guān)海底閥，可以實現(xiàn)上層箱體的漂浮與下沉，為保證漂浮的穩(wěn)定性，防止發(fā)生傾翻，在上箱體最下層上設(shè)置混凝土配重塊，以降低箱體中心高度，形成“不倒翁”結(jié)構(gòu)。

為保證上箱體在下平臺上定位準(zhǔn)確，在上下平臺間設(shè)置導(dǎo)向裝置，利用導(dǎo)向裝置使上箱體移動到正確的安裝位置。

3 應(yīng)用案例分析

青島海西重機(jī)有限責(zé)任公司利用該自升式平臺下水新型技術(shù)裝備，成功下水了自重達(dá)5 000～8 000 t不等的多臺90 m自升式海洋平臺，應(yīng)用案例見圖5。以自重達(dá)8 000 t的90 m自升式平臺下水為例，對工程應(yīng)用案例進(jìn)行分析。

3.1 下水裝備的安裝工藝

下平臺下放時為保證下平臺定位準(zhǔn)確，下平臺4個角部位設(shè)置高出水面的可拆卸式定位標(biāo)尺，先將定位標(biāo)尺安裝在下平臺的4個角上，通過調(diào)節(jié)定位標(biāo)尺底部的螺栓保證定位標(biāo)尺豎直立在下平臺上。在下放過程中，可以根據(jù)定位標(biāo)尺在碼頭面直觀確定下平臺在海平面以下的位置，同時可以根據(jù)定位標(biāo)尺將下平臺最終落位位置反應(yīng)到碼頭面上，方便后續(xù)上箱體浮箱安裝。

待下平臺安裝好并在碼頭做好相應(yīng)標(biāo)線后將4個定位標(biāo)尺吊出。在安裝上箱體時，其中箱體4及箱體5先進(jìn)行安裝，通過起重設(shè)備及絞車將箱體4、箱體5移動到指定位置，然后將箱體4、箱體5的海底閥打開，通過箱體4、箱體5的自重使箱體內(nèi)灌注海水箱體緩慢下沉，通過下平臺對應(yīng)的倒斜槽安裝到位(注：箱體4、箱體5都為逐件安裝)。待箱體4、箱體5定位安裝好后根據(jù)下平臺標(biāo)線及箱體4、箱體5輔助定位進(jìn)行箱體2的安裝，利用起重設(shè)備及絞車將箱體2拖到指定位置打開海底閥，利用箱體2的自重及海水灌注達(dá)到緩慢下沉的目的，然后通過箱體2倒斜處與下平臺對應(yīng)安裝。箱體1及箱體3通過已安裝的箱體4、箱體5、箱體2相對位置進(jìn)行安裝到位。

3.2 下水裝備的預(yù)壓載試驗

自升式平臺滑移下水前，無論采用哪種下水方式，一般都會對自升式平臺及駁船或其他下水裝備進(jìn)行有限元分析[6-9]。本項目雖然廣泛調(diào)研了目前自升式平臺力學(xué)性能的分析方法[10-12]，并對平臺及下水裝備進(jìn)行了充分的有限元分析，但是與利用駁船下水不同的是，該項目必須要考慮港池底部基礎(chǔ)穩(wěn)定性，防止自升式海洋平臺滑移到下水裝備上后，港池底部基礎(chǔ)發(fā)生沉降，因此必須對下水裝備進(jìn)行預(yù)壓載試驗。

利用13個上箱體自帶的水箱，結(jié)合港池的潮汐變化，利用漲潮時通過各箱體閥門自動往箱體內(nèi)灌水，高潮位時關(guān)閉閥門，低潮位時利用上箱體內(nèi)水的自重實現(xiàn)壓載功能，預(yù)壓載荷達(dá)1.5萬t以上。壓載完畢后在低潮位時打開海底閥，釋放箱體內(nèi)的水。經(jīng)預(yù)壓載試驗，證明了下水裝備的可靠性，港池底部基礎(chǔ)穩(wěn)固，滿足自升式海洋平臺的下水承載能力。

3.3 滑移下水工藝

該新型裝備的應(yīng)用使滑移下水工藝變得簡單，直接在碼頭陸地與下水裝備上鋪設(shè)平齊的滑道，而無需像利用駁船下水那樣控制滑道高差。船艏及船艉底部距離地面位置較高，對經(jīng)有限元分析發(fā)現(xiàn)較為薄弱的部位，需要在托梁頂部增加1個支撐胎架將載荷傳遞至托梁上進(jìn)行分散，以解決薄壁船體受力不均易局部變形的問題?；辣砻驿佋O(shè)摩擦系數(shù)較小的新型高分子材料(聚四氟乙烯等)作為滑移介質(zhì)，同時在滑道面上涂上油脂，進(jìn)一步降低摩擦系數(shù)。

橫向滑移到自升式平臺中心線與下水裝備中心線一致時，進(jìn)行自升式平臺的滑移下水，滑移上下水裝備工藝如圖6所示，步驟如下。

1)在準(zhǔn)備工作全部就緒以后，啟動卷揚(yáng)設(shè)備，緩慢牽引平臺，使得平臺沿著滑道方向向下水裝備上移動。

2)當(dāng)平臺被牽引至開始上下水裝備時，應(yīng)密切觀察下水裝備的情況，確保安全。

3)平臺緩慢被牽引至下水裝備的指定位置(尾部樁靴中心與下平臺的中心吻合)，拆除下水裝備與碼頭之間的過渡滑道及下水裝備頭部的部分滑道，同時拆除下水裝備的滑車組等牽引系統(tǒng)。

3.4 上箱體的拆除工藝

首先將樁靴1單獨(dú)收縮200 mm，離開上箱體表面，同時割除箱體2-1與其他箱體的連接卡板；將樁靴下部的兩塊路基板及四氟板整體移至箱體4-1及箱體5上；啟動箱體2-1的排水功能，使箱體離開下平臺處于漂浮狀態(tài)，通過牽引裝置，將箱體2-1從樁靴底部牽引至港池邊上并固定；啟動樁靴1，支腿展開，直至著力在底部下平臺的沙堆上，完成樁靴1著力點的轉(zhuǎn)換；重復(fù)上述步驟，完成4個樁靴的著力點的轉(zhuǎn)換與對應(yīng)箱體拆除、固定。

將自升式平臺底部結(jié)構(gòu)與滑移工裝支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行分離，然后同時啟動4個樁靴的升降裝置，將自升式平臺整體升高2 m；利用單個箱體的上浮功能，使箱體脫離下平臺約500 mm。再利用牽引裝置，將下水裝備兩側(cè)的其余箱體及箱體上的滑移工裝依次牽引至港池邊，進(jìn)行固定。以此類推，依次拆除其余箱體，完成下水裝備上箱體的拆除，如圖5所示。

同步啟動自升式平臺4個樁靴的升降系統(tǒng)，緩慢下降平臺，直到平臺成漂浮狀態(tài)，利用平臺的自航功能，駛出港池區(qū)域，完成整個滑移及漂浮工作。

4 結(jié)論

這套用于自升式海洋平臺下水的新型技術(shù)裝備一次投入成本約3 000萬元，使用期限10年，按照每年僅僅下水1臺平臺來均攤成本，扣除滑移費(fèi)用，單臺可節(jié)約下水成本600萬～900萬元。僅1年多的時間，青島海西重機(jī)有限責(zé)任公司已利用該新型裝備下水了4臺90 m自升式平臺，還有9臺等待下水，因此后期成本節(jié)約效果會更加顯著。

通過應(yīng)用證明，該新型技術(shù)裝備滿足自升式海洋平臺下水的需求，具有如下技術(shù)特點：

1)首創(chuàng)采用若干件桁架式箱體組成的下水裝備將港池墊高至與碼頭面平齊，將海洋變?yōu)殛懙兀媒g車牽引將自升式海洋平臺牽引至下水裝備上，通過自升式平臺樁腿的升降功能，使樁腿與下水裝備脫離，分別拆除各樁腿下部的浮箱，完成站樁，使自升式平臺與下水裝備脫離，拆除下水裝備其余浮箱，海洋平臺下降達(dá)漂浮狀態(tài)，收樁，完成整個下水過程。

2)下水裝備綠色化預(yù)壓載技術(shù)代替了傳統(tǒng)放置重物的預(yù)壓載方式。創(chuàng)新的利用潮汐變化，在上箱體第一次放置到海中后，打開海底閥，待高潮位時，關(guān)閉海底閥，落潮后，箱體內(nèi)外水平面會形成高低差，利用落潮后箱體內(nèi)部比海平面高出部分水的自重(1.5萬t)實現(xiàn)預(yù)壓載功能，綠色環(huán)保。

3)上箱體安裝及拆除技術(shù)安全可靠，節(jié)能效果顯著。通過海底閥配合輔助水泵的微調(diào)，可輕松實現(xiàn)上箱體的下沉與漂浮，配合上箱體“不倒翁”結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了箱體穩(wěn)定性，使上箱體安裝及拆除安全可靠，節(jié)能環(huán)保。

4)同一區(qū)域多次站樁技術(shù)得到成功的實踐檢驗。本項目對海底站樁區(qū)域進(jìn)行拋石夯實后拋沙墊平處理，在下平臺留出的站樁區(qū)域鋪設(shè)2 m厚的砂層，足以保證樁靴不會與海底拋石層接觸。一次站樁收樁完成后，對站樁區(qū)域進(jìn)行拋沙刮平，滿足同區(qū)域二次站樁需求。

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Development and Application of New Technical Equipment for the Launching of Jack-up Platform

XIE Wan-peng, ZHANG Jin-ying, SHI Liang, DING Tian-bo, YANG Jie

(Qingdao Haixi Heavy-Duty Machinery Co. Ltd., Qingdao Shandong 266530, China)

New technical equipment for the launching of jack-up platform was developed in order to tackle the difficulties of high cost of platform launching through semi-submersible barge and the effect of strong wind and surge under the condition without dock or slipway. By this method, the dock basin is blocked up to flush with the wharf horizon by taking advantage of the combined-buoyancy tank, the platform slides onto the tank through sliding process. The platform legs are disassembled from the equipment and followed that the buoyancy tanks beneath the legs will also be disassembled so as to the legs can stand by themselves. At last, other buoyancy tanks will be disassembled and the jack-up platform falls into floating state with the legs positioning themselves and the launching of the jack-up platform is finally achieved. It was proven by engineering practice that the new technical equipment meets all the design and use requirements.

Jack-up platform；launch；new technical equipment; engineering application

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.02.025

2016-08-25

“海洋工程裝備設(shè)計制造技術(shù)”項目(國科發(fā)火[2016] 32號)；中船重工·青島海西重機(jī)有限責(zé)任公司創(chuàng)新基金(15JG-05)

謝宛朋(1983—)，男，學(xué)士，工程師

U674.38

A

1671-7953(2017)02-0108-05

修回日期：2016-09-12

研究方向:港口起重機(jī)設(shè)計、制造及其相關(guān)技術(shù)