大型組塊高位建造重量轉(zhuǎn)移方法與工期研究

傅 健 宋青武 王凱華

海洋石油工程股份有限公司, 天津 300451

0 前言

導(dǎo)管架平臺(tái)由下部導(dǎo)管架、鋼樁和上部組塊、生活樓、鉆/修井設(shè)施等組成,一般認(rèn)為其經(jīng)濟(jì)水深在300 m以內(nèi)[1-3]是淺水、較深水海洋工程開(kāi)發(fā)中應(yīng)用最廣泛的平臺(tái)形式。為提高平臺(tái)組塊陸地建造完工狀態(tài),最大程度減少海上工作量和縮短連接調(diào)試工期,大型海洋平臺(tái)組塊在海域海況條件允許的情況下往往采用浮托方法進(jìn)行海上安裝作業(yè),而不是采用傳統(tǒng)的陸地分塊建造海上吊裝方式。浮托法是一種安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的施工技術(shù),實(shí)現(xiàn)了組塊整體設(shè)計(jì)建造安裝，彌補(bǔ)起重資源不足,已被廣泛應(yīng)用于海洋工程建設(shè)[4-6]。浮托法安裝的組塊一般采用滑移裝船方式,使用拉力千斤頂進(jìn)行牽引上船至設(shè)計(jì)位置；而傳統(tǒng)海上吊裝的組塊裝船方式，根據(jù)組塊重量或建造方案的不同，可采用吊裝裝船、SPMT小車裝船、滑移裝船等。

對(duì)于在陸地采用整體高位建造方式建造的組塊,平臺(tái)支撐框架(Deck Support Frame,DSF)與組塊分開(kāi)建造。在組塊和DSF建造過(guò)程中,需做好精度控制,精度控制技術(shù)對(duì)于海洋石油工程建造至關(guān)重要,質(zhì)量控制工作貫穿整個(gè)建造過(guò)程[7-8]。DSF建造完成并進(jìn)行組塊支撐單元(Deck Support Unit,DSU)安裝后通過(guò)牽引設(shè)備牽引至組塊下方就位,通過(guò)重量轉(zhuǎn)移裝置將組塊整體下降至設(shè)計(jì)高度,完成組塊與DSF對(duì)接,將組塊坐落到DSF上,組塊重量完全由DSF承擔(dān),通過(guò)牽引DSF完成整體裝船工作。在海上浮托作業(yè)過(guò)程中,通過(guò)駁船壓載的方式使組塊重量轉(zhuǎn)移至導(dǎo)管架上,DSF留在駁船復(fù)員。

1 組塊陸地重量轉(zhuǎn)移方法

1.1 組塊下放高度計(jì)算

組塊重量轉(zhuǎn)移過(guò)程中整體下降高度直接影響設(shè)備選型、工裝設(shè)計(jì)制作,也是制約重量轉(zhuǎn)移工期的關(guān)鍵因素。主要取決于如下參數(shù):DSU伸出高度(在重量轉(zhuǎn)移過(guò)程中逐漸壓縮為0)，建造完成后下甲板主梁最大撓度，重量轉(zhuǎn)移完成后下甲板主梁最大撓度，組塊重量完全由DSF承受時(shí)DSF最大受壓變形量和DSF所在滑道沉降量，DSF滑靴墊木受壓變形量，DSF牽引就位預(yù)留間隙等。組塊整體下放高度理論值為上述各項(xiàng)數(shù)據(jù)之和。在編制重量轉(zhuǎn)移方案時(shí),應(yīng)準(zhǔn)確評(píng)估計(jì)算上述各參數(shù)數(shù)值,同時(shí)考慮上述參數(shù)數(shù)據(jù)在組塊建造及重量轉(zhuǎn)移過(guò)程中存在的變化和不確定性,如撓度、變形量、沉降量等,組塊下放高度應(yīng)考慮預(yù)留適當(dāng)?shù)挠嗔?。大型組塊變形數(shù)值的確定是實(shí)施重量轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵,應(yīng)對(duì)場(chǎng)地沉降等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,這也是大型組塊建造變形監(jiān)控的主要難點(diǎn)[9-11]。

1.2 重量轉(zhuǎn)移設(shè)備及工裝

重量轉(zhuǎn)移作業(yè)使用的設(shè)備沿用稱重設(shè)備,主要為千斤頂及配套的動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng),作業(yè)前需進(jìn)行千斤頂?shù)恼{(diào)試工作,檢查確認(rèn)設(shè)備狀態(tài)完好,同時(shí)考慮一定數(shù)量的備用千斤頂以避免作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)損壞。

重量轉(zhuǎn)移所使用的工裝主要包括頂升大梁、底座、支撐環(huán)板、兩側(cè)千斤頂墊板、滑移框架和接長(zhǎng)立柱等，見(jiàn)圖1。在稱重開(kāi)始前按照設(shè)計(jì)要求安裝就位，并確認(rèn)尺寸等數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)一致。在稱重及重量轉(zhuǎn)移實(shí)施期間，嚴(yán)密監(jiān)控工裝和千斤頂設(shè)備狀態(tài)。

圖1 千斤頂布置及工裝示意圖

1.3 重量轉(zhuǎn)移流程

組塊稱重與重量轉(zhuǎn)移工作連續(xù)進(jìn)行,稱重作業(yè)除了獲得準(zhǔn)確的組塊重量重心等關(guān)鍵數(shù)據(jù)用于裝船及海上浮托設(shè)計(jì)核算外,還可確認(rèn)工裝和千斤頂設(shè)備是否滿足要求并進(jìn)行重量轉(zhuǎn)移作業(yè)試驗(yàn)演練。在稱重工作完成后,即可進(jìn)行重量轉(zhuǎn)移工作。

圖2 高位建造組塊重量轉(zhuǎn)移一般步驟圖

高位建造組塊重量轉(zhuǎn)移一般流程見(jiàn)圖2,按理論抽取7層即完成重量轉(zhuǎn)移工作考慮,通過(guò)操作千斤頂循環(huán)拆除環(huán)板和墊板，分級(jí)多次操作方法使平臺(tái)整體下降[12-13]。當(dāng)完成第7層抽取作業(yè)后,檢查確認(rèn)4個(gè)樁腿位置的接長(zhǎng)立柱是否完全與組塊立柱或大梁分離,如已分離,則表示此時(shí)組塊重量已全部轉(zhuǎn)移到DSF上,重量轉(zhuǎn)移作業(yè)完成,否則將繼續(xù)進(jìn)行第8層抽取作業(yè),直至接長(zhǎng)立柱完全與組塊立柱或大梁分離。

1.3 主要風(fēng)險(xiǎn)和難點(diǎn)

重量轉(zhuǎn)移施工過(guò)程中主要風(fēng)險(xiǎn)和難點(diǎn):各結(jié)構(gòu)變形尺寸不準(zhǔn)確可能導(dǎo)致在組塊整體下降至設(shè)計(jì)高度后,組塊重量未完全轉(zhuǎn)移到DSF上,千斤頂不能正常撤出;重量轉(zhuǎn)移過(guò)程中環(huán)板和墊板出現(xiàn)變形,導(dǎo)致無(wú)法正常抽出;各個(gè)樁腿設(shè)計(jì)重量與實(shí)際重量偏差較大,導(dǎo)致部分樁腿超出設(shè)計(jì)安全系數(shù);設(shè)備、工裝故障/損壞;轉(zhuǎn)移過(guò)程中DSF受力不均勻發(fā)生變形等。

在進(jìn)行方案編制時(shí),需對(duì)上述風(fēng)險(xiǎn)和難點(diǎn)制定應(yīng)對(duì)方案,如在理論下方高度的基礎(chǔ)上預(yù)留一定高度作為調(diào)節(jié),并按此進(jìn)行工裝制作,確保下方高度滿足重量轉(zhuǎn)移空間需求;對(duì)環(huán)板和墊板等工裝進(jìn)行分析計(jì)算,根據(jù)計(jì)算結(jié)果制作合適的工裝,并準(zhǔn)備一定數(shù)量的小尺寸墊板,作為應(yīng)急備用;在重量轉(zhuǎn)移工作正式開(kāi)始前進(jìn)行預(yù)抬升,根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù),及時(shí)調(diào)整設(shè)備配置;配備足夠數(shù)量的工裝和設(shè)備;作業(yè)開(kāi)始前對(duì)DSF與滑道塊及滑道之間的預(yù)埋件進(jìn)行連接固定,確保DSF在作業(yè)過(guò)程中保持穩(wěn)定。在重量轉(zhuǎn)移期間做好過(guò)程跟蹤控制,一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,立即啟動(dòng)應(yīng)對(duì)預(yù)案。

2 重量轉(zhuǎn)移計(jì)劃及工期分析

海洋工程項(xiàng)目是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程,計(jì)劃性很強(qiáng),對(duì)項(xiàng)目工期有極其嚴(yán)格的要求,工程建造是一個(gè)多工種勞動(dòng)密集型、知識(shí)密集型的系統(tǒng)工程,在項(xiàng)目前期規(guī)劃時(shí)應(yīng)對(duì)工期影響因素進(jìn)行重點(diǎn)分析和研究[14-17]。組塊重量轉(zhuǎn)移工期取決于千斤頂頂升下降能力、人員經(jīng)驗(yàn)水平、作業(yè)效率以及天氣情況等因素,參考以往項(xiàng)目工期實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和理論計(jì)算，并考慮一定的不確定因素影響(如設(shè)備損壞更換等),評(píng)估每一層抽取作業(yè)各工序所需時(shí)間，見(jiàn)表1。

表1 抽取作業(yè)各工序作業(yè)時(shí)間表

工作內(nèi)容計(jì)劃工期/h環(huán)板連接件切除、起頂抬升4.5抽環(huán)板、切兩側(cè)墊板連接件3.5組塊下降,千斤頂完全卸載4.0抽兩側(cè)墊板2.0

可以得到1層抽取作業(yè)用時(shí)約14 h,按24 h連續(xù)作業(yè)、抽取7層即可完成重量轉(zhuǎn)移工作考慮,編制施工工期計(jì)劃,預(yù)計(jì)重量轉(zhuǎn)移工期為98 h,約4 d。見(jiàn)表2。

表2 組塊重量轉(zhuǎn)移施工工期計(jì)劃表

工作內(nèi)容預(yù)計(jì)工期/h計(jì)劃開(kāi)始時(shí)間計(jì)劃完成時(shí)間第1層抽取142019-03-14 8:002019-03-14 22:00第2層抽取142019-03-14 22:002019-03-15 12:00第3層抽取142019-03-15 12:002019-03-16 2:00第4層抽取142019-03-16 2:002019-03-16 16:00第5層抽取142019-03-16 16:002019-03-17 6:00第6層抽取142019-03-17 6:002019-03-17 20:00第7層抽取142019-03-17 20:002019-03-18 10:00

上述各步驟施工時(shí)間受天氣、人員經(jīng)驗(yàn)水平、各相關(guān)方配合度、設(shè)備性能狀態(tài)、組塊自身狀態(tài)、外部干涉等因素影響，往往有一定的差異,僅為平均施工效率。在進(jìn)行方案編制前應(yīng)充分考慮作業(yè)時(shí)所處的天氣情況,提前安排有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員和施工人員進(jìn)行 培訓(xùn)和交底,并在重量轉(zhuǎn)移作業(yè)開(kāi)始前對(duì)組塊和設(shè)備進(jìn)行全方位的狀態(tài)排查,確保重量轉(zhuǎn)移施工能夠按計(jì)劃正常連續(xù)進(jìn)行。

3 工程實(shí)例

東方13-2 CEPB平臺(tái)為8腿12裙樁導(dǎo)管架平臺(tái),組塊采用滑道高位建造方式建造,有8根立柱、2根吊機(jī)立柱,其中外四立柱A1、B1、A4、B4位于非滑道區(qū)域,內(nèi)四立柱A2、B2、A3、B3位于滑道區(qū)域。組塊外形尺寸約101 m×46 m×27 m,浮托重量約17 254 t,DSF尺寸約48.8 m×33 m×8.84 m(不含DSU高度0.25 m),重量約1 300 t。該組塊DSF三維模型見(jiàn)圖3,整體三維模型示意圖見(jiàn)圖4。DSF結(jié)構(gòu)采用由梁板柱和斜撐構(gòu)成的空間剛架,在組塊滑道前側(cè)(近碼頭側(cè))進(jìn)行總裝。

圖3 DSF三維模型圖

圖4 組塊整體三維模型圖

根據(jù)組塊重控報(bào)告和各工況下主腿支點(diǎn)反力數(shù)據(jù)計(jì)算，得到該組塊重量轉(zhuǎn)移理論下放高度421 mm,取整為450 mm,共9層(墊板厚度/支撐環(huán)板厚度50 mm),同時(shí)預(yù)留2層作為備用,即按照下放高度550 mm、11層墊板進(jìn)行設(shè)備選取和工裝制作等?？紤]到DSU伸出高度(250 mm)和其他數(shù)值情況,該組塊重量轉(zhuǎn)移需抽取的正常層數(shù)預(yù)計(jì)為7～9層。

該組塊稱重及重量轉(zhuǎn)移使用的設(shè)備為40 000 t精確稱重系統(tǒng),由控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)等三大部分組成,可實(shí)現(xiàn)的最大稱重能力達(dá)4.8×104t,可以同步控制120個(gè)400 t千斤頂[18-19]。實(shí)際使用80個(gè)400 t千斤頂(其中8個(gè)備用),于2019年3月12日完成稱重工作,3月14日開(kāi)始進(jìn)行重量轉(zhuǎn)移作業(yè),3月18日完成作業(yè),實(shí)際抽取7層即完成重量轉(zhuǎn)移作業(yè),用時(shí)約90.5 h,與上述計(jì)劃及工期基本吻合。具體工期執(zhí)行情況見(jiàn)表3。

表3 東方13-2CEPB組塊重量轉(zhuǎn)移實(shí)際用時(shí)

抽取層實(shí)際開(kāi)始時(shí)間實(shí)際完成時(shí)間實(shí)際工期/h備注第1層2019-03-14 15:002019-03-15 7:3016.50-第2層2019-03-15 7:302019-03-15 22:3015.00-第3層2019-03-15 22:302019-03-16 22:3024.00A 2腿2臺(tái)千斤頂更換第4層2019-03-17 6:002019-03-17 16:3010.50-第5層2019-03-17 16:302019-03-18 8:3010.0018日0點(diǎn)至6點(diǎn)未作業(yè)第6層2019-03-18 8:302019-03-18 17:288.97-第7層2019-03-18 17:282019-03-18 23:005.53-

大型組塊重量轉(zhuǎn)移受天氣、設(shè)備、人員經(jīng)驗(yàn)水平、配合默契程度、方案成熟度、場(chǎng)地準(zhǔn)備情況等因素影響,屬于重大風(fēng)險(xiǎn)作業(yè),也是進(jìn)度控制的重點(diǎn)。關(guān)鍵路徑是由關(guān)鍵工序連接而成的線路[20]。實(shí)際執(zhí)行中隨著各方配合越來(lái)越嫻熟、人員設(shè)備磨合度加強(qiáng),各層抽取作業(yè)效率逐漸提高,用時(shí)越來(lái)越短。在重量轉(zhuǎn)移開(kāi)始前應(yīng)根據(jù)重量轉(zhuǎn)移方案和程序，并結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)制定一系列的工作檢查清單,根據(jù)清單逐項(xiàng)落實(shí),各相關(guān)方檢查簽字確認(rèn)。在東方13-2 CEPB組塊重量轉(zhuǎn)移期間,由于準(zhǔn)備工作較充分,重量轉(zhuǎn)移工作基本按照計(jì)劃執(zhí)行,但仍出現(xiàn)了一些影響進(jìn)度的問(wèn)題,如在進(jìn)行第3層抽取作業(yè)時(shí),出現(xiàn)2臺(tái)千斤頂故障,需要進(jìn)行更換。因此在項(xiàng)目前期方案確定和計(jì)劃編制時(shí)，應(yīng)及時(shí)對(duì)重量轉(zhuǎn)移期間可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)予以識(shí)別,并采取應(yīng)對(duì)措施,對(duì)關(guān)鍵設(shè)備和資源提前做好預(yù)案。

4 結(jié)論

海洋平臺(tái)組塊重量轉(zhuǎn)移能否按時(shí)順利完成直接影響后續(xù)組塊裝船作業(yè),進(jìn)而影響組塊出海時(shí)間。只有將準(zhǔn)備工作做細(xì),對(duì)各種制約因素和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)提前識(shí)別并采取有效措施,重量轉(zhuǎn)移工作才能按期順利實(shí)施。

本文通過(guò)對(duì)高位建造的大型組塊重量轉(zhuǎn)移方法和施工步驟進(jìn)行詳細(xì)分析,制定小時(shí)計(jì)劃,定量評(píng)估重量轉(zhuǎn)移工期,并結(jié)合已成功實(shí)施的東方13-2 CEPB組塊重量轉(zhuǎn)移情況實(shí)證,為大型組塊重量轉(zhuǎn)移工期的準(zhǔn)確評(píng)估提供了參考和依據(jù)。在后續(xù)研究中,應(yīng)重點(diǎn)針對(duì)各種制約因素(包括風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)等),對(duì)重量轉(zhuǎn)移工期的影響進(jìn)行系統(tǒng)研究,以便更準(zhǔn)確地評(píng)估大型組塊重量轉(zhuǎn)移工期。