半潛式起重拆解平臺(tái)特殊出塢方法論述

孫學(xué)榮，徐浩文，陳伶翔

(招商局重工(江蘇)有限公司，江蘇 海門 226116)

半潛式起重拆解平臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱平臺(tái))是大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)海洋資源，維護(hù)海洋權(quán)益的重器。中國(guó)勢(shì)必要大力提高平臺(tái)這種重型裝備的研發(fā)制造實(shí)力。平臺(tái)具有自重大、有效負(fù)荷大、復(fù)雜海況適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，其由平臺(tái)主體、立柱、下浮體3部分構(gòu)成[1]。提供浮力的下浮體水平方向尺度相對(duì)平臺(tái)主體要小，導(dǎo)致其空船吃水相對(duì)一般船舶要深，對(duì)于大型平臺(tái)通常設(shè)計(jì)空載吃水會(huì)超過10 m。

長(zhǎng)江下游地區(qū)是中國(guó)船舶與海洋工程修造產(chǎn)業(yè)的核心基地，而長(zhǎng)江主航道維護(hù)水深僅為12.5 m，長(zhǎng)江沿岸各修造廠干船塢所能達(dá)到的水深更是遠(yuǎn)小于12.5 m。平臺(tái)難以從長(zhǎng)江沿岸的造船廠順利出塢。水深這一限制因素極大阻礙了長(zhǎng)江流域平臺(tái)的修造能力，無法充分調(diào)用長(zhǎng)江沿岸的產(chǎn)業(yè)資源，弱化了產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。為了發(fā)揮長(zhǎng)江流域的的產(chǎn)業(yè)集群優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)該類平臺(tái)的修造能力，需要提供一種新的技術(shù)方法來解決上述困境，充分發(fā)揮長(zhǎng)江流域的船舶與海洋工程裝備制造業(yè)能力。

1 降低平臺(tái)吃水出塢方案設(shè)計(jì)思路

目標(biāo)平臺(tái)出塢重量的核心依據(jù)為建造方技術(shù)部門按月更新的重量報(bào)告。同時(shí)依據(jù)建造方對(duì)項(xiàng)目在出塢節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)建造進(jìn)度，刪減重量報(bào)告中的項(xiàng)目。此外還需考慮到出塢節(jié)點(diǎn)，平臺(tái)上會(huì)存在相當(dāng)數(shù)量的腳手架、臨時(shí)工具箱、臨時(shí)工裝等一系列非空船重量項(xiàng)目，故需要對(duì)此類項(xiàng)目的重量重心進(jìn)行合理的估算，以確定出塢階段目標(biāo)平臺(tái)的重量重心參數(shù)。

利用確定的出塢節(jié)點(diǎn)目標(biāo)平臺(tái)的重量重心參數(shù)，對(duì)目標(biāo)平臺(tái)進(jìn)行出塢狀態(tài)的裝載計(jì)算，盡可能用最少量的壓載水使得平臺(tái)達(dá)到正浮狀態(tài)，得出平臺(tái)在不借助外界輔助下的出塢吃水[2]。

綜合考量建造方實(shí)際船塢及碼頭的硬件條件，包括塢底板距離0潮位水深高度、船塢門檻高度、塢內(nèi)平臺(tái)塢墩高度、平臺(tái)出塢最淺點(diǎn)水深、出塢時(shí)間段潮水狀況等由專業(yè)的引水員確定目標(biāo)平臺(tái)允許的最大出塢吃水。根據(jù)目標(biāo)平臺(tái)在不借助外界輔助作用下的出塢吃水與建造方硬件條件決定的允許最大出塢吃水的差距確定目標(biāo)平臺(tái)需獲得的額外浮力，以確保其能夠以適宜的吃水完成出塢作業(yè)[3]。

根據(jù)提供額外浮力的浮體以及浮體與目標(biāo)平臺(tái)之間相互連接作用的方式，提出4種可能的技術(shù)方案，分別是打撈浮筒托浮方案和駁船底部托抬方案、駁船斜拉桿上拉方案和平臺(tái)主體底部頂升方案，并分析各自的技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)，并選擇最佳方案。

2 打撈浮筒托浮方案

打撈浮筒是專門用于打撈沉船，救援失事船舶及水面船舶的拖帶、扶正專用容器。打撈浮筒通常外形為圓柱形，兩端封頭呈橢球形，內(nèi)部由水密隔壁分割成前后2個(gè)端艙、中間1個(gè)中艙和1個(gè)空氣室。艏艉端艙及中艙可以灌入壓載水使得浮筒下沉，同時(shí)可以利用壓縮空氣將壓載艙中的水排出[4]。全國(guó)僅廣州、上海、煙臺(tái)3家打撈局存在打撈浮筒，按其所能提供的最大浮力可以分為3 000 kN、5 000 kN、8 000 kN、12 000 kN浮筒。

2.1 打撈浮筒托浮方案簡(jiǎn)介

打撈浮筒成對(duì)使用，通過鋼絲繩將一對(duì)浮筒串聯(lián)起來。鋼絲繩一端系于打撈浮筒上端的纜樁，另一端穿過浮筒內(nèi)部的導(dǎo)覽管，兜住平臺(tái)的下浮體底板，從另外一只打撈浮筒的導(dǎo)覽管穿入，并系于另外一只打撈浮筒的纜樁上[5]。打撈浮筒平面布置示意圖見圖1，各對(duì)浮筒按照上述方式依次在船塢內(nèi)串聯(lián)完畢，船塢通過塢門進(jìn)水，浮筒在浮力作用下逐漸上浮至圖2所示的位置。隨著塢內(nèi)水位逐漸增加，打撈浮筒沒入水中的體積逐漸加大，鋼絲繩對(duì)平臺(tái)下浮體的作用力逐漸增加至設(shè)計(jì)目標(biāo)。最終平臺(tái)在其自身浮力以及打撈浮筒對(duì)其產(chǎn)生的向上拉力的共同作用下，以適宜出塢的吃水起浮。

當(dāng)平臺(tái)出塢結(jié)束，將平臺(tái)拖至碼頭較深水域(位置滿足平臺(tái)可依靠自身浮力漂浮)，通過對(duì)打撈浮筒內(nèi)部壓載艙進(jìn)行壓載，平臺(tái)自身配合調(diào)載，打撈浮筒對(duì)平臺(tái)的作用力逐漸下降為0。然后持續(xù)對(duì)浮筒內(nèi)進(jìn)行灌水，至其與平臺(tái)下浮體完全脫離。

圖1 打撈浮筒平面布置示意圖

圖2 打撈浮筒側(cè)向布置示意圖

2.2 打撈浮筒托浮方案分析

1)打撈浮筒為圓筒狀，當(dāng)打撈浮筒與平臺(tái)分離時(shí)，不再受約束且將會(huì)自由旋轉(zhuǎn)，難以控制。

2)浮筒分離后，由于難于控制，必將對(duì)新建的平臺(tái)舷側(cè)的油漆造成剮蹭。如果剮蹭部位在水下，其修補(bǔ)及檢驗(yàn)的代價(jià)極高。

3)出塢后浮筒與平臺(tái)下浮體分離需要將浮筒全部沉入水底，浮筒加水下沉至少3 h，但平臺(tái)帶著浮筒無法靠泊，在分離期間，由于江水漲落潮的影響，平臺(tái)很難保持船位。

4)由于打撈浮筒操作復(fù)雜，使用過程中操作人員也有極大的安全風(fēng)險(xiǎn)，即使是經(jīng)驗(yàn)豐富的打撈作業(yè)專家，也并不推薦使用浮筒作業(yè)。

3 駁船底部托抬方案

3.1 駁船底部托抬方案簡(jiǎn)介

此方案中利用駁船提供額外浮力，且駁船兩端需要足夠大的浮箱以保證分離時(shí)駁船的穩(wěn)性，如果沒有浮箱，需要駁船型深足夠，以防止在分離過程中駁船完全沉入水底[6]。駁船底部裝焊工字梁抬升工裝，抬升工裝與平臺(tái)船底板接觸，將駁船浮力轉(zhuǎn)移至平臺(tái)船底板。抬升工裝與平臺(tái)船底板接觸區(qū)域敷設(shè)橡膠,用于保護(hù)平臺(tái)船底板。駁船及抬升工裝平面布置示意圖見圖3，側(cè)向布置示意圖見圖4。

在平臺(tái)拖至靠泊位置以后，將駁船加水，抬升工裝與平臺(tái)之間的作用力持續(xù)減小為0。繼續(xù)向駁船內(nèi)加水，抬升工裝將會(huì)在重力作用下與船底板脫離。把駁船整體拖離出平臺(tái)下方區(qū)域，拖至碼頭邊臨時(shí)靠泊，將駁船艙內(nèi)的水排出至駁船以正常的浮態(tài)漂浮[7]。

圖3 駁船及抬升工裝平面布置示意圖

圖4 駁船及抬升工裝側(cè)向布置示意圖

3.2 駁船底部托抬方案分析

1)駁船在塢內(nèi)進(jìn)入平臺(tái)下方困難。

2)抬升工裝安裝較困難，同時(shí)涉及拆除平臺(tái)塢墩。

3)底部抬升工裝為懸臂結(jié)構(gòu)，要承受巨大浮力，其高度至少達(dá)1 m。

4)抬升工裝在駁船底板以下，故平臺(tái)出塢吃水需要再度降低，以補(bǔ)償抬升工裝所占據(jù)空間 。

5)懸臂結(jié)構(gòu)容易發(fā)生變形，其最終與平臺(tái)底板接觸面積小，造成應(yīng)力過度集中。

6)接觸區(qū)域在水下，即使有橡膠皮保護(hù)，仍舊無法保證平臺(tái)底部油漆完整。而水下油漆檢驗(yàn)及涂補(bǔ)的代價(jià)極高。

4 駁船斜拉桿上拉方案

4.1 駁船斜拉桿上拉方案簡(jiǎn)介

此方案中需要利用駁船提供額外浮力。且駁船兩端需要足夠大的浮箱以保證分離時(shí)駁船的穩(wěn)性，如果沒有浮箱，需要駁船型深足夠，以防止在分離過程中駁船完全沉入水底。此外駁船兩舷側(cè)需要增加浮箱，用于作為斜拉桿的著力點(diǎn)。駁船與平臺(tái)的下浮體上表面通過斜拉桿進(jìn)行連接，用以傳遞駁船對(duì)平臺(tái)的浮力。斜拉桿在駁船及平臺(tái)上的懸掛點(diǎn)均采用銷軸進(jìn)行連接。駁船舷側(cè)布置靠球或者輪胎等護(hù)舷以保證駁船在分離的時(shí)候與平臺(tái)浮筒發(fā)生碰撞時(shí)不會(huì)破壞船體油漆[8]。駁船及斜拉桿平面布置示意圖見圖5，側(cè)向布置示意圖見圖6。

圖5 駁船及斜拉桿平面布置示意圖

圖6 駁船及斜拉桿側(cè)向布置示意圖

把平臺(tái)拖至靠泊位置，將駁船加水，連接駁船和平臺(tái)的拉桿受力逐漸下降。當(dāng)拉桿不再對(duì)平臺(tái)有作用力，斜拉桿與平臺(tái)連接的銷軸出現(xiàn)松動(dòng)，拆除位于平臺(tái)下浮體上表面的拉桿定位銷，將駁船整體拖離出平臺(tái)下方區(qū)域，至碼頭邊臨時(shí)靠泊。將駁船艙內(nèi)的水排出至駁船以正常的浮態(tài)漂浮[9]。

4.2 駁船斜拉桿上拉方案分析

1)拉桿連接點(diǎn)局部強(qiáng)度需要慎重考慮。

2)拉桿可能由于受力不均，導(dǎo)致部分拉桿受力過大。

3)在浮箱面上焊接及加強(qiáng)拉桿施力點(diǎn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工有重大影響。

4)駁船與平臺(tái)分離時(shí)，若出現(xiàn)某些拉桿卡住，則需要人工切割；如果應(yīng)力突然釋放，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故。

5 平臺(tái)主體底部頂升方案

5.1 平臺(tái)主體底部頂升方案簡(jiǎn)介

采用一艘駁船作為提供浮力的工具，駁船上放置桁架結(jié)構(gòu)或者其他尺度相對(duì)較小的駁船作為支撐結(jié)構(gòu)。在支撐結(jié)構(gòu)最上端鋪設(shè)墩木用于和平臺(tái)主體底板接觸。駁船受到的浮力通過支撐結(jié)構(gòu)及墩木傳遞至平臺(tái)主體底板。船塢內(nèi)水位逐步上漲，駁船對(duì)平臺(tái)提供的浮力逐級(jí)增加，直至平臺(tái)以適宜出塢的吃水在塢內(nèi)起浮[10]。駁船及支撐工裝平面布置示意圖見圖7，縱向布置示意圖見圖8。

圖7 駁船及支撐工裝平面布置示意圖

圖8 駁船及支撐工裝縱向布置示意圖

分離階段向提供浮力的駁船內(nèi)灌入壓載水，使得墩木體對(duì)平臺(tái)的作用力逐漸減少至0，并最終完全脫開。在墩木與平臺(tái)主體底板脫開足夠間隙后，利用拖船將駁船及工裝組合體拖出平臺(tái)下方區(qū)域，完成整個(gè)流程[11]。

5.2 平臺(tái)主體底部頂升方案分析

1)支撐工裝與平臺(tái)間沒有剛性連接，避免了對(duì)平臺(tái)的火工作業(yè)。

2)支撐點(diǎn)在平臺(tái)主體底板上，即使出現(xiàn)油漆破損，也易于修補(bǔ)。

3)支撐構(gòu)件與平臺(tái)接觸面積較大，受力較為均勻，不存在載荷過度集中的情況。

4)支撐工裝裝配工作量較大。

6 結(jié)束語

比較上述4種方案，從安全、對(duì)新建平臺(tái)結(jié)構(gòu)改動(dòng)、對(duì)新建平臺(tái)油漆保護(hù)3個(gè)方面綜合判斷，平臺(tái)主體底部頂升方案是最優(yōu)方案。通過采取平臺(tái)主體底部頂升方案，避免了危險(xiǎn)性的作業(yè)，使平臺(tái)的受力更加合理均勻，整個(gè)出塢流程更加順利。某公司采用該方案已順利實(shí)現(xiàn)將一艘平臺(tái)出塢吃水降低2 m，成功完成出塢，證明該方案的可靠性。