錨泊受限下的超寬較重組塊安裝技術

朱起東 邵亮亮 于亮 余承龍 葉皓軒 匡楊 徐勤宇 路健健

（海洋石油工程股份有限公司，天津300461）

1 引言

近年來，隨著國際貨運和海洋工程的發(fā)展，國內(nèi)海洋工程技術也在不斷的進步和發(fā)展，導管架安裝的作業(yè)水深已經(jīng)從渤海的幾十米到南海的300米，對應組塊的結(jié)構重量也從幾百噸逐漸增長到幾千噸甚至近萬噸，超寬、較重組塊的海上安裝已經(jīng)逐漸出現(xiàn)在人們的視野。國內(nèi)外大型油田也經(jīng)常出現(xiàn)超寬、較重組塊的安裝需求，但受限于運輸駁船的能力及浮吊船的能力，該類組塊的海上施工已經(jīng)成為了較大的難題。這種超寬、較重組塊使用大型駁船進行遠距離運輸，不僅對駁船自身的能力提出了更高的要求，也對海上的安裝技術提出了更為精確和嚴格的要求。那么該類組塊以何種方向、位置布置在駁船上，海上施工的跨距及浮吊船的吊重能力是否滿足要求，就成為了急需解決的問題。

2 背景介紹

本文主要根據(jù)國內(nèi)某項目導管架及組塊的海上施工作業(yè)遇到的困難展開方案的研討和分析，針對該項目1-3超寬、較重組塊的陸地裝船和海上施工遇到的難題進行研究，爭取在保證項目工期的前提條件下，選擇一種最為經(jīng)濟、最為省力的方案，作為項目的主要方案。

某項目包括9套導管架平臺及兩座消防艇靠泊平臺的安裝工作，其中1-3組塊為8腿導管架及組塊，組塊吊裝重量為3357噸，組塊結(jié)構尺寸為50m×30m×7.93m，MD1-6為四腿導管架及組塊，組塊重量約為400噸，該作業(yè)區(qū)域水深15.5米。該項目中，1-3組塊可以定義為尺寸超寬，重量較重的大型組塊。本項目的海上平臺總體布置如圖2-1所示。

圖2-1 本項目海上平臺布置

土木工程拓展署（CEDD）、漁農(nóng)自然管理署（AFCD）、海事局（MD）等對允許拋錨區(qū)進行嚴格限定，增加海上系泊難度。在本項目平臺東側(cè)拋泥區(qū)，錨攬可進入500m，西北方向擬建海洋公園，允許拋錨進入723m*1230m區(qū)域，港深邊界不允許跨越，以及需要跨越9號、10號已有海底管線等，導致本項目平臺位置十分特殊，需在拋錨也十分受限的情況下，提供一種僅使用自有船舶的合理的靠泊方案供海上施工使用。另外，在組塊海上施工時，MD1-MD6導管架平臺海上已經(jīng)施工完畢。主作業(yè)船的#2、#3錨纜需帶纜到已有導管架主腿上，增加駁船靠駁難度。本項目的海上允許拋錨區(qū)域如圖2-2所示。

圖2-2 本項目海上允許拋錨區(qū)域

3 方案探討

3.1 方案一：兩組塊橫向布置

按照以往工程習慣，在組塊裝船時，盡量將組塊長度方向沿駁船船長方向擺放，海上施工時，由主作業(yè)船雙主鉤連接吊起后，垂直落到導管架過渡段上，完成組塊的海上吊裝工作。但由于改項目1-3組塊的重量較大，尺寸較寬，主作業(yè)船藍鯨需使用雙鉤頭，但雙鉤頭位置已經(jīng)固定，導致組塊在起吊之后無法旋轉(zhuǎn)，組塊無法按照項目既定位置就位。若使用此種方式在駁船上布置組塊的話，主作業(yè)船必須進塢修船，將雙鉤頭改造為單鉤頭，方可實現(xiàn)該組塊的吊裝并旋轉(zhuǎn)作業(yè)。組塊橫向布置在駁船上，與主作業(yè)船“T”形靠駁如圖3-1所示。

圖3-1 組塊橫向布置“T”形靠駁

但由于主作業(yè)船進塢改造周期較長，改造成本較高，會導致整個項目的進度落后，無法滿足項目整體的進度需求，因此，要棄置此種方案，需要考慮更好的方案。

3.2 方案二：兩組塊縱向?qū)χ胁贾?/h3>

為了避免對主作業(yè)船的鉤頭進行改造，在裝船時必須按照海上結(jié)構既定位置將組塊布置在駁船上。本方案中，主要考慮將組塊縱向布置在駁船的甲板面上，海上施工時，由主作業(yè)船吊起后，垂直落到導管架過渡段上，完成組塊的海上吊裝工作。組塊縱向布置在駁船上，與主作業(yè)船“T”形靠駁如圖3-2所示。該組塊寬度為50m，屬于超寬組塊。由于組塊的超寬特性，已經(jīng)在左右兩舷各探出接近9m。由于組塊探出駁船，海上駁船靠駁時仍需右舷靠主作業(yè)船，使得要對駁船的右舷升級改造，增加至少9m的鋼結(jié)構靠駁結(jié)構才能順利完成靠駁。而且組塊有左右兩軸同時探出，對結(jié)構強度難以保證。裝船過程也難以使用常規(guī)的三列小車，難度大幅度增加。因此，還需要考慮更好的方案。

圖3-2 組塊兩舷均探出時“T”形靠駁

3.3 方案三：兩組塊縱向布置左舷探出

既然將組塊對中布置時，駁船右舷會有較大探出，那么本方案考慮如果將組塊向左舷探出，右舷完全在甲板面內(nèi)部的情況。主要考慮將組塊縱向布置在駁船的甲板面上，海上施工時，由主作業(yè)船吊起后，垂直落到導管架過渡段上，完成組塊的海上吊裝工作。組塊縱向布置在駁船上，與主作業(yè)船“T”形靠駁如圖3-3所示。

圖3-3 組塊左舷探出時“T”形靠駁

按照此種組塊的布置方式，由于組塊僅左舷探出駁船，海上駁船靠駁時仍需右舷靠主作業(yè)船，無需對駁船的右舷升級改造，但左舷探出物長度達到15m。利用有限元等方式手段對結(jié)構物探出進行計算，得出組塊左側(cè)探出15m時，對結(jié)構強度難以保證。小車裝船也難以實施，施工難度大幅度增加。因此，還需要考慮更好的方案。

3.4 方案四：單組塊緊貼船尾橫向布置

經(jīng)過上述三種方案的討論，無論是將組塊橫向布置在駁船上，還是縱向均布布置，或者探出布置，都有較大缺陷或弊端，不能完全滿足組塊海上順利施工的條件。因此，考慮不使用“T”形靠駁，調(diào)整為“一”字靠駁的形式，將組塊緊貼在船尾布置。緊貼船尾橫向布置在駁船上，與主作業(yè)船“一”形靠駁如圖3-4所示。

圖3-4 主作業(yè)船與駁船“一”字靠駁

“一”字靠駁需要考慮到海上吊裝跨距的因素。由于組塊已經(jīng)超寬，在起吊后，還需留足夠的安全距離才能落到導管架就位位置上，且一個駁船只能布置一塊，對海上施工的連續(xù)性及可持續(xù)性得不到滿足。另外，主作業(yè)船有兩根纜繩需要帶到已有導管架主腿上，因此“一”字靠駁的風險更大因此，還需要考慮更好的方案。

4 最終方案

4.1 方案敲定

經(jīng)過上述一系列的研究，無論是何種擺放形式或者何種靠駁形式，都不能夠在最為經(jīng)濟的情況下和在保證結(jié)構穩(wěn)定的情況下，順利的進行海上施工。那么為了解決這一難題，我們想到更換自有駁船A，該駁船為30000t駁船，具有18000t滑移下水的能力，尺寸為：192.73m*52.5m/36m*12.75m。由于組塊的超寬50m性質(zhì)，我們將組塊的長度方向擺放在該駁船的寬度方向。正好可以避免組塊探出的問題，同時也保證了小車上船的可能性。圖4-1為兩個大型組塊在駁船A上的布置

圖4-1 兩組塊在駁船A上的布置

4.2 運輸駁船適當改造

由于駁船A是滑移下水駁，船尾位置原有兩處搖臂。但搖臂的強度不足以滿足上船的條件，因此要去掉搖臂，但去掉搖臂之后，甲板面上會留下凹陷。為解決這個問題，我們利用駁船自有楔塊固定在凹陷處，作為裝船小車的形式路徑，再另外制作楔塊，作為墊墩的支點。優(yōu)化后的裝船方案，體現(xiàn)了主作業(yè)船和駁船的完美配合，這也是項目得以順利實施的關鍵性因素。圖4-2與圖4-3為楔塊及船尾處的有限元分析結(jié)果，結(jié)果顯示，強度滿足裝船及運輸?shù)囊蟆?/p>

圖4-2 船尾楔塊處的有限元分析

圖4-3 運輸時船尾的有限元分析

4.3 海上靠駁

按照如此布置之后，在海上施工時，主作業(yè)船的#2、#3號錨攬放松，在多條拖輪的輔助下，將駁船A與主作業(yè)船進行靠駁作業(yè)?？狂g完成后，通過錨攬絞船，使主作業(yè)船到達組塊安裝位置。圖4-4為海上施工時，拖輪輔助駁船A進行靠駁

圖4-4 拖輪輔助駁船A靠駁

4.4 優(yōu)勢分析

上述這種安裝技術有如下幾個有點：駁船寬度大于組塊寬度，組塊結(jié)構強度得以保證。一個船次裝兩塊，保證施工的連續(xù)性。無需改造鉤頭，跨距滿足。自有船舶代替外租船舶，經(jīng)濟性好。小車裝船為常規(guī)作業(yè)，風險更低。拖輪輔助駁船A靠駁，安全性更好。

5 結(jié)語

本文詳細介紹了超寬、較重組塊的多種安裝方案，根據(jù)生產(chǎn)項目實際需求而進行了科技創(chuàng)新，通過創(chuàng)新、優(yōu)化設計、數(shù)值分析，解決了在錨位受限的情況下，國內(nèi)項目1-3組塊海上施工的難題。同時，也為超寬、較重、尺寸較大的組塊海上吊裝作業(yè)提供可行性方案，實現(xiàn)了高效、快速的大型組塊吊裝作業(yè)，大大提高了超寬、較重組塊海上施工的可操作性和可控性。

目前，該施工方法已在海上施工中得到驗證，為日后同類型的超寬、較重組塊海上安裝提供了寶貴的經(jīng)驗和思路。