半潛式平臺船體陸地建造布墩技術(shù)研究

楊風(fēng)艷,田旺生,宮晨,劉廣輝, 王崴

(海洋石油工程（青島）有限公司，山東青島 266520）

1 概述

陵水17-2氣田位于瓊東南盆地北部海域，水深為1220m-1560m，采用水下生產(chǎn)系統(tǒng)回接至深水浮式平臺的開發(fā)方案。陵水17-2半潛式生產(chǎn)儲油平臺船體由4根立柱、4段浮箱和4個連接節(jié)點組成，見圖1。

圖1 陵水17-2半潛式生產(chǎn)儲油平臺

船體主要參數(shù)見表1。

表1 陵水17-2半潛式平臺船體參數(shù)

陵水17-2氣田半潛式生產(chǎn)儲油平臺在海工青島場地建造?；诖瑝]使用計劃、場地承載力考慮，選取5#滑道作為船體搭載合攏施工場地。整船共分為34個總段。其中，底部節(jié)點和浮箱分為2個浮箱總段和4個L形總段，總段分段圖詳見圖2。L形總段預(yù)制成整體后，使用SPMT（Self-Propelled Modular Transporter）軸線車運輸就位進(jìn)行合攏，以提高船體建造合攏效率。

圖2 陵水17-2半潛式船體分段圖

在船體建造墊墩布置設(shè)計方面，主要需要考慮以下幾點[1]：

2）L形總段采用直接運輸就位的形式進(jìn)行搭載合攏，墊墩需要考慮運輸車、滑道塊位置，避免碰撞。

3）立柱重量通過節(jié)點往下傳遞，因此船體主要重量集中于船體節(jié)點區(qū)域；

4）浮箱主要是壓載艙，強(qiáng)度相對來說較低，其下墊墩只能承受自身重量，無法分擔(dān)船體立柱和節(jié)點重量；

本文根據(jù)船體建造各階段及裝船工況，設(shè)計其墊墩布置方案，并建立有限元模型，對船體及墊墩進(jìn)行強(qiáng)度校核。其墊墩設(shè)計及布置經(jīng)驗為后續(xù)類似項目提供參考。

2 墊墩設(shè)計

2.1 裝船墊墩設(shè)計

船體建造完成后，采用液壓滑靴進(jìn)行裝船，液壓滑靴頂板尺寸為720*800mm，直接頂升船體底部將會破壞船體結(jié)構(gòu)?？紤]在液壓滑靴頂板和船體底板間增加墊墩，一方面增大船體受力面積，滿足結(jié)構(gòu)受力要求；另一方面，船體底板不同板厚間為中對齊，底面存在高度差，在墊墩上增加相應(yīng)高差的墊木可以保證船體不同壁厚的底板良好受力。

船體的液壓滑靴頂升區(qū)域設(shè)計為加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，可以承受液壓滑靴頂升力，液壓滑靴將船體運輸?shù)今g船上以后，液壓滑靴撤出，裝船墊墩承受整船重量。因此，將裝船墊墩設(shè)計為T形鋼結(jié)構(gòu)，單個裝船墊墩承載力不小于64000KN，其頂面鋪設(shè)墊木，墊木厚度根據(jù)船體底面高差進(jìn)行刨削，使墊木與船體底面完全吻合接觸，如圖3所示。船體建造和海上運輸時，T形墊墩中間支撐做為主要承力結(jié)構(gòu)；船體裝船運輸時，液壓滑靴頂升T形墊墩兩翼，如圖4所示，滑道塊高度1.2m，液壓滑靴高度1.6m，船體底面距地3.8m。

圖3 裝船墊墩圖

圖4 裝船墊墩使用示意圖

2.2 運輸墊墩設(shè)計

L形總段預(yù)制完成后，使用SPMT軸線車直接運輸就位，其墊墩設(shè)計需要考慮：總段預(yù)制、SPMT運輸、船體搭載合攏工況。由于L形總段直接運輸就位，因此預(yù)制時墊墩高度宜與船體總裝合攏時底板距地高度3.8m一致，墊墩支撐船體肋位，滿足船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、預(yù)留SPMT軸線車通道即可。SPMT軸線車高度1.5m左右，墊墩需要設(shè)計SPMT軸線車頂升位置。L形總段運輸就位后，SPMT軸線車撤出，墊墩做為船體搭載合攏支撐。

綜合上述工況要求，設(shè)計一種“門”形運輸墊墩，單個運輸墊墩承載力不小于2400KN，見圖5所示，L形總段預(yù)制、運輸、合攏時均可以使用?！伴T”形高度滿足SPMT軸線車操作要求，“門”形寬度根據(jù)SPMT軸線車布置設(shè)計為兩種寬度，墊墩總高度滿足船體合攏高度要求，支撐強(qiáng)度滿足所有使用工況。運輸墊墩上部避開與裝船墊墩、船體陽極的碰撞，下部支腿設(shè)計為螺栓連接，L形總段預(yù)制運輸就位前，SPMT軸線車頂起運輸墊墩，拆除運輸墊墩支腿，以避免運輸墊墩支腿與滑道塊的碰撞，L形總段預(yù)制運輸就位后，直接將運輸墊墩放置于滑道塊上面，如圖6所示。

4.一般的綜合性商業(yè)體很少有長期滿鋪租賃的情況，運營中難免會有鋪位調(diào)整、商戶經(jīng)營困難不交租金后逃鋪、偏角位置無客戶認(rèn)同租賃等情況，導(dǎo)致空鋪位的存在；如果處理不當(dāng)，會被認(rèn)定為按原值交納房產(chǎn)稅的不利影響。

圖5 運輸墊墩圖

圖6 運輸墊墩使用示意圖

2.3 合攏墊墩設(shè)計

裝船墊墩、運輸墊墩足夠承載整船重量，但為了現(xiàn)場施工和精度控制需要，還需要增加合攏墊墩。根據(jù)合攏墊墩擺放在地面或滑道塊上，設(shè)計其為不同高度，見圖7，單個合攏墊墩承載力不小于1800KN。

圖7 合攏墊墩使用示意圖

3 布墩設(shè)計

根據(jù)船體建造施工需求，墊墩布置原則如下：

1）船體總段搭載合攏之前擺放好裝船墊墩，支撐船體底板加強(qiáng)區(qū)域，墊墩表面鋪設(shè)木頭，木頭刨削以與存在高度差的船體底板完全吻合；

2）運輸墊墩在L形總段預(yù)制時即當(dāng)作支撐，L形總段預(yù)制完成后SPMT軸線車頂升運輸墊墩進(jìn)行運輸，運輸就位后運輸墊墩當(dāng)作總裝支撐。

3）根據(jù)現(xiàn)場施工需要設(shè)置合攏墊墩，比如總段合攏口附近、精度控制關(guān)鍵點。

根據(jù)上述原則進(jìn)行墊墩布置，并建立全船有限元模型對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行校核[2][3]，計算時采用施加重力加速度方法計算結(jié)構(gòu)自重，調(diào)整有限元模型的重量重心和理論值保持一致。對于結(jié)構(gòu)應(yīng)力較大區(qū)域增加墊墩數(shù)量，應(yīng)力較小區(qū)域減少墊墩數(shù)量，優(yōu)化后的墊墩布置如圖8所示。

圖8 墊墩布置圖

圖9顯示了船體底板結(jié)構(gòu)應(yīng)力，浮箱區(qū)域應(yīng)力較小，節(jié)點區(qū)域應(yīng)力相對較大，最大應(yīng)力74.4MPa。鋼板屈服強(qiáng)度Fy=355MPa，取安全系數(shù)γ=1.43，許用應(yīng)力[σ]=Fy/γ=248MPa，最大應(yīng)力小于許用應(yīng)力，因此布墩設(shè)計滿足船體強(qiáng)度要求。

圖9 結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖

提取各墊墩支反力如表2所示，最大載荷均小于墊墩設(shè)計額定載荷，因此墊墩強(qiáng)度滿足使用要求。

表2 墊墩支反力

4 結(jié)論

陵水17-2氣田半潛式生產(chǎn)儲油平臺船體在滑道進(jìn)行建造，L形總段使用SPMT直接運輸就位，建造完成后使用液壓滑靴進(jìn)行裝船，本文根據(jù)施工要求設(shè)計了不同類型的墊墩，并對船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了強(qiáng)度校核分析。得出如下結(jié)論：

1）建立全船有限元模型進(jìn)行布墩分析，可以校核船體和墊墩是否滿足強(qiáng)度要求，進(jìn)而對布墩進(jìn)行優(yōu)化，既能消除布墩設(shè)計隱患，保證安全施工，又能避免無謂的增加墊墩數(shù)量和規(guī)格，造成材料浪費。

2）本項目針對設(shè)備尺寸和使用工況設(shè)計的墊墩形式，可以避開干涉碰撞，滿足施工需要，目前船體已經(jīng)順利建造完工，證明此墊墩設(shè)計和布墩方案確實可行，可為使用類似建造工藝的項目提供參考。