海洋平臺上部組塊生活樓建造中整體翻身吊裝技術(shù)的應用

藍國陽，胡性濤，阮勝福，李雯靜

（海洋石油工程股份有限公司 天津 300452）

1 研究背景

隨著海洋石油勘探開發(fā)的持續(xù)推進，我國廣大的沿海海域油氣開發(fā)熱潮不斷，但國內(nèi)從事海洋工程建設的企業(yè)卻非常有限，每個企業(yè)都是滿負荷甚至超負荷運行。以本公司為例，目前擁有天津塘沽、青島和珠海3個建造基地，年鋼材加工總量高達60萬t，但擁有滑道總數(shù)僅為16條，每年僅國內(nèi)的生產(chǎn)項目就多達幾十個，每個生產(chǎn)項目所面臨的場地資源短缺非常嚴重，如重型履帶吊機、滑道等限制性資源對項目建造的進度和實施起著決定性作用。滑道資源稀缺迫使我們創(chuàng)新改變、盡量減少每個組塊在滑道上的建造時間，這就需要盡量減少空間作業(yè)，因此，需考慮建造一體化和甲板片“反造”；目前組塊的甲板片都已經(jīng)采取一體化建造，而生活樓還是在組塊上建造，其建造時間長，大量占用滑道資源，如果能夠?qū)⑵渑驳綀龅厣戏丛?，待整體建造好后再翻身吊裝到組塊上，將會大幅縮短滑道的占用時間。

2 研究對象

以作者參與的某個油田的某期生產(chǎn)項目為例，該項目主要包括2個井口平臺，都屬于固定式海洋平臺類型［1］，下部結(jié)構(gòu)主要由導管架和鋼樁組成，上部結(jié)構(gòu)主要包括井口生產(chǎn)組塊和用于員工生活的生活樓模塊。生活樓模塊是坐落在上部組塊最頂層甲板上的獨立框架式結(jié)構(gòu)。生活樓模塊有3層甲板，其中需要翻身吊裝的是生活樓模塊的上面2層。2個平臺的生活樓模塊外形尺寸一樣，其中最上層甲板外形尺寸為26 m×8.8 m×4 m，結(jié)構(gòu)重量為45 t；中間夾層尺寸為30.85 m×16.85 m×4 m，結(jié)構(gòu)重量為65 t。

2.1 特點

關于生活樓整體反造、翻身吊裝的實踐［2］，從建造工藝來說，它具有2個可操作性的特點：①結(jié)構(gòu)重量較小，翻身吊裝完全可以實現(xiàn)；②公司甲板片的反造技術(shù)很成熟。但是翻身吊裝也面臨著不少問題，因為整體反造完工的生活樓相當于一個大尺寸箱型體，但跟其他箱型體比較，它又具有自己獨特的特征，這主要體現(xiàn)在：一是生活樓四周帶有墻皮骨架，所以整體反造完的生活樓相當于一個大而空的箱型體，箱型體的翻身吊裝本來就應用不多，更何況是如此大而空的箱型體，面臨的難度很大；二是重量分布很不均勻，重量分布幾乎在靠近甲板片一端，偏墜特別厲害，翻身過程中結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)性是否滿足要求，特別是墻皮的變形程度都需要特別關注；三是形狀不規(guī)則，兩側(cè)都有外伸部分，這會給翻身時提供支撐造成很大不便。

2.2 實施方法

以生活樓中間層甲板片為例。

2.2.1 吊裝步驟

①首先在場地上翻身建造，完成吊裝前期的準備工作，建造好的生活樓甲板片不僅包括水平片、墻皮骨架支撐和墻皮，還應該包括兩側(cè)供吊裝的臨時吊點，一側(cè)2個，利用XSTEEL模擬的3D模型見圖1。

圖1 生活樓模型Fig.1 Living quarter 3d model

②以右側(cè)底部的工字鋼為支撐，利用履帶吊將鋼絲繩懸在左側(cè)，先將左側(cè)吊起，并隨著高度的上升實現(xiàn)角度的旋轉(zhuǎn)，利用CAD建立的吊裝站位圖見圖2。

圖2 吊裝站位模擬Fig.2 Lifting position simulation

在此過程中，隨著翻身角度的變大，應該在左側(cè)墻皮倒地的地方放置一定高度的枕木，以防止當上吊到一定高度時，生活樓的重心與鋼絲繩處于同一鉛垂直線上，生活樓會加速自由側(cè)翻，進而對吊機形成瞬間沖擊力，所以放置枕木之后轉(zhuǎn)動到這個角度能阻止其自由側(cè)翻的過程，以實現(xiàn)有效控制。利用CAD建立的吊裝過程模擬圖見圖3。

圖3 生活樓翻身模擬1Fig.3 Lifting quarter turnover simulation 1

③隨著右側(cè)的上抬，左側(cè)也會離地，當離地到一定高度直至左側(cè)倒地枕木支撐處也離地一定高度時，利用CAD建立的吊裝過程模擬圖見圖4。

圖4 生活樓翻身模擬2Fig.4 Lifting quarter turnover simulation 2

④將鋼絲繩懸掛在左側(cè)吊點上，利用另外一臺履帶吊在右側(cè)緩慢將左側(cè)抬起到一定高度，直至翻身水平，最后利用2臺吊機吊裝就位。利用CAD建立的吊裝站位圖見圖5。

圖5 生活樓翻身吊裝模擬Fig.5 Lifting quarter turnover lifting simulation

2.2.2 翻身吊裝過程受力分析

整個吊裝動態(tài)過程可以簡化為幾個不同吊裝角度的吊裝就位分析［3］，本文以受力比較危險的0°和81°為例，通過SACS軟件模擬吊裝過程進行相應的有限元計算分析，按照API 21TH［4］和AISC 360—2010［5］的相關要求校核整個生活樓結(jié)構(gòu)桿件的強度和剛度。

①0°起吊時的狀態(tài)（SACS軟件模擬實際吊裝作業(yè)的有限元分析模型），見圖6、表1。

表1 SACS計算分析中桿件校核的結(jié)果概述Tab.1 Member check results summary in SACS calculation analysis

圖6 SACS吊裝模擬1（帶桿件截面參數(shù)）Fig.6 SACS lifting simulation 1（with members’ section information）

②81°起吊時的狀態(tài)（SACS軟件模擬實際吊裝作業(yè)的有限元分析模型），見圖7、表2。

表2 SACS計算分析中桿件校核的結(jié)果概述Tab.2 Member check results summary in SACS calculation analysis

圖7 SACS吊裝模擬 2（帶桿件截面參數(shù)）Fig.7 SACS lifting simulation 2（with members’ section information）

通過SACS吊裝分析發(fā)現(xiàn)，所有結(jié)構(gòu)的整體強度均滿足吊裝過程的要求，個別管節(jié)點的構(gòu)造UC大于1.0，而強度UC小于1.0是可以接受的；整個翻身吊裝過程中，最大桿件變形為1.634 cm，結(jié)構(gòu)整體剛好滿足要求，見圖8、表3。

表3 SACS計算分析中管節(jié)點校核的結(jié)果概述Tab.3 Joint can check results summary in SACS calculation analysis

圖8 SACS吊裝計算結(jié)果（節(jié)點最大變形結(jié)果）Fig.8 SACS lifting calculation result（joints maximum deformation results）

2.2.3 需要注意的問題

①整個翻身過程中，吊繩和卸扣是可以隨著吊臂的伸縮和吊機的移位進行轉(zhuǎn)動的，這就要求吊點不能帶耳板，因此，要求吊點主板強度相對高一些。

②整體反造完工的生活樓相近于一個大尺寸箱體，它的重心與以往所有吊裝的水平片等存在很大的差異，不在甲板片平面內(nèi)，相當于在Z向有一定的偏心。在吊裝和翻身的過程中由于偏心的原因而產(chǎn)生的角度變化需要引起足夠的重視。

③起吊時，鋼絲繩與墻皮交叉在一起，此時需要注意并考慮鋼絲繩對墻皮的擠壓是否會產(chǎn)生大的變形。因此，應盡量將吊點向外延伸一些。

④下層生活樓的形狀不規(guī)則，無法向規(guī)整箱型體提供支撐，因此，圖9右上所示這部分應該先不安裝，需要等2層就位后再安裝。

圖9 生活樓局部結(jié)構(gòu)詳圖（cad局部截圖）Fig.9 Living quarter local structure detail drawing（cad local screenshot）

⑤生活樓的體積較大，相對重量也不小，在噴砂過程中需整體拖裝到噴砂車間，這就需要有足夠的高度能滿足小車拖著它進入車間，也需要有能提供足夠支撐力的平板小車供使用。

⑥生活樓反向建造，在進入噴砂車間噴砂時，箱體內(nèi)部產(chǎn)生的砂體需要采用合適的方法清除出來。

3 結(jié) 論

生活樓整體翻身吊裝技術(shù)可行，但對以上注意事項要足夠重視，需要注意的是，在節(jié)約滑道資源的同時，可能需要付出更多的額外資源，如翻身吊裝的吊機資源和需要作為支撐的枕木。