300 m級(jí)深水導(dǎo)管架分段建造精度控制工法探討

摘" " 要：深水導(dǎo)管架由于噸位、高度、工作環(huán)境等相對(duì)于淺水導(dǎo)管架有較大的變化，本文以300m級(jí)導(dǎo)管架建造中其分段建造的尺寸精度控制為案例，闡述了300m級(jí)深水導(dǎo)管架尺寸精度控制在結(jié)構(gòu)分段預(yù)制的主要工法，主要包括導(dǎo)管及拉筋接長(zhǎng)、花片預(yù)制、井口片預(yù)制、水平片預(yù)制、導(dǎo)管架預(yù)制風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施，并分析探討深水導(dǎo)管架尺寸控制預(yù)制階段的重點(diǎn)及難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：300m級(jí)深水導(dǎo)管架；分段預(yù)制；導(dǎo)管及拉筋接長(zhǎng)；井口片預(yù)制；風(fēng)險(xiǎn)；溫度補(bǔ)償

中圖分類號(hào)：TE54" " " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Discussion on Precision Control Method for Sections Construction of 300 m-Class Deep Water Jacket

MA Guangyao，" JIAO Fangli，" HUANG Xiaolong，" SHEN Chao，" ZHENG Wenyi

（ COOEC-Fluor Heavy Industries CO.， Ltd.，" Zhuhai 519000 ）

Abstract： The deep water jackets have significant changes in comparison with shallow water jackets because of tonnage， height and working environment. This paper takes the dimensional precision control of segments fabrication in the construction of 300 m deep water jackets as an example to elaborate the main methods for controlling the dimensional accuracy of 300 m deep water jacket in structural segment prefabrication. The main contents include the risk points analysis and countermeasures for the conduits and brace extension， prefabrication of cross panel and wellhead piece prefabrication， horizontal piece prefabrication and jacket prefabrication， and explore the key and difficult points in the prefabrication stage of deepwater jacket size control.

Key words： 300 m-class deep water jacket; sections prefabrication;" conduit and brace extension;" wellhead piece prefabrication;" risk;" temperature compensation

1" " "引言

隨著我國(guó)海洋石油開發(fā)不斷向深水領(lǐng)域邁進(jìn)，海上深水導(dǎo)管架平臺(tái)在海洋工程中也備受重視。超大型導(dǎo)管架建造過(guò)程中的尺寸精度控制技術(shù)是一項(xiàng)貫穿項(xiàng)目全生命周期的關(guān)鍵技術(shù)，其中結(jié)構(gòu)分段預(yù)制尺寸控制對(duì)整體導(dǎo)管架合攏尺寸控制有著至關(guān)重要的作用，深水導(dǎo)管架建造就像是搭積木，若分段尺寸控制不好就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)導(dǎo)管架合攏尺寸不受控制，300 m級(jí)深水導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)分段尺寸控制相對(duì)于淺水導(dǎo)管架更加復(fù)雜、困難，需研究新方法、新工藝，并形成一套新的尺寸控制技術(shù)，這對(duì)300 m級(jí)深水導(dǎo)管架的建造具有重要意義。在300 m級(jí)的深水導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)分段預(yù)制過(guò)程中，針對(duì)導(dǎo)管架尺寸預(yù)制階段精度控制難點(diǎn)及重點(diǎn)進(jìn)行預(yù)先分析，并根據(jù)結(jié)構(gòu)分段特點(diǎn)制定相應(yīng)的尺寸控制專項(xiàng)方案，以確保結(jié)構(gòu)分段尺寸處于受控狀態(tài)，為深水導(dǎo)管架合攏尺寸控制奠定良好的基礎(chǔ)。

2" " 導(dǎo)管架分段建造預(yù)制精度控制

2.1" "深水導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)分段預(yù)制前期準(zhǔn)備

中海福陸人秉持一顆為客戶打造精品工程的初心，為保證300 m級(jí)深水導(dǎo)管架完工尺寸滿足項(xiàng)目公差要求，公司決策：預(yù)制階段所有尺寸按照公差標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收。這有利于后道工序即總裝合攏階段的尺寸控制，同時(shí)減少了尺寸控制風(fēng)險(xiǎn)，為項(xiàng)目的尺寸控制指明了戰(zhàn)略方向，進(jìn)一步為項(xiàng)目完美交付奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)分段預(yù)制分段名稱如圖1所示。

2.2" "導(dǎo)管及拉筋尺寸控制

導(dǎo)管和拉筋是組成導(dǎo)管架主體結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件，控制好導(dǎo)管和拉筋的質(zhì)量是整個(gè)導(dǎo)管架項(xiàng)目質(zhì)量管理工作順利開展的基礎(chǔ)。因?yàn)閷?dǎo)管和拉筋非常多，每一根導(dǎo)管及拉筋由多個(gè)單節(jié)管接長(zhǎng)而成，因此必須保證每一段導(dǎo)管長(zhǎng)度在尺寸允許誤差內(nèi)，如果不嚴(yán)格控制就會(huì)造成誤差累積[1]，對(duì)后道工序的施工帶來(lái)不利影響，所以需要制定合理的尺寸控制方法和選擇精準(zhǔn)合理的測(cè)量基準(zhǔn)，來(lái)保證拉筋及導(dǎo)管尺寸滿足公差要求。

2.3" "拉筋接長(zhǎng)

在拉筋接長(zhǎng)階段，施工及檢驗(yàn)人員要根據(jù)單件圖來(lái)確認(rèn)測(cè)量位置，確定需要測(cè)量的內(nèi)容，例如：長(zhǎng)度、扭轉(zhuǎn)及直線度等，在拉筋上做好標(biāo)記點(diǎn)（樣沖點(diǎn)或其他標(biāo)識(shí)），并由質(zhì)量負(fù)責(zé)人對(duì)施工方及檢驗(yàn)員進(jìn)行技術(shù)質(zhì)量交底，明確以兩個(gè)“統(tǒng)一”為核心的尺寸控制思想（即統(tǒng)一測(cè)量方法、統(tǒng)一測(cè)量基準(zhǔn)），進(jìn)行尺寸控制，從而達(dá)到減少尺寸誤差累積的目的。

為防止導(dǎo)管或拉筋管接長(zhǎng)后縱縫、被交位置、加厚段位置偏離圖紙?jiān)O(shè)計(jì)位置和公差要求，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量情況，在接長(zhǎng)前切除、調(diào)整分段兩端留有的余量，分段接長(zhǎng)應(yīng)考慮焊接收縮，預(yù)留好收縮余量，確保焊接完成后整體長(zhǎng)度在公差要求范圍內(nèi)；在施工檢驗(yàn)過(guò)程中做好拉筋接長(zhǎng)記錄，為后續(xù)工作提供有效數(shù)據(jù)，同時(shí)也能保障拉筋一次接長(zhǎng)和二次接長(zhǎng)尺寸連續(xù)、系統(tǒng)有效的進(jìn)行控制，再次達(dá)到減少誤差累積的目的。

2.4" "加強(qiáng)環(huán)安裝

300 m級(jí)深水導(dǎo)管架加強(qiáng)環(huán)及壓潰環(huán)數(shù)量大，加強(qiáng)環(huán)達(dá)500多個(gè)、壓潰環(huán)近2 000個(gè)，在施工過(guò)程中要提前根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙確定好定位基準(zhǔn)端并做好標(biāo)記，提前確定定位基準(zhǔn)的尺寸、按圖施工，并滿足公差要求。加強(qiáng)環(huán)焊接完成后將實(shí)際位置反映到外皮，在0°、90°、180°、270°四個(gè)位置打上沖眼，做好標(biāo)記，后期節(jié)點(diǎn)位置及主導(dǎo)管開孔都需要以此為基準(zhǔn)，以保證節(jié)點(diǎn)位置加強(qiáng)環(huán)精確安裝。

2.5" "導(dǎo)管接長(zhǎng)

主導(dǎo)管在單管卷制階段對(duì)長(zhǎng)度、橢圓度、周長(zhǎng)、端面垂直度要嚴(yán)格控制，為后續(xù)導(dǎo)管接長(zhǎng)做好基礎(chǔ)工作；導(dǎo)管接長(zhǎng)包含直管段接長(zhǎng)、無(wú)節(jié)點(diǎn)直管段接長(zhǎng)、變徑導(dǎo)管腿接長(zhǎng)、彎頭導(dǎo)管接長(zhǎng)以及裙裝套筒接長(zhǎng)等幾種類型的接長(zhǎng)。導(dǎo)管接長(zhǎng)要根據(jù)加強(qiáng)環(huán)位置確定節(jié)點(diǎn)，以節(jié)點(diǎn)位置為基準(zhǔn)控制整段導(dǎo)管的長(zhǎng)度，保障節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的長(zhǎng)度及節(jié)點(diǎn)到兩端長(zhǎng)度滿足公差要求；直線度每3 m測(cè)一個(gè)點(diǎn)，保障整根導(dǎo)管的直線度滿足要求；在接長(zhǎng)過(guò)程中要注意校核縱縫扭轉(zhuǎn)，及時(shí)進(jìn)行修正，保障整根導(dǎo)管接長(zhǎng)后扭轉(zhuǎn)滿足項(xiàng)目要求。導(dǎo)管接長(zhǎng)過(guò)程中要詳細(xì)記錄每段接長(zhǎng)管的長(zhǎng)度（見圖3），并在非加厚段位置預(yù)留切割余量。

3" " "結(jié)構(gòu)分段預(yù)制

3.1" "下水滑斗預(yù)制

下水滑斗的小組（單段預(yù)制至20 m以上）、中組（多段接長(zhǎng)至60 m以上）和總組（多段接長(zhǎng)至200 m以上）階段都應(yīng)申請(qǐng)尺寸報(bào)檢，檢驗(yàn)內(nèi)容包括直線度、跨距、對(duì)角線、水平等。下水滑斗具有形狀細(xì)長(zhǎng)、筋板多、焊接量大等特點(diǎn)，焊接時(shí)易發(fā)生變形、因此要預(yù)先做好尺寸控制方案：焊前采取兩段下水滑斗背靠背的防變形措施，焊后采取火校、機(jī)械校正等校正措施，保障下水滑斗焊后尺寸滿足圖紙、公差要求。

3.2" "井口片預(yù)制

深水導(dǎo)管架井口預(yù)制時(shí)先完成內(nèi)部井口框架及井口導(dǎo)向整體預(yù)制，再完成外部框架安裝預(yù)制，井口片預(yù)制順序如圖4所示。

1）井口框架預(yù)制：測(cè)量節(jié)點(diǎn)尺寸及水平，確保其滿足公差要求。

2）井口導(dǎo)向安裝：在井口導(dǎo)向上部安裝臨時(shí)支撐并返出井口圓心；根據(jù)" "井口框架尺寸來(lái)確定井口導(dǎo)向定位，為保障外部框架預(yù)制時(shí)滿足公差要求，此階段井口導(dǎo)向位置現(xiàn)場(chǎng)按項(xiàng)目公差要求執(zhí)行，對(duì)井口導(dǎo)向的周長(zhǎng)、橢圓度及垂直度進(jìn)行檢驗(yàn)，并進(jìn)行焊前尺寸報(bào)檢。

3）井口焊接過(guò)程根據(jù)結(jié)構(gòu)形式及焊前數(shù)據(jù)制定焊接控制方案，焊接過(guò)程中對(duì)尺寸進(jìn)行監(jiān)控。

4）井口尺寸焊接完成后，對(duì)焊后尺寸進(jìn)行檢驗(yàn)。

5）滿足公差要求后，以井口尺寸為基準(zhǔn)控制外部框架尺寸，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式預(yù)留好焊接收縮余量，保障外部框架焊后尺寸滿足公差要求。

6）焊接過(guò)程中制定合理的焊接順序，保障整體焊后尺寸滿足公差要求。

7）預(yù)制完成后，在井口片兩側(cè)水平拉筋外側(cè)各返出1 m點(diǎn)、井口導(dǎo)向中心點(diǎn)貼上測(cè)量標(biāo)簽，以便總裝尺寸測(cè)量控制，見圖5。

3.3" "水平片及花片測(cè)量

通過(guò)坐標(biāo)控制法，在水平片及花片預(yù)制前根據(jù)線模放樣，確定尺寸控制點(diǎn)及每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的理論坐標(biāo)；在水平片及花片預(yù)制時(shí)根據(jù)放樣尺寸在實(shí)物上返出節(jié)點(diǎn)及自由端L8的1 m測(cè)量控制點(diǎn)，通過(guò)測(cè)量尺寸控制點(diǎn)的實(shí)際值與理論值對(duì)比確定是否合格。因拉筋組片階段安裝位置有一定的誤差，就會(huì)影響拉筋到節(jié)點(diǎn)位置的長(zhǎng)度，所以需對(duì)拉筋長(zhǎng)度再次校核，對(duì)拉筋長(zhǎng)度提前做出調(diào)整，減少高空修口工作，并確保其滿足公差要求。

3.4" "裙樁套筒尺寸控制

檢驗(yàn)人員要熟悉裙樁建造順序及控制重點(diǎn)，提前確定套筒測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)[2]，根據(jù)建造方案：裙樁套筒在地面上整體進(jìn)行預(yù)組裝、然后拆成分段進(jìn)行高空吊裝，詳細(xì)步驟如下：

1）套筒吊裝前在套筒內(nèi)支撐上返出前后圓心點(diǎn)，并用全站儀進(jìn)行校檢其準(zhǔn)確性;

2）主導(dǎo)管擺放位置確認(rèn)，確保其滿足公差要求，通過(guò)最高點(diǎn)到180°線的弧長(zhǎng)初步確定主導(dǎo)管位置是否正確，再通過(guò)全站儀測(cè)量精確調(diào)整;

3）整體預(yù)組裝階段重點(diǎn)檢查各個(gè)套筒相對(duì)于與主導(dǎo)管中心線的平行度，導(dǎo)管與套筒、套筒與套筒之間的相對(duì)位置。以主導(dǎo)管為基準(zhǔn)測(cè)量裙樁套筒位置，保證其位置滿足公差要求（最優(yōu)中心線12 mm以內(nèi)）。

4" " "導(dǎo)管架預(yù)制階段風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施

4.1" " 拉筋及導(dǎo)管扭轉(zhuǎn)

右端180°線相對(duì)于左端180°線扭轉(zhuǎn)弧長(zhǎng)（外皮），扭轉(zhuǎn)直接測(cè)量的是最高點(diǎn)到180°線的距離，并計(jì)算出到母線的距離，控制措施如下：

1）導(dǎo)管接長(zhǎng)時(shí)，每節(jié)管接長(zhǎng)時(shí)要對(duì)180°線扭轉(zhuǎn)進(jìn)行校核，微調(diào)，保障導(dǎo)管最終扭轉(zhuǎn)尺寸滿足公差要求，防止扭轉(zhuǎn)超差；

2）在拉筋、導(dǎo)管接長(zhǎng)時(shí)通過(guò)自檢、互檢、專檢的檢驗(yàn)流程，保障導(dǎo)管及拉筋扭轉(zhuǎn)滿足項(xiàng)目公差要求。

4.2" "井口預(yù)制尺寸控制

300 m級(jí)深水導(dǎo)管架井口層層數(shù)眾多，每層井口導(dǎo)向數(shù)量多，井口結(jié)構(gòu)形式也不一樣，井口片在預(yù)制過(guò)程中若考慮不周會(huì)造成井口超差的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致井口返工，控制措施如下：

1）根據(jù)圖紙結(jié)構(gòu)形式提前考慮預(yù)留焊接收縮余量或增加支撐固定，保證焊后尺寸合格；

2）對(duì)于非常規(guī)形式的井口，增加過(guò)程尺寸監(jiān)控，若發(fā)現(xiàn)有超差風(fēng)險(xiǎn)及時(shí)預(yù)警，通過(guò)調(diào)整焊接順序或其它措施，保障焊后尺寸合格。

4.3" "溫度補(bǔ)償

300 m級(jí)深水導(dǎo)管架體積龐大，建造周期長(zhǎng)，拉筋及導(dǎo)管預(yù)制階段長(zhǎng)度有超100 m的，跨過(guò)不同的季節(jié)溫度變化大，如珠海市近幾年5-10月份白天平均溫度30 ℃，極端高溫35 ℃。鋼材表面溫度比環(huán)境溫度還要高10-20 ℃。根據(jù)建造經(jīng)驗(yàn)：碳鋼材質(zhì)的型材每當(dāng)溫度變化10 ℃時(shí)，10 m的長(zhǎng)度就會(huì)有1毫米的誤差。為避免溫差變化[3]引起結(jié)構(gòu)尺寸的偏差，同時(shí)為統(tǒng)一施工和驗(yàn)收時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)設(shè)計(jì)溫度，進(jìn)行統(tǒng)一的溫度換算。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可采用如下公式：

L=Ls-Ls×α×（T1-T2）" " " " " " " " " " " " " " " " " " （1）

式中：L為溫度換算后長(zhǎng)度，mm；Ls為實(shí)際測(cè)量長(zhǎng)度，mm；Α為比例常數(shù)，根據(jù)項(xiàng)目而定；T1為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際溫度， ℃；T2為標(biāo)注溫度，℃。

5" " "結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合300 m級(jí)深水導(dǎo)管架建造項(xiàng)目中對(duì)導(dǎo)管架的分段建造其導(dǎo)管及拉筋接長(zhǎng)、花片預(yù)制、井口片預(yù)制、水平片預(yù)制等關(guān)鍵工序的精度控制與工藝優(yōu)化，闡述了分段建造過(guò)程中的精度控制方法與關(guān)鍵工藝的控制要點(diǎn)，使分段合攏的高空作業(yè)變?yōu)榈孛孀鳂I(yè)，減少了分段合攏工作量，提高了生產(chǎn)效率，特別是提高了項(xiàng)目施工的安全性。同時(shí)，通過(guò)對(duì)導(dǎo)管架預(yù)制風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)分析及制定應(yīng)對(duì)措施，為項(xiàng)目如期圓滿完成奠定了良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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