300 m級(jí)深水導(dǎo)管架總裝精度控制工法探討

摘" " 要：本論文以300 m級(jí)導(dǎo)管架建造總裝的精度控制為案例，分析了深水導(dǎo)管架總裝尺寸控制的重點(diǎn)及難點(diǎn)，闡述了導(dǎo)管架三維坐標(biāo)控制網(wǎng)的建立與維護(hù)、深水導(dǎo)管架基礎(chǔ)測(cè)量、導(dǎo)管架總裝尺寸控制等總組精度控制方法；分析了導(dǎo)管架總裝井口尺寸同心度以及沉降、地球曲率、溫度等對(duì)導(dǎo)管架的影響及應(yīng)對(duì)措施，為建造大型導(dǎo)管架的總裝尺寸控制提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：300米級(jí)深水導(dǎo)管架；三維坐標(biāo)控制網(wǎng)；總裝尺寸控制；溫度補(bǔ)償；地球曲率

中圖分類(lèi)號(hào)：TE54" " " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Discussion on the Precision Control Method for the Final Assembly

of 300-meter Deep Water Jacket

Ma Guangyao，" JIAO Fangli，" ZHAO Pengzhi，" Zheng Wenyi，" SHEN Chao

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

Abstract： This paper takes the precision control of the construction and final assembly of 300 meter deep water jacket as the carrier to analyze the key points amp; special difficulties on size control for jacket final assembly， and elaborates the overall group precision control of the final assembly for 300 meter deep water jacket， such as in the field of the establishment and maintenance of the three-dimensional coordinate control network of the jacket， the measurement of the foundation of the deep water jacket and the control of the final assembly size of the jacket. It analyzes the concentricity of wellhead size for jacket final assembly， settlement， earth curvature and temperature， which would influence the jacket as well as countermeasures. All this would provide the valuable experience for final assembly size control during construction of large jackets.

Key words： 300-meter deep water jacket;" three dimensional coordinate control network;" final assembly size control;" temperature compensation;" earth curvature

1" " "引言

300 m級(jí)海上深水導(dǎo)管架平臺(tái)各階段建造過(guò)程中的精度控制技術(shù)是一項(xiàng)貫穿項(xiàng)目全生命周期的關(guān)鍵技術(shù)，特別是其建造總裝中的坐標(biāo)控制網(wǎng)的科學(xué)、靈活、合理使用對(duì)于保證導(dǎo)管架的順利精準(zhǔn)建造至關(guān)重要，其中建造場(chǎng)地輻射范圍達(dá)到600 m，與常規(guī)普通海工產(chǎn)品相比具有占地面積大、范圍廣，尺寸跨度大等特點(diǎn)，需要消除各種累計(jì)誤差[1]的影響，例如地球曲率對(duì)高程和水平的影響非常明顯（經(jīng)嚴(yán)密計(jì)算會(huì)有28.3 mm的偏差值），已經(jīng)超出了該項(xiàng)目的公差要求；同時(shí)沉降控制和鋼結(jié)構(gòu)的受熱變形[2]控制也是歷史性技術(shù)難題。在項(xiàng)目實(shí)施中預(yù)先對(duì)這些難點(diǎn)重點(diǎn)進(jìn)行分析研究，制定控制專(zhuān)項(xiàng)方案，采取了諸多測(cè)量技術(shù)以及管理組織措施，以確?？傃b各個(gè)階段的尺寸均處于受控狀態(tài)。在該項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)了結(jié)果精確、安全可靠、技術(shù)科學(xué) 、經(jīng)濟(jì)有效的尺寸控制目標(biāo)。

2" " 導(dǎo)管架總組精度控制措施

2.1" 三維坐標(biāo)控制系建立與維護(hù)

300 m級(jí)深水導(dǎo)管架是一個(gè)精度要求高、容易產(chǎn)生誤差累積、測(cè)量任務(wù)重的項(xiàng)目，為方便對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行尺寸定位調(diào)整以及測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，特在中海福陸場(chǎng)地內(nèi)建立高精度測(cè)量控制網(wǎng)。

該控制網(wǎng)為300 m級(jí)深水導(dǎo)管架建造項(xiàng)目總裝尺寸控制的統(tǒng)一基準(zhǔn)，通過(guò)事先新建立的三維坐標(biāo)控制網(wǎng)和導(dǎo)管架設(shè)計(jì)模型相互匹配，建立深水導(dǎo)管架坐標(biāo)控制網(wǎng)模型，以達(dá)到控制單個(gè)片體吊裝定位尺寸及整體合攏尺寸的目的，同時(shí)為保障項(xiàng)目保質(zhì)保量的進(jìn)行和完美交付提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

測(cè)量小組根據(jù)滑道的尺寸位置和導(dǎo)管架總體建造方案，在項(xiàng)目前期，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察，進(jìn)行選取、埋點(diǎn)的工作，然后對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行實(shí)地測(cè)量并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而在深水導(dǎo)管架的外圍布置一級(jí)控制網(wǎng)；在項(xiàng)目施工過(guò)程中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況以及生產(chǎn)需求在滑道內(nèi)布設(shè)二級(jí)控制網(wǎng)（見(jiàn)圖1），通過(guò)多次測(cè)量，采用平差軟件平差和多測(cè)站之間相互驗(yàn)證等方法來(lái)提高控制網(wǎng)的精度，與之前的一級(jí)控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)，形成統(tǒng)一的三維坐標(biāo)控制網(wǎng)。在項(xiàng)目建造過(guò)程中，定期檢查控制點(diǎn)坐標(biāo)，及時(shí)對(duì)發(fā)生偏差的控制點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行修正，從而有效保障控制網(wǎng)精度持續(xù)滿(mǎn)足項(xiàng)目精度要求，繼而保障項(xiàng)目實(shí)體尺寸滿(mǎn)足項(xiàng)目公差要求。

2.2" "導(dǎo)管架總裝尺寸控制

導(dǎo)管架總裝尺寸控制流程見(jiàn)圖2。

2.3" "滑道擺放

滑道塊是導(dǎo)管架總裝的基礎(chǔ)，同時(shí)也是導(dǎo)管架拖拉裝船的保障，尺寸需要嚴(yán)格控制。根據(jù)導(dǎo)管架的建造方案對(duì)滑道塊、滑道板及限位角鋼進(jìn)行測(cè)量，主要測(cè)量滑道塊及滑道板水平度、間距及直線(xiàn)度、滑道傾斜度（按實(shí)際情況定）等內(nèi)容，確保其滿(mǎn)足項(xiàng)目公差要求。同時(shí)滑道梁應(yīng)與碼頭邊線(xiàn)垂直，保障導(dǎo)管架能順利拖拉。

2.4" "總裝階段尺寸控制

各分段在焊后尺寸合格后將總裝監(jiān)控點(diǎn)做好標(biāo)記，并根據(jù)圖紙及三維模型算出吊裝到位后理論坐標(biāo)，在吊裝過(guò)程中根據(jù)三維坐標(biāo)控制網(wǎng)進(jìn)行尺寸控制，可以做到邊測(cè)量邊調(diào)整，直到測(cè)量數(shù)據(jù)滿(mǎn)足公差要求。

2.5" "單根導(dǎo)管總裝合攏尺寸控制

單根導(dǎo)管吊裝時(shí)要將導(dǎo)管的最高點(diǎn)制作完成并調(diào)整好角度，吊裝過(guò)程中采取相應(yīng)措施防止管子轉(zhuǎn)動(dòng)。吊裝到位后，根據(jù)三維坐標(biāo)控制網(wǎng)對(duì)導(dǎo)管位置進(jìn)行調(diào)整，保障尺寸滿(mǎn)足公差要求。因每根導(dǎo)管及拉筋由多段接長(zhǎng)，為保障導(dǎo)管總體尺寸滿(mǎn)足公差要求，采取以下措施避免誤差累積：

1）總裝接長(zhǎng)時(shí)根據(jù)建造順序以第一段上節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)控制長(zhǎng)度；

2）每次接長(zhǎng)后均以基點(diǎn)控制點(diǎn)為準(zhǔn)（見(jiàn)圖3），防止誤差累積。

2.6" "井口片總裝尺寸控制

井口同心度尺寸控制是導(dǎo)管架尺寸控制重中之重，在吊裝過(guò)程中首先將下口調(diào)整到位（與主導(dǎo)管上已校準(zhǔn)好的腳印對(duì)正，見(jiàn)圖4），其次調(diào)整兩側(cè)拉筋的傾斜度，預(yù)留一定的前傾斜余量，最后測(cè)量井口導(dǎo)向的位置，并預(yù)留一定的焊接收縮余量，確保在合攏口焊接完成且吊機(jī)摘鉤后每層井口的位置在公差要求以?xún)?nèi)；把每層井口之間的數(shù)據(jù)做對(duì)比，確保任意三層及所有層井口同心度滿(mǎn)足要求。

2.7" "導(dǎo)管架頂部總裝尺寸控制

導(dǎo)管架頂部在海上需要與組塊底部對(duì)接，并且有多個(gè)單元組裝，尺寸要求嚴(yán)格，在總裝合攏過(guò)程尺寸要嚴(yán)格控制，安裝定位基準(zhǔn)點(diǎn)參見(jiàn)圖5.具體措施如下：

1）導(dǎo)管架頂部的尺寸需要和上部連接的組塊底部立柱等尺寸進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比和匹配；

2）根據(jù)組塊底部尺寸，從預(yù)制到總裝對(duì)頂部尺寸進(jìn)行嚴(yán)格控制；

3）導(dǎo)管的焊接進(jìn)行過(guò)程監(jiān)控測(cè)量，保障焊后尺寸滿(mǎn)足項(xiàng)目公差要求。

2.8" "裙樁套筒精度控制

深水導(dǎo)管架裙樁套筒由多個(gè)套筒組成，噸位比較大，并且上部導(dǎo)管高度約 100 m，距離遠(yuǎn)仰角大，尺寸控制難度增大，在總裝過(guò)程具體措施如下：

1）在裙樁預(yù)制階段，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況多做尺寸控制點(diǎn)，防止到高空因遮擋或其它原因看不到；

2）吊裝粗定位后，高空盡量用棱鏡對(duì)尺寸進(jìn)行測(cè)量，減少尺寸測(cè)量誤差；

3）焊前預(yù)留好焊接收縮量，制定好焊接順序；

4）總裝時(shí)需要考慮底部裙樁套筒的定位高度，預(yù)留足夠的沉降余量，防止因地基的沉降造成標(biāo)高超差，裙樁套筒總裝分段合攏過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證各分段尺寸滿(mǎn)足公差要求。

3nbsp; " 總裝風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施

3.1" 井口尺寸同心度控制

300 m級(jí)深水導(dǎo)管架井口層具有層數(shù)多、同層井口導(dǎo)向數(shù)量多、焊接量大、重量大的特點(diǎn)，尺寸控制難度增加，而且部分井口在非滑道區(qū)域的沉降量會(huì)增加，井口同心度尺寸存在超差風(fēng)險(xiǎn)，控制措施如下：

1）預(yù)制階段，嚴(yán)格控制井口與主要桿件的尺寸偏移，根據(jù)圖紙結(jié)構(gòu)形式考慮焊接收縮余量或增加支撐固定，保證焊后尺寸合格；

2）總裝井口片吊裝之前，對(duì)之前已安裝的井口片進(jìn)行整體偏移搭載模擬；

3）總裝階段，依次取已安裝的井口片尺寸，嚴(yán)格控制井口片的定位偏移，非滑道區(qū)井口總裝，要考慮沉降余量及焊接收縮量，保證尺寸滿(mǎn)足公差要求。

3.2" "不均勻沉降

根據(jù)已建造的300 m級(jí)深水導(dǎo)管架總裝施工沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，在整個(gè)導(dǎo)管架施工期間，隨著導(dǎo)管架自身重量的增加，會(huì)有沉降產(chǎn)生，又因外圍主導(dǎo)管建造所在區(qū)域?yàn)榉腔绤^(qū)域，導(dǎo)管架整體有不均勻沉降的現(xiàn)象。定期對(duì)總裝施工場(chǎng)地沉降值進(jìn)行測(cè)量調(diào)整，使之滿(mǎn)足總裝精度。并采取以下措施進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制：

1）沉降監(jiān)測(cè)：深水導(dǎo)管架建造期間根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在相對(duì)穩(wěn)定的滑道建造區(qū)域布置4～6個(gè)沉降監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)。因主導(dǎo)管在吊裝時(shí)與滑塊之間有間隙，為保證沉降數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，所以在滑道塊和主導(dǎo)管上對(duì)應(yīng)位置都做沉降觀測(cè)點(diǎn)（見(jiàn)圖6），有利于后期數(shù)據(jù)對(duì)比分析，以便采取相應(yīng)措施；

2）預(yù)留反沉降余量：根據(jù)詳設(shè)和業(yè)主批準(zhǔn)文件來(lái)預(yù)留非滑道區(qū)的反沉降余量，并按要求形成長(zhǎng)期監(jiān)控機(jī)制。根據(jù)方案要求定期觀測(cè)，每周觀測(cè)一次，若現(xiàn)場(chǎng)有大型吊裝，在吊裝前后會(huì)對(duì)沉降進(jìn)行觀測(cè)。如果沉降發(fā)生變化，需增加監(jiān)控頻率；

3）預(yù)警機(jī)制：對(duì)主導(dǎo)管和滑塊的沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、對(duì)比、分析，并及時(shí)反饋給項(xiàng)目組，若出現(xiàn)沉降量過(guò)大的情況，及時(shí)預(yù)警，并按照批準(zhǔn)的方案進(jìn)行調(diào)整。

3.3" "地球曲率對(duì)導(dǎo)管架尺寸控制的影響

在300 m級(jí)深水導(dǎo)管架三維坐標(biāo)控制網(wǎng)復(fù)核過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)站點(diǎn)高差數(shù)據(jù)不閉合，最終分析原因?yàn)榈厍蚯实挠绊憽Ｒ驗(yàn)樯钏畬?dǎo)管架結(jié)構(gòu)總體尺寸約為300 m，其尺寸控制網(wǎng)站點(diǎn)之間的最大跨度將達(dá)到600 m。導(dǎo)管架理論上需要在水平面內(nèi)臥式建造，但因地球?yàn)闄E球面，在建造過(guò)程中，不可避免地在高度方向上產(chǎn)生偏差，根據(jù)計(jì)算公式△H=D2/2R（R為地球半徑），600 m范圍內(nèi)，高度方向差值為28.3 mm，已超出規(guī)范要求。后期陸豐導(dǎo)管尺寸制定了應(yīng)對(duì)策略：" "（下轉(zhuǎn)第頁(yè)）（上接第頁(yè)）

1）在三維坐標(biāo)控制網(wǎng)高程上將地球曲率半徑平差后進(jìn)行歸算改正；

2）在主結(jié)構(gòu)測(cè)量時(shí)，對(duì)高程和水平數(shù)據(jù)進(jìn)行歸算改正，并用節(jié)點(diǎn)位置相近的站點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核。

3.4" "溫度補(bǔ)償

300 m級(jí)深水導(dǎo)管架體積龐大，空間結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，建造周期長(zhǎng)，不同的季節(jié)溫度變化大。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 ℃，溫度對(duì)導(dǎo)管架精度控制影響大。根據(jù)建造經(jīng)驗(yàn)：對(duì)于碳鋼材質(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 mm的誤差，為避免溫差變化引起結(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）

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

4" " 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)闡述大型導(dǎo)管架的總裝尺寸控制方案來(lái)解決建造導(dǎo)管架超大尺寸分段合攏施工的技術(shù)難題，如總裝建造過(guò)程中采用了導(dǎo)管架三維坐標(biāo)控制網(wǎng)技術(shù)、深水導(dǎo)管架基礎(chǔ)測(cè)量技術(shù)、導(dǎo)管架總裝尺寸控制技術(shù)、導(dǎo)管架風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)分析及制定應(yīng)對(duì)措施，為建造大型導(dǎo)管架的總裝尺寸控制提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

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