海洋平臺(tái)的設(shè)計(jì)及建造施工

1、第四章 海洋平臺(tái)的設(shè)計(jì)及建造施工第一節(jié) 平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般步驟 海洋平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先是根據(jù)平臺(tái)作業(yè)海域的環(huán)境條件、海底土壤特性、 平臺(tái)的使用要求、 安全性、營運(yùn)性能、 建造工藝和維護(hù)費(fèi)用以及業(yè)主的期望等選 擇平臺(tái)的結(jié)構(gòu)型式方案。 由于平臺(tái)長期固定或系泊于特定的海域中作業(yè)， 它不像 一般船舶那樣， 遇到大風(fēng)浪可以避航， 因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中正確的確定海洋環(huán)境 條件顯得非常重要。海洋環(huán)境條件一般包括海域的水深、風(fēng)暴、波浪、海流、潮 汐、海底沖刷和滑移、 冰情和地震等。 這些海洋環(huán)境因素對(duì)平臺(tái)的安全和作業(yè)效 率有極大的影響。為了設(shè)計(jì)出滿足各項(xiàng)設(shè)計(jì)條件， 同時(shí)經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)良的平臺(tái)結(jié)構(gòu)， 往往需要選 擇多

2、種方案進(jìn)行分析比較， 最后選定最佳的方案。 因此平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)際上是一 個(gè)逐步逼近或試探的過程，例如挪威阿柯（AKER集團(tuán)設(shè)計(jì)的“阿柯一H3號(hào)半 潛式平臺(tái)就選擇了 A至H的8中方案進(jìn)行分析、篩選，最后選定了 H方案中的第 3種修改方案，平臺(tái)也因而取名為“阿柯 H3”。一般初步選定一種結(jié)構(gòu)型式， 確定平臺(tái)主要尺寸，具體進(jìn)行總體布置后，如 果是移動(dòng)式平臺(tái)則需要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)性能和穩(wěn)性的分析， 倘若不滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求和 有關(guān)范圍的規(guī)定，那么這種結(jié)構(gòu)型式就要被淘汰。為了進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全性校核， 需要進(jìn)行外載荷計(jì)算、 強(qiáng)力構(gòu)件尺寸的初步確定 和構(gòu)件材料的選取等工作， 最后進(jìn)行結(jié)構(gòu)的總體強(qiáng)度分析。 外載荷計(jì)算包括確

3、定 平臺(tái)的浮力、結(jié)構(gòu)重量、平臺(tái)的甲板載荷，由風(fēng)、浪、流、冰、地震引起的環(huán)境 載荷等，這些載荷直接影響著構(gòu)件的布置、 連接和尺寸的大小， 是決定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 優(yōu)劣的重要因素。 對(duì)于固定式平臺(tái)， 還需進(jìn)行樁基計(jì)算以及樁土結(jié)構(gòu)相互作 用的分析。平臺(tái)的所有強(qiáng)力構(gòu)件都必須符合規(guī)范的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)， 否則應(yīng)修改構(gòu)件的 尺寸和材料品種，直到滿足要求為止。在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度尺寸確定后應(yīng)對(duì)在總體布置時(shí)估算的結(jié)構(gòu)重量進(jìn)行校核，看其與 實(shí)際的是否一致，若相差較大還需要進(jìn)行調(diào)整。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最后一個(gè)階段是局部節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 平臺(tái)節(jié)點(diǎn)是重要的結(jié)構(gòu)部位， 它的強(qiáng)度和施工工藝往往直接影響平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)的壽命。圖41 為平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般流程。圖

4、4 1平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般程序第二節(jié) 海洋平臺(tái)建造施工(一) 海洋平臺(tái)建造的一般原則移動(dòng)式平臺(tái)和固定式平臺(tái)都是鋼質(zhì)海上建筑物。 對(duì)于前者，無論從設(shè)計(jì)原理、 建造工藝及工廠生產(chǎn)設(shè)備來看，還是從制造廠的地址設(shè)置、生產(chǎn)場(chǎng)地要求出發(fā)， 都與造船有很多相似之處。 因此由造船工業(yè)部門來承擔(dān)各類鋼質(zhì)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與建 造任務(wù)是合適、合理的。從我國實(shí)際上看，世界上許多海洋平臺(tái)建造業(yè)發(fā)展得快， 居于先進(jìn)地位的國家， 如英國、挪威等， 他們的平臺(tái)建造廠多數(shù)是由造船廠發(fā)展 而成。從 70 年代以來，我國已經(jīng)制造了若干種類的鋼質(zhì)平臺(tái)。如大連造船廠在70年代初建造的工作水深30m的“渤海一號(hào)”自升式平臺(tái)，1983年黃埔造船廠

5、制 造的“華海一號(hào)”自升式平臺(tái)， 1984年上海船廠制造的“勘探 3號(hào)”半潛式平 臺(tái)。此外，渤海石油公司還建造了一批40m下水深的導(dǎo)管架平臺(tái)，用以開發(fā)埕 北油田。平臺(tái)的甲板結(jié)構(gòu)支撐著主要的鉆井設(shè)備(如井架、各種機(jī)械裝置等) ，提供 了平臺(tái)的各種工作和生活模塊。所謂模塊，是指已進(jìn)行充分預(yù)舾裝的立體分段。 它們通常是分別進(jìn)行設(shè)計(jì)的， 所采用的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)可能各不相同， 設(shè)計(jì)思想也不 完全一致。 模塊通常不是由同一廠商或在同一地點(diǎn)建造的。 一般，模塊在陸上建 造，然后將其拖運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝。 由于海上氣候變化無常， 因此必須減少吊裝 時(shí)間，在有限的可作業(yè)環(huán)境條件下完成平臺(tái)上部模塊結(jié)構(gòu)的安裝。 隨著模塊

6、尺度 和重量的不斷加大，海上起重能力也在迅速提高?，F(xiàn)有模塊的重量大致范圍在 250350t，有時(shí)可達(dá)2000t。甲板設(shè)備組塊建造成尺寸約為 34.6mx 1518mx4.96.1m (1015ft X 60ft X 1620ft )的模塊。有時(shí)尺寸達(dá) 11mX 23mX 6.5m (35ft X 75ft X 21ft )。 下圖 42 為一甲板結(jié)構(gòu)的剖視圖?，F(xiàn)有起重船的起重能力決定了模塊的尺寸或 重量。圖 43 摘錄了模塊尺寸。 模塊在稱之為滑架的縱桁和衡梁的墊材上建造。 這些模塊被設(shè)計(jì)成能自己支撐的并跨于甲板基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的主要桁架之間。 其他各種 尺寸的滑架適合于準(zhǔn)備放在平臺(tái)甲板上較小較輕的設(shè)

7、備。甲tri rnD0ooJI tl*t*上 MAtH圖4-4平臺(tái)模塊示意圖對(duì)于最小的自升式鉆井平臺(tái)，模塊尺寸必須與鉆井裝置組塊的尺寸和布置想配合。某些方案對(duì)組裝鉆井裝置部件是適用的，見圖4 4圖42甲板結(jié)構(gòu)剖視圖模塊設(shè)計(jì)成能支撐其最大的固定和可變重量的組合。 最大的模塊起吊重量不應(yīng)超過317t，然而454t的模塊起吊重量也不罕見-30.OT-U血fb】遲健土曲方式平臺(tái)-77 102瑚折雷質(zhì)巻管媲甲臺(tái)+27.0(?ll*FKaifiIT=-irti矜一皿二射旳域般7Z7FLftWW49;aiEl 1 i：:喑皿鬧駅mim酬M V：加|響紂北粧卜他: -HumuLtH*諾枇 皿林!換歸1伽時(shí)怡砒

8、JU731r）-rr附制巴酬膈十解的酬酣恥 和的mm術(shù) mtifftlfi onsmUOX*M#t?jMWII 恫倔漿側(cè) 剛刪紳加m網(wǎng)箱城卻勒 m朋號(hào)狀尬ns】叫s陽同：!金切nXi3ittU rm if MX*g圖43甲板設(shè)備組塊的模塊尺寸（圖中表示英尺）堆道臨社擁減沖心抵覽規(guī)靠粗濺二一1/廿4*42獷甘并水電動(dòng)乩電272 LQC帖臺(tái)mt伽85t4Cr15Qt宜丹機(jī)平育Jstir rM/aft |1 45J(J*11 32圖45諾布爾鉆井公司27號(hào)鉆井裝置的正面圖（表示英尺，表示英寸） 甲板模塊可以在任一鄰近水域的遠(yuǎn)距離建造場(chǎng)地的地方建造，并由駁船運(yùn)送到近海處。設(shè)計(jì)中主要包括確定為上駁用的滑

9、梁和合適的寬度、吊環(huán)位置的設(shè)計(jì)和駁船海上運(yùn)輸期間適當(dāng)?shù)倪B接撐桿。（二）下水與海上安裝自升式平臺(tái)與半潛式平臺(tái)都有類似船體的下部浮體，對(duì)下水進(jìn)行必須的安 全計(jì)算，可以采用類似船舶下水的方法，用滑道或船塢下水。本節(jié)著重介紹導(dǎo)管 架平臺(tái)的下水和海上安裝。導(dǎo)管架在岸上制造完畢后，一般采用運(yùn)輸駁船將其運(yùn) 至海上施工現(xiàn)場(chǎng)，然后下水，扶正定位，打樁，并最后安裝上部甲板結(jié)構(gòu)，此時(shí) 整個(gè)導(dǎo)管架才算建造完畢。1、上駁與系緊將完工的導(dǎo)管架用滑道從總裝場(chǎng)地移到碼頭的下水駁上成為上駁。為防止 導(dǎo)管架在上駁過程中產(chǎn)生不容許的應(yīng)力集中和變形，要考慮陸上和船上的滑道保 持同一高度。駁船的縱傾要保持在最小限度，其載荷分布與駁船壓

10、載情況要用計(jì) 算機(jī)事先計(jì)算。導(dǎo)管架上駁后，在導(dǎo)管架與駁船之間要焊接拉筋。焊接點(diǎn)要位于艙壁上方 或其它有足夠剛性構(gòu)件的部位。從上駁地點(diǎn)到還上安裝工地往往要經(jīng)過長途拖航。拖航過程中由于駁船重心升高，使其穩(wěn)性惡化，過大的風(fēng)浪還會(huì)使駁船產(chǎn)生 劇烈的搖擺，在導(dǎo)管架和拉筋上產(chǎn)生很大的應(yīng)力，因此在拖航過程中要嚴(yán)格監(jiān)測(cè) 駁船的運(yùn)動(dòng)情況和應(yīng)變情況。導(dǎo)管架在下水上駁的情況如圖46所示圖4 6下水駁的工作過程2、下水和海上安裝導(dǎo)管架的下水方式有以下幾種：（1）浮吊下水。將導(dǎo)管架從下水駁上用浮吊吊起下水。（2）下水駁整體下水。當(dāng)下水駁到達(dá)海上安裝地點(diǎn)后，拆除拉筋，向駁船艙 內(nèi)注水，使駁船產(chǎn)生一定的縱傾， 使導(dǎo)管架沿著

11、滑道下滑， 當(dāng)導(dǎo)管架重心通過搖 臂軸后迅速旋轉(zhuǎn)入水，如圖 5 所示。對(duì)于中小型導(dǎo)管架平臺(tái)可以一次在陸上總裝成功。對(duì)于大型導(dǎo)管架平臺(tái)，如水深在150 m以下的平臺(tái)，可以分散下水，在海上合攏。導(dǎo)管架安裝、定位、經(jīng)過打樁固定于海底以后，接著進(jìn)行甲板結(jié)構(gòu)吊裝。甲 板結(jié)構(gòu)安裝完畢即可進(jìn)行模塊吊裝。第三節(jié)BH108施工實(shí)例（一）施工裝備及機(jī)具1、動(dòng)用船舶：浮吊：BH108駁船：BH307（平臺(tái)，隔水套管），重任503 （樁）拖輪：BH283其他：輔助工作小船，BH207（輔助拋錨及運(yùn)輸貨物）2、準(zhǔn)備工作：切割導(dǎo)管架與駁船支座的連接，從中間切斷六根斜撐（截至最后離開，斜撐也沒有完全切除）。把定位GPS裝置吊

12、到導(dǎo)管架頂層甲板上。起吊：由三根拖拉繩協(xié)助控制導(dǎo)管架在空中的位置定位：在防沉板放到海底之前，工作人員登上平臺(tái)進(jìn)行最后的精確定位圖47 BH108吊裝方案2of4（二）打樁施工及安全1、概況：一共三根樁，不分段。每根長 52.85米，直徑1066mm。打入泥面以下45米。采用IHC S-500打樁錘，外接樁替打2、準(zhǔn)備工作：切割樁的固定裝置，在樁替打和打樁錘外面畫上刻度。吊樁：采用IHC的起樁器插樁：由潛水員進(jìn)行輔助定位插樁。每根樁從起吊到插入套筒需要1小時(shí)左 右。第一次打樁完畢，潛水員下水觀察確定是否打到了預(yù)定位置?；旧洗蛞桓?樁需要45分鐘左右。使用加速度傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量打樁在平臺(tái)上產(chǎn)生的最大加速度值。分別為：第一次打樁時(shí)水平0.1g,垂直0.2g,第二次打樁時(shí)水平 0.15g,垂直0.3g。從目測(cè)看，打樁過程平臺(tái)上部結(jié)構(gòu)振動(dòng)較大，有滑輪等振落海里。（三）調(diào)平二次打樁結(jié)束后，導(dǎo)管架傾斜度為2.5%,按照預(yù)先的方案，需要進(jìn)行調(diào)平。測(cè)平原理：利用連通器原理調(diào)平方式：提拉低點(diǎn)（需要潛水員進(jìn)行水下輔助作業(yè)）（四）灌漿原計(jì)劃在甲板頂部進(jìn)行灌漿，現(xiàn)在為了施工方便，在登平臺(tái)梯子附近把原灌漿管線切斷，從外部進(jìn)行灌漿圖48 平臺(tái)調(diào)平作業(yè)3of 3（五）打隔水套管概述：分三段，分別長42.3m, 21m, 21.5m。打入