海洋平臺的設計及建造施工

1、第四章 海洋平臺的設計及建造施工第一節(jié) 平臺結構設計的一般步驟海洋平臺的結構設計首先是根據(jù)平臺作業(yè)海域的環(huán)境條件、海底土壤特性、平臺的使用要求、安全性、營運性能、建造工藝和維護費用以及業(yè)主的期望等選擇平臺的結構型式方案。由于平臺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，遇到大風浪可以避航，因此，在結構設計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)境因素對平臺的安全和作業(yè)效率有極大的影響。為了設計出滿足各項設計條件，同時經(jīng)濟性能優(yōu)良的平臺結構，往往需要選擇多種方案進行分析比較，最后選定最佳的方

2、案。因此平臺結構設計實際上是一個逐步逼近或試探的過程，例如挪威阿柯（AKER）集團設計的“阿柯H3”號半潛式平臺就選擇了A至H的8中方案進行分析、篩選，最后選定了H方案中的第3種修改方案，平臺也因而取名為“阿柯H3”。一般初步選定一種結構型式，確定平臺主要尺寸，具體進行總體布置后，如果是移動式平臺則需要進行運動性能和穩(wěn)性的分析，倘若不滿足設計任務要求和有關范圍的規(guī)定，那么這種結構型式就要被淘汰。為了進行結構安全性校核，需要進行外載荷計算、強力構件尺寸的初步確定和構件材料的選取等工作，最后進行結構的總體強度分析。外載荷計算包括確定平臺的浮力、結構重量、平臺的甲板載荷，由風、浪、流、冰、地震引起的

3、環(huán)境載荷等，這些載荷直接影響著構件的布置、連接和尺寸的大小，是決定結構設計優(yōu)劣的重要因素。對于固定式平臺，還需進行樁基計算以及樁土結構相互作用的分析。平臺的所有強力構件都必須符合規(guī)范的強度標準，否則應修改構件的尺寸和材料品種，直到滿足要求為止。在結構強度尺寸確定后應對在總體布置時估算的結構重量進行校核，看其與實際的是否一致，若相差較大還需要進行調(diào)整。結構設計的最后一個階段是局部節(jié)點結構設計，平臺節(jié)點是重要的結構部位，它的強度和施工工藝往往直接影響平臺總體結構的壽命。圖41為平臺結構設計的一般流程。圖41 平臺結構設計的一般程序第二節(jié) 海洋平臺建造施工（一）海洋平臺建造的一般原則移動式平臺和固定

4、式平臺都是鋼質(zhì)海上建筑物。對于前者，無論從設計原理、建造工藝及工廠生產(chǎn)設備來看，還是從制造廠的地址設置、生產(chǎn)場地要求出發(fā)，都與造船有很多相似之處。因此由造船工業(yè)部門來承擔各類鋼質(zhì)平臺的設計與建造任務是合適、合理的。從我國實際上看，世界上許多海洋平臺建造業(yè)發(fā)展得快，居于先進地位的國家，如英國、挪威等，他們的平臺建造廠多數(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。如大連造船廠在70年代初建造的工作水深30m的“渤海一號”自升式平臺，1983年黃埔造船廠制造的“華海一號”自升式平臺，1984年上海船廠制造的“勘探3號”半潛式平臺。此外，渤海石油公司還建造了一批40m一下水

5、深的導管架平臺，用以開發(fā)埕北油田。平臺的甲板結構支撐著主要的鉆井設備（如井架、各種機械裝置等），提供了平臺的各種工作和生活模塊。所謂模塊，是指已進行充分預舾裝的立體分段。 它們通常是分別進行設計的，所采用的規(guī)范和標準可能各不相同，設計思想也不完全一致。模塊通常不是由同一廠商或在同一地點建造的。一般，模塊在陸上建造，然后將其拖運至現(xiàn)場進行吊裝。由于海上氣候變化無常，因此必須減少吊裝時間，在有限的可作業(yè)環(huán)境條件下完成平臺上部模塊結構的安裝。隨著模塊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，有時可達2000t。甲板設備組塊建造成尺寸約為34.6m

6、5;1518m×4.96.1m（1015ft×60ft×1620ft）的模塊。有時尺寸達11m×23m×6.5m（35ft×75ft×21ft）。下圖42為一甲板結構的剖視圖?，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。這些模塊被設計成能自己支撐的并跨于甲板基礎結構的主要桁架之間。其他各種尺寸的滑架適合于準備放在平臺甲板上較小較輕的設備。 圖42甲板結構剖視圖模塊設計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超過317t，然而454t的模塊起吊

7、重量也不罕見。圖4-4 平臺模塊示意圖對于最小的自升式鉆井平臺，模塊尺寸必須與鉆井裝置組塊的尺寸和布置想配合。某些方案對組裝鉆井裝置部件是適用的，見圖44。圖43 甲板設備組塊的模塊尺寸（圖中表示英尺）圖45 諾布爾鉆井公司27號鉆井裝置的正面圖（'表示英尺，"表示英寸）甲板模塊可以在任一鄰近水域的遠距離建造場地的地方建造，并由駁船運送到近海處。設計中主要包括確定為上駁用的滑梁和合適的寬度、吊環(huán)位置的設計和駁船海上運輸期間適當?shù)倪B接撐桿。（二）下水與海上安裝 自升式平臺與半潛式平臺都有類似船體的下部浮體，對下水進行必須的安全計算，可以采用類似船舶下水的方法，用滑道或船塢下水。

8、本節(jié)著重介紹導管架平臺的下水和海上安裝。導管架在岸上制造完畢后，一般采用運輸駁船將其運至海上施工現(xiàn)場，然后下水，扶正定位，打樁，并最后安裝上部甲板結構，此時整個導管架才算建造完畢。1、 上駁與系緊 將完工的導管架用滑道從總裝場地移到碼頭的下水駁上成為上駁。為防止導管架在上駁過程中產(chǎn)生不容許的應力集中和變形，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載情況要用計算機事先計算。 導管架上駁后，在導管架與駁船之間要焊接拉筋。焊接點要位于艙壁上方或其它有足夠剛性構件的部位。從上駁地點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

9、的風浪還會使駁船產(chǎn)生劇烈的搖擺，在導管架和拉筋上產(chǎn)生很大的應力，因此在拖航過程中要嚴格監(jiān)測駁船的運動情況和應變情況。導管架在下水上駁的情況如圖46所示。 圖46 下水駁的工作過程2、 下水和海上安裝導管架的下水方式有以下幾種：（1）浮吊下水。將導管架從下水駁上用浮吊吊起下水。（2）下水駁整體下水。當下水駁到達海上安裝地點后，拆除拉筋，向駁船艙內(nèi)注水，使駁船產(chǎn)生一定的縱傾，使導管架沿著滑道下滑，當導管架重心通過搖臂軸后迅速旋轉入水，如圖5所示。 對于中小型導管架平臺可以一次在陸上總裝成功。對于大型導管架平臺，如水深在150m以下的平臺，可以分散下水，在海上合攏。導管架安裝、定位、經(jīng)過打樁固定于海

10、底以后，接著進行甲板結構吊裝。甲板結構安裝完畢即可進行模塊吊裝。第三節(jié) BH108施工實例（一）施工裝備及機具1、動用船舶：浮吊：BH108駁船：BH307（平臺，隔水套管），重任503（樁）拖輪：BH283其他：輔助工作小船，BH207(輔助拋錨及運輸貨物)2、準備工作：切割導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裝置吊到導管架頂層甲板上。起吊：由三根拖拉繩協(xié)助控制導管架在空中的位置定位：在防沉板放到海底之前，工作人員登上平臺進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.

11、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：由潛水員進行輔助定位插樁。每根樁從起吊到插入套筒需要1小時左右。第一次打樁完畢，潛水員下水觀察確定是否打到了預定位置?；旧洗蛞桓鶚缎枰?5分鐘左右。使用加速度傳感器實時測量打樁在平臺上產(chǎn)生的最大加速度值。分別為：第一次打樁時水平0.1g，垂直0.2g，第二次打樁時水平0.15g，垂直0.3g。從目測看，打樁過程平臺上部結構振動較大，有滑輪等振落海里。（三）調(diào)平二次打樁結束后，導管架傾斜度為2.5，按照預先的方案，需要進行調(diào)平。測平原理：利用連通器原理調(diào)平方式：提拉低點（需要潛水員進行水下輔助作業(yè)）（四）灌漿原計劃在甲板頂部進行灌漿，現(xiàn)在為了施工方便，在登平臺梯子附近把原灌漿管線切斷，從外部進行灌漿。圖48 平臺調(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。打入泥面以下55m。采用