張力腿式平臺平地整體建造技術(shù)研究

黃天穎，竇 鈞，孫瑞雪，蘇銀燕，董利民

（大連船舶重工集團有限公司，大連 116021）

張力腿式平臺平地整體建造技術(shù)研究

黃天穎，竇 鈞，孫瑞雪，蘇銀燕，董利民

（大連船舶重工集團有限公司，大連 116021）

張力腿式平臺是一種典型的浮式平臺，在制造、安裝、應(yīng)用方面有很大的優(yōu)勢。張力腿式平臺在平地整體建造（上船體與下部結(jié)構(gòu)完整合攏）后下水是全新的建造方法，通過對不同的上船體合攏方案的研究，分析了不同合攏方案的建造成本和建造難度。對比了不同建造技術(shù)方案的優(yōu)缺點，對于張力腿式平臺的小批量建造，采用大型履帶吊進行合攏是一種較經(jīng)濟的選擇。綜合考慮張力腿式平臺采用上船體與下部結(jié)構(gòu)合攏后下水的實際情況，給出了兩種拖移方案。研究表明：張力腿式平臺在平地建造后拖移下水的技術(shù)方案完全可行，并為拓展平臺建造方法、降低建造成本、滿足平臺小批量建造要求提供參考。

TLP平臺；平地建造；整體建造；下水

0　引 言

張力腿式平臺（Tension-Leg Platform，TLP）屬于垂直系泊的順應(yīng)式平臺（見圖1），其作為一種典型的浮式平臺，在制造、安裝和應(yīng)用方面有很大的優(yōu)勢，它主要由上部模塊、立柱、船體、張力筋腱和錨固系統(tǒng)組成。TLP利用其自身浮力遠(yuǎn)大于重力的特點，使連接平臺主體及海底錨固基礎(chǔ)的張力腿受到預(yù)張力，使平臺處于受拉狀態(tài)，從而使平臺平面外的運動較?。M搖、縱搖和垂蕩），保證平臺主體和海底井口的相對位置在允許的工作范圍內(nèi)。

我國目前還沒有建造TLP的實例。根據(jù)國外TLP的建造資料［1～5］，目前TLP主要的建造方案是：分體建造、水上合攏。簡單來說就是下部浮體、立柱在塢內(nèi)（或平地）建造，然后采用漂?。ɑ蛲弦疲┑姆椒ㄏ滤?；上船體一般在平地建造，采用吊裝或拖移的方法上半潛船；平臺的上下部分在制定海域利用大型海吊進行海上吊裝合攏，或利用半潛船舉升合攏。

通過對 TLP在平地整體建造（上船體與下部結(jié)構(gòu)完整合攏）后下水的可行性初步論述，重點對 TLP平地建造的可行性、優(yōu)選方案及下水方法等方面進行分析研究，為拓展平臺建造方式、降低建造成本，滿足平臺小批量建造要求提供一種方法。

1　平臺陸地整體建造技術(shù)

平臺陸地整體建造可以分為兩種類型：塢內(nèi)整體建造和平地整體建造。

1.1平地整體建造與塢內(nèi)整體建造的分析

TLP寬度＞100m，目前國內(nèi)除了個別新建的專門承建海工產(chǎn)品的船廠塢寬＞100m，大多數(shù)船廠的大塢無法布置TLP。TLP要整體建造，即上船體與下部結(jié)構(gòu)合攏后下水。平臺空船漂浮吃水≈10m。國內(nèi)常規(guī)大塢深度≈-7.5m，考慮到塢墩高度、出塢時需要平臺外底與塢墩之間的安全距離，平臺出塢時需要的最小潮高＞4.5m。這樣的潮水高度很難達到。所以平臺要實現(xiàn)在船塢中完整建造需要滿足很多條件，國內(nèi)絕大多數(shù)船廠無法實現(xiàn)。

平臺采用平地建造時，由于使用拖移上舶下水的方法，對下水潮高要求不高，建造場地的面積也較易滿足，所以平地建造方案是更適合我國船廠實際資源情況的一種選擇。

1.2平地建造時上船體的合攏方案

平臺平地建造的差異性主要體現(xiàn)在上部船體結(jié)構(gòu)的合攏方案。不同的上船體合攏方案對建造資源的需求、建造成本產(chǎn)生巨大差異。目前上船體合攏主要有兩種：整體提升合攏和分塊吊裝合攏。

1.2.1整體提升合攏方案

平臺上船體和下部浮體均在平地建造，下部浮體布置在上船體的兩側(cè)。合攏期間，通過液壓提升裝置將上船體提起至合攏高度，然后將下部浮體滑移至模塊下方，降落上船體與下部浮體對接完成合攏。半潛平臺上船體提升的實船建造照片見圖 2。提升裝置下方需要對地面進行加強，地面加強的面積應(yīng)根據(jù)提升裝置與地面的接觸受力面積進行計算。提升裝置工裝基礎(chǔ)見圖3。下部浮體區(qū)由浮體和立柱組成，在上船體（中心線）兩側(cè)建造。其下部布置滑道，并配有動力設(shè)備，當(dāng)上部甲板模塊提升到位后，將下部浮體拖移至測定位置（見圖4）。地面滑道鋪設(shè)位置和設(shè)備固定位置均需配有地筋。

圖1　TLP平臺示意

圖2　甲板平地建造提升式合攏

圖3　提升工裝基礎(chǔ)

圖4　浮體拖移滑道

1.2.2分塊吊裝合攏方案

平臺按照常規(guī)方案由下向上吊裝合攏。上船體分為上下兩層分別合攏。為保證合攏的便利性，上船體應(yīng)進行總組后合攏以減少高空合攏工作量。

為保證上船體的順利吊裝，需在平地建造區(qū)域安裝大型龍門吊或者使用大型移動式履帶吊。TLP最高樓子距基≈80m，其上的吊車和井架高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過樓子的高度。而目前大型龍門吊一般吊高 80～90m，要實現(xiàn)樓子、吊車以及井架下水前吊裝合攏，常規(guī)的龍門吊車不滿足要求。目前國內(nèi)已能生產(chǎn)制造超大型的履帶吊，在合理的平臺分段劃分前提下，其吊重及吊高完全可以滿足TLP上船體的合攏。

在平地區(qū)域一次性投資近億元安裝龍門吊，在平臺建造時較便利，但其利用率很低。采用履帶吊進行平臺的合攏是一種較經(jīng)濟、靈活的方案。雖然吊車的購置或租用費用不菲，但比龍門吊車的造價便宜。同時，在平臺建造結(jié)束后，履帶吊可以移至其他地方作業(yè)，其利用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于龍門吊。所以采用大型履帶吊進行合攏是一種更為經(jīng)濟的選擇。

1.2.3兩種合攏方案的優(yōu)缺點

兩種合攏方案的優(yōu)缺點對照見表 1。兩種施工合攏方案各有利弊，并且都在實際施工中得到應(yīng)用與檢驗。船廠可以根據(jù)其具體情況選擇相應(yīng)的技術(shù)方案。

表1　兩種合攏方案的優(yōu)缺點

采用整體提升合攏方案時，由于平臺在平地建造，仍需要使用大型吊車，所以整體提升方案對建造資源要求要高一些。從成本上考慮，分塊吊裝更為經(jīng)濟。如果采用整體提升方案合攏上船體，所有的提升裝置的設(shè)計、安裝和布置都需委托專業(yè)廠家完成，船廠本身不需要投入太多的精力進行研究；如果采用分塊吊裝方案進行上船體合攏，則船廠應(yīng)考慮吊裝設(shè)備的選型與經(jīng)濟性、分段的劃分與重量控制等，對船廠的技術(shù)要求要高。

2　平臺的整體建造

平臺的建造方案分為分段建造、舾裝，總段建造、舾裝，平地合攏、舾裝，系泊舾裝、調(diào)試及試航5個階段。浮體在分段建造后進行總裝，然后進行合攏；立柱在分段建造后總裝，然后合攏；上船體結(jié)構(gòu)分段總裝后合攏；樓子分段根據(jù)重量情況組成若干個總段合攏；飛機平臺單獨形成一個完整分段合攏。

結(jié)構(gòu)建造制作流程為：生產(chǎn)設(shè)計—鋼材號料—鋼板切割—配套—小組立—分段組立—分段交檢—涂裝—涂裝檢驗—分段舾裝—預(yù)合攏—總段舾裝—油漆修補—合攏—合攏舾裝—密性交驗—主尺度交驗—拖移下水—系泊試驗—傾斜試驗—交船。

平臺采用從下向上順序合攏的過程。浮體圓盤、浮體順序合攏；然后立柱分段合攏，上船體的下部甲板合攏，下甲板上的模塊合攏；最后上船體的上部甲板合攏，上甲板成型后模塊、井架、樓子等上部結(jié)構(gòu)與設(shè)施合攏。

3　TLP拖移下水

3.1平臺下水半潛船選取

TLP在平地建造后，采用拖移上半潛船下水的方式下水。駁船的選取應(yīng)根據(jù)平臺的質(zhì)量和尺寸確定，同時還需考慮平臺全浮吃水以確定半潛船的潛深能力。目前國內(nèi)外滿足TLP下水的大噸位的半潛船數(shù)量較多，船廠可以根據(jù)平臺的具體尺寸和質(zhì)量選擇。必須注意的是，由于半潛船租賃費用較高、作業(yè)繁忙，所以為保證平臺下水施工節(jié)點，船廠應(yīng)提前半年鎖定目標(biāo)半潛船。

3.2平臺拖移上舶技術(shù)

3.2.1采用大型絞車拖移

這種拖移方式較傳統(tǒng)，需要使用絞車、大型滑車（滑輪組）和鋼絲繩，同時在船上安裝拖移連接裝置，地門面設(shè)置拖移牢根點。因為要固定絞車、安裝拖移牢根點，所以地面要設(shè)置大型地牛以滿足使用要求。這種拖移方式對拖移場地的基建要求較高。該技術(shù)方案的優(yōu)點在于平臺采用此方法拖移速度較快，特別適合平臺由陸地上半潛船的操作窗口時間較短的情況。

采用此方案進行平臺拖移時，需重點關(guān)注拖移絞車的封固和拖移牢根點的強度。同時由于平臺的拖移距離較長，拖移鋼絲繩會出現(xiàn)在地面拖拉的現(xiàn)象，為避免拖移過程中損壞鋼絲繩，所以對拖移場地的清理也非常重要。拖移時，要隨時監(jiān)控平臺行走軌跡，通過調(diào)整不同絞車的運行速度保證平臺沿預(yù)定方向前進。

3.2.2頂推推進

該方法采用專用拖移滑道、移動式液壓頂推裝置，通過液壓油缸頂伸上滑板實現(xiàn)平臺的移動。該方法不需要在平臺上設(shè)置拖移連接裝置，不需要在地面設(shè)置地牛、拖移牢根點等裝置，所以對地面基建要求較低。但是，由于采用專用拖移滑道以及頂推裝置，所以一次性設(shè)備投資較大，但是后期安裝使用靈活、方便，多次使用后實際綜合成本較低。該技術(shù)方案存在的主要問題是頂推速度較慢，平臺上船的操作窗口時間較短。

采用此拖移方案時，要重點關(guān)注液壓頂推裝置工作的可靠性。拖移前須對設(shè)備進行全面檢查并做試運行試驗。由于頂推距離較長，對頂推裝置液壓系統(tǒng)有較高的要求，為防止在施工過程中出現(xiàn)液壓油高溫報警，建議頂推裝置安裝冷卻系統(tǒng)。當(dāng)半潛船的調(diào)載能力不足時，不宜采用該方案。

3.3平臺拖移滑道的布置

平臺在碼頭附近整體建造后拖移。拖移滑道需根據(jù)平臺結(jié)構(gòu)及重量情況布置，需要提前對滑道下的地面強度進行校核，對不滿足強度要求的工作段需進行加強處理。為減小滑道對地基強度的要求，可考慮鋪設(shè)多條拖移滑道。

根據(jù)目前TLP的質(zhì)量以及一般施工區(qū)域地面強度情況，兩條滑道布置方案對地面強度要求太高，所以建議采用多滑道布置方案。

4　結(jié) 語

針對平臺平地整體建造的可行性做了初步研究，對不同建造技術(shù)方案的優(yōu)缺點進行了對比，為船廠選擇合適的建造方案提供參考。

平臺采用平地整體建造，使用大型履帶吊進行合攏，拖移上舶下水的技術(shù)方案特別適用于建造批量不大的TLP產(chǎn)品。該方案投資較小，且可獲取較大的經(jīng)濟收益。

［1］ 周國平. 對接國家戰(zhàn)略，推進上海海洋工程產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展［J］. 船舶與海洋工程，2014 （2）： 1-8.

［2］ 黃天穎，竇 鈞，孫瑞雪，等. 深水半潛式鉆井平臺結(jié)構(gòu)變化對建造的影響［J］. 中國海洋平臺，2011， 26 （3）： 33-36.

［3］ 嚴(yán)錦林，竇 鈞，高真所，等. BinGO9000半潛式鉆井平臺主體結(jié)構(gòu)建造工藝問題研究［J］. 中國海洋平臺，2001， 12（2）：21-24.

［4］ 王樹清. 關(guān)于基于2萬噸橋式起重機的半潛式鉆井平臺建造新工藝［J］. 海洋工程，2011， 29 （3）： 128-131.

［5］ 余望喜，張 偉. 半潛式鉆井平臺船體建造方法研究［J］. 船舶與海洋工程，2013， 29 （1）： 54-58.

Research on Ground-based Integral Construction Technology of Tension Leg Platform

HUANG Tian-ying， DOU Jun， SUN Rui-xue， SU Yin-yan， DONG Li-min

（Dalian Shipbuilding Industry Co.， Ltd.， Dalian， 116021）

Tension leg platform is a typical floating platform which has great advantages in construction， installation and application. The integral construction of tension leg platform （w ith upper hull and lower structures completely joined） on the ground before launching is a brand new construction method. This paper analyzes the construction costs and difficulties of several joining schemes based on the study of various upper hull joining schemes. Comparing the advantages and disadvantages of different construction techniques， the paper points out that large craw ler crane for joining is relatively an economical choice for small amount construction. Two towing schemes are proposed based on a comprehensive consideration of the actual situation that the platform is launched after upper hull and lower structure joined on the ground. The study shows that the technical scheme for tow ing the tension leg platform into water after the whole construction on the ground is feasible. It may provide some reference for the further development of platform construction methods， lowering construction cost， and meeting the requirements of small amount of platform construction.

tension leg platform； construction on the ground； integral construction； launching

U674.38+1.06

A

2095-4069 （2016） 02-0069-05

10.14056/j.cnki.naoe.2016.02.013

2015-04-20

黃天穎，男，高級工程師，1975年生。1999年畢業(yè)于東北大學(xué)金屬加工專業(yè)，現(xiàn)從事船舶及海洋工程的結(jié)構(gòu)建造設(shè)計工作。