海工基地滑道設計探討

雷 鵬，楊新才，王 平（中交第二航務工程勘察設計院有限公司，湖北 武漢 430071）

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海工基地滑道設計探討

雷 鵬，楊新才，王 平
（中交第二航務工程勘察設計院有限公司，湖北 武漢 430071）

本文結(jié)合某海工基地工程，通過分析海工產(chǎn)品的特點，對其滑道布置、出運工藝及結(jié)構(gòu)設計進行研究，提出海工產(chǎn)品適應性更強，投資相對更省的滑道設計方案，為今后類似工程的設計提供一定的借鑒作用。

海洋工程裝備；半潛式平臺；Spar平臺；組塊；滑道；浮體

引　言

海洋鉆井平臺重量大、規(guī)格多樣，并且海工產(chǎn)品訂單的不確定性，使得海工滑道的設計變得至關(guān)重要，其直接影響基地承接建造能力。本文結(jié)合某海工基地工程實例，對海工滑道布置、出運工藝及結(jié)構(gòu)設計進行分析研究，以提出最優(yōu)設計方案。

1　方案設計

1.1滑道布置分析

某海工基地主要建造半潛式平臺，前期方案中，半潛式平臺在滑道上采用橫向布置，浮體下布置有 4條滑道板，滑道布置尺寸為 5m+［20m］+5m+［20m］+5m+［20m］+5m，即設置4條5m寬的滑道板，滑道板凈距為20m，最外緣滑道板距離為80m。

半潛式平臺采用橫向建造模式時，滑道對半潛式平臺尺寸適應性好，能適應所有半潛式平臺的建造，且滑道板總體寬度小，工程投資低。但是，單個滑道板尺寸小，其與相鄰滑道板上滑靴間的距離調(diào)節(jié)能力差，對其他海工產(chǎn)品的適應性較差。海工產(chǎn)品不僅需考慮其建造要求，還需考慮其出運的要求。

因此，需要對接運的半潛駁進行尺度和強度復核，進而分析該滑道布置是否滿足半潛式平臺的出運要求。半潛式平臺根據(jù)使用要求建造，其尺度各不相同。常用半潛式平臺尺度見表1。

表1　半潛式平臺代表產(chǎn)品主尺度

1.2出運工藝分析

拖拉滑移出運時，根據(jù)半潛駁的靠泊方式，半潛式平臺的裝船分為艉裝模式和側(cè)裝模式。

1）艉裝模式分析

艉裝方式，即半潛駁丁靠碼頭，橫向布置的半潛式平臺通過滑道拖拉滑移裝船。為保證拖拉滑移的順利裝船，前期方案共布置有4根滑道板，最外側(cè)2根滑道板距離為80m。

目前，全球較大的半潛駁為Blue Marlin，該船主尺度為224.8m×63m×13.3m。由圖1可知，半潛式平臺拖拉至碼頭前沿后，無船上滑道與外側(cè)兩根滑道板對接，若僅由中間兩條滑道支撐，導致下浮體底部受力極大，可能造成結(jié)構(gòu)破壞。且由于較小的支撐間距，半潛式平臺存在向一側(cè)傾斜的可能。

圖1　橫向建造，艉裝出運

2）側(cè)裝模式分析

側(cè)裝方式，即半潛駁順靠碼頭。半潛式平臺兩浮體相距一定距離，兩浮體間采用撐管連接。由表1可知，兩浮體中心最大距離為59.1m，從浮體受力穩(wěn)定及結(jié)構(gòu)自身安全上分析，半潛式平臺上船后，每個浮體至少應有一半位于半潛駁上，半潛駁的寬度尺寸至少61.1m（按浮體中心位于船內(nèi)1m考慮）才能滿足上船要求。因此，僅 Blue Marlin滿足出運要求。由于兩浮體是通過撐管連接，而撐管的強度相對較弱，拖拉滑移時，陸域側(cè)浮體的拖拉力由撐管傳遞，可能造成撐管破壞。

為保證半潛式平臺出運的安全性，需在半潛式浮體下設置4根長度不小于80m的鋼箱梁，并聯(lián)接為整體，鋼箱梁下設置滑靴支撐于滑道板上（見圖 2）。采用鋼箱梁后，可解決半潛駁型寬不夠的問題，還可解決拖拉滑移時拉力的傳遞問題，但會增加工程投資，降低滑道的有效承載能力，風險較大。

圖2　橫向建造，側(cè)裝出運

綜上所述，在本工程前期方案中，現(xiàn)有半潛駁尺寸不能滿足大型半潛式平臺橫向建造，艉裝模式出運；半潛式平臺橫向建造、側(cè)裝模式出運，風險較大，不宜采用。

2　方案優(yōu)化

通過對前期方案分析，雖然半潛式平臺采用橫向建造模式具有產(chǎn)品尺寸適應性好，滑道板總體寬度小，工程投資低的優(yōu)點，但不利于其出運裝船，需有額外工裝設施，增大了工程投資，且降低了滑道的有效承載能力，因此，優(yōu)化方案采用半潛式平臺縱向布置方案，考慮到海工產(chǎn)品訂單的不確定性，應兼顧Spar平臺和組塊的建造，其尺度見表2、表3。

表2　Spar平臺硬艙結(jié)構(gòu)分類及主體參數(shù)

表3　組塊代表產(chǎn)品主參數(shù)

2.1滑道布置設計

1）半潛式平臺滑道設計

參考表 1，設計考慮一定富裕，浮體中心線的最小間距取50m，最大間距為取60m；每個浮體下布置3線滑塊，滑塊間距3～5m，滑塊寬度取2m；滑塊邊距滑道板邊距離為1m。

經(jīng)計算，兩滑道板的間距40m；兩滑道板的最大外緣間距70m；單根滑道板的寬度為15m（共2條）。滿足表1中半潛式平臺的建造，滑道布置為15m+［40m］+15m，即2條15m寬的滑道板A、B，滑道板A、B凈距為40m。

2）Spar平臺和組塊滑道設計

考慮滑道還需滿足 Spar平臺和組塊的建造要求。Spar平臺和組塊建造時，其下共需布置2線滑靴，由表2可知，Spar平臺直徑在20～45m之間，經(jīng)計算，滑靴間距14～32m；參考表3，組塊下滑靴間距15.24～30m。因此，考慮利用滑道板A、B其中之一，只需在滑道板A、B間新增1條滑道板C，即可滿足Spar平臺和組塊的建造。新增1條滑道板后，滑道布置見圖3。

圖3　滑道布置示意

滑道板C的最小寬度Y可采用方程法計算：

已知：X+Y+Z=40；

由于滑道板C具有對稱性，可設X＞Z；

最小滑靴距離14m，Z=14-2×（2/2+1）=10m。

滑道板C、A組合，其上滑靴最小間距L1=X+2× （2/2+1）=X+4；

滑道板 C、B組合，其上滑靴最大間距L2=Y+Z+15-2×（2/2+1）=Y+Z+15-4；

當L1=L2時，滑道板B、C組合的滑道最大間距與滑道板A、C組合的滑道最小間距正好重合，滑靴間距調(diào)節(jié)范圍最廣，此時，滑道板C尺寸Y最小。

經(jīng)計算：X=23.5，Y=6.5，Z=10?；腊宀贾脼?5m+［23.5m］+6.5m+［10m］+15m。

滑道板B、C組合時，可適應14～27.5m的滑靴布置；滑道板A、C組合時，可適應27.5～41m的滑靴布置，該布置模式可適應滑靴間距適應范圍為14～41m。該布置既能滿足直徑20～45m的Spar平臺（滑靴間距14～32m）建造，又能滿足滑靴間距15.24～30m的建造。

綜上所述，滑道板布置為15m+［23.5m］+6.5m+ ［10m］+15m，既能滿足浮體中心距51.82～59.1m半潛式平臺的建造，又能滿足直徑 20～45m的 Spar平臺的建造，還能滿足滑靴間距15.24～30m組塊的建造。

2.2出運工藝設計

由于Spar平臺和組塊尺寸長、滑靴間距小，其裝船均采用艉裝模式。目前，國內(nèi)外半潛駁寬度尺寸大多集中在36～50m左右，既能滿足滑靴間距為14～32m的 Spar平臺的裝船，也能滿足滑靴間距15.24～30m的組塊的裝船，以下對半潛式平臺裝船進行分析。

1）艉裝模式分析

由于最外緣2根滑道板距離為70m（此時用于建造大型半潛式平臺，如海洋石油 981），拖拉滑移裝船時，丁靠碼頭的半潛駁上應有2根滑道與其對接，半潛駁的型寬應不小于70m，即使是目前最大半潛駁也不能滿足艉裝模式出運的要求。但對于表1中的小型半潛式平臺，如COSL Pioneer浮體中心距為52.8m，滑靴外側(cè)距離為52.8+2×（3+2/2）=60.8m，半潛駁可滿足其艉裝出運。

2）側(cè)裝模式分析

由于半潛駁順靠碼頭，其長度方向遠大于縱向滑道外緣尺寸，滿足船上滑道與陸域滑道板的對接及拖拉滑移下水要求（見圖4）。

圖4　縱向建造，側(cè)裝出運

綜上分析，在現(xiàn)有半潛駁條件下，半潛式平臺宜采用適應性強的縱向建造、側(cè)裝出運裝船的模式。

2.3滑道結(jié)構(gòu)設計

滑道結(jié)構(gòu)分為水域滑道和陸域滑道，由于滑道荷載大，一般均采用樁基承臺結(jié)構(gòu)。

1）水域滑道設計

水域部分需結(jié)合出運碼頭結(jié)構(gòu)設計，若碼頭采用重力式沉箱結(jié)構(gòu)，則應在沉箱底板預留樁基孔位，待沉箱安放完成后在沉箱上進行樁基施工；若碼頭采用高樁式結(jié)構(gòu)，則水域滑道兼作系靠泊出運碼頭的組成部分，樁基類型應與碼頭樁基相同。

2）陸域滑道設計

陸域滑道與系靠泊無關(guān)，常采用低樁承臺結(jié)構(gòu)，一般樁基根據(jù)地質(zhì)特點采用灌注樁或PHC樁，對于基巖埋深30m以內(nèi)宜采用灌注樁，對于基巖埋深超過50m宜采用PHC樁，對于基巖埋深在30～50m之間的應進行灌注樁和 PHC樁的樁型比選。選定樁型后還應對不同樁徑進行比選，一般灌注樁樁徑不宜小于 0.8m，PHC樁樁徑不宜小于0.6m。灌注樁樁徑上限可不受施工設備影響，根據(jù)實際需要適當選取，但 PHC樁受陸上沉樁設備影響，一般樁徑不宜超過1.0m，單節(jié)管樁長度不宜超過15m。對于PHC樁，若場地回填料為開山石或砂層過厚，應考慮適當?shù)囊状胧?，避免沉樁偏位過大或沉樁錘擊數(shù)過高。

3　結(jié)　語

1）在現(xiàn)有半潛駁尺寸規(guī)格下，半潛式平臺不宜采用橫向建造模式，宜采用適應性強的縱向建造、側(cè)裝出運裝船的模式。

2）海工產(chǎn)品具有種類多樣、重量大和尺寸規(guī)格多樣的特點，以及海工產(chǎn)品訂單的不確定性，海工基地滑道板布置應具備覆蓋海工產(chǎn)品范圍廣，以增加海工基地在市場競爭中的優(yōu)勢；控制滑道建設投資，降低成本，有利于增強企業(yè)市場競爭力。

3）在確定代表海工產(chǎn)品滑道板布置的情況下，通過方程法計算出兼顧產(chǎn)品所需新增滑道板最小寬度，滿足了海工產(chǎn)品建造要求，降低了工程投資，該方法可為今后類似工程的設計提供一定的借鑒作用。

［1］JTJ 211-99 海港總平面設計規(guī)范［S］.

［2］孔祥鼎，夏炳仁.海洋平臺建造工藝［M］.北京：人民交通出版社，1993.

［3］石紅珊，柳存根.Spar平臺及其總體設計中的考慮［J］.中國海洋平臺，2007.

［4］海洋石油工程深水油氣田開發(fā)技術(shù)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2011.

Design of Slipway in A Marine Engineering Base

Lei Peng，Yang Xincai，Wang Ping
（CCCC Second Harbor Consultants Co.，Ltd.，Wuhan Hubei 430071，China）

One maritime base project is analyzed and studied from the aspects of the characteristics of marine engineering products，layout，shipping process and structure design of the slipway.And a slipway design plan is proposed，which is of higher adaptability for marine engineering products and more economical.The design will provide a reference for similar projects in future.

marine engineering equipment； semisubmersible drilling platform； Spar platform； module； slipway；floating body

U653.92

A

1004-9592（2016）04-0048-04

10.16403/j.cnki.ggjs20160412

2015-04-09

雷鵬（1979-），男，高級工程師，主要從事港口、船廠工藝設計。