整體立管棧橋式安裝方法

高慶有，孫玉柱，樊鶴，宋艷磊，劉雷坤(海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

0 引言

本文以尼日利亞地區(qū)某項(xiàng)目為例，此項(xiàng)目在大西洋的近岸段存在1個(gè)260 m的棧橋，棧橋的最深為9 m，需要在棧橋最深處安裝6套610 mm(24 吋)和2套1220 mm(48吋)整體立管，最大立管為1 220 mm，總重量為115.7 t，總長85.3 m，分為6節(jié)，立管位置距離波浪破碎區(qū)只有約150 m，所以立管位置受到大西洋涌浪和回頭涌浪的影響非常大。此工作具有立管重量大、精度要求高、水深淺、回頭涌浪大、多節(jié)安裝等特點(diǎn)，曾經(jīng)嘗試過使用錨系船舷側(cè)安裝法但是發(fā)現(xiàn)船舶受涌浪影響大，安裝效率非常低，最終放棄。面對如上的特點(diǎn)，發(fā)明一種棧橋安裝法。

1 工藝簡介

棧橋式整體立管安裝方法，是從岸邊到立管安裝區(qū)域修建一個(gè)棧橋，棧橋是由支撐樁，水平橫梁和縱向橫梁組成，棧橋面積覆蓋了平管起升和立管吊裝的區(qū)域，棧橋提供一個(gè)穩(wěn)定的施工平臺(tái)，然后將需要的設(shè)備如履帶吊，舷吊，絞車，施工平臺(tái)等工具運(yùn)到棧橋上，以棧橋?yàn)榛A(chǔ)進(jìn)行設(shè)備布置，在棧橋上進(jìn)行立管的預(yù)制接長，以舷吊和吊機(jī)提供多點(diǎn)起升海管平管出水面，在棧橋邊緣進(jìn)行立管的組對，焊接和下放，最終完成整體立管的安裝。

24吋棧橋立管安裝法：由于610 mm(24吋)海管重量小，單根12 m重6.9 t，在水中的凈浮力為1.8 T，根據(jù)建模計(jì)算分析，確定只需要1個(gè)吊點(diǎn)就可以平管起升，起升張力為21 t，立管采用1臺(tái)吊機(jī)吊裝，確定僅需要2臺(tái)履帶吊即可完成。

48吋棧橋立管安裝法：由于1 220 mm(48吋)海管重量大，單根12 m重27 t，在水中的凈浮力為7 t，根據(jù)建模計(jì)算分析，需要2個(gè)吊點(diǎn)完成平管起升，最大起升張力為96 t，由于張力較大無法使用履帶吊完成，所以需要額外制造2臺(tái)舷吊，再配合履帶吊起吊立管進(jìn)行對接.

2 施工流程

2.1 施工準(zhǔn)備

安裝設(shè)計(jì)：根據(jù)施工方案，完成安裝設(shè)計(jì)，包含如下內(nèi)容：(1)棧橋設(shè)計(jì)：包含布置設(shè)計(jì)，樁基設(shè)計(jì)，橫/縱梁設(shè)計(jì)，強(qiáng)度設(shè)計(jì)等；(2)平管起吊分析；(3)立管起吊分析；(4)整體立管下放分析；(5)舷吊設(shè)計(jì)；(6)工作平臺(tái)設(shè)計(jì)；(7)吊點(diǎn)卡子設(shè)計(jì)；(8)安裝方案；(9)安裝流程圖；(10)工機(jī)具圖紙等。

工機(jī)具準(zhǔn)備：根據(jù)安裝設(shè)計(jì)，確定所需要施工材料，機(jī)具和人員。施工材料選取盡量選取當(dāng)?shù)胤奖悴赊k的材料，成本低和準(zhǔn)備時(shí)間短，在尼日利亞物資匱乏僅能找到低規(guī)格的材料，所以設(shè)計(jì)時(shí)就需要帶料設(shè)計(jì)，對于強(qiáng)度要求高的地方需要特別加強(qiáng)處理；施工機(jī)具選取當(dāng)?shù)啬茼樌业降臋C(jī)具，如項(xiàng)目需要的2臺(tái)履帶吊機(jī)，當(dāng)?shù)貎H能找到150 t和100 t的履帶吊，且受到配重，鋼絲，安全系數(shù)的影響，實(shí)際吊裝能力只能達(dá)到規(guī)格的50%；2臺(tái)舷吊的準(zhǔn)備，由于96 t要求較大，尋找96 t絞車難度大，所以設(shè)計(jì)成采用15 t的絞車配備5柄定滑輪和動(dòng)滑輪組的形式，將15 t能力放大到150 t，這樣150 t滿足96 t的要求且存在1.56的安全系數(shù)。施工人員要根據(jù)工作內(nèi)容選配，如：焊工、檢驗(yàn)工、防腐工、起重工、起重指揮、電工、絞車操作工等。如在施工準(zhǔn)備發(fā)現(xiàn)實(shí)際情況和不能滿足設(shè)計(jì)需要，要盡快反饋設(shè)計(jì)方調(diào)整設(shè)計(jì)。

2.2 棧橋安裝

根據(jù)整體立管安裝區(qū)域，設(shè)計(jì)棧橋的布置，根據(jù)舷吊起重，履帶吊規(guī)格和起吊要求，對棧橋的強(qiáng)度和面積進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終確定棧橋的布置，面板強(qiáng)度，樁基強(qiáng)度等。

棧橋設(shè)計(jì)原則：(1)棧橋方向沿海管路由，棧橋外沿距離海管約1～1.5 m；(2)棧橋長度要覆蓋起升平管舷吊布置；(3)棧橋?qū)挾葷M足舷吊和履帶吊的寬度；(4)強(qiáng)度滿足舷吊和履帶吊自重和吊裝要求。

2.3 舷吊設(shè)計(jì)

根據(jù)起升噸位采用15 t絞車和5柄150 t定/動(dòng)滑輪組裝成1套具有150 t起重能力的舷吊，由于當(dāng)?shù)責(zé)o法提供強(qiáng)度高的起重框架梁，在棧橋外側(cè)額外設(shè)計(jì)了2個(gè)支撐樁支撐舷吊平臺(tái)，這樣結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)達(dá)到最佳，但是額外增加2個(gè)支撐樁，在完成第一組立管組對后，需要移動(dòng)2個(gè)舷吊至新位置再次起吊，并在新的位置增加支撐樁[1]。

2.4 立管安裝

所有設(shè)備和準(zhǔn)備工作完成后，進(jìn)行整體立管的安裝工作，整體立管安裝過程分為5大流程：(1)平管的舷吊起升；(2)立管尺寸測量；(3)立管預(yù)制；(4)立管吊裝對接；(5)立管下放；

由于整體立管較長，長度85.3 m重量達(dá)115.7 t，吊機(jī)能力不足無法一次性吊裝連接，所以分為了2組安裝，第1組3節(jié)36 m，第2組3節(jié)49.3 m。

2.4.1 第一組3節(jié)點(diǎn)36 m立管安裝

但受到吊機(jī)吊重的限制，為繼續(xù)降低吊機(jī)負(fù)載，將第一組3節(jié)36 m分為2段，第1段為24 m，并將其中一段12 m管的120 mm水泥配重消減用發(fā)泡進(jìn)行替換，將原27 t重量降低至12 t ，所以第1段24 m管重量為39 t，采用150 t吊機(jī)吊裝；第2段為12 m水泥涂層配重管，重量為27 t，采用100 t吊機(jī)吊裝。由于1 220 mm管的水中浮力較大，在消減水泥涂層時(shí)要進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，并確定實(shí)際海管水泥配重的密度，防止消減過量造成海管在水中的浮力大于重力產(chǎn)生漂??；

(1)平管起升：根據(jù)起升位置布置舷吊，由潛水員將綁扎鎖具將舷吊和海管相連接，然后根據(jù)起升步驟，2臺(tái)舷吊交替起升，緩慢將海管起升至設(shè)計(jì)高度，后續(xù)準(zhǔn)備切割封頭和組對；

(2)施工準(zhǔn)備：海管起升至設(shè)計(jì)高度后，在對接位置底部安裝施工平臺(tái)，并進(jìn)行海管固定，和防擠橫梁的安裝工作，然后施工人員前往施工平臺(tái)切割封頭，打磨坡口準(zhǔn)備組對焊接；

(3)第1段組對：150 t吊機(jī)起吊第一段24 m 39 t海管(1根水泥配重管和1根減重泡沫管)，起吊至施工平臺(tái)處進(jìn)行焊接，檢驗(yàn)，防腐和發(fā)泡；

(4)第2段組對：在第1段24 m管焊接完畢后，稍微調(diào)整整體管端的高度，在第1段管端處搭建第2處施工平臺(tái)，然后由100 t吊機(jī)吊裝第2段12 m 27 t管，至第2處施工平臺(tái)處，進(jìn)行焊接，檢驗(yàn)，防腐和發(fā)泡；

(5)下放：在2臺(tái)舷吊和2臺(tái)吊機(jī)的共同協(xié)作下，根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果緩慢將海管下放至海底。

2.4.2 第二組3節(jié)點(diǎn)49.3 m立管安裝

第一組36 m下放至海底后，潛水員拆除海管上的吊點(diǎn)，將舷吊移動(dòng)到新的起升位置，潛水員對最終的L型立管尺寸進(jìn)行測量，采用多點(diǎn)測量法精準(zhǔn)測量，最終得到精確的尺寸，根據(jù)尺寸對L型立管進(jìn)行預(yù)制[2]。

為繼續(xù)降低吊機(jī)負(fù)載，第二組立管分為2段，第一段為12 m的水泥配重管27 t，采用100 t吊機(jī)吊裝；第二段由1節(jié)減重發(fā)泡管12 m，由原來的27 t重減重到12 t，L型立管25.3 m共19.5 t，第二段總長為37.3 m重量為31.5 t，采用150 t 吊機(jī)吊裝。

(1)平管起升：根據(jù)起升位置布置舷吊，并在新的位置安裝新的支撐樁，由潛水員將綁扎鎖具將舷吊和海管相連接，然后根據(jù)起升步驟，2臺(tái)舷吊交替起升，緩慢將海管起升至設(shè)計(jì)高度，后續(xù)準(zhǔn)備切割封板；

(2)施工準(zhǔn)備：海管起升至設(shè)計(jì)高度后，在對接位置底部安裝施工平臺(tái)，并進(jìn)行海管固定，和防擠橫梁的安裝工作，然后施工人員前往施工平臺(tái)切割封板，打磨坡口準(zhǔn)備組對焊接；

(3)第1段組對：100 t吊機(jī)起吊第一段12 m 27 t水泥配重海管，起吊至施工平臺(tái)處進(jìn)行焊接，檢驗(yàn)，防腐和發(fā)泡；

(4)第2段組對：在第1段12 m管焊接完畢后，稍微調(diào)整整體管端的高度，在第1段管端處搭建第2處施工平臺(tái)，然后由150 t吊機(jī)吊裝第2段37.3 m管(12 m發(fā)泡管+25.3 m型立管)重31.5 t，至第2處施工平臺(tái)處，進(jìn)行焊接，檢驗(yàn)，防腐和發(fā)泡；

(5)下放：在2臺(tái)舷吊和2臺(tái)吊機(jī)的共同協(xié)作下，根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果緩慢將整體立管下放至懸掛卡子內(nèi)，關(guān)閉懸掛卡子完成立管安裝。

3 結(jié)語

本技術(shù)的成功的應(yīng)用，是對常規(guī)錨系船整體立管安裝工藝的有效補(bǔ)充，1 220 mm(48吋)大管徑的整體立管在近岸端進(jìn)行安裝，在海洋工程史上都屬于首次，具有重量大、尺寸長、精度高等難點(diǎn)，常規(guī)的錨系船法受到惡劣海況和回頭涌的雙重影響，如果要完成此工作將要付出較長的工期和高額成本。而此棧橋法整體立管安裝工藝恰是滿足此項(xiàng)目的背景環(huán)境，是具有項(xiàng)目特點(diǎn)的，雖然不能作為大規(guī)模的推廣，但是新技術(shù)新工藝對傳統(tǒng)工藝的補(bǔ)充是非常必要的。