鋼樁裝船設(shè)計(jì)優(yōu)化探究

岳 學(xué)，歷 超，倪云飛

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

0 引言

在海洋平臺(tái)建立的過程中，鋼樁起到基礎(chǔ)的固定作用，工程開展過程中，需要通過一系列的技術(shù)指導(dǎo)以及機(jī)械設(shè)備的配合使用才能夠完成此項(xiàng)工作。當(dāng)前階段應(yīng)用的傳統(tǒng)鋼樁裝船技術(shù)存在著一定的缺陷，還有浮吊費(fèi)用高昂的問題，使得在工程開展的過程中，無法保障收益與投資的均衡性。所以，需要對(duì)其鋼樁裝船的設(shè)計(jì)進(jìn)行全面的優(yōu)化，保證在工程開展的過程中，既能夠?qū)崿F(xiàn)提升其整體運(yùn)行的有效性，同時(shí)也能夠降低作業(yè)費(fèi)用，并保證獲得收益。在進(jìn)行海洋工程開展的過程中，鋼樁裝船可以通過小型運(yùn)輸車進(jìn)行吊裝，或者通過浮吊吊裝裝船和拖拉滑動(dòng)裝船的方式進(jìn)行處理，探討針對(duì)于滑動(dòng)或者是吊裝所進(jìn)行的基礎(chǔ)運(yùn)載的技術(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化。

1 新型技術(shù)的設(shè)計(jì)原理

鋼樁的總體重量較沉，在進(jìn)行運(yùn)輸裝船的過程中，以滑道裝船或者吊裝裝船為主，此種安裝方式可能導(dǎo)致由于操作人員失誤，使得鋼樁在移動(dòng)的過程中脫落或者由于底部裝置建設(shè)不良而導(dǎo)致滑道失效。在進(jìn)行新型設(shè)備設(shè)計(jì)的過程中，需要通過對(duì)鋼樁的有效處理，保證在進(jìn)行裝船工作中，能夠通過降低摩擦阻力，并以滾動(dòng)運(yùn)輸?shù)男问剑瑢摌稄年懙匮b備到船上，以此保障鋼樁裝載的穩(wěn)定性[1]。同時(shí)，也可以利用定滑輪和卷揚(yáng)機(jī)以及滑動(dòng)軌道的組合形式，幫助鋼樁在人為的控制下，通過滾動(dòng)上傳的方式進(jìn)行裝載，在此種裝備的幫助下，使鋼樁能夠充當(dāng)滑動(dòng)輪的角色，以便通過摩擦轉(zhuǎn)移的方式，降低自身的阻力，保證在通過鋼絲繩的牽力作用下，使其滑動(dòng)輪的摩擦力降低，提升其轉(zhuǎn)動(dòng)的速度。

2 新型裝備設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)

（1）針對(duì)鋼樁裝船工作，在進(jìn)行吊裝和滾動(dòng)裝船的過程中，為了保證其裝船的順利性，需要對(duì)動(dòng)力設(shè)備進(jìn)行有效的選擇，才能夠滿足裝船的基礎(chǔ)需求。在進(jìn)行鋼樁運(yùn)輸?shù)倪^程中，針對(duì)于潛水區(qū)域的鋼樁使用和深水區(qū)域的鋼樁使用有一定的區(qū)別。深水區(qū)域的鋼樁其寬度要達(dá)到2 m，且其長度最高可達(dá)100 m，所以在進(jìn)行動(dòng)力設(shè)備的選擇時(shí)，則要選擇大型機(jī)械設(shè)備，且其動(dòng)力必須要滿足能夠搭載鋼樁運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)馬力，其總重最好>500 t。對(duì)于淺水區(qū)域，進(jìn)行鋼樁的運(yùn)載時(shí)，可以通過分段式進(jìn)行運(yùn)載，就是將管樁進(jìn)行切割，并將其分成幾段，以分批運(yùn)輸?shù)姆绞皆诎哆呥M(jìn)行焊接，再通過吊裝的方式來進(jìn)行裝船工作。此種方式在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中不需要較大的動(dòng)力設(shè)備，小型的動(dòng)力設(shè)備即可滿足其淺水區(qū)域的鋼樁裝船工作。

（2）進(jìn)行鋼樁裝船的過程中，要保證吊裝或者是滾動(dòng)裝船時(shí)能夠有效提升其裝船的平穩(wěn)性，要有合適的控制手段以及剎車系統(tǒng)才能夠滿足其整體的應(yīng)用效果。在進(jìn)行基礎(chǔ)安裝的過程中，針對(duì)于淺水區(qū)域的鋼樁裝船，可以通過在岸邊搭載工型箱的方式進(jìn)行基礎(chǔ)運(yùn)輸渠道的構(gòu)建，保證在船體與鋼墩的建設(shè)時(shí)，能夠通過水平找齊的方式來滿足基礎(chǔ)的橋梁搭建；吊裝的過程中，要優(yōu)化其吊裝設(shè)備，并保證在運(yùn)輸時(shí)能夠通過中立點(diǎn)的尋求來降低吊裝過程當(dāng)中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)；對(duì)于滾裝上船工作，需要提升其整體的平穩(wěn)性，可以通過智能系統(tǒng)的搭載或者是加寬滾動(dòng)履帶的寬度來提升其整體的運(yùn)行平穩(wěn)性[2]。

（3）針對(duì)于鋼樁上船的軌道設(shè)計(jì)而言，其關(guān)鍵的優(yōu)化部分在于對(duì)碼頭的設(shè)計(jì)以及與船體進(jìn)行搭載過程當(dāng)中滑動(dòng)軌道的設(shè)計(jì)。吊裝運(yùn)輸與滾動(dòng)滑道的運(yùn)輸，其設(shè)計(jì)具有一定的區(qū)別。在吊裝過程中，其基礎(chǔ)吊裝并不需要進(jìn)行滾動(dòng)滑道的設(shè)置，只需通過履帶的轉(zhuǎn)動(dòng)，就能夠保證其整體的運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)于滾動(dòng)滑道，基礎(chǔ)的過渡段滑道能夠有效提升其整體運(yùn)行的穩(wěn)定性，所以在建設(shè)的過程中，為了保證其穩(wěn)定性能夠獲得提升，則需要對(duì)其軌道進(jìn)行全面的優(yōu)化，并保證實(shí)現(xiàn)兩槽與兩邊高度可以產(chǎn)生一定的落差，這樣通過外高內(nèi)低的軌道運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，能夠有效提升鋼樁運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性。

（4）在進(jìn)行鋼樁運(yùn)載的過程中，其優(yōu)化設(shè)計(jì)要考慮到在進(jìn)行吊裝或者滾動(dòng)運(yùn)輸時(shí)，要保證鋼樁兩端能夠同時(shí)被傳送，且對(duì)速度的調(diào)節(jié)上，也要注意協(xié)同性的問題。首先，在進(jìn)行普通的鋼樁吊裝運(yùn)輸過程中，其傳統(tǒng)的方式是通過起吊機(jī)對(duì)鋼樁中立點(diǎn)進(jìn)行查找，然后通過兩端平衡的方式進(jìn)行吊裝，但是如果施工人員沒有對(duì)其進(jìn)行有效的查找，或者是在裝吊的過程中并沒有對(duì)其進(jìn)行良好的設(shè)備檢查，則會(huì)導(dǎo)致在裝吊時(shí)，由于環(huán)境因素或者是人為因素的共同作用下，使得被吊裝起的鋼樁出現(xiàn)脫落的現(xiàn)象，這不僅會(huì)對(duì)現(xiàn)場的施工人員造成生命的危險(xiǎn)，同時(shí)也會(huì)引起社會(huì)恐慌。因此，在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，則必須考慮到吊裝時(shí)通過改進(jìn)吊裝的方式，或者是對(duì)其基礎(chǔ)運(yùn)送方式進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)而才能夠保證其運(yùn)輸?shù)陌踩垣@得提升。在現(xiàn)階段進(jìn)行吊裝運(yùn)輸時(shí)，通常都會(huì)在吊裝的過程中建立鋼索或者是吊裝籠，這樣即使發(fā)生了一些不可抗拒的問題，仍然有備用緊急措施進(jìn)行對(duì)鋼樁的有效固定，以此就能夠防止由于傳統(tǒng)吊裝運(yùn)輸過程中的設(shè)計(jì)缺陷所產(chǎn)生的一些不良問題。其次，在進(jìn)行滾動(dòng)運(yùn)輸時(shí)，由于缺少吊裝過程，或者是通過輔助吊裝將鋼樁放置在履帶上，在進(jìn)行運(yùn)輸時(shí)，需要保證鋼樁可以按照原定設(shè)計(jì)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)此，在進(jìn)行淺水區(qū)域的滾動(dòng)鋼樁運(yùn)輸設(shè)計(jì)時(shí)，其優(yōu)化方式則要體現(xiàn)在對(duì)于其履帶的速度控制，這樣才能夠滿足其鋼樁運(yùn)行的平穩(wěn)性。針對(duì)于運(yùn)輸?shù)膶?shí)際應(yīng)用效果來看，由于不同區(qū)域所使用的鋼樁，其自身長度、重量以及寬度都有一定的區(qū)別，所以既要保證在進(jìn)行滾動(dòng)運(yùn)輸?shù)倪^程當(dāng)中可以實(shí)現(xiàn)將鋼樁兩端都放置在傳送帶上，同時(shí)也要通過智能系統(tǒng)的運(yùn)用，考慮其兩端運(yùn)送時(shí)的協(xié)調(diào)性，這樣才能夠防止由于一端已被放置在履帶上，而另一端卻出現(xiàn)反速作用力，進(jìn)而導(dǎo)致鋼樁停留在中間履帶上無法前進(jìn)，或者是掉入海中所造成的問題。

（5）由于鋼樁裝船工作是一項(xiàng)大型的工程項(xiàng)目，因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，需要對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行全面的優(yōu)化。需要在開展工程項(xiàng)目時(shí)，由專業(yè)的工作人員進(jìn)行定點(diǎn)監(jiān)測，保證能夠?qū)M(jìn)行建設(shè)的區(qū)域進(jìn)行全面的調(diào)研，才能夠依據(jù)實(shí)際的場地情況進(jìn)行相關(guān)項(xiàng)目地開展，同時(shí)選擇恰當(dāng)?shù)氖┕すに噥硗瓿上嚓P(guān)的施工項(xiàng)目，才能夠在施工的過程當(dāng)中，提高其整體施工的穩(wěn)定性[3]。此外，在進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化和改進(jìn)過程中，通過前期的定點(diǎn)考察來對(duì)其干擾因素進(jìn)行全面的分析，保證在進(jìn)行項(xiàng)目的開始之前，應(yīng)用自動(dòng)化控制系統(tǒng)來進(jìn)行工程項(xiàng)目的檢驗(yàn)，在進(jìn)行檢測的過程中，自動(dòng)控制設(shè)備有較強(qiáng)的監(jiān)測能力，其能夠有效識(shí)別在進(jìn)行監(jiān)測過程當(dāng)中一些人為監(jiān)測的誤差，能夠在后續(xù)優(yōu)化的過程中，通過對(duì)這些潛在風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別進(jìn)行規(guī)避，以此能夠保證鋼樁裝船工作的順利開展。

3 鋼樁裝船設(shè)計(jì)優(yōu)化的具體內(nèi)容

（1）在鋼樁裝船的過程中，吊裝和滾動(dòng)裝船的方式有所不同，所以在進(jìn)行具體優(yōu)化時(shí)，則需要針對(duì)不同的裝置進(jìn)行不同的優(yōu)化。例如，針對(duì)滾動(dòng)平臺(tái)裝置，其平臺(tái)鋼樁在滾動(dòng)上床前，需要通過動(dòng)力卷揚(yáng)機(jī)的帶動(dòng)下，保證其履帶轉(zhuǎn)動(dòng)速度能夠達(dá)到一定程度，且維持穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)，然后再通過在鋼樁軌道運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，匹配定滑輪以及各種附屬機(jī)構(gòu)件，從而能夠滿足其整體的運(yùn)行。但是，需要注意由于駁船自身的位置需要與碼頭之間有一定的連接，所以在進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，要保證對(duì)岸鋼墩的建造能夠與駁船保持持平的狀態(tài)，否則在運(yùn)送的過程中，會(huì)導(dǎo)致履帶出現(xiàn)傾斜以及偏移的現(xiàn)象，或者是鋼樁脫落履帶沉入海中。

（2）動(dòng)力系統(tǒng)的全面優(yōu)化，能夠保證鋼樁在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中克服其動(dòng)力勢能的摩擦性，并且在進(jìn)行動(dòng)力設(shè)備的篩選時(shí)，需要根據(jù)不同區(qū)域鋼樁的實(shí)際需求進(jìn)行有效的計(jì)算，通過重力計(jì)算來實(shí)現(xiàn)對(duì)于其滾動(dòng)摩擦力的有效獲取。同時(shí)，針對(duì)滾動(dòng)設(shè)備，其自身有一個(gè)爬坡的過程，也就是指在進(jìn)行運(yùn)輸?shù)倪^程中，需要通過履帶的傳送來實(shí)現(xiàn)降低上坡或下坡當(dāng)中的緩沖力，并且也能夠使得履帶的傳送可以保證鋼樁自身克服重力。此外，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，由于其傳送履帶可能會(huì)存在著重量上的不足，所以也需要加上一個(gè)提高其整體安全系數(shù)的大型吊裝設(shè)備，這樣才能夠保證其運(yùn)輸?shù)倪^程中，既滿足其基礎(chǔ)的滾動(dòng)運(yùn)輸，又能夠?qū)崿F(xiàn)在進(jìn)行深海區(qū)域的鋼樁裝船工作時(shí)，可以通過吊裝的輔助保護(hù)來確保其動(dòng)力系統(tǒng)的正常運(yùn)行[4]。動(dòng)力系統(tǒng)主要是由牽引卷揚(yáng)機(jī)和錨固系統(tǒng)以及定滑輪等設(shè)備進(jìn)行組合而成，所以在進(jìn)行布置的過程中，必須保證駁船能夠垂直于機(jī)械設(shè)備，同時(shí)也要保持起跑繩的水平性。

（3）從近年來的實(shí)際工程施工情況看，為了有效提高鋼樁裝船工作的安全性，在設(shè)計(jì)上做出一些改進(jìn)，從實(shí)際應(yīng)用的反饋情況來看，對(duì)于滾動(dòng)式鋼樁裝船工作，其軌道的設(shè)計(jì)必須要滿足鋼樁整體施加重力的受力需求，同時(shí)也要對(duì)所鋪設(shè)的軌道建立基礎(chǔ)模型，并保證通過受力分析來確認(rèn)鋼樁是否能夠在此基礎(chǔ)上順利運(yùn)送。此外，由于駁船在停靠的過程中會(huì)受天氣和海風(fēng)的影響，因此海浪在波動(dòng)的過程中，勢必會(huì)引起駁船的上下浮動(dòng)。對(duì)此，在進(jìn)行碼頭與駁船的連接中，必須要保證軌道的連接不能夠通過剛性連接，以此才能夠最大程度的降低運(yùn)送時(shí)可能存在的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)束語

海洋工程的開展是我國未來發(fā)展的基礎(chǔ)方向，同時(shí)也是國家2025裝備產(chǎn)業(yè)計(jì)劃的重要目標(biāo)，所以在進(jìn)行海上平臺(tái)作業(yè)時(shí)，針對(duì)鋼樁裝船工作的設(shè)計(jì)，需要通過對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的全面分析進(jìn)行有效的總結(jié)，同時(shí)也要對(duì)新型設(shè)計(jì)進(jìn)行勇敢嘗試，這樣才能成功解決目前鋼樁裝船作業(yè)當(dāng)中所存在的問題，從而為今后的發(fā)展做好基礎(chǔ)的保障工作。