文昌9-7導(dǎo)管架中心桁架非滑道建造關(guān)鍵技術(shù)

DOI：10.3969/j.issn.1001-2206.2024.06.003

摘" " 要：為保障文昌9-7油田開發(fā)項目按期投產(chǎn)，通過導(dǎo)管架常規(guī)滑道建造方案與中心桁架非滑道建造技術(shù)比選，創(chuàng)新性地采用了中心桁架非滑道建造技術(shù)，僅用5個月的時間完成了16 000 t級導(dǎo)管架的總裝工作，極大地縮短了導(dǎo)管架建造總裝周期，有效保障了文昌9-7導(dǎo)管架按期建造完工裝船出海。通過場地布置及建造方案研究、中心桁架運(yùn)輸方案研究和風(fēng)險控制措施研究，確保了文昌9-7導(dǎo)管架中心桁架非滑道建造方案的有效實施。該技術(shù)可極大節(jié)省導(dǎo)管架建造對于滑道資源的占用，相較于傳統(tǒng)滑道建造技術(shù)，非滑道建造技術(shù)具備的優(yōu)點主要有：施工周期短，可提高工程進(jìn)度；成本較低，可降低工程投資；施工精度高，可保證建造質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：深水導(dǎo)管架建造；中心桁架轉(zhuǎn)運(yùn)；非滑道建造

Abstract：This study aimed to ensure the timely productionof the Wenchang 9-7 oilfield development project. Compared with the traditional slide construction technology， the center truss non-slide construction technology was creatively adopted to the Wenchang 9-7 jacket. It took only5 months to complete the final assembly of the 16，000-ton pipeline rack， which greatly shortenedthe construction and final assembly cycle of the jacket and effectively ensured the timely completion and shipment of the Wenchang 9-7 jacket to the sea. Site layout and construction， shipment schemes for central truss， and risk control measures were studied to ensure the feasibility of non-slide construction schemes. The technology can greatly reducethe slide resources used by jacket construction. Unlike the traditional slide construction technology， the non-slide one is shorter in the construction cycle to expedite the process， lower in cost to reduce the investment， and higher in precision to guarantee quality.

Keywords：construction of deep-water jacket; central truss transportation; non-slide construction

文昌9-7油田開發(fā)項目是中海油湛江分公司高質(zhì)量上產(chǎn)“一千萬立方”的關(guān)鍵項目，該項目擬建造文昌9-7（以下簡稱WC9-7）DPP固定式導(dǎo)管架平臺。為保障項目按期投產(chǎn)，項目要求WC9-7導(dǎo)管架于2024年9月完成建造安裝。WC9-7導(dǎo)管架建造質(zhì)量16 050 t，國內(nèi)可滿足WC9-7導(dǎo)管架建造要求的場地僅有中國海油珠海場地1#滑道。而這條滑道又被前序項目“?；枴睂?dǎo)管架占用至2024年3月，只剩6個月的時間無法滿足WC9-7導(dǎo)管架的總裝建造需求。為此，WC9-7導(dǎo)管架創(chuàng)新性地采用了中心桁架非滑道建造方案，在非滑道區(qū)域先進(jìn)行導(dǎo)管架總裝工作，待1#滑道前序項目裝船后，再將導(dǎo)管架中心桁架整體轉(zhuǎn)運(yùn)至1#滑道，以滿足WC9-7導(dǎo)管架完工出海的需求。

WC9-7導(dǎo)管架作為文昌9-7油田開發(fā)項目中的重要組成部分，其按期建造完工是整個油田開發(fā)項目如期投產(chǎn)的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的滑道建造技術(shù)在一定程度上存在施工周期長、成本高、施工質(zhì)量難以保證等問題，因此WC9-7導(dǎo)管架創(chuàng)新性地采用中心桁架非滑道建造技術(shù)，縮短了導(dǎo)管架建造總裝周期，保障了WC9-7導(dǎo)管架按期建造完工。

1" " WC9-7導(dǎo)管架建造方案比選

1.1" " WC9-7導(dǎo)管架基本信息

WC9-7導(dǎo)管架為8腿12裙樁式導(dǎo)管架，水深123.8 m，導(dǎo)管架總高度140 m，建造質(zhì)量16 050 t，導(dǎo)管架頂部尺寸為20 m × 76 m，底部尺寸為72 m × 90 m，設(shè)置6層水平層，導(dǎo)管架建造采用臥式建造，滑移裝船，建造模型如圖1所示。

1.2" " 滑道資源及方案比選

深水導(dǎo)管架主要根據(jù)場地建造能力和導(dǎo)管架的結(jié)構(gòu)形式來確定其建造方式[1-2]。由于WC9-7導(dǎo)管架建造質(zhì)量超過16 000 t，國內(nèi)滿足其建造要求的施工場地僅有中海油青島、中海油珠海場地1#滑道以及赤灣場地4#滑道，其他建造場地的建造能力均無法滿足WC9-7導(dǎo)管架建造技術(shù)要求，國內(nèi)主要滑道場地及其建造能力如表1所示。

青島場地距離WC9-7油田海域較遠(yuǎn)，如在青島場地建造，將額外增加導(dǎo)管架的運(yùn)輸工期10 d，進(jìn)而導(dǎo)致建造周期進(jìn)一步縮短，同時還會增加海上運(yùn)輸成本。赤灣場地4#滑道正在承建陵水25-1導(dǎo)管架，沒有檔期來承建WC9-7導(dǎo)管架。珠海場地1#滑道正在承建“?；枴睂?dǎo)管架，其裝船時間為2024年3月，如采用圖2所示方案一（常規(guī)滑道式建造方案），則WC9-7導(dǎo)管架只能在“?；枴睂?dǎo)管架裝船后才能進(jìn)行滑道總裝工作，若此WC9-7導(dǎo)管架在2024年12月才能建造完工，無法滿足項目安裝工期要求，而進(jìn)一步壓縮建造工期則會造成建造成本陡然增加且建造質(zhì)量難以保證。為此，WC9-7導(dǎo)管架創(chuàng)新采用圖2所示方案二（中心桁架整體非滑道建造方案），提前開始總裝工作，中心桁架建造完成后采用整體轉(zhuǎn)運(yùn)的方式繼續(xù)導(dǎo)管架總裝工作，既保障了導(dǎo)管架合理的總裝時間，又降低了建造趕工的額外支出。

2" " 中心桁架非滑道建造關(guān)鍵技術(shù)

中心桁架非滑道建造方案是在建造場地非滑道區(qū)域進(jìn)行導(dǎo)管架中心桁架整體預(yù)制，中心桁架預(yù)制完成后，采用SPMT（Self-Propelled Modular Transporter，自走式模塊化平板車）整體運(yùn)輸至滑道區(qū)域，繼續(xù)開展剩余導(dǎo)管架總裝工作。

2.1" " 建造場地布置及建造方案

WC9-7導(dǎo)管架采用分體式建造，中心桁架在非滑道區(qū)域進(jìn)行整體預(yù)制，預(yù)制區(qū)域位于1#滑道附近，如圖3所示。

WC9-7導(dǎo)管架中心桁架4 678.56 t，中心桁架長度約119.0 m，頂部高33.7 m，底部高81.7 m，寬度26.7 m，滑道間距24 m，中心桁架預(yù)制完成的狀態(tài)如圖4所示。

中心桁架整體預(yù)制分為16步。首先，進(jìn)行中心桁架非滑道建造區(qū)域鋪設(shè)滑道；其次，安裝下水滑靴及抬梁；再次，安裝下水腿及中間拉筋形成平面結(jié)構(gòu)；最后，分步安裝水平片、花片及頂層扣片，形成整體框架結(jié)構(gòu)。中心桁架建造流程如圖5所示。

中心桁架預(yù)制完成后，采用SPMT整體運(yùn)輸至滑道區(qū)域，滑道由三層1 200 mm高水泥塊錯縫組成，水泥塊間填充30 mm高水泥砂漿，滑道塊頂部鋪設(shè)PL20滑道鋪板，頂部鋪設(shè)特氟龍潤滑塊。導(dǎo)管架剩余總裝工作采用常規(guī)方式完成。

2.2" " 中心桁架運(yùn)輸方案

中心桁架運(yùn)輸部分凈質(zhì)量為5 076.85 t，運(yùn)輸直線距離為382 m。中心桁架運(yùn)輸流程為：SPMT拼車與調(diào)試→進(jìn)車→頂升→運(yùn)輸→定位→退車，共6個步驟。

模塊的運(yùn)輸操作包括了SPMT的定位、運(yùn)輸路線的勘察，以及模塊從建造位置運(yùn)輸至1#滑道指定位置等作業(yè)內(nèi)容[3-4]。根據(jù)模塊的運(yùn)輸路線圖，需要重點關(guān)注運(yùn)輸路線上的障礙物、坑洼處，以及承載不足的地方。不滿足運(yùn)輸要求的地方均需要處理，在滿足通行條件后方可運(yùn)輸。

WC9-7導(dǎo)管架中心桁架配車方案如圖6所示，使用8縱列24軸+8縱列48軸+12個動力單元車組，采用3點穩(wěn)定運(yùn)輸方式，軸線數(shù)量：288軸；支撐點數(shù)量：20對；分載梁（抬梁）：80條；穩(wěn)定角：22.5°gt;7°，滿足穩(wěn)定性要求。偏心工況下最小穩(wěn)定角：17.3°gt;7°，滿足穩(wěn)定性要求。SPMT總體運(yùn)輸能力：48 × 288 t = 13 824 t。SPMT軸載利用率均小于80%（最大利用率= 31.4/48 × 100%=65%）。

2.2.1" " SPMT進(jìn)車前/后條件

1）進(jìn)車空間充足，進(jìn)車沿線地面無尖銳突起物。

2）進(jìn)車前所有的施工已經(jīng)停止，且貨物在整個作業(yè)過程中不會有物體墜落。

3）進(jìn)車后及貨物接觸到車板時，不可進(jìn)行動火作業(yè)，若動火作業(yè)不可避免，需上報相關(guān)責(zé)任人并采取保護(hù)措施后方可進(jìn)行動火作業(yè)。

2.2.2" " SPMT頂升作業(yè)步驟

1）操作手就位，布置模塊的監(jiān)控點、參照點，并準(zhǔn)備好對講機(jī)、卷尺等工具，對講機(jī)調(diào)到同一頻道，再進(jìn)行通信測試，確保通信通暢。

2）測量模塊運(yùn)輸梁底面的離地高度。

3）根據(jù)配車圖確認(rèn)進(jìn)車空間和SPMT的就位點。

4）根據(jù)配車圖配設(shè)工裝。

5）SPMT進(jìn)車就位。

6）SPMT并車調(diào)試。

7）同步頂升SPMT直至貼合模塊運(yùn)輸梁底面。

8）檢查SPMT工裝是否受力，在未受力的工裝上加墊膠皮或合適的木板等。

9）再次同步頂升SPMT直至貼合模塊運(yùn)輸梁底面，檢查工裝是否受力，若有工裝未受力，重復(fù)步驟8，直至所有的工裝都受力。

10）固定車組間的數(shù)據(jù)連接線。

11）測量模塊運(yùn)輸梁底面的離地高度、車板的高度，并根據(jù)實際情況做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

12）操作手對車、貨的狀態(tài)進(jìn)行檢查，一切妥當(dāng)后開始頂升。

13）在30～50 bar（1 bar = 100 kPa）的步距區(qū)間內(nèi)根據(jù)實際情況選擇一個步距值，同步頂升SPMT；一旦某一個液壓分組的油壓達(dá)到壓力值，停止頂升；測量車板監(jiān)控點的高度、車板的變形量，觀察貨物的狀態(tài)；對其他液壓組的油壓進(jìn)行調(diào)整，保證車、貨的狀態(tài)。

14）再次選擇一個步距，重復(fù)步驟13直至貨物完全被頂起來。

15）調(diào)整車板的高度，檢查貨物的狀態(tài)，頂升作業(yè)完成。

2.2.3" " 運(yùn)輸路線

模塊頂升完成后，按照圖7所示運(yùn)輸路線將模塊運(yùn)輸?shù)綀鰞?nèi)指定位置。運(yùn)輸前，根據(jù)運(yùn)輸路線圖對模塊從建造位置運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢玫男熊噮^(qū)域及模塊的掃空區(qū)域進(jìn)行路勘；對影響出貨的障礙物、地面坑洼處、尖銳突起物和承載力不足處進(jìn)行標(biāo)記；待處理合格后，經(jīng)再次檢查確認(rèn)滿足要求，方可通過此區(qū)域。

2.2.4" " 運(yùn)輸及就位作業(yè)

模塊頂升完畢后，各操作人員各就各位，再次對車組進(jìn)行發(fā)運(yùn)前檢查，確認(rèn)一切準(zhǔn)備就緒后方可按照既定的運(yùn)輸路線開始模塊的運(yùn)輸工作，運(yùn)輸過程中操作人員時刻觀察車組及模塊狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題及時向指揮人員匯報，駕駛?cè)藛T在聽到指揮人員停車指令后迅速響應(yīng)，待問題解決后方可繼續(xù)進(jìn)行運(yùn)輸作業(yè)。整個運(yùn)輸過程中做好隔離措施，一切無關(guān)人員禁止進(jìn)入運(yùn)輸作業(yè)區(qū)域。

模塊運(yùn)輸至指定存放位置后，降低車板高度，使模塊大梁與支墩間隙為 10 mm 左右，指揮人員與業(yè)主溝通調(diào)整模塊位置，待相關(guān)責(zé)任人確定位置無誤后，按照30～50 bar的步距逐步卸載。卸載時，各操作人員時刻關(guān)注車、貨和支墩的狀態(tài)，時刻匯報并做出相應(yīng)的調(diào)整。當(dāng)車組壓力整體降低至50 bar時，再次與相關(guān)責(zé)任人確認(rèn)，確認(rèn)無誤后將SPMT車板降至最低的可行走高度，SPMT退車。

2.3" " 主要風(fēng)險及控制措施

2.3.1" " 非滑道區(qū)沉降預(yù)防及處理

中心桁架非滑道建造存在不均勻沉降的風(fēng)險。但中心桁架非滑道建造周期短、對地面壓強(qiáng)相對較小，不均勻沉降對導(dǎo)管架整體尺寸的影響也相對較小。

預(yù)防措施主要有：1）水泥墊墩下方的土體提前預(yù)壓和夯實；2）采用通長滑道塊鋪設(shè)，加大墊墩與地面接觸面積，減小對地面的壓強(qiáng)；3）預(yù)留反沉降量。

監(jiān)測措施主要有：1）在穩(wěn)定的建筑物布置沉降基準(zhǔn)點（布置2～3個，可以相互校核）；2）在導(dǎo)管架節(jié)點位置布控沉降觀測點，下水腿與下部支撐間可能存在間隙，為保證沉降數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在下水腿和下部支撐的對應(yīng)位置上都做沉降觀測點，方便后期數(shù)據(jù)對比分析[5]；3）形成長期監(jiān)控機(jī)制——初期監(jiān)測周期定為5 d，穩(wěn)定后調(diào)整為7 d，若現(xiàn)場有大型吊裝，則在吊裝前后進(jìn)行沉降觀測，如果出現(xiàn)沉降，按需增加監(jiān)控頻率[5]；4）整理、對比、分析測量數(shù)據(jù)，并及時反饋給各方，若沉降致使導(dǎo)管架出現(xiàn)尺寸超差風(fēng)險，應(yīng)及時提出預(yù)警并考慮采取補(bǔ)償措施。

2.3.2" " 運(yùn)輸路線風(fēng)險分析

中心桁架運(yùn)輸起始布置位于三層滑道塊之上，滑道塊高度為3.74 m，寬度為2 m，每個抬梁布置點下有2個運(yùn)輸抬梁（長度3.46 m）與滑靴相連。

SPMT行走至抬梁下頂起中心桁架，然后沿直線行走（橫向移動1.5 m）至就位位置。直線運(yùn)輸距離約382 m。

滑道板與地面部分位置存在一定高差，處于滑道板外的軸線（430 mm）輪胎與地面未完全接觸，對該部分區(qū)域使用砂石夯實處理，同時鋪設(shè)3 m鋼板，寬度方向覆蓋整個車輪，滿足運(yùn)輸要求。

2.3.3" " 運(yùn)輸抬梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

運(yùn)輸抬梁不改變下水滑靴原有結(jié)構(gòu)形式。運(yùn)輸抬梁腹板間隔與原下水滑靴橫隔板間隔保持一致，且均布置在下水腿的加厚段。

運(yùn)輸抬梁的整體結(jié)構(gòu)形式概括為：具有3塊腹板的箱型結(jié)構(gòu)，截面尺寸為1 092 mm × 3 436 mm×1 157 mm，抬梁底板及腹板型號為PL32，其他結(jié)構(gòu)板型號為PL25，單個抬梁質(zhì)量為4.6 t，運(yùn)輸抬梁單側(cè)設(shè)置20個，兩側(cè)共計40個。

使用SACS軟件，施加SPMT模塊車運(yùn)輸工況下軸力；通過施加力偶調(diào)節(jié)軸力合力，使其與重心位置重合；為避免剛度矩陣奇異，施加水平方向彈簧力。

運(yùn)輸抬梁設(shè)計強(qiáng)度計算，以T12處最大支反力1 975.29 kN為例進(jìn)行計算，結(jié)果如圖8所示。

如圖8所示，抬梁整體應(yīng)力較低，與導(dǎo)管腿接觸的局部應(yīng)力稍高。該局部區(qū)域為尖角處的應(yīng)力集中單元，雖然此處超過材料屈服強(qiáng)度，但是該區(qū)域面積較小。對其進(jìn)行塑性分析，得到局部最大塑性應(yīng)變?yōu)?.2%（小于1%），此外該尖角點外其他區(qū)域應(yīng)力均≤ 248.5 MPa（= 0.7 × 355 MPa）。

從以上ANSYS分析可以看出，抬梁整體滿足要求。

2.3.4" " 中心桁架運(yùn)輸中輔助設(shè)施固定

中心桁架非滑道建造時，處于下水腿附近的腳手架（圖9中黃色部分），因倒運(yùn)干涉，需要進(jìn)行拆除，待倒運(yùn)至滑道后恢復(fù)搭設(shè)，高空架子（圖9中白色部分）可隨中心桁架一起倒運(yùn)。

腳手架掛架通過焊接方式直接固定于主結(jié)構(gòu)上，腳手架則通過扣件緊固，整個腳手架搭設(shè)避免自由懸挑結(jié)構(gòu)，運(yùn)輸前通過安全聯(lián)合檢查確保所有扣件牢固緊扣，確保運(yùn)輸路徑平整；此外，運(yùn)輸作業(yè)時運(yùn)輸操作應(yīng)平穩(wěn)緩慢，減少動載荷。

運(yùn)輸完成就位后，再次組織專項安全檢查，確保腳手架符合使用要求后方能進(jìn)行后續(xù)作業(yè)。

2.3.5" " 導(dǎo)管架尺寸風(fēng)險及應(yīng)對措施

導(dǎo)管架頂部、底部由多個單元拼接而成，存在尺寸超差風(fēng)險，應(yīng)對措施如下。

1）控制好每一個單元桁架的頂/底部對接口尺寸，避免累積誤差。

2）導(dǎo)管架頂部的尺寸需要和上部連接的組塊底部立柱等尺寸進(jìn)行數(shù)據(jù)對比和匹配[5]，并對關(guān)鍵導(dǎo)管的焊接進(jìn)行過程監(jiān)控測量。

3）外側(cè)結(jié)構(gòu)非滑道區(qū)域總裝后應(yīng)加支撐，并注意擇時、布局、沉降余量；外圍支撐移出后，對頂/底部尺寸進(jìn)行復(fù)測，防止導(dǎo)管架變形引起的頂/底部尺寸變化過大。

WC9-7導(dǎo)管架共有5層井口，每層井口30個，并且井口在非滑道區(qū)域建造，井口同心度尺寸存在超差風(fēng)險，應(yīng)對措施如下[5]。

1）預(yù)制階段在井口內(nèi)焊接角鋼，將中心標(biāo)定出來，嚴(yán)格控制井口與主要桿件的尺寸偏移，根據(jù)圖紙結(jié)構(gòu)形式考慮焊接收縮余量或增加支撐固定，保證焊后結(jié)構(gòu)尺寸合格[5]。

2）總裝井口片吊裝之前，對已安裝的井口片進(jìn)行整體偏移搭載模擬。

3）總裝階段，依次參考已安裝的井口片尺寸，嚴(yán)格控制井口片的定位偏移，非滑道區(qū)井口總裝，要考慮沉降余量及焊接收縮量，保證尺寸滿足公差要求。

中心桁架在非滑道區(qū)域建造有不均勻沉降的風(fēng)險，沉降監(jiān)測按常規(guī)測量方法進(jìn)行，定期對沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，若沉降變化較大則增加測量頻率，若不均勻沉降可能導(dǎo)致尺寸超差風(fēng)險則及時預(yù)警并通過頂升等措施調(diào)整。

SPMT預(yù)留調(diào)整空間較小，中心桁架建造時需嚴(yán)格沿滑道延長線直線布置，SPMT行走至抬梁下頂起中心桁架后，確保其能夠直線行走至就位位置。直線運(yùn)輸距離約382 m，運(yùn)輸過程中需用全站儀進(jìn)行監(jiān)控。

在中心桁架轉(zhuǎn)運(yùn)前，對滑道板的水平度需嚴(yán)格控制，減少轉(zhuǎn)運(yùn)后的誤差累積，保障中心桁架轉(zhuǎn)運(yùn)后尺寸滿足項目公差要求。

3" " 現(xiàn)場實施

2024年3月26日WC9-7導(dǎo)管架中心桁架成功轉(zhuǎn)運(yùn)完成，如圖10所示。

4" " "結(jié)束語

WC9-7導(dǎo)管架建造采用中心桁架非滑道建造技術(shù)為中國海油首次實施。該技術(shù)可極大節(jié)省導(dǎo)管架建造對于滑道資源的占用。相較于傳統(tǒng)滑道建造技術(shù)，非滑道建造技術(shù)具有以下優(yōu)勢：施工周期短，提高工程進(jìn)度；成本較低，降低工程投資；施工精度高，保證建造質(zhì)量。

導(dǎo)管架設(shè)計重量越來越大，對大型建造場地的需求量也越來越大。非滑道建造技術(shù)在深水導(dǎo)管架中心桁架建造中的應(yīng)用前景廣闊，可極大提高陸地滑道的周轉(zhuǎn)效率，推動海洋工程建設(shè)的快速發(fā)展。

未來可以結(jié)合現(xiàn)代化施工設(shè)備和智能化技術(shù)，進(jìn)一步提升非滑道建造技術(shù)的效率和質(zhì)量，推動海洋工程領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展。

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作者簡介：湯乾宇（1989—），男，天津人，工程師，2012年畢業(yè)于天津大學(xué)船舶與海洋工程專業(yè)，現(xiàn)從事海洋石油工程項目管理方面的工作。Email：22721475@qq.com

收稿日期：2024-08-28；修回日期：2024-11-05