余明淦，劉立范，姚大偉，王永召，張瑋佳

(海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520)

目前，深水領(lǐng)域的油氣田開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為海洋資源開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)，半潛式生產(chǎn)平臺(tái)由于其穩(wěn)性好、甲板面積大等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)海上油氣田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用日益廣泛。半潛式生產(chǎn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)、建造，經(jīng)過(guò)多年不斷地汲取國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念、優(yōu)秀的施工工藝及管理經(jīng)驗(yàn)而得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。但是，半潛式生產(chǎn)平臺(tái)的建造所需的腳手架施工工藝，相對(duì)于平臺(tái)整體建造工藝的日趨成熟依然發(fā)展緩慢。當(dāng)前國(guó)內(nèi)尚未形成一套完整的、適用性強(qiáng)的海洋工程領(lǐng)域施工腳手架工藝標(biāo)準(zhǔn)。半潛式平臺(tái)下浮體建造過(guò)程中，存在大量的腳手架受限空間作業(yè)及高空舷外作業(yè)，施工難度極大。

扣件式腳手架是當(dāng)前海洋工程領(lǐng)域應(yīng)用最為普遍的一種腳手架，其最基本的功能是為工程項(xiàng)目施工提供一定承載能力的平臺(tái)及通道。詳細(xì)完善的腳手架施工方案在保證建造過(guò)程中各環(huán)節(jié)腳手架施工適用性、安全性的同時(shí)，可最大限度地降低腳手架工作量、縮短作業(yè)時(shí)長(zhǎng)，為其他專(zhuān)業(yè)施工的及時(shí)開(kāi)展創(chuàng)造條件。本文從半潛式生產(chǎn)平臺(tái)下浮體整體布局及其典型建造工藝出發(fā)，分析下浮體建造過(guò)程中腳手架施工需求及影響施工的關(guān)鍵因素，并通過(guò)工程實(shí)踐，提出優(yōu)化腳手架施工方案設(shè)計(jì)的方法。

1 下浮體整體布局

1.1 主體結(jié)構(gòu)形式

目前，新建的半潛式生產(chǎn)平臺(tái)下浮體的結(jié)構(gòu)形式基本趨于標(biāo)準(zhǔn)化，一般采取環(huán)形浮箱、四立柱的設(shè)計(jì)，即立柱的底部通過(guò)環(huán)形浮箱連通[1]。浮箱截面采用矩形倒圓角，立柱截面采用方形倒圓角設(shè)計(jì)。環(huán)形浮箱有利于使得浮箱周?chē)h(huán)境載荷一致，能為平臺(tái)提供更好的整體強(qiáng)度，且能更好地平衡壓載艙的分布。立柱的截面面積直接關(guān)系著平臺(tái)的穩(wěn)定性及排水量，新設(shè)計(jì)的平臺(tái)為了追求更好的穩(wěn)定性和更大的有效排水量，多采用方形立柱設(shè)計(jì)[1]。

1.2 艙室區(qū)劃

標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的下浮體從功能性角度出發(fā)被劃分為若干艙室，主要為3類(lèi)：壓載艙、貯藏艙、空格艙。環(huán)形浮箱被劃分為若干壓載艙。貯藏艙布置在立柱內(nèi)，4個(gè)立柱內(nèi)設(shè)有凝析油艙，用于凝析油的存儲(chǔ)，為防止腐蝕或外力撞擊造成的漏油事故發(fā)生，凝析油艙外圍設(shè)有隔離艙[2]。3個(gè)立柱中布置乙二醇艙，另一個(gè)立柱中布置溢流艙，分為兩段艙室，通過(guò)管線(xiàn)使兩段連通，實(shí)現(xiàn)二次沉降功能。另外，在立柱合適位置布置淡水艙與柴油艙。浮箱中的空格艙主要用于底部環(huán)形通道的布置，立柱空格艙中主要為機(jī)械艙及通道艙，布置機(jī)械設(shè)備、電梯及人行通道[2]。圖1為半潛式生產(chǎn)平臺(tái)下浮體部分主要艙室布置示意圖。

圖1 半潛式生產(chǎn)平臺(tái)下浮體部分主要艙室布置示意圖

1.3 外側(cè)附件布置

下浮體環(huán)形浮箱的外側(cè)或內(nèi)側(cè)一般布置有各類(lèi)生產(chǎn)立管，包括油氣混輸生產(chǎn)立管、合格天然氣外輸立管、藥劑立管等。立柱外側(cè)大型的附件主要有錨機(jī)操作平臺(tái)、立管保護(hù)架、立(護(hù))管及其相應(yīng)支撐筋板，剩余常見(jiàn)附件有橡膠護(hù)舷、拖耳、標(biāo)識(shí)、逃生通道、立管關(guān)閥平臺(tái)等。

2 下浮體建造工藝流程

半潛式生產(chǎn)平臺(tái)下浮體建造工藝根據(jù)具體施工場(chǎng)地資源不同會(huì)有一定區(qū)別，但是典型的建造工藝流程如下。

1)分段預(yù)制。對(duì)板材、型材進(jìn)行劃線(xiàn)、切割，小組立和中組立之后在分段預(yù)制場(chǎng)地進(jìn)行組對(duì)、焊接施工。部分需要焊接，安裝位置容易固定，體積不大，不影響分段制造、翻身、運(yùn)輸及后續(xù)合龍[3]，不影響其他后續(xù)設(shè)備安裝的設(shè)備和舾裝件盡可能在此階段安裝。

2)分段涂裝。分段預(yù)制完成后按相應(yīng)的涂裝工藝方案及涂層系統(tǒng)要求進(jìn)行油漆施工。

3)分段總組。涂裝作業(yè)完成后的分段進(jìn)行總組，最終組對(duì)成若干搭載的總段[3]。部分跨分段、分段階段不易安裝的、影響分段制造翻身的等在分段階段不能安裝的舾裝件，可在此階段安裝。

4)總段搭載。利用大型起重設(shè)備將總段按搭載順序逐一吊裝就位[3]。

5)舾裝完善施工?？偠未钶d完成后各專(zhuān)業(yè)施工，包括鐵舾裝施工、管路施工、通風(fēng)施工、輪機(jī)施工、電氣施工等。

“?”:要證A為CSI-閉,只需證XA為CSI-開(kāi)即可。首先由A為閉集,XA為開(kāi)集;其次若F∈CIrr(X),F∩(XA)=?,即F?A,由已知,Fδ?A,于是Fδ∩(XA)=?,故XA為CSI-開(kāi)。

3 下浮體建造腳手架施工

下浮體建造過(guò)程中，根據(jù)不同施工位置腳手架需求，可將搭設(shè)的腳手架分為3類(lèi)：落地式腳手架、艙室內(nèi)腳手架、高空懸挑腳手架。落地式腳手架即為圍繞下浮體四周外側(cè)搭設(shè)的落地腳手架；艙室內(nèi)腳手架即為各艙室內(nèi)舾裝施工搭設(shè)的腳手架；高空懸挑腳手架即為立柱外側(cè)一定高度以上、四周利用支撐結(jié)構(gòu)搭設(shè)的懸挑腳手架。下文根據(jù)下浮體建造的工藝并結(jié)合具體的工程實(shí)踐，介紹腳手架布置方案及注意事項(xiàng)。

3.1 落地式腳手架布置

下浮體總段搭載階段時(shí)，浮箱總段之間一般設(shè)有垂直方向的環(huán)形合龍口；立柱總段之間設(shè)有水平方向的環(huán)形合龍口及豎向合龍口。所有合龍口處板材組對(duì)、焊接施工需要腳手架配合，外側(cè)附件安裝需要腳手架配合。立柱底部處腳手架搭設(shè)高度需進(jìn)行限高，一般建議不超過(guò)24 m。落地式腳手架根據(jù)下浮體外側(cè)附件不同，可布置兩類(lèi)腳手架來(lái)完成合龍口及附件安裝施工，即雙排腳手架及滿(mǎn)堂腳手架。圖2為下浮體建造典型落地式腳手架布置。

圖2 下浮體建造典型落地式腳手架布置

落地雙排腳手架主要用于外側(cè)無(wú)大型附件安裝位置，圖3為浮箱位置落地雙排腳手架示意圖，落地雙排腳手架搭設(shè)應(yīng)注意下述事項(xiàng)。

圖3 浮箱位置落地雙排腳手架示意圖

1)雙排架內(nèi)側(cè)立桿與下浮體外板保留一定距離，保證立桿在高度方向上與下浮體永久結(jié)構(gòu)不發(fā)生碰撞，因該位置處存在大量犧牲陽(yáng)極，布置立桿時(shí)結(jié)合陽(yáng)極尺寸確定，建議該距離為550 mm。

2)實(shí)際作業(yè)時(shí)按需鋪板，鋪板桿向內(nèi)伸至與下浮體外板接觸，滿(mǎn)足可布置內(nèi)挑腳手板的要求。

3)立桿在架體縱向布置時(shí)應(yīng)避開(kāi)探出下浮體外板較大尺寸附件，減少未來(lái)腳手架修改工作量。

落地滿(mǎn)堂腳手架主要用于外側(cè)有大型附件安裝位置，如連續(xù)的管線(xiàn)密集布置處等，圖4為立柱位置落地滿(mǎn)堂腳手架示意圖。落地滿(mǎn)堂腳手架搭設(shè)應(yīng)注意下述事項(xiàng)。

圖4 立柱位置落地滿(mǎn)堂腳手架示意圖

1)該類(lèi)滿(mǎn)堂腳手架長(zhǎng)度沿立柱側(cè)面布置，實(shí)際搭設(shè)高、寬比值超過(guò)2時(shí)，需要布置類(lèi)似于雙排架的連墻件[4]。

3)搭設(shè)腳手架應(yīng)提前考慮管線(xiàn)或其他大型附件的安裝，避免鋪板桿及斜撐桿與附件碰撞，確保附件安裝時(shí)腳手架修改工作量最小化。

3.2 艙室內(nèi)腳手架布置

下浮體環(huán)形浮箱及立柱中布置著各類(lèi)艙室，艙室內(nèi)各專(zhuān)業(yè)人員交叉施工，腳手架為滿(mǎn)足各專(zhuān)業(yè)施工需求，存在大量的搭設(shè)、修改作業(yè)；同時(shí)艙室內(nèi)腳手架施工屬于受限空間作業(yè)，通風(fēng)、照明等因素都會(huì)對(duì)施工造成影響。艙室內(nèi)腳手架施工應(yīng)注意下述事項(xiàng)。

1)腳手架施工人員需經(jīng)過(guò)有效受限空間作業(yè)培訓(xùn)才可以進(jìn)入艙室內(nèi)施工；同時(shí)確認(rèn)艙室內(nèi)具備通風(fēng)、低壓照明、緊急救援方案及其他必要的安全措施。

2)腳手架材料倒運(yùn)困難，搭設(shè)前應(yīng)盡可能提前備料入艙，若艙室未封頂可將腳手架材料打包吊裝入艙；考慮到艙室空間較小且后期材料倒運(yùn)困難，建議艙內(nèi)腳手架材料盡可能選擇長(zhǎng)度稍短的腳手桿及腳手板作業(yè)。

3)施工后期腳手架拆除時(shí)，腳手架材料一般只能通過(guò)人工倒運(yùn)，腳手架材料需通過(guò)人孔或預(yù)留工藝孔出艙，故腳手架拆除時(shí)應(yīng)結(jié)合工藝孔封堵計(jì)劃提前制定詳細(xì)的腳手架拆除計(jì)劃，同時(shí)規(guī)劃好各艙室內(nèi)腳手架材料運(yùn)輸出艙路徑。

艙室內(nèi)腳手架布置應(yīng)結(jié)合艙室具體尺寸及其內(nèi)部附件布置，一般附件主要沿艙壁四周布置，除凝析油艙及通道艙的高度較高外，一般無(wú)大尺寸艙室。圖5為艙室內(nèi)腳手架典型布置圖，搭設(shè)時(shí)應(yīng)注意下述事項(xiàng)。

1)沿艙室內(nèi)壁四周搭設(shè)雙排腳手架，內(nèi)側(cè)立桿與艙壁保持一定間距，避免與附件碰撞，一般建議間距約550 mm。雙排腳手架立桿布置時(shí)應(yīng)注意避開(kāi)艙室底板附件。

2)為了保持架體的穩(wěn)定性，小橫桿須伸至艙室內(nèi)壁處；如圖5(b)所示利用斜撐桿實(shí)現(xiàn)頂層的腳手板滿(mǎn)鋪，供艙室頂板生根附件的安裝施工。

圖5 艙室內(nèi)腳手架典型布置圖

3)凝析油艙等高大艙室內(nèi)雙排腳手架搭設(shè)高度超24 m時(shí)應(yīng)進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)，選擇合適的立桿間距，步距滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3.3 高空懸挑腳手架布置

下浮體立柱進(jìn)入搭載階段后，立柱總段之間的合龍口多數(shù)位于高空，外側(cè)的附件安裝基本也都屬于高空作業(yè)。由于外側(cè)落地式腳手架搭設(shè)高度不宜超過(guò)50 m[4]，一般采用高空懸挑腳手架為上述施工提供作業(yè)平臺(tái)。懸挑腳手架支撐基礎(chǔ)可采取懸臂H型鋼或三角支撐等形式，焊接固定至立柱外壁?？紤]到下浮體建造完工后該部分支撐需切除及后續(xù)補(bǔ)漆施工，為盡可能減少切割、補(bǔ)漆工作量，建議在滿(mǎn)足承載要求的前提下，優(yōu)先考慮懸臂H型鋼做腳手架支撐基礎(chǔ)。

3.3.1 支撐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

圖6為高空懸挑腳手架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖，H型鋼一般布置在總段環(huán)形合龍口下約2 m位置。兩層支撐基礎(chǔ)間距由總段高度確定，存在豎向合龍口時(shí)，在優(yōu)先搭載的總段一側(cè)布置中間過(guò)渡基礎(chǔ)層，用于豎向合龍口施工所需腳手架的搭設(shè)。如6(b)所示支撐型鋼上焊接固定桿，用于固定鋼質(zhì)梯梁，梯梁與固定桿之間使用扣件連接。

圖6 高空懸挑腳手架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖

3.3.2 基礎(chǔ)架體設(shè)計(jì)

總段間的合龍口、立柱外側(cè)附件安裝施工所需的腳手架作業(yè)平臺(tái)，可基于已布置的支撐基礎(chǔ)在梯梁上布置立桿或吊桿，而后在合適的高度選取作業(yè)平面。建議搭設(shè)成“上挑下吊”模式的懸挑架及懸吊架組合架體。圖7為基礎(chǔ)腳手架典型搭設(shè)示意圖。

圖7 基礎(chǔ)腳手架典型搭設(shè)示意圖

實(shí)際施工時(shí)，建議在總段預(yù)制完成后、涂裝前完成支撐基礎(chǔ)的安裝，且根據(jù)外側(cè)涂裝施工需求搭設(shè)懸吊部分架體。涂裝作業(yè)完成后懸吊架體可不拆除，直接隨總段整體吊裝，減少高空腳手架作業(yè)量?？偠蔚跹b就位后搭設(shè)懸挑部分腳手架直至與所屬上一層支撐基礎(chǔ)吊架連接。若立柱外側(cè)局部無(wú)附件安裝施工，該部分可不搭設(shè)腳手架。

3.3.3 適用性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)

按3.3.2要求搭設(shè)腳手架，基本可滿(mǎn)足立柱總段的合龍口施工。立柱外側(cè)小尺寸結(jié)構(gòu)等少量附件可在預(yù)制階段完成安裝，剩余多數(shù)都是搭載完成后安裝。提前搭設(shè)的架體若不考慮具體附件的位置、尺寸等信息，必然會(huì)導(dǎo)致提前搭設(shè)腳手架與附件存在碰撞，后期存在大量的腳手架高空修改作業(yè)。為降低上述工作量，必須結(jié)合相關(guān)附件安裝信息對(duì)基礎(chǔ)架體進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

立柱外側(cè)的各類(lèi)貫穿管線(xiàn)是最影響腳手架搭設(shè)的附件，圖8為管線(xiàn)安裝懸挑腳手架搭設(shè)示意圖，根據(jù)管線(xiàn)尺寸及與立柱外壁間距設(shè)計(jì)了3種類(lèi)型的懸挑腳手架。圖8(a)多層貫穿式為最常見(jiàn)管線(xiàn)施工用懸挑腳手架，適用于管線(xiàn)尺寸適中，距離立柱外壁距離適中，兩列梯梁可在管線(xiàn)內(nèi)外側(cè)布置情形，穿管時(shí)直接拆除工作平面層鋪設(shè)的腳手板即可。圖8(b)單層貫穿式適用于管線(xiàn)離立柱外壁距離較遠(yuǎn)，兩列梯梁只能都布置在管線(xiàn)內(nèi)側(cè)情形，將施工平臺(tái)搭設(shè)為懸挑平臺(tái)即可。圖8(c)間斷式適用于管線(xiàn)位置較高，因吊裝能力受限，無(wú)法由上至下穿管作業(yè)，管線(xiàn)必須側(cè)靠安裝的情形，即提前將管線(xiàn)側(cè)靠路徑上的腳手架斷開(kāi)適當(dāng)距離，斷開(kāi)位置先利用腳手架材料連接成整體，管線(xiàn)安裝時(shí)便于拆除，管線(xiàn)就位后再將該部分連接架體恢復(fù)。

圖8 管線(xiàn)安裝懸挑腳手架搭設(shè)示意圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)深水半潛式生產(chǎn)平臺(tái)的整體布局及建造的工藝特點(diǎn)，并結(jié)合工程實(shí)踐提供了幾種適用于不同位置施工的腳手架，同時(shí)給出了各類(lèi)腳手架施工的關(guān)鍵影響因素，為同類(lèi)項(xiàng)目腳手架的設(shè)計(jì)、施工提供了一種可行的參考。深水半潛平臺(tái)屬于典型的高聳結(jié)構(gòu)，腳手架施工主要難點(diǎn)除了受限空間作業(yè)外，就是超高腳手架的分段懸挑或分段卸載措施的制定。分段搭設(shè)時(shí)的支撐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)將成為腳手架施工的主要研究方向之一，本文設(shè)計(jì)的高空懸挑腳手架基礎(chǔ)的完善及優(yōu)化能獲得廣泛的推廣應(yīng)用。