張文娟

（太重（天津）濱海重型機(jī)械有限公司，天津 300460）

隨著國家走向深海，海洋平臺大量涌現(xiàn)。海洋平臺是為在海上進(jìn)行鉆井、采油、集運(yùn)、觀測、導(dǎo)航、施工等活動提供生產(chǎn)和生活設(shè)施的構(gòu)筑物。自升式海洋平臺是其中一種鉆井采油平臺，其下水過程是建造中的一個重要環(huán)節(jié)。本文根據(jù)太重（天津）濱海重型機(jī)械有限公司（以下簡稱“公司”）碼頭及船臺的實(shí)際情況，結(jié)合港池內(nèi)的水深、潮汐、風(fēng)浪流等主要環(huán)境因素，研究符合公司廠情的下水方式。平臺最終順利下水，且整個下水過程非常順利，充分證明了該下水工藝的可行性。

1 自升式海洋平臺下水方式

1.1 自升式海洋平臺簡介

自升式海洋平臺由一個駁船式船體和若干個能升降并能起支撐作用的樁腿組成，船體有足夠的浮力以運(yùn)載鉆井設(shè)備和給養(yǎng)到達(dá)工作地點(diǎn)。作業(yè)時，平臺被樁腿支撐并抬升到海面以上。轉(zhuǎn)移時，把樁腿拔起，駁船式船體下降浮于水面，即可拖運(yùn)到另一地點(diǎn)。

自升式平臺一般為插樁自升式。樁腿可插入海底，也可在樁腿下面設(shè)置“樁靴”。樁腿結(jié)構(gòu)可以是封閉殼體式，也可以是構(gòu)架式。樁腿升降機(jī)構(gòu)有電動液壓式和電動齒輪齒條式。船體平面形狀可以是三角形、矩形或五邊形，其特點(diǎn)是浮運(yùn)方便，作業(yè)時穩(wěn)定性好。

1.2 自升式海洋平臺的下水方式

目前，對于在水平船臺上完成建造的自升式海洋平臺，國內(nèi)外常采用機(jī)械式下水。機(jī)械式下水是指采用下水牽引設(shè)備直接將平臺移入水中或移到下水駁船上，通過駁船下潛實(shí)現(xiàn)下水，主要有氣囊下水、半潛駁配合牽引設(shè)備下水等。

氣囊下水是將平臺承托在特制的氣囊上從建造場地移入水域的下水方法。氣囊在下水作業(yè)過程中存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，可能會發(fā)生破裂或爆破現(xiàn)象，引起鐵件飛出傷人事故。整個下水過程不可逆，且當(dāng)自升式海洋平臺入水時會有很大動作，很容易造成船體結(jié)構(gòu)的損壞和發(fā)生傾覆危險(xiǎn)[1-2]。

半潛駁配合牽引設(shè)備下水是采用牽引設(shè)備將平臺從建造場地移到下水駁船上，通過駁船下潛實(shí)現(xiàn)下水的方法。牽引設(shè)備種類較多，有先進(jìn)的全套自動化頂升拉移設(shè)備，有絞車拖拉設(shè)備配合頂升工裝組合等。采用全套自動化頂升拉移設(shè)備可提高下水速度，但相應(yīng)的投入成本較高；采用絞車拖拉設(shè)備下水則相對靈活，但對首臺單次平臺的下水作業(yè)，工裝成本及生產(chǎn)費(fèi)用偏高。通過對上述牽引設(shè)備的對比，結(jié)合公司碼頭、航道位置及資源、產(chǎn)品情況，最后決定選用重載運(yùn)輸車系統(tǒng)設(shè)備作為平臺機(jī)械式下水的牽引設(shè)備[3]。

1.3 重載運(yùn)輸車系統(tǒng)設(shè)備下水特點(diǎn)

安全。重載運(yùn)輸車行駛在固定的云型軌道上，使得整個平臺的移動軌跡固定不變。平臺移動時，通過半潛駁船自身即時調(diào)載，可實(shí)現(xiàn)碼頭與駁船上的云軌高度一致，重載運(yùn)輸車在軌道上行走時不會出現(xiàn)高低起伏的狀況，平移過程非常平穩(wěn)。每臺重載運(yùn)輸車行駛至碼頭邊緣時均降下油缸不承力，待該小車通過過橋云軌完全走上半潛駁船后再行頂升承載，使得平臺在上駁過程中不會對駁船的單舷側(cè)邊沿施加突變力而造成駁船側(cè)翻。

可控。整個下水過程是完全可控的。每臺重載運(yùn)輸車所承受的載荷都會實(shí)時反饋至主控制臺，而且每臺運(yùn)輸車都可以即時調(diào)整各自頂升油缸的高度和行駛速度，可真實(shí)有效地調(diào)整平移過程中平臺的狀態(tài)；若上駁過程中遇到突發(fā)情況（比如突發(fā)大風(fēng)），不允許繼續(xù)進(jìn)行上駁作業(yè)，則可通過重載運(yùn)輸車倒車行走，將平臺沿云軌移回岸上，改日再行上駁。

便利。重載運(yùn)輸車和單節(jié)云軌體積較小，搬運(yùn)和撤除較為方便；因運(yùn)輸車固定行走在云軌上，所以也不需要太多額外的區(qū)域空間。

環(huán)保。整個下水過程中，不會發(fā)生任何活動物體落海的情況，也不會造成油污染，對陸地環(huán)境和海洋環(huán)境均不會造成破壞。

經(jīng)濟(jì)。與其他同類型的機(jī)械（比如滾裝車）輔助下水方式相比，成本更低。

2 自升式海洋平臺下水設(shè)施設(shè)備

公司建造的自升式海洋平臺下水設(shè)施設(shè)備主要包括水平滑道船臺及碼頭、重載運(yùn)輸小車滑道系統(tǒng)設(shè)備及支撐橫梁、半潛駁船、拖輪等。

2.1 水平滑道船臺及碼頭

公司的水平船臺有效搭載長度為200 m，地基單邊線載荷100 t/m，滑道寬度為54 m。碼頭前沿水深為-13.5 m，碼頭標(biāo)高6 m。平臺下水后漂浮區(qū)域水深16 m以上。

2.2 重載運(yùn)輸車系統(tǒng)設(shè)備及支撐橫梁

重載運(yùn)輸車系統(tǒng)設(shè)備由重載運(yùn)輸車、云型軌道、電力控制系統(tǒng)以及遙控監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)4個部分組成。

重載運(yùn)輸車：將重物頂起和降下，并在平移過程中提供持續(xù)恒升力的裝置，根據(jù)重物承載許用應(yīng)力計(jì)算來確定單點(diǎn)支撐力及選擇相應(yīng)承載噸位的重載運(yùn)輸車，為減少船體/平臺對地面的壓強(qiáng)，采用雙缸頂升的形式。為抵消鋪設(shè)云軌的誤差，Y向（橫向）設(shè)有浮動結(jié)構(gòu)，即頂升油缸坐在一組可橫向移動的特殊輥排上，輥排兩端有強(qiáng)力碟形彈簧，其作用是保持車體穩(wěn)定和輥排自動復(fù)位。Z方向自動浮動，即Z方向（垂向）采用兩臺各承載200 t的間距為3.5 m左右的頂升油缸，Z方向自動浮動，行程為0.150 m。自動浮動使該油缸在運(yùn)輸過程中可保持恒定的升力，該升力可在總控臺顯示，其高度隨云軌與平臺底部的間距變化而變化，可實(shí)現(xiàn)牽引重物承載車前進(jìn)、后退雙向運(yùn)動，達(dá)到平移、上駁、撤車等目的。

重載運(yùn)輸車采用5.5 kW調(diào)頻電機(jī)，牽引速率為1.2 m/min，可無級調(diào)速調(diào)頻，實(shí)現(xiàn)各運(yùn)輸車保持同步。

支撐橫梁：為了降低船體底板的承載，在小車上布置一定數(shù)量的橫梁，船體重量由橫梁傳遞到小車上。

云型軌道：通過重載運(yùn)輸車中齒輪嚙合提供推動力，保證整個運(yùn)輸過程按指定線路進(jìn)行。雙層底板結(jié)構(gòu)既可增加云軌縱向抗彎強(qiáng)度，又可減小對地面平整度要求。重載運(yùn)輸車系統(tǒng)設(shè)備見圖1。

圖1 重載運(yùn)輸車系統(tǒng)設(shè)備照片

電力控制系統(tǒng)：由控制線纜、電源線等部件組成，總功率300 kW。

遙控監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)：由中央監(jiān)控車、監(jiān)測儀器、通訊監(jiān)控設(shè)備等部件組成，通過中央監(jiān)控車操作臺實(shí)時監(jiān)控，保障整個平移過程每臺重載運(yùn)輸車運(yùn)行狀態(tài)可控，指令傳達(dá)暢通。

2.3 半潛駁船

根據(jù)平臺結(jié)構(gòu)、外形尺寸及重量，選用駁船“泰瑞”完成平臺的下潛漂浮作業(yè)，主要技術(shù)參數(shù)如下?？傞L：111 m；型寬：67 m；型深：9 m；吃水：3.0 m；甲板單位負(fù)荷：云軌部位20 t/m2，其他部位10 t/m2；該船有2個壓載艙，每個壓載艙設(shè)有3臺壓載泵，每臺壓載泵流量為2 000 m3/h，總排水量為12 000 m3/h。

3 平移上駁計(jì)算

平臺的主尺度為72 m×70 m左右，下水重量約11 000 t。平臺底部的鋼板通常比民用船舶底板薄，重載運(yùn)輸車的單臺額定安全載荷不宜過大，以不超過400 t為宜。該類型重載運(yùn)輸車為雙主升油缸，可加大與底板接觸面積，并設(shè)置3°偏載調(diào)整座，可與平臺底部更加貼合?？紤]到偏載因素，實(shí)際額定載荷應(yīng)為安全載荷的80%左右為宜，安全系數(shù)取K=1.35。安全額定總載荷的計(jì)算公式為

式中：Σ總為安全額定總載荷；K為安全系數(shù)；Σ理為理論總載荷?？傂桀~定載荷應(yīng)為1.35×11 000 t=14 850 t，如單臺載荷為200 t+200 t，則需（14 850/400）臺≈37.12臺，得到結(jié)論：至少需要38臺重載運(yùn)輸車。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，為了調(diào)整平臺各部分重量使其均勻地分布到重載運(yùn)輸車上，最終使用46臺重載運(yùn)輸車幫助平臺完成平移上駁作業(yè)。考慮到船底的局部剛度，70 m船寬需鋪設(shè)7條云軌滑道。重載運(yùn)輸車采用5.5 kW調(diào)頻電機(jī)，牽引速度為1.2 m/min。云軌采用軌道標(biāo)準(zhǔn)為400 kg/m，并特制云軌搬運(yùn)車及叉車鋪設(shè)云軌。

4 自升式海洋平臺下水作業(yè)流程

整個下水作業(yè)主要分為3個階段：下水前準(zhǔn)備；平臺平移上駁；下潛漂浮。

4.1 下水前準(zhǔn)備

作為國內(nèi)首例將重載運(yùn)輸車及其配套系統(tǒng)用于自升式海洋平臺下水，下水前需要編制技術(shù)文件《自升式平臺下水工藝手冊》 《平臺下潛漂浮引航工藝》 （由當(dāng)?shù)匾秸局骶帲Ｊ戮謱徍耍?《自升式平臺下水工藝手冊》主要內(nèi)容包括平臺下水操作流程、下水作業(yè)氣象環(huán)境要求、安全應(yīng)急保障措施等，其中包含駁船上布墩圖、下水駁船系泊圖、平臺下水綁扎圖、平臺下水調(diào)載計(jì)算、駁船調(diào)載程序、駁船/平臺穩(wěn)性計(jì)算書、駁船甲板強(qiáng)度/綁扎/坐墩計(jì)算書、駁船相關(guān)證書、當(dāng)?shù)馗劭诔毕?、下潛漂浮及插樁地勘等附件?/p>

平臺下水前，作業(yè)單位需按照《自升式平臺下水工藝手冊》的要求完成各項(xiàng)工作，并逐項(xiàng)進(jìn)行檢查。針對檢查結(jié)果，組織各部門進(jìn)行綜合評審，滿足下水條件方可開始平臺下水。

4.2 平臺平移上駁

在下水窗口期間，選擇具備合適的氣象條件時進(jìn)行移船上駁作業(yè)，平臺上駁后照片見圖2。

圖2 平臺上駁后照片

將平臺移墩至重載運(yùn)輸車設(shè)備系統(tǒng)上，運(yùn)輸車前移至碼頭前沿。駁船按程序調(diào)載，使駁船上軌道面與岸上軌道面水平高度一致。重載運(yùn)輸車運(yùn)送平臺上駁船，此過程中需要駁船不斷按程序調(diào)載，保證駁船上軌道面一直與岸上軌道面高度水平一致。平臺完全上駁后，重載運(yùn)輸車開始泄壓，平臺坐在預(yù)先放置好的支墩上。撤出重載運(yùn)輸車系統(tǒng)設(shè)備。將平臺和駁船按照綁扎要求進(jìn)行綁扎固定，防止下潛過程的移位。

4.3 駁船下潛和平臺漂浮

駁船下潛區(qū)域需提前完成水聲側(cè)掃，檢查水域底部是否存在障礙物、水深能否滿足下潛條件等項(xiàng)目。側(cè)掃完成后，在下潛區(qū)域四角下浮漂進(jìn)行標(biāo)記。根據(jù)平臺調(diào)平壓載計(jì)算報(bào)告在壓載艙內(nèi)注入定量的壓載水，以調(diào)節(jié)平臺下水漂浮后艏艉吃水相平。割除所有綁扎固定件，確保駁船與平臺無任何連接。

將半潛駁拖至下潛區(qū)域，調(diào)載員根據(jù)調(diào)載指揮的指令注入駁船壓載水，駁船不斷下潛，下潛的過程中，吃水觀測人員匯報(bào)駁船吃水情況，并根據(jù)駁船吃水和各個艙室的壓載水情況，調(diào)載指揮現(xiàn)場調(diào)整壓載狀態(tài)。下潛過程中，作業(yè)部門派人員觀測平臺艙室是否有漏水現(xiàn)象，有問題及時聯(lián)系調(diào)載指揮，暫停壓載并進(jìn)行應(yīng)急處理。駁船下潛到支墩與平臺船底間隙0.500 m時（即下潛到14.5 m時，按照平臺漂浮吃水3.4 m計(jì)算），穩(wěn)定駁船的吃水狀態(tài)，等候平臺的脫離。在引航員指揮下，將港作拖輪拖帶平臺與駁船進(jìn)行分離，將平臺拖帶至插樁地點(diǎn)并進(jìn)行定位。定位完畢，平臺分級壓載、完成插樁作業(yè)。駁船排出壓載水上浮到規(guī)定吃水后停止排載，然后由拖輪將駁船拖到碼頭靠泊。半潛駁在下潛區(qū)域拖輪定位，平臺帶纜，準(zhǔn)備分離拖輪拖引平臺，實(shí)現(xiàn)平臺和駁船分離。

5 結(jié)束語

本文根據(jù)公司碼頭及船臺的實(shí)際情況，結(jié)合碼頭港池內(nèi)的水深、潮汐、風(fēng)浪流等主要環(huán)境因素，最終制定出適合公司自制平臺的下水工藝，平臺成功下水，且整個下水過程非常順利，未出現(xiàn)任何故障及事故，充分驗(yàn)證了該下水工藝的可實(shí)施性，為公司以后進(jìn)行其他類型海洋工程結(jié)構(gòu)下水作業(yè)提供了有力的技術(shù)保障。此次研究制定的下水工藝具有安全、可控、清潔、經(jīng)濟(jì)等諸多特點(diǎn)，特別是工藝中創(chuàng)新性地使用重載運(yùn)輸系統(tǒng)完成平臺的平移上駁過程，實(shí)現(xiàn)國內(nèi)首例將重載運(yùn)輸車及其配套系統(tǒng)用于海洋工程平臺主體下水，極具推廣應(yīng)用價值。