周紅坤，孫現(xiàn)有，張鵬舉，霍文軍

(1.中國(guó)船舶重工集團(tuán)有限公司 七五〇試驗(yàn)場(chǎng)，云南 昆明 650051；2.海軍裝備部駐廣州地區(qū)軍事代表局，廣東 廣州 510000；3.上海臨希智能科技有限公司，上海 200120；4.中國(guó)人民解放軍海軍研究院，北京 100000)

0 引 言

水下防沉板在海洋工程中屬于不可或缺的水下結(jié)構(gòu)附屬構(gòu)件，衡量其穩(wěn)定性是導(dǎo)管架打樁前不可忽略的重要環(huán)節(jié)[1]。然而，目前國(guó)內(nèi)外所采用的傳統(tǒng)防沉板面臨的問(wèn)題有：傳統(tǒng)吊裝方法很難保證防沉板的入泥角度，當(dāng)泥層傾斜時(shí)，防沉板入泥后將長(zhǎng)期保持傾斜狀態(tài)，影響正常工作[2]；當(dāng)調(diào)平導(dǎo)管架時(shí)，傳統(tǒng)液壓調(diào)節(jié)桿雖具有較高調(diào)節(jié)精度，但效率低且成本高；傳統(tǒng)工藝以大幅增加防沉板質(zhì)量與成本換取承載能力的提升；等等。提出的新工藝采用補(bǔ)償塊以增大防沉板入水阻力，減少入泥傾斜；通過(guò)防沉板下水前探測(cè)出泥層角度，以固定角度調(diào)節(jié)塊取代液壓調(diào)節(jié)桿調(diào)平導(dǎo)管架；以展翼結(jié)構(gòu)取代鋼結(jié)構(gòu)隔板提高承載能力。相較于傳統(tǒng)水下防沉板的安裝工藝，新工藝更節(jié)約、高效。

1 防沉板基本結(jié)構(gòu)

新工藝中防沉板基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 水下防沉板基本結(jié)構(gòu)

2 水下防沉板吊裝

2.1 吊裝流程

準(zhǔn)備工作完成后，將防沉機(jī)構(gòu)整體下放，通過(guò)鋼絲繩連接兩側(cè)展翼和防沉機(jī)構(gòu)，使展翼處于收起狀態(tài)，減小下降阻力[3]。

下放防沉板至距離海床約 30 m 處，開(kāi)啟起重機(jī)升沉補(bǔ)償，遙控?zé)o人潛水器(ROV)根據(jù)定位圖指示駛向防沉板所在的位置，通過(guò)聲吶或攝像頭找到防沉板，并用 ROV抓手抓住防沉板上的 ROV手柄，鎖定。

起重機(jī)繼續(xù)下放防沉板至距離海床約 5 m處，并穩(wěn)定一段時(shí)間，觀察定位圖上防沉板的位置，通過(guò)移船調(diào)整防沉板的位置至安裝目標(biāo)區(qū)域內(nèi)，完畢后ROV水下助力旋轉(zhuǎn)防沉板，調(diào)整防沉板的艏向使其滿(mǎn)足精度要求，最后緩慢下放防沉板，使防沉板完成著地。

防沉板完全著地后，采集定位系統(tǒng)和水下陀螺羅經(jīng)的定位數(shù)據(jù)，確認(rèn)是否滿(mǎn)足安裝要求，如果不滿(mǎn)足，則繼續(xù)將結(jié)構(gòu)物提起一定高度，調(diào)整位置重新下放就位，直至滿(mǎn)足安裝精度要求[4]。

2.2 優(yōu)化吊裝工藝

2.2.1 展翼結(jié)構(gòu)

與傳統(tǒng)水下防沉板吊裝工藝不同，新工藝在防沉板兩側(cè)加裝展翼。在防沉機(jī)構(gòu)整體下放安裝時(shí)，通過(guò)鋼絲繩連接兩側(cè)展翼和防沉機(jī)構(gòu)，使展翼處于收起狀態(tài)，減小下降阻力，如圖2所示。待防沉板安裝到位后，通過(guò)ROV剪斷鋼絲繩，放下兩側(cè)展翼，當(dāng)兩側(cè)展翼與防沉機(jī)構(gòu)表面平齊時(shí)，通過(guò)ROV轉(zhuǎn)動(dòng)T形把手，防止展翼受浮力影響上揚(yáng)，如圖3所示。兩側(cè)展翼不僅可以提高防沉板防沉載重能力，而且可以防止ROV工作時(shí)螺旋槳攪動(dòng)海底污泥，阻礙ROV視線(xiàn)影響工作效率。

圖2 展翼收起狀態(tài)

圖3 展翼打開(kāi)狀態(tài)

2.2.2 阻力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

在防沉機(jī)構(gòu)下放過(guò)程中，有時(shí)會(huì)遇到海底泥層傾斜的情況。為了防止在海底泥層傾斜的情況下，直接入泥導(dǎo)致防沉板入泥角度不當(dāng)，新工藝采用阻力調(diào)節(jié)的安裝方法。事先探測(cè)出海底泥層傾斜情況，在一側(cè)配上阻力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)——補(bǔ)償塊來(lái)增大防沉板單邊阻力，使其平穩(wěn)入泥，減小入泥傾斜。

3 水下防沉板調(diào)平

3.1 調(diào)平流程

水下防沉板入泥后，若海底泥層平面出現(xiàn)傾斜，通常需要通過(guò)調(diào)節(jié)樁基式導(dǎo)管架下方支承桿高度，使防沉機(jī)構(gòu)上部連接的設(shè)備保持水平狀態(tài)[5]。

3.2 優(yōu)化調(diào)平工藝

傳統(tǒng)水下防沉板調(diào)平工藝通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)或液壓驅(qū)動(dòng)來(lái)伸縮樁基式導(dǎo)管架下方的支承桿以達(dá)到調(diào)節(jié)角度的目的[6]。這種方式雖然調(diào)平精準(zhǔn)，但是效率低下且成本較高。

新工藝直接根據(jù)具體傾斜角度定制相應(yīng)的角度調(diào)節(jié)塊，防沉板入泥后無(wú)須進(jìn)行人為調(diào)節(jié)即可滿(mǎn)足工作需求，最終使防沉機(jī)構(gòu)上部連接的設(shè)備保持水平狀態(tài)，簡(jiǎn)單高效，節(jié)約成本。

4 應(yīng)用情況評(píng)估

4.1 補(bǔ)償塊優(yōu)勢(shì)評(píng)估

傳統(tǒng)水下防沉板安裝方式中規(guī)避入泥傾斜的方式通常有：提前平整泥層或在防沉板上施加載荷，入泥時(shí)以重力壓平泥層[7]。平整泥層花費(fèi)成本一般大于500萬(wàn)元人民幣，耗時(shí)至少2～3 d。若采用在防沉板上施加載荷的方式，由于整體質(zhì)量增加，在吊裝過(guò)程中會(huì)增加作業(yè)難度，且提高起重機(jī)規(guī)格會(huì)增加相應(yīng)成本。

使用補(bǔ)償塊解決防沉板入泥傾斜問(wèn)題，不增加額外的工作內(nèi)容，半天即可完成作業(yè)，且定制補(bǔ)償塊只需幾萬(wàn)元人民幣，成本不足傳統(tǒng)方式的十分之一。

4.2 角度調(diào)節(jié)塊優(yōu)勢(shì)評(píng)估

傳統(tǒng)水下防沉板安裝工藝通常使用液壓調(diào)節(jié)桿平衡導(dǎo)管架位置，整套液壓設(shè)備成本約50萬(wàn)元人民幣。防沉板入泥后調(diào)節(jié)導(dǎo)管架角度還需要占用額外的工作時(shí)間，唯一優(yōu)勢(shì)在于調(diào)節(jié)角度的精度較高。

定制角度調(diào)節(jié)塊花費(fèi)成本與定制補(bǔ)償塊相當(dāng)，僅為幾萬(wàn)元人民幣。并且，角度調(diào)節(jié)塊不需占用額外工作時(shí)間調(diào)節(jié)角度。

4.3 展翼結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)評(píng)估

由于防沉板承載能力相對(duì)較差，尤其是在抗水平載荷與抗傾覆能力上缺點(diǎn)較明顯[8]，傳統(tǒng)工藝通常采用增大防沉板底部鋼結(jié)構(gòu)隔板整體體積的方法來(lái)增大承載能力[9]。然而，過(guò)大的防沉板會(huì)影響安裝，通常要求盡可能小的外形尺寸以增大防沉板能力和穩(wěn)定性[10]。

新工藝采用展翼結(jié)構(gòu)提高承載能力，僅防沉板兩側(cè)增加2片鋼板，底部體積不變。相較傳統(tǒng)工藝大幅減小防沉板整體質(zhì)量和體積，在一定程度上減小了安裝難度。展翼結(jié)構(gòu)還具有在ROV工作時(shí)，防止卷起的泥沙阻礙ROV視野的特殊功能，具有獨(dú)特性。

5 結(jié) 論

防沉板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量較小，是建立海洋生產(chǎn)系統(tǒng)基礎(chǔ)的首選[11]。所提供的水下防沉板安裝工藝的優(yōu)化方案主要介紹添加展翼結(jié)構(gòu)、補(bǔ)償塊及角度調(diào)節(jié)塊等新工藝。

(1)展翼結(jié)構(gòu)能在盡可能不增加整體質(zhì)量和體積的前提下，有效增大防沉板承載能力，還具有輔助ROV工作的獨(dú)特功能。

(2)單邊補(bǔ)償塊能避免防沉板安裝過(guò)程中入泥傾斜問(wèn)題。

(3)角度調(diào)節(jié)塊調(diào)節(jié)導(dǎo)管架角度效率高、成本低。

相較于傳統(tǒng)水下防沉板的安裝工藝，新工藝是一種更具效率且更加節(jié)省成本的安裝工藝，在海洋工程領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用價(jià)值。