浅水裙桩导管架的安装工艺

第２６卷第６期　中国修船　ＣＨＩＮＡ　ＳＨＩＰＲＥＰＡＩＲ　Ｖｏ１．２６　Ｎｏ．６　Ｄｅｃ．２０１３　２０１３年１２月　，’’’’’’’’、　：海洋平台：　＾ｔ‘Ｉ‘Ｉ‘ｌｔｌ　浅水裙桩导管架的安装工艺　惠　丹，王　进　（海洋石油．７－－程股份有限公司，天津３００４６１）　摘要：文章以蓬莱】９—３单点导管架的海上安装工艺为例介绍了渤海裙桩导管架的海上安装　过程，提出了使用“钢桩脚鞋”起长重桩，用脚手架管做插桩导向引导插桩，用送桩辅助打裙　桩，用圆管观测打桩刻度等一系列实践性极强的安装方法，对于今后在渤海湾或其它浅水区域安　装类似的导管架有借鉴意义。　关键词：裙桩导管架；钢桩脚鞋；插桩导向；送桩　中图分类号：ＴＥ９５１　文献标志码：Ｃ　文章编号：１００１—８３２８（２０１３）０６—００４６—０４　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｏｆｆｓｈｏｒｅ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｂｏｈａｉ　ｓｋｉｒｔ　ｐｉｌｅ　ｊａｅｋｅｔ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｗｉｔｈ　Ｐｅｎｇｌａｉ　１９—３　ｓｉｎｇｌｅ　ｊａｃｋｅｔ　ｏｆｆｓｈｏｒｅ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　ａｓ　ｅｘａｍｐｌｅ．Ｐｉｌｅ　ｓｈｏｅ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｌｉｆｔ　ｌｏｎｇ　ｐｉｌｅ　ｗｅｉｇｈｔ，ｓｔａｂｂｉｎｇ　ｐｉｌｅｓ　ｗｉｔｈ　ｓｃａｆｆｏｌｄｉｎｇ　ｐｉｐｅｓ　ａｓ　ｇｕｉｄｅ，ｐｉｌｌｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｐｉｌｅ　ｆｏｌｌｏｗｅｒ　ａｕｘｉｌｉａｒｙ　ａｎｄ　ａ　ｃｉｒｃｕｌａｒ　ｔｕｂｅ　ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｓｃａｌｅ　ｆｏｒ　ｐｉｌｅｓ．３＇ｂｅ　ｓｅｒｉｅｓ　ｏｆ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｓｈｏｗ　ｓｏｍｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｊａｃｋｅｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｋｉｒｔ　ｐｉｌｅ　ｊａｃｋｅｔ；ｐｉｌｅ　ｓｈｏｅ；ｓｔａｂｂｉｎｇ　ｇｕｉｄｅ；ｐｉｌｅ　ｆｏｌｌｏｗｅｒ　随着渤海湾油田开发速度的加快，越来越多结　总结安装工艺就显得十分必要。　构型式的导管架涌现出来，如独腿导管架，三腿导　管架和水下裙桩导管架等。尤其是水下裙桩导管　１裙桩导管架的安装方法　浅水裙桩导管架与一般的深水和浅水导管架在　安装顺序上没有太大的差别，大致可分为如下几个　架，在近几年更是受到设计者的青睐，已经在曹妃　甸１１、渤中２５—１、锦州２０—２和蓬莱１９—３ＩＩ等　油田的单点或井口平台中被屡次采用。带裙桩的导　管架与普通的导管架相比，至少有以下３个方面的　优点：节省了大量的钢材，即节约了大量的成本；　降低了结构物的重心，从而可以减小风和波浪等环　步骤：①导管架吊装下水一②起桩一③插桩一④打　桩一⑤导管架调平一⑥灌浆一⑦附件安装。步骤　①、⑥和⑦与浅水导管架的安装方法完全一样，因　此本文将重点讨论其它几个步骤。　１．１起桩　境荷载的弯矩，在同等条件下，有利于承载更大重　量的上部组块；减少安装工艺中的接桩环节，节省　工期，同时也减小了拒锤风险。　浅水裙桩导管架在设计上有深水导管架的理　念，同时又离不开渤海浅水的大背景，因此决定了　对于裙桩导管架的钢桩，由于海上无法接桩或　者接桩很困难，一般都做成一节；另外由于裙桩导　管架承载的重量越来越大，例如蓬莱１９—３二期单　点导管架需要系３０万吨级的超大型油轮，即要求　钢桩的承载力很大，所以裙桩导管架的钢桩直径一　般都较大，且很长，这样就直接导致了钢桩的重量　这种形式的导管架在安装方法上有其独特性，尤其　是在导管架钢桩的安装工艺上，照搬现有的成熟的　浅水或者深水导管架的安装方法都是不可取的。随　着更多浅水裙桩的导管架即将被设计出来，探讨和　很大，例如蓬莱１９—３二期单点导管架钢桩的直径　为ｌ　５２４　ｍｍ，壁厚５０．８　ｍｍ，桩长７７．４　ｍ，质量　作者简介：惠丹（１９８２一），男，湖北嘉鱼人，工程师，大学本科，主要从事市场开发与项目管理工作。　・４６・　２０１３年第６期　惠丹，等：浅水裙桩导管架的安装工艺　第２６卷　１５３　ｔ。这种钢桩的长度和质量已经接近深水导管　架的钢桩的长度和质量，如果直接起桩，由于钢桩　与驳船甲板处于点或线接触状态，普通驳船的甲板　承载力有限，将很可能在钢桩滑动过程中刺穿驳船　甲板；如果采用深水的安装方法，就需要提前制作　一行插桩引导，也存在如下２个问题：①潜水员只能　在平潮时下水，而每天只有４个平潮，工作将受到　极大的限制，对于海上施工的船队而言，是一种不　经济的做法；②存在着极大的安全隐患，因为潜水　员无法看清正在进行的吊装作业，容易出现事故。　套专用的起桩系统即起桩翻板和止链器装置，但　一在安装蓬莱１９—３二期单点导管架时，我们使用了　套行之有效且方便简单的插桩方法。　这套装置的费用较高，并且在使用过程中效率也不　高。在蓬莱１９—３二期单点导管架安装过程中，使　用了一个设计非常简单的结构（如图１所示），很　好地解决了上述问题。　４　１００　蓬莱１９—３二期单点导管架是一个４腿８裙桩　的导管架，主腿间距为１８　ｍ，裙桩与主腿间距为９　ｍ，导管架的布置如图２所示。所谓的“插桩导　向”就是２根用脚手架管连接成的长３６　ｍ的杆，　该导向在纵向可自由活动，主要是考虑到在插桩过　程中，钢桩会来回晃动，碰撞导向，由于导向可伸　缩，即使被碰撞，也不会损坏；该导向在横向被两　侧立着的脚手管挡着，以免它被碰后，因没有任何　约束直接掉到海里。在设计插桩导向时，充分考虑　了导管架上的现有条件即导管架的４个主腿上都已　经搭设好了１圈脚手架，可作为插桩导向的支撑。　用这种导向插桩的方案大致如下：①用脚手架管连　接一根长３６　ｍ的杆；②在杆的两端依次画好标记：　１　ｍ，２　ｍ，…，９　Ｉｎ，１０　ｍ；③将杆放在导管架一　图１　“钢桩脚鞋”示意图　图１中的结构中间开了一个圆孔，其直径比钢　桩直径略大，可以正好将钢桩的端部插入，整个结　轴的桩腿上；④用浮吊吊着裙桩沿杆的端部下放；　⑤当钢桩已经下放到裙桩套筒顶部标高以下约３　ｍ　时停止下放，进行浮吊扒杆的旋转和变幅操作，如　果旋转和变幅受阻，说明钢桩已经进入套筒；⑥继　构就好似钢桩的一个“铁鞋”，起桩时钢桩就带着　这个结构在船上滑动，将点线接触变为了面接触。　续下放钢桩直至入泥；⑦派潜水员下水确认。　，起桩过程如下：①将钢桩“铁鞋”放到钢桩端部；　②将吊桩器插入钢桩另一端；③启动吊桩器的液压　动力装置，使吊桩器与钢桩内壁紧密抱死；④起升　浮吊吊钩，使钢桩缓缓立起，注意起桩的初始阶段　必须保证钢桩进入“铁鞋”。　１．２插桩　，　‘捕桩导向横同　庄腿脚手架　＼　管插桩导向中　主，桩脚　－　管　＼　一　＼　间支撑管　ｊ／搞拯．　一　　向　…９　０００　一　１８　０ｎｎ　一　一９　０００一ｌ　向在纵向　自由移动　桩套筒　插主桩时，只需吊着钢桩顺着导管腿插入即　可。对于裙桩，由于其套简在水下，如果没有引导　将很难将裙桩准确快速地插入套筒内。深水导管架　的裙桩，一般是采用水下机器人（ＲＯＶ）来引导，　但在渤海湾，由于水下能见度较低，ＲＯＶ很难看　１．３打桩　图２　“插桩导向”示意图　清水下情况，即使在夏季风平浪静的海面也是如　此；另外也由于水流太急，ＲＯＶ在水下保持航向　很困难，ＲＯＶ有缠绕在复杂水下结构物上的风险。　因此使用ＲＯＶ不能奏效。如果直接用潜水员去进　・１．３．１打桩工具　与普通浅水导管架打桩相比，裙桩导管架打桩　需要用到送桩这一工具，借助这一工具，可以直接　将钢桩打人套筒或导管腿内。送桩在结构和功能上　４７・　２０ｌ３年第６期　一中国修船　表２　Ｓ一５００实际打桩结果图　桩腿　锤输出的最大能量／ｋＪ　第２６卷　般可以分为如下几个部分：①送桩主体；②插尖　编号　Ｄ１　部分；③插尖与主体的连接部分；④插尖的防脱落　装置。图３是一个典型的送桩结构图。　最大锤击数／０．２５　ｍ　（对应锤击数）　４３９（４１锤）　（对应能量／ｋＪ）　１５４锤（１２６．１）　Ｉ）２　１）４　３６９．８（４６锤）　４１８．３（８９锤）　６６锤（３４４．１）　１５８锤（１１１．３）　Ｄ５　Ｂ１　０　０　Ｌｎ　４２１．９（２１锤）　３８８．９（９１锤）　４５１．８（４８锤）　４１５．９（３７锤）　４０６．５（４３锤）　３９９．６（２５锤）　４２９．９（２８锤）　８２锤（３８７．８　ｋＪ）　１３６锤（１１５．３　ｋＪ）　６６锤（４２７．３　ｋＪ）　６ｏ锤（４１４．８　ｋＪ）　７７锤（１６９．１　ｋ１）　５７锤（１４３．２　ｋＪ）　６９锤（１６１　ｋＪ）　Ｂ２　１３４　Ｂ５　Ａ２　Ａ４　ｍ　Ｅ２　０　０　ｌｎ　一　４２６．０（４１锤）　４３７．６（３１锤）　１０５锤（１５７．６　ｋＪ）　９７锤（１４７．２　ｋＪ）　１７；４　０　０　１．３．３打桩观测　０　０　对于入泥深度有较高精度要求的打桩，需要有　一套准确的监测方法。一般的浅水导管架都是通过　图３　“送桩”示意图　在早期的送桩设计如曹妃甸１１项目中，插尖　导管口处的刻度来判断入泥深度，但裙桩的套筒口　在水下，无法用肉眼看到，ＲＯＶ也无能为力，这　一与主体一般采用硬连接即焊接的方式，在打桩过程　中由于震动很大，曾使得焊缝出现了疲劳破坏，因　此在安装蓬莱１９～３二期单点时，吸取了以往设计　中的教训，采用了软连接的方式，即插销是可以沿　轴向移动的，但活动范围也受图１中的两侧筋板的　控制。该送桩的实际使用效果也很好，打完ｌ２根　钢桩没出现任何故障。　１．３．２打桩分析　点在前面提过。如果直接观测水面的刻度，误差　将会较大，产生误差的原因主要有２点：①水面因　为潮涨潮落是变化的；②水面不可能静止，即桩刻　度周围的水是跳动的，因此也有观察的视觉误差。　上述２个原因的根本就是观察的参考面不固定，所　以要准确判断钢桩入泥深度，必须事先选定一个固　定不动的基准面。以蓬莱ｌ９—３二期单点导管架为　例，选择了导管架吊点水平环板为参考面去观察钢　桩上的刻度。由于主腿与裙桩套筒相隔太远（９　由于送桩与钢桩本身不存在任何连接，因此在　打桩过程中不可避免地存在打桩能量损失，损失到　底为多大，至今还没有相关权威的分析。为了保守　ＩＴＩ），因此直接观测仍有较大的视差。为了克服这　一困难，我们使用了管中观测的方式，即在水平环　起见，在蓬莱１９—３二期项目中，使用了５０％的　锤效，理论分析的结果如表１所示。　表１　５０％锤效　状况编号　Ａ　Ｂ　Ｃ　板上放置一根直径为５０．８　ｍｍ（２”），长度为２。５　ｍ的圆管，然后顺着细圆管来读远处钢桩的刻度，　实际观测到的误差不到２５０　ｍｍ。其原理大致如图　／ｍ　结果　条件　有土塞，连续打击　有土塞，短时停锤　最大锤击数　人泥／０．２５　ｒｆ１　４所示。　观测到的区域　，８０．２　１４０．２　６１．５　６１　５　６１．５　可行　可行　不可行　圆管　９　０００　＼　一　有土塞，长时间停锤　３７７　９　２　５００一１．　Ｄ　Ｆ　无土塞，连续打击　无土塞，短时停锤　２９．８　３７　１　６１．５　６１．５　可行　可行　一：ｌ　：ｒ，　Ｆ　尤土塞，长时间停锤　３９．９　６１．５　可行　实际的打桩是一个连续打击的过程，但也存在　短暂停锤，因此应介于状况Ａ和Ｂ之间；实际的　打桩结果如表２所示。　１．４导管架调平　目前导管架的调平方法一般有２种，一种是通　过卡桩器加调平器的方式，即普通的深水导管架调　从表２可以看到，实际的结果与５０％的锤效　分析基本相同。　平方式；另一种是先通过提升导管架低点，然后将　导管架与钢桩固定，边打桩边调平的方式，即普通　・４８・　２０１３年第６期　惠丹，等：浅水裙桩导管架的安装工艺　第２６卷　的浅水导管架调平方式。以蓬莱１９—３二期单点导　同样能收到极好的效果，值得后续项目借鉴。　管架为例，该导管架的主桩要求打入到导管腿内　２８　ｒｎ，因此不能采用传统的浅水导管架调平方法，　２　结束语　如果直接用深水导管架的方法，需要考虑费用的问　本文所介绍的裙桩导管架的安装工艺是经济且　题，特别是调平器，海工公司每次都是租用，费用　行之有效的，完全适合渤海这种浅水环境，为后续　昂贵，因此在实际的操作过程中使用了深水和浅水　类似导管架的安装提供了借鉴。在蓬莱１９—３二期　导管架调平方式相结合的办法，具体过程如下：①　单点导管架的安装中，我们使用文中的方法，仅用　测量导管架的水平度，确定导管架的低点及需要提　１０天就完成了一座导管架的安装。　升的高度；②提升导管架的低点，然后进行水平度　参考文献　的测量，如果有必要调整提升高度，直至水平度在　［１］姜沛然，房晓明．水下夹桩器夹持性能分析及实验研　误差范围以内；③启动裙桩内的夹桩器¨　建立裙　究［Ｊ］．哈尔滨：哈尔滨工程大学学报，２０１１，３２　桩与主桩之间的连接。　（９）：１２２８—１２３２．　这种调平方法完全回避了使用调平器设备，但　收稿日期：２０１３—０７—３１　，’’’’’’、　：启　事：　《中国修船》征稿启事　‘‘。Ｉ‘ｌ　１．《中国修船》的办刊特点是实用性与科学性相结合，理论与实践相结合。探讨修船企事业单位的　发展方向和模式，介绍修船新工艺、新技术，切磋保证修船质量、缩短修船周期、提高修船效率的有效措　施。文章力求有前瞻性、先进性、实用性。　２．征稿内容：经营管理方面的成功经验，理论探讨；船体、船机、船电、计算机信息管理等方面新技　术的应用；坞修设施的改造；拆船、船舶改装、特涂、特修、防污防腐、维修理论；企业风采、新产品介　绍；国内外修船动态、航运信息、简讯等信息类的文稿。　３．征稿要求：①来稿要求论点明确、论据充分、数据可靠、逻辑性强、文字简练，并且一律使用规范　的简化汉字；②使用《中华人民共和国法定计量单位》；③文中的插图请使用计算机制图，插图线条务必　均匀、清晰。半栏图宽不超过８　ｃｍ，通栏图宽不超过１５　ｅｍ，图中的文字一律使用６号宋体字；④文稿或　图稿中易混淆的外文字母大小写、上下角标必须书写清楚；⑤修船科技论文６０００字以内为宜，并附摘要　和关键词（尽可能加上英文摘要和关键词），摘要１００～３００字，关键词３～８个；信息类文稿不超过１０００　字，为保证报道的真实性和准确性，最好加盖单位公章；译文请附原文复制件及说明出处，以便校对。　４．参考文献请勿引用未公开发表的资料，其专著文献内容包括著者、书名、出版地、出版者、出版　年、页次；连续出版物文献内容包括著者、题（篇）名、刊名、出版年、卷号（期次）、页次；并在文内　引文处做出标注。　５．来稿请注明作者简介，包括：姓名、出生年、性别、民族（汉族可省略）、籍贯、职称、学位、研　究方向（已发表论文与专著，获奖级别和奖励名称等）。举例：［作者简介］乌兰娜（１９６８一），女（蒙　古族），内蒙古达拉特旗人，内蒙古大学历史学系副教授，博士，１９９４年赴美国哈佛大学研修，主要从事　蒙古学研究。　６．来稿若是研究课题或基金项目，请注明课题来源和基金项目号。　７．为推进科技信息交流的网络化进程，本刊现已入网“万方数据——数字化期刊群”“中文科技期刊　数据库”“ＣＮＫＩ中国期刊全文数据库”，向本刊投稿并录用的稿件，将进入互联网提供信息服务，凡有不　同意者，请在来稿时注明。　８．来稿勿寄私人，文责自负。本编辑部有权对录用稿件作文字修改，不同意修改者，请事先说明。来　稿一经刊用，按本编辑部规定支付稿酬，并赠当期刊物２册。作者投稿一个月之后，没有收到编辑部的回　信，可转投他刊。来稿不退，请自留底稿。　９．来稿请写清姓名、单位全称、通讯地址、邮政编码、电话或电子邮件。　１０．投稿信箱：ｚｇｘｃ２００７＠１２６．ｃｏｍ，ｚｇｘｅ＠ｅｈｉｎａｊｏＨｒｎａ１．ｎｅｔ．ｃｎ　《中国修船》编辑部　・４９・