紀(jì)延濤

（中石化勝利油建工程有限公司，山東東營 257000）

測(cè)量技術(shù)在鋼制導(dǎo)管架尺寸控制中的應(yīng)用

紀(jì)延濤

（中石化勝利油建工程有限公司，山東東營 257000）

結(jié)合鋼制導(dǎo)管架建造的特點(diǎn)，重點(diǎn)總結(jié)和介紹了海洋鋼制平臺(tái)導(dǎo)管架建造階段所使用的測(cè)量技術(shù)及其精度控制中應(yīng)該注意的事項(xiàng)，以期達(dá)到相互學(xué)習(xí)和交流的目的。

導(dǎo)管架；建造；測(cè)量技術(shù)；尺寸控制；應(yīng)用

0 引言

本文介紹的鋼制導(dǎo)管架是指能夠?qū)崿F(xiàn)海上鉆井、采油、集輸、作業(yè)、生活等不同功能的鋼結(jié)構(gòu)樁基式固定平臺(tái)的下部基礎(chǔ)，是目前我國淺海區(qū)域固定石油平臺(tái)所采用的最普遍的結(jié)構(gòu)形式。在營運(yùn)檢驗(yàn)過程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)海上已投產(chǎn)的老舊平臺(tái)或個(gè)別新建平臺(tái)部分結(jié)構(gòu)存在著安裝缺陷，如導(dǎo)管架水平超標(biāo)、過渡段連接部位錯(cuò)口、平臺(tái)高程超標(biāo)、平臺(tái)方位偏差超標(biāo)等情況，這些問題都與建造時(shí)的安裝精度有關(guān)。其出現(xiàn)的原因可能與當(dāng)時(shí)的項(xiàng)目要求和施工機(jī)具有直接的關(guān)系，但建造階段的測(cè)量方法和安裝精度控制水平則是問題發(fā)生的主要因素。

回顧導(dǎo)管架建造安裝的發(fā)展過程可以看出，測(cè)量方法和安裝精度控制是導(dǎo)管架建造期間質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前隨著測(cè)量機(jī)具的日益先進(jìn)，測(cè)量技術(shù)水平的不斷提高，施工的效率和精度控制在不斷增強(qiáng)。本文結(jié)合規(guī)范要求和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)導(dǎo)管架建造過程中在不同時(shí)期和環(huán)境中所采用到的不同測(cè)量方法及所用測(cè)量機(jī)具進(jìn)行總結(jié)，以期通過介紹達(dá)到相互學(xué)習(xí)和交流的目的。測(cè)量方法無所謂好壞和先進(jìn)，對(duì)于不同的施工環(huán)境和條件會(huì)各有所長，總結(jié)和介紹施工過程中的安裝精度控制問題，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工和檢驗(yàn)具有參考意義。

1 測(cè)量分類

導(dǎo)管架建造用到的測(cè)量方法多種多樣，總結(jié)起來可分為相對(duì)測(cè)量法和絕對(duì)測(cè)量法。

相對(duì)測(cè)量法通常是設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，通過另一點(diǎn)的測(cè)量測(cè)出兩點(diǎn)之間的相對(duì)數(shù)據(jù)以獲得距離、角度、高程等相關(guān)的測(cè)量信息，再與理論值進(jìn)行比較，判斷誤差是否符合要求的測(cè)量方法。如用鋼卷尺或儀器進(jìn)行主立柱之間距離、對(duì)角線差值的測(cè)量；利用線墜或儀器進(jìn)行主導(dǎo)管傾斜角度的測(cè)量；單片預(yù)制時(shí)利用儀器對(duì)各點(diǎn)間距離和水平的測(cè)量；用鋼卷尺或儀器對(duì)主導(dǎo)管、鋼樁橢圓度、直線度的測(cè)量等，均屬于相對(duì)測(cè)量法。早期由于建設(shè)設(shè)備的限制，導(dǎo)管架建造規(guī)模較小，尺寸測(cè)量主要依靠原始的非儀器的土辦法進(jìn)行測(cè)量，如：鋼卷尺法、連通管法、三點(diǎn)一線法、吊線法等，用到的主要工具通常有鋼卷尺、水平尺、水平管、線墜等，工具較為簡陋。這些方法雖然適用精度要求不高，但對(duì)于空間狹小儀器難以架設(shè)、規(guī)模尺寸較小的構(gòu)件仍然有著不可替代的作業(yè)。在大型導(dǎo)管架建造過程中，即使使用先進(jìn)的測(cè)量儀器，但在可行的方便的前提下，仍優(yōu)先使用相對(duì)測(cè)量法，如在單片預(yù)制時(shí)就用全站儀進(jìn)行相對(duì)測(cè)量法獲取數(shù)據(jù)，此時(shí)不需要在周圍建立坐標(biāo)控制網(wǎng)站，以棱鏡作為反射點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，現(xiàn)場(chǎng)只用單個(gè)、獨(dú)立的全站儀就能測(cè)出所有想要的直觀的數(shù)據(jù)。

絕對(duì)測(cè)量法是一種全新的測(cè)量理念，數(shù)據(jù)以坐標(biāo)點(diǎn)的形式出現(xiàn)，各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)之間無關(guān)聯(lián)，每次測(cè)量到的實(shí)際數(shù)據(jù)只需與該點(diǎn)理論數(shù)據(jù)比較，從而判斷誤差是否滿足要求的測(cè)量方法。由于要求高，實(shí)施前需要進(jìn)行大量的前期準(zhǔn)備工作和投入較大的精力，該法通常主要用于大型導(dǎo)管架的總裝測(cè)量。測(cè)量要求：1）需結(jié)合批準(zhǔn)可行的安裝方案和批準(zhǔn)的導(dǎo)管架設(shè)計(jì)圖紙尺寸在電腦中事先模擬出導(dǎo)管架所有檢測(cè)點(diǎn)的理論坐標(biāo)；2）需提前在周圍建立足夠數(shù)量的坐標(biāo)控制網(wǎng)站；3）測(cè)量儀器需具有 GPS等全球定位系統(tǒng)及能夠準(zhǔn)確獲取各點(diǎn)坐標(biāo)的功能。使用絕對(duì)測(cè)量法的構(gòu)件，通常構(gòu)件繁多，測(cè)量人員難以到達(dá)，不能架設(shè)棱鏡，而只能通過紅外線瞄準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量事先做好的標(biāo)記。如我國第一個(gè)深水項(xiàng)目——荔灣3-1中心平臺(tái)的導(dǎo)管架在總裝期間主要使用該法，使復(fù)雜紛繁的構(gòu)件測(cè)量難點(diǎn)工作變得簡單易行。

相對(duì)測(cè)量法和絕對(duì)測(cè)量法無好壞之分，只是是否更適合而已?，F(xiàn)階段隨著科技水平的提高，先進(jìn)的測(cè)量儀器日新月異，隨著導(dǎo)管架的設(shè)計(jì)規(guī)模和建造水平的增強(qiáng)，導(dǎo)管架的原始測(cè)量方法也被先進(jìn)的儀器測(cè)量方法所取代。但即便是最先進(jìn)的儀器，由于環(huán)境條件地不同，使用時(shí)也具有局限性，尤其在特殊的測(cè)量環(huán)境條件下，各方法之間具有互補(bǔ)性。

2 常用技術(shù)

不論相對(duì)測(cè)量法和絕對(duì)測(cè)量法，但現(xiàn)場(chǎng)具體使用到測(cè)量技術(shù)主要有以下幾種：

2.1 連通管法

利用連通管原理，是在沒有儀器或儀器難以架設(shè)的條件下所使用的一種測(cè)量水平的方法。該方法所用到的工具主要有：膠皮水管，線錘，鋼卷尺等。施工時(shí)，將膠皮水管一端設(shè)置井口平臺(tái)采油樹一側(cè)（做好標(biāo)記），另一端作為活動(dòng)端在在樁管或過渡段上移動(dòng)，找到同一高度位置處做好標(biāo)記（一般每個(gè)樁管或過渡段上至少取2個(gè)點(diǎn)）。施工時(shí)，通過圖紙的要求與標(biāo)記的偏差即判斷出高程的變化，作到實(shí)時(shí)校正，從而達(dá)到水平測(cè)量的目的。此法古老而經(jīng)典，至今仍常被工人采用，尤其在周圍視覺障礙多的條件下，是普通甚至精密儀器無法取代的。但陸地導(dǎo)管架總裝現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較少。

2.2 三點(diǎn)一線法

依據(jù)三點(diǎn)一線的原理，是進(jìn)行測(cè)量水平度、直線度的一種方法。此法所用設(shè)備簡單，容易操作，適用于缺少儀器或儀器難以架設(shè)，以及穿越長度短、精度要求低的情況。此方法所用到的工具主要有：膠皮水管、鐵尺、中心尺、水平尺、線錐等。施工時(shí)，通過連通管確定外部基準(zhǔn)面，利用基準(zhǔn)面確定測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行第三點(diǎn)測(cè)量的方法。施工時(shí)，靠觀測(cè)第三點(diǎn)與標(biāo)記的偏差即可判斷出高程或直線度的變化，作到實(shí)時(shí)校正。此法在現(xiàn)場(chǎng)仍然常用，主要用于細(xì)節(jié)尺寸和機(jī)器難以觀測(cè)的部位。不能同時(shí)測(cè)量所有數(shù)據(jù)。

2.3 水平儀/經(jīng)緯儀測(cè)量法

設(shè)定基準(zhǔn)點(diǎn)，利用水平儀/經(jīng)緯儀，進(jìn)行定點(diǎn)定位測(cè)量，此方法簡單、快捷、準(zhǔn)確，提高測(cè)量效率，在施工中廣泛運(yùn)用。水平儀/經(jīng)緯儀測(cè)量法要求水平儀/經(jīng)緯儀位置擺放合理、固定，不得與現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)備及施工作業(yè)沖突，同時(shí)，擺放位置避免振動(dòng)。測(cè)量時(shí)，通過靠觀測(cè)兩點(diǎn)的偏差即可判斷出水平和垂直度的變化。該法目前仍然廣泛使用。但要測(cè)量導(dǎo)管架所用尺寸，還需其他方法的補(bǔ)充。

2.4 激光測(cè)量法

激光位移傳感器利用激光發(fā)射器通過鏡頭將可見紅色激光射向被測(cè)物體表面，經(jīng)物體反射的激光通過接收器鏡頭，被內(nèi)部的CCD線性相機(jī)接收，根據(jù)不同的距離，CCD線性相機(jī)可以在不同的角度下“看見”這個(gè)光點(diǎn)。根據(jù)這個(gè)角度及已知的激光和相機(jī)之間的距離，數(shù)字信號(hào)處理器就能計(jì)算出傳感器和被測(cè)物體之間的距離（原理圖如示）。同時(shí)，光束在接收元件的位置通過模擬和數(shù)字電路處理，并通過微處理器分析，計(jì)算出相應(yīng)的輸出值，并在用戶設(shè)定的模擬量窗口內(nèi)，按比例輸出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號(hào)。如果使用開關(guān)量輸出，則在設(shè)定的窗口內(nèi)導(dǎo)通，窗口之外截止。另外，模擬量與開關(guān)量輸出可獨(dú)立設(shè)置檢測(cè)窗口。

激光測(cè)量法是近幾十年發(fā)展起來的一門新技術(shù)，激光測(cè)量是將激光器與水準(zhǔn)儀或經(jīng)緯儀安裝在望遠(yuǎn)鏡上的一種測(cè)量方法。測(cè)量時(shí)，在工作臺(tái)上安裝好激光發(fā)射器，按照導(dǎo)管架的位置和方向調(diào)整發(fā)射器，同時(shí)在導(dǎo)管架上裝有刻度的靶，測(cè)量時(shí)觀測(cè)靶的位置與設(shè)計(jì)位置是否一致，如激光點(diǎn)直射靶心，說明高程符合要求。否則，存在較大偏差，需進(jìn)行調(diào)正。此法在中海油青島海工場(chǎng)地導(dǎo)管架建造過程中和曾建造的“海洋石油921、922、923、924”鉆井船上大量使用，主要用在樁腿、齒輪箱以及導(dǎo)管架等關(guān)鍵構(gòu)件的制作和總裝控制，效果良好。

2.5 全站儀測(cè)量法

此法精度高，功能強(qiáng)大，可同時(shí)獲得坐標(biāo)、距離、角度及方位等信息，是目前最常使用、甚至在一些項(xiàng)目上無法替代的測(cè)量方法。由于全站儀的GPS功能，大大提升了海工的建造能力，從而使復(fù)雜的結(jié)構(gòu)安裝變得簡單容易，尤其當(dāng)前我國海工項(xiàng)目在由淺海走向深海的過程中，對(duì)于數(shù)量繁多的導(dǎo)管架桿件，如仍然采用以往的老辦法活水平儀和經(jīng)緯儀進(jìn)行測(cè)量，可能建造過程難以進(jìn)行甚至不能進(jìn)行。以往的測(cè)量方法歸結(jié)起來可統(tǒng)稱為相對(duì)測(cè)量法，即所有的測(cè)量數(shù)據(jù)均為直觀的數(shù)據(jù)，如距離、高度、斜度等。而使用全站儀測(cè)量法后除能夠?qū)崿F(xiàn)以上測(cè)量方法，而且出現(xiàn)了新的測(cè)量方法，由于GPS功能的存在，測(cè)量不再按傳統(tǒng)的方法，而是通過建模和在現(xiàn)場(chǎng)建立坐標(biāo)控制網(wǎng)，通過現(xiàn)場(chǎng)坐標(biāo)點(diǎn)的控制和偏差測(cè)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)各桿件之間距離、對(duì)角線、傾斜度等測(cè)量，甚至通過對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)的采集和輸入，實(shí)現(xiàn)對(duì)各點(diǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取。是目前干深水項(xiàng)目導(dǎo)管架建造中最有效的、甚至不可替代的測(cè)量方法。

3 精度控制

導(dǎo)管架建造時(shí)期，安裝精度控制主要發(fā)生在兩個(gè)階段，即陸地預(yù)制階段和海上就位階段[1]。

陸地預(yù)制階段的精度控制點(diǎn)主要有：

1）總體尺寸控制，如主導(dǎo)管的傾斜度、上下水平面的平面尺寸、各水平面之間尤其防沉板所在平面的標(biāo)高控制，等。

2）附件尺寸控制，如靠船件、泵護(hù)管、管卡子、電纜護(hù)管等附件的安裝方位控制，靠船件的標(biāo)高控制，等。

3）單個(gè)構(gòu)件的尺寸控制，如裙樁的安裝位置，導(dǎo)管的橢圓度、直線度，高空桿件的尺寸控制，等。

海上就位階段的精度控制點(diǎn)主要有[2]：1）平臺(tái)與導(dǎo)管架之間的吻合控制；2）導(dǎo)管架海上就位時(shí)的水平度控制；3）平臺(tái)間的高程控制；4）平臺(tái)間的方位控制。

4 注意事項(xiàng)

建造期間，做好測(cè)量的精度控制應(yīng)注意如下方面：

1）學(xué)會(huì)選擇合適的測(cè)量設(shè)備，所有儀器的校準(zhǔn)應(yīng)在有效期內(nèi)。

2）制定合理及細(xì)致的測(cè)量方案，做好測(cè)量前期準(zhǔn)備工作，如桿件標(biāo)識(shí)工作、儀器標(biāo)定工作、控制網(wǎng)站點(diǎn)的埋設(shè)和校核工作等。

3）在使用全站儀測(cè)量過程中，需注意：

（1）儀器架設(shè)在控制網(wǎng)站點(diǎn)上使用前，應(yīng)可以測(cè)量目標(biāo)點(diǎn)的所有三維坐標(biāo)，并事先通過與理論坐標(biāo)比較確定所有點(diǎn)的三維偏差。

（2）主要的測(cè)量點(diǎn)要用洋沖打在導(dǎo)管及拉筋的表面并貼上標(biāo)簽，并計(jì)算這些點(diǎn)在控制網(wǎng)中的理論坐標(biāo)。

（3）在十字花片的預(yù)制中，主要的測(cè)量點(diǎn)要用洋沖打點(diǎn)并貼上測(cè)量標(biāo)簽，利用全站儀等儀器測(cè)量這些點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)，通過與理論尺寸的比較，得到拉筋的偏差。測(cè)量需在焊前和焊后進(jìn)行。

（4）對(duì)于登船平臺(tái)、靠船件、立管卡子、套筒、浮筒及消防用水泵護(hù)管等附件的位置，測(cè)量人員通過三維坐標(biāo)控制網(wǎng)測(cè)量預(yù)先制定在這些附件上的控制點(diǎn)從而得到三維偏差。

5 結(jié)束語

測(cè)量技術(shù)的選擇和精度控制的高低是反映導(dǎo)管架建造水平的重要指標(biāo)，安裝精度控制的好壞不但決定工程的質(zhì)量和效益，同時(shí)決定了工程的安全性、可操作性。本文重點(diǎn)介紹的各種測(cè)量技術(shù)，涵蓋了當(dāng)前導(dǎo)管架施工過程中的所有方法，尤其是利用坐標(biāo)定位方法的絕對(duì)測(cè)量技術(shù)是當(dāng)前較為新穎的測(cè)量方法，對(duì)于施工大型導(dǎo)管架及其他大型構(gòu)件或復(fù)雜構(gòu)件的施工和精度控制起著關(guān)鍵的、甚至不可替代的作用。目的是讓大家對(duì)測(cè)量技術(shù)全面了解，以便在不同的施工條件和環(huán)境下選用合理的測(cè)量方法和儀器，為更好的服務(wù)于現(xiàn)場(chǎng)起到參考作用。

[1] 海上固定平臺(tái)規(guī)劃設(shè)計(jì)和建造推薦做法[S]. 2007.

[2] 紀(jì)延濤, 李軍. 灘海固定平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量及精度控制[J]. 中國海洋平臺(tái), 2005(2): 45, 46.

Application of Measurement Technology for Size Control in Steel Jacket

Ji Yan-tao

(Sinopec Petroleum Engineering & Construction Shengli Corporation Co., Ltd., Shandong Dongying 257000, China)

Combined with the characteristics of steel jacket construction, this paper mainly summarizes and introduces the matters which should be paid attention to for measurement technology and precision control in the stage of offshore steel jacket platforms construction, in order to achieve the purpose of mutual learning and exchange.

jacket; construction; measurement technology; size control; application

U663.7

A

1005-7560 (2014) 06-0017-03

紀(jì)延濤（1971-），男，高級(jí)工程師，長期從事油田地面工程、海洋工程及長輸管道工程建設(shè)工作。