李 強

（中海石油（中國）有限公司 天津分公司 綏中36-1油田二期調(diào)整工程項目組，天津 300452）

0 引言

在海洋石油工程建設(shè)中，海上鋼結(jié)構(gòu)固定平臺主要以鋼樁的形式扎根于海床深處，以保證平臺的穩(wěn)性。對于不同的水深、設(shè)計模式和載荷要求，鋼樁插入海床的方式也不同，通俗地講，鋼樁主要采用“串聯(lián)”或“并聯(lián)”的入泥方式，但不論何種入泥方式，鋼樁均要滿足極限承載力和極限抗拔力的要求。所謂“串聯(lián)”就是一根樁管貫穿于導管架腿內(nèi)，施工時鋼樁分成幾段，打完一段之后現(xiàn)場接樁焊接，之后繼續(xù)打樁直至設(shè)計深度。該方式主要用于淺水區(qū)域，在水面以上插樁打樁，上部模塊最終通過過渡段與樁管連接，如渤海灣等水深小于40m左右的水域。所謂“并聯(lián)”就是每個導管架腿外有多個連成一體的裙樁套筒，每根樁管貫穿于一根套筒之內(nèi)，打樁到設(shè)計深度。該方式主要用于深水區(qū)域（相對淺水區(qū)域而言），在水面下插樁打樁，鋼樁之間互不關(guān)聯(lián)，其上部模塊最終通過過渡段或直接與導管架腿連接。該方式主要用在我國的東海、南海等海域的采油平臺。

對于淺水區(qū)域，也有裙樁入泥方式的平臺，如錦州25-1S固定平臺，但數(shù)量極少。

“串聯(lián)”方式導管架的結(jié)構(gòu)比較簡單，本文將重點介紹“并聯(lián)”方式下導管架裙樁系統(tǒng)的安裝及檢驗。

1 裙樁設(shè)計型式的選用

水深是平臺導管架采用裙裝設(shè)計的最主要因素，主要原因包括:1）水深導致導管架高度增大，只能平躺著建造和運輸；2）水深導致導管架重量增加，除部分利用浮吊下水，大部分則需利用駁船壓載傾斜滑移下水，下水之后，導管架漂浮在水面，必須經(jīng)過灌水、扶正、直立、就位幾個過程；3）導管架漂浮需要足夠的浮力，需要主導管分隔成不同相互隔開的艙室；4）以上建造和安裝方法，使樁體穿過導管架入泥沒有可能，而采用單根樁的水下連接和焊接則極大的增加了海上施工難度。

綜合以上幾點，采用裙樁的設(shè)計形式是深水導管架最優(yōu)的固定方式，該設(shè)計形式很好地滿足了極限承載力和極限抗拔力的要求；提供了足夠的浮力空間確保導管架在安裝就位過程中得以有效的控制和有足夠的穩(wěn)性；解決了水下接樁焊接的難題。

2 裙樁系統(tǒng)的組成

裙樁系統(tǒng)主要由5大部分組成:套管及支撐結(jié)構(gòu)；灌漿及其控制系統(tǒng)；封隔器及其控制系統(tǒng)；卡樁器及其控制系統(tǒng)；樁管結(jié)構(gòu)。

套管及支撐結(jié)構(gòu)主要包括套管筒體、剪力板、YOKE板和裙板。通常導管架外側(cè)四角的每個主導管周圍的裙樁結(jié)構(gòu)至少包括2個套管筒體，套管筒體之間通過 YOKE板和剪力板與主導管焊接成為一個整體。YOKE板與套管和主導管的中心軸線垂直，一般上下兩層；剪力板則與套管和主導管軸線平行且在同一平面內(nèi)；裙板分布在剪力板四周，起到加強結(jié)構(gòu)強度及避免過度的應力集中造成YOKE板撕裂的作用。套管、主導管與剪力板YOKE板三者交匯處是導管架連接的特殊部位，是應力最為集中的部位，通常情況下該處焊縫在焊接完成后需要在一定長度內(nèi)打磨成疲勞節(jié)點，此點需引起注意。每個裙樁套筒內(nèi)部一般設(shè)置有剪力鍵、導向塊、封隔器等附件，其上端的喇叭口稱之為調(diào)平環(huán)，將在插樁和調(diào)平過程中發(fā)揮作用；套筒外部設(shè)置主/備用的半圓管形式的灌漿環(huán)形空間沿套管徑向焊接，環(huán)形空間內(nèi)的套管結(jié)構(gòu)沿周長均勻開具灌漿孔洞，以確保套管與樁管環(huán)形空間的灌漿質(zhì)量。

灌漿系統(tǒng)包括灌漿管線、灌漿控制系統(tǒng)、套管環(huán)形空間、套管與樁管的環(huán)形空間、剪力鍵、灌漿孔等。其中灌漿管線、灌漿控制系統(tǒng)、套管環(huán)形空間為主備用各1套。為防止系統(tǒng)意外，灌漿系統(tǒng)通常將裝有冗余裝置，在主備用環(huán)形空間之上再增設(shè)一套環(huán)形空間，在主備用系統(tǒng)均出現(xiàn)故障時由ROV進行水下操作。剪力鍵的作用主要是增大灌漿后環(huán)形空間漿體與套管和樁管之間的附著力，同時也可避免較大的壓力穿過封隔器導致漏漿。

封隔器系統(tǒng)包括封隔器（每個套筒一個）及其控制系統(tǒng)。該封隔器與淺水的不同，為確保封隔器的功能完好，封隔器鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)裝有一個待充氣的橡膠胎具，導管架海上安裝時，當打樁完成灌漿前，導管架頂端控制系統(tǒng)啟動，通過向封隔器內(nèi)充氣，使膨脹胎具達到現(xiàn)場的嚙合狀態(tài)，從而達到盛漿、固漿的目的。為防止系統(tǒng)意外，封隔器系統(tǒng)通常裝有冗余裝置，一般會設(shè)有單獨的注氣裝置，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時由ROV進行水下操作。

每個主導管處的裙裝只有1根套管安裝卡樁器及其控制系統(tǒng)，每個卡樁器設(shè)置有多個液壓缸，打樁后通過導管架頂部的液壓控制裝置控制卡樁器上的控制盤實現(xiàn)功能操作。為防止系統(tǒng)意外，卡樁器控制系統(tǒng)裝有一套冗余裝置，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時由ROV進行水下操作。

樁管結(jié)構(gòu)主要涉及樁體結(jié)構(gòu)的制作、外部剪力鍵的安裝、透氣孔的加工等。

3 安裝及檢驗控制要點

3.1 套管及支撐結(jié)構(gòu)安裝及檢驗控制要點

1）焊縫排版:主導管、裙樁套管、YOKE板和剪力板在下料安裝前要統(tǒng)籌設(shè)計、合理排版，避免焊縫相互重合和違反規(guī)范要求的過近距離。

2）安裝精度:要注意控制套筒的安裝順序、安裝角度，確保尺寸精度在范圍之內(nèi)。

3）焊縫質(zhì)量:選擇合理的焊接工藝，確保焊縫的焊接質(zhì)量。

4）疲勞節(jié)點:確定疲勞節(jié)點的數(shù)量，做好疲勞節(jié)點的打磨處理。

5）附件安裝:包括導向塊插入端的安裝和處理，剪力鍵的安裝及焊接。

6）進行通徑試驗。

3.2 灌漿系統(tǒng)安裝及檢驗要點

1）焊接工藝評定的選擇:灌漿管線的支座與主導管的焊縫、剪力鍵與套管的焊縫采用結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范，一般采用AWS標準[1]，包括焊工資質(zhì)；灌漿管線之間的焊縫、灌漿管線與支座的焊縫以及套管環(huán)形空間與套管的焊縫采用壓力容器焊接規(guī)范，一般采用ASME標準，包括焊工資質(zhì)。

2）灌漿管線的壓差:灌漿管線的試壓壓力為1.5倍的最大工作壓力和靜水壓力之和，可知通常所說的試驗壓力為應以導管架灌漿管線底部為準，但導管架在平放時，如果高差過大，這時高低點會顛倒，此時在以導管架灌漿管線底部為準時，還應考慮超出試驗壓力更大的壓力是否會對頂端產(chǎn)生超應力影響，此處應要求詳細設(shè)計進行計算，出具書面文件予以澄清。

3）灌漿系統(tǒng)的試壓:灌漿管線試壓時提到的最大工作壓力是指灌漿機的額定壓力，此處非常重要，作為審圖人員應要求圖紙明確灌漿機的最大壓力范圍；作為現(xiàn)場檢驗人員灌漿前應核查灌漿機的額定壓力是否符合設(shè)計要求，避免選型不當導致灌漿管線內(nèi)部堵塞或瞬間壓力過大而打爆管線。

4）系統(tǒng)的吹通和保護:主用和備用兩根灌漿管都安裝在樁腿內(nèi)，施工及檢驗條件較差，檢驗和試驗時要注意支撐及管段有無漏裝、漏焊、滲漏情況。

3.3 封隔器系統(tǒng)安裝及檢驗控制要點

1）安裝時溫度控制:封隔器與套筒對接時，注意控制環(huán)縫焊接的溫度，避免因溫度過高燒壞橡膠氣胎。

2）調(diào)試系統(tǒng):做好控制系統(tǒng)的吹通及試壓工作；調(diào)試激活封隔器，用臨時短管代替鋼樁模擬現(xiàn)場的嚙合狀態(tài)；因目前封隔器均為國外進口，安裝及調(diào)試將在廠家指導下進行。

3.4 卡樁器系統(tǒng)安裝及檢驗控制要點

1）卡樁器的上端與調(diào)平環(huán)下端通過直管段焊接相連，其下端與裙樁套管上部結(jié)構(gòu)焊接相連。

2）安裝時:首先做好安裝精度的控制；選擇合適的焊接工藝和焊接人員，確?？镀骱缚诘暮附淤|(zhì)量；做好卡樁器在現(xiàn)場安裝過程中的保護，避免因安裝過程損壞；安裝后應對液壓裝置進行現(xiàn)場模擬試驗。

3）系統(tǒng)功能試驗:控制管線吹通試壓；系統(tǒng)閥門的有效動作試驗；液壓缸伸縮功能試驗；系統(tǒng)整體的模擬調(diào)試。

3.5 樁管結(jié)構(gòu)安裝及檢驗控制要點

1）結(jié)構(gòu)排版是否符合規(guī)范要求；2）焊接質(zhì)量及探傷是否符合要求；3）樁體的尺寸精度是否滿足要求；4）剪力鍵的尺寸位置是否符合要求；5）通氣孔尺寸大小、位置及數(shù)量是否滿足要求；6）樁管吊樁采用起樁器，端部的橢圓度要重點關(guān)注。

4 其他注意事項

所有過程必須嚴格按照批準的圖紙、規(guī)范[2]要求進行，包括原材料的使用、預制過程、安裝過程、試驗及檢驗過程等。在與裙樁連接的主導管內(nèi)設(shè)計有加強環(huán)及均布的加強筋板，以增加裙樁部位強度，部分加強筋板與剪力板中心線重合，安裝時應注意。

各系統(tǒng)管道、閥門試驗應真實有效。調(diào)試完成后，要做好各系統(tǒng)的日常和運輸期間的保護，防止意外損傷。裝船前及下水前應對控制系統(tǒng)管道進行詳細的外觀檢查。各系統(tǒng)管道支撐的規(guī)格、數(shù)量、間距應嚴格按照規(guī)范要求施工，以避免運輸或海上安裝過程中受到劇烈震動而破損。

封隔器及卡樁器的安裝應在廠家的指導下進行。裙樁套管的安裝要注意溫度的控制，避免對封隔器橡膠瓣膜等造成損傷。封隔器和卡樁器橡膠瓣膜為法蘭上下螺栓固定的，要采用測力扳手對稱安裝。為避免受到打樁過程中和營運過程中振動載荷的影響，螺母在把緊后要采用有效的方式永久與螺栓固定，以防止松動，必要時進行點焊固定。

5 結(jié)束語

導管架裙樁系統(tǒng)的安裝涉及多個系統(tǒng)單元，屬于特殊構(gòu)件，是導管架整體安裝結(jié)構(gòu)中最為關(guān)鍵和復雜的部位之一，同時該位置位于海底海床上，是連接樁管與平臺的紐帶，對于該部位施工環(huán)節(jié)的任何疏忽都可能會導致不可挽回的嚴重后果，需特別重視。本文結(jié)合導管架建造過程和檢驗中的心得和積累，總結(jié)和介紹了裙樁系統(tǒng)的組成、安裝及檢驗控制要點，旨在讓大家對導管架裙樁系統(tǒng)有個整體的認識，以便在安裝和檢驗過程中達到相互學習、交流、借鑒的目的。

[1]AWS. AWS D1.1/D1.1M 2010 《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》[S].2010.

[2]API. API RP 2A《海上固定平臺規(guī)劃、設(shè)計和建造的推薦作法》[S]. 2002.