(廣州打撈局，廣州 510260)

在海洋工程領域，大型海洋結構物陸地模塊化建造后，通過運輸駁船或半潛船運輸至海上油田所在地進行安裝施工，這類結構物的常用裝船方式有牽引裝船與吊裝裝船。受現(xiàn)有起重船起吊能力的限制，吊裝裝船限于千噸級左右的結構物，對重量達萬噸或以上的大型結構物上船需采用牽引上船方式進行裝載[1]。牽引裝船方式分為滑靴裝船與小車裝船兩種，現(xiàn)有的大型導管架、上部模塊、鉆井平臺多采用滑靴牽引裝船，該裝船方式技術相對成熟，但所需牽引力大，對牽引系統(tǒng)的設備配置要求較高。小車裝船方式有滑車(配滾輪的滑靴)裝船及自行式平板動力車(SPMT)裝船，滑車裝船方式沿地面和船上鋪設軌道上船，對軌道平整度要求較高，對牽引設備要求較低；SPMT由一個個模塊小車組成，且配備有動力系統(tǒng)，可以任意的橫向或縱向組合，組成一個裝載能力足夠大的平板車組，可實現(xiàn)超大型結構物的運輸[2-3]。

目前國內自升式鉆井平臺平地建造完工后多采用滑靴拉移方式下水[4]。隨著自升式平臺建造規(guī)模越來越大，采用滑靴拉移方式所需要的拖曳力也越來越大，對拖曳系統(tǒng)硬件設備提出了更高要求。與此同時，隨著拖曳力的增大，在拉移上駁過程中的作業(yè)風險也相應增大。相較于滑靴拉移，使用軌道小車作為滑道載體，平臺拉移由以往的滑動摩擦轉變?yōu)闈L動摩擦，可極大地減少拉移所需牽引力，所配置的儲備拖力相應增加，可降低拉移過程中發(fā)生無法上駁的風險。

本文以國內首例采用無動力機械軌道小車進行自升式鉆井平臺拉移下水工程為例，介紹軌道小車的滑道系統(tǒng)設計、牽引系統(tǒng)設計的特點，分析采用軌道小車進行自升式鉆井平臺拉移下水的施工技術。

1 滑道系統(tǒng)設計

1.1 滑道的數(shù)量

為了提高建造效率并縮短塢期，自升式鉆井平臺越來越多地在陸地平臺上進行建造，然后通過拉移裝載方式進行滑移下水。鉆井平臺建造初期，在平臺底部布置有塢墩用于承載；建造完工后，拆除塢墩，鉆井平臺重量全部轉移至滑道載體上，分配至單個滑道上的重量與滑道的數(shù)量有著直接的聯(lián)系。

增加滑道數(shù)量，滑道建造及鋪設成本增大，施工工期增長，滑道鋪設的整體精度要求也隨著提高。減少滑道數(shù)量，分配至單個滑道上的重量將增大，地基局部承載力也隨著增大。

在以往大型結構物拉移工程中，海油工程公司采用滑靴裝船技術成功完成了2座L780 MODE Ⅱ型自升式鉆井平臺，其中滑靴滑道布置數(shù)量為4道，滑靴擺放在剛度相對較大的4道船體縱艙壁下[5]；海油工程(青島)有限責任公司利用SPMT小車成功將重達5 000 t的大型鎳礦冶煉模塊裝船，模塊下面共布置有6排小車，每一排小車由5組6軸SPMT組成，總共30輛SPMT小車組成滑道[6]。

依據GL Noble Denton 裝載規(guī)范[7](以下簡稱規(guī)范)的規(guī)定，拉移裝載需要考慮被裝載的結構物強度、滑道及現(xiàn)場地基承載力是否滿足拉移作業(yè)的要求。因此，滑道的數(shù)量通常在綜合考查上述情況后進行確定。

該鉆井平臺底部為平面艙室結構，沿縱向分布有4道連續(xù)縱艙壁，同時3個樁腿附近及樁靴處均為加強結構，本次拉移滑道選擇布置于平臺底部縱向艙壁及樁靴處。除考慮鉆井平臺自身結構強度外，還應對現(xiàn)場地基的承載力及半潛駁甲板承載力進行校核。根據校核結果，以最大程度地節(jié)約施工成本與工期為原則，本次工程鉆井平臺底部沿縱向艙壁共布置5條滑道，見圖1。

圖1 平臺底滑道布置示意

1.2 滑道的組成

應考慮所采用的滑道形式及拉移裝載實際情況。自升式鉆井平臺的外底板一般較薄，常常低于10 mm，采用滑靴拉移方式裝載時，為避免裝船過程中船體出現(xiàn)大的變形，應將滑靴設計成與船體變形相協(xié)調的支撐結構，同時滑靴本身要具備足夠的強度來滿足裝船過程中的支撐要求，典型的滑靴拉移滑道組成見圖2。

圖2 滑靴典型橫剖面

該自升式鉆井平臺在建造初期未預先建造拉移專用滑道，鉆井平臺建造完工后地基出現(xiàn)了不同程度的沉降。拉移施工前需在鉆井平臺底部鋪設專用混凝土滑道，以加強滑道處地基的承載力，并在混凝土滑道上采用鋼質軌道加小車的方式進行滑道鋪設。

軌道小車選用無動力的機械小車，由車身主體及4個車輪組成。車身主體設置左右2個箱型梁用于承載。車輪為鑄鋼件，技術要求和檢驗按相關標準執(zhí)行。車輪經過嚴格熱處理，使踏面和輪緣內側面硬度提高；車輪與銅套為過盈配合，輪軸中心開注油孔，銅套內側開潤滑油槽。小車使用前向輪軸注油孔內注射潤滑油進行潤滑。

由于鉆井平臺自身重量達9 600 t，分配至單個滑道上的重量較大，且呈區(qū)域性分布，為滿足滑移軌道承載力要求，滑移軌道選用起重機專用P形軌道，每條滑道上鋪設兩條該型軌道。根據軌道所承受的載荷大小，設計支撐軌道的專用鋼筋混凝土承臺，并預埋螺栓，鋪設鋼板，軌道通過特定的連接方式固定至鋪設的鋼板上。

軌道小車按照設計間距均勻布置于滑道上，小車間通過鋼質墊梁進行焊接固定。為了確保滑道承載均勻，鋼質墊梁之上另外鋪設一層楔形墊木。拉移滑道組成見圖3。水泥墩及軌道組成為下滑道，軌道小車與鋼質墊梁組成為上滑道。在拉移過程中，下滑道固定不動，通過拉動上滑道使平臺向前移動。

圖3 滑道的組成示意

1.3 小車布置

該軌道小車單臺設計負荷為1 200 kN，實驗室加載測試負荷達2 000 kN。根據鉆井平臺拉移裝載時的總重量(約96 000 kN)及單臺小車設計負荷，并考慮25%承載裕度，在滑道上共布置100臺軌道小車。

鉆井平臺沿縱向長度較長，因此每臺軌道小車間將按一定的間隔距離進行布置，而軌道小車布置的疏密程度需要根據鉆井平臺的重量分布進行合理的布置[8]。在鉆井平臺重量較為集中的地方布置較密的軌道小車，而在重量分布較為分散的地方可適當減少軌道小車數(shù)量。

鉆井平臺的重量分布與其內部結構有密切關系，3個樁腿處結構復雜，構件較多，平臺尾部區(qū)域布置有大型伸縮懸臂結構，平臺首部布置有生活樓層等。由于平臺尾部有2個樁腿，同時尾部甲板上方布置有懸臂梁，因此鉆井平臺重量主要集中于尾部區(qū)域。根據樁腿分布情況及拉移裝載特性，將鉆井平臺沿縱向分為3站，進行重量統(tǒng)計，見圖4。

圖4 平臺重量分布

由圖4可知，在尾部24 m范圍內重量較為集中，中部相對較輕，首部稍重。鉆井平臺尾部共5個支撐滑道，可整體布置較密的軌道小車；鉆井平臺首部輪廓內收，平臺底部僅3條支撐滑道，同樣需要布置較密的軌道小車，平臺中部區(qū)域重量相對較輕，可布置相對較疏的軌道小車。根據平臺重量分布及小車設計負荷，合理分配每條滑道上小車數(shù)量及小車間距，使小車承重均勻。小車布置見圖5。

圖5 小車布置示意

1.4 滑道的鋪設

施工前，預先將軌道規(guī)格件組裝至鋼板上，將軌道小車與鋼質墊梁進行焊接。施工中，首先在鉆井平臺底部鋪設水泥墩，將組裝好的軌道與鋼板安裝至水泥墩上。隨后，將軌道小車與鋼質墊梁鋪設至滑道上，并打緊楔形木塊，完成滑道的鋪設作業(yè)。

在使用軌道小車進行拉移裝載時，軌道小車對滑道鋪設的平整度有較高的要求，整個滑道的高程差需控制在10 mm以內。在滑道鋪設前，需要對整個裝載路徑的高程進行詳細測量，如出現(xiàn)地面起伏不平的情況需墊平調整。在實際鋪設過程中，使用不同厚度的條形鋼板對水泥墩進行墊平處理，使整個滑道平整度滿足要求。

施工中，楔形木塊選擇韌性強、結構均勻的木材，楔木平鋪至平臺底，楔木鋪設完成后，使用鐵錘對楔木兩側進行敲緊打實，避免出現(xiàn)單個小車或者墊梁局部位置的載荷過大。

1.5 過渡段滑道設計

在鉆井平臺過駁接載過程中，半潛船滑道相對于陸地滑道在垂直高度上存在有落差。在以往常規(guī)的拉移作業(yè)中，半潛船軌道高度控制在略高于陸地軌道，高差控制在25 mm以內，避免在被拉移物重量轉移至駁船時，駁船側過渡段軌道懸空而致出現(xiàn)超出過渡軌道結構允許的極限剪切強度值[9-10]。為了確保平臺順利由陸地滑道過駁至半潛船滑道，根據滑道特點設計了由陸地滑道至半潛船滑道的過渡軌道。

過渡軌道的長度選取參照軌道小車車輪縱向最小間距，即過渡軌道的長度小于縱向相鄰車輪最小間距。過渡軌道首尾分別搭接在陸地滑道與半潛船甲板上，并在搭接處兩側布置擋板防止其左右擺動，見圖6。過駁接載過程中，過渡軌道可在垂直方向小幅翹動，確保軌道小車無障礙通過整個過渡段軌道。

圖6 過渡軌道示意

2 牽引系統(tǒng)設計

2.1 拉移裝載等級劃分及牽引系統(tǒng)設計要求

根據規(guī)范，裝載作業(yè)活動依據潮汐狀態(tài)進行等級劃分，見表1所示。機械系統(tǒng)的設計、儲備量和冗余要求均隨裝載等級而變化。

本次裝載作業(yè)碼頭位于長江入?？冢鳂I(yè)期間碼頭潮差大，且漲落潮快，在潮汐周期內通過駁船調載來維系甲板與碼頭高度較為困難，因此，選定在一個潮汐窗口內完成，裝載等級選取為1類。

依據規(guī)范及拉移裝載等級，牽引系統(tǒng)的設計必須符合如表2所示的要求。

表1 裝載等級劃分

表2 牽引系統(tǒng)設計要求(I類)

注：“包含”指滑移載體存在可逆向運動情況時自身內置的配備。

根據表2可知，本次拉移裝載牽引系統(tǒng)按照拖車裝載的“非推進式”列項中要求進行設計。牽引系統(tǒng)按照滑道實際傾斜度+3%進行設計，并包含制動系統(tǒng)，以及要求布置系統(tǒng)冗余及回拉裝置。

2.2 牽引力計算

采用軌道小車作為滑道載體，牽引系統(tǒng)需要克服小車車輪與軌道間的滾動摩擦力。統(tǒng)計多種滑道情況下滾動摩擦系數(shù)值見表3。

表3 典型的滾動摩擦系數(shù)

基于大量的經驗，參考表3中的滾動摩擦系數(shù)值，選取本次軌道小車的起動摩擦系數(shù)為0.03。

計及鉆井平臺建造完工重量以及軌道小車工裝重量，本次拉移裝載總重約為99 100 kN?；冷佋O經過嚴格的測量與精度控制，滑道的高度差控制在10 mm以內。根據鉆井平臺縱向長度值，當鉆井平臺處于尾傾0.5°時，平臺首尾高度差將達到620 mm，實際拉移作業(yè)過程中，鉆井平臺首尾高差控制在10～30 mm范圍內，因此鉆井平臺在滑道上近似處于水平狀態(tài)。在偏于安全角度考慮，本次滑道實際傾斜度選取為0.5°，按規(guī)范另外附加3%滑道傾斜度，則計算中滑道傾斜角度為0.515°，計算得拉移所需的牽引力為3 787 kN。

2.3 牽引系統(tǒng)組成

按照規(guī)范要求，對于裝載等級為1類的拉移作業(yè)，牽引系統(tǒng)的設計除布置滿足要求的牽引設備外，另需進行系統(tǒng)冗余的儲備，以及布置回拉系統(tǒng)，并包含制動系統(tǒng)。

軌道小車自身無動力，拉移作業(yè)通過使用絞車絞拉的方式進行。牽引絞車布置于半潛船上，回拉絞車布置于陸地上，牽引系統(tǒng)與回拉系統(tǒng)使用相同絞車配置。拉移系統(tǒng)包括以下部分：

1)4臺200 kN液壓絞車作為主牽引絞車，通過4組1 600 kN的4輪滑車共計提供6 400 kN的牽引力作為主牽引系統(tǒng)。

2)4臺200 kN液壓絞車作為回拉絞車，通過4組1 600 kN的4輪滑車共計提供6 400 kN的回拉力作為回拉系統(tǒng)。

絞車通過液壓控制柜統(tǒng)一發(fā)出啟停指令，根據拉移裝載實際情況，通過控制柜集成系統(tǒng)實施單臺或多臺絞車同步運行。現(xiàn)場安排專業(yè)技術人員監(jiān)控絞車運行狀態(tài)，保障絞車的正常作業(yè)。能較好的應對牽引過程中出現(xiàn)牽引阻力增大的情況，降低了因牽引力突然增大而無法拉移上駁的風險，提高了本次裝載作業(yè)的可靠性及安全性[11]。牽引系統(tǒng)及回拉系統(tǒng)布置見圖7。

本次裝載的牽引系統(tǒng)共可提供6 400 kN的牽引力，裝載作業(yè)牽引力實際使用率為60%，牽引力儲備充足[11]。

3 結論

相較于傳統(tǒng)的滑靴拉移，使用小車進行鉆井平臺的拉移裝載可以極大地減小拉移所需的牽引力，對絞車及滑車的配置要求也大幅程度的降低。使用軌道小車進行拉移裝載對滑道的鋪設精度提出了較高的要求，拉移裝載過程中，對半潛船的調載也提出了較高的要求?？山梃b的經驗如下。

圖7 牽引系統(tǒng)布置示意

1)滑道數(shù)量的選取需兼顧現(xiàn)場地基承載力及自升式鉆井平臺底部結構強度來確定。由于軌道鋪設工作量巨大，滑道數(shù)量的選取應兼顧工程施工的經濟性。

2)由于軌道小車通過車輪在重型軌道上行走，鉆井平臺拉移過程中必須控制絞車牽引的同步性，防止軌道小車車輪偏離軌道。

3)采用軌道小車進行拉移裝載，所需配置的牽引力較小，可儲備的牽引力增大，從而減小了拉移上駁風險，可避免拉移上駁過程中出現(xiàn)阻力增大而無法上駁的情況。