黃山田，秦立成，王浩宇，魏佳廣

海洋石油工程股份有限公司，天津 300452

伴隨能源需求量的增大，海上油氣田勘探開發(fā)不斷增加，海洋石油工業(yè)迅猛發(fā)展，海上平臺正向大型化、集約化方向發(fā)展，平臺上部組塊的整體重量也隨之增加。高速發(fā)展的海洋油氣田開發(fā)，對海上超大型平臺的裝船技術(shù)及作業(yè)能力提出了更高的要求[1-6]。

1 概況

東方13-2 CEPB平臺是國內(nèi)第二大海洋油氣平臺，中海福陸重工有限公司在珠海高欄港區(qū)建造，將作為東方13-2氣田群的中心平臺使用，整個氣田群投產(chǎn)后每年可為珠海、香港、海南等地供氣26億m3。該平臺是一座高溫高壓燃?xì)饩C合處理平臺，裝備了3臺22.5 MW的天然氣發(fā)電機組，設(shè)有4層甲板，配備可供120人居住的生活樓及鉆機模塊等生活生產(chǎn)設(shè)施。整個平臺浮托質(zhì)量17 247 t，總體建造尺寸為長115 m、寬46 m、高96 m。

海洋平臺在陸地建造完畢后為了拖拉裝船都要進(jìn)行一系列的受力分析。目前，研究主要集中在平臺就位后，本文結(jié)合不同載荷工況，首次進(jìn)行了碼頭及平臺強度分析，確保了平臺本其自身強度及陸地碼頭強度滿足要求；通過對關(guān)鍵工況進(jìn)行平臺和碼頭的數(shù)值分析，確保了裝船的可行性和安全性，并最終完成了東方13-2萬噸級平臺裝船，現(xiàn)場照片如圖1所示。

圖1 東方13-2平臺裝船完畢

2 設(shè)計數(shù)據(jù)

2.1 CEPB平臺及場地主要參數(shù)

東方13-2 CEPB平臺自身質(zhì)量約15 517 t，組塊及滑靴DSF的總質(zhì)量約16 736 t。平臺建造完畢后，需要進(jìn)行建造工況、重量轉(zhuǎn)移工況、稱重工況、拖拉工況的平臺強度及地基承載力的強度校核，確保項目的安全。建造位置在1#滑道，布置在總裝場地的最南側(cè)，其上布置2個半潛式平臺的總裝工位，同時兼顧3.5×104t及以下的組塊建造，可根據(jù)海工結(jié)構(gòu)尺寸選擇任意兩個滑道進(jìn)行建造。1#滑道共布置3條滑道板，滑道板縱向長度320 m，其中陸域滑道長度為248 m，水域滑道長度為72 m。1#滑道陸域滑道每條滑道板寬度18 m，滑道板中間13 m寬范圍為設(shè)計承載區(qū)域，兩側(cè)各2.5 m為非設(shè)計承載區(qū)域。1#滑道為樁基承臺結(jié)構(gòu)，滑道頂高程5.0 m，滑道板厚度2.2 m，樁基采用φ800 PHC管樁，根據(jù)荷載使用位置樁基橫向間距為2 600 mm或3 000 mm，縱向間距為2 400 mm或2 600 mm，滑道頂面設(shè)置350×350×12×19H型鋼，縱向間距4m。

海洋平臺在陸地建造完畢后為了拖拉裝船要進(jìn)行一系列的受力分析，確保平臺本身強度及陸地碼頭強度滿足要求。本文針對東方13-2 CEPB平臺裝船進(jìn)行了研究，根據(jù)東方組塊的裝船施工情況分為建造工況、重量轉(zhuǎn)移工況、稱重工況、拖拉滑移工況等4種工況。

2.2 計算模型

本平臺模型利用SACS建模進(jìn)行計算，而承載力核算利用ANSYS通用有限元軟件建模，采用彈性嵌固點法，模型中樁底采用彈性嵌固約束，即約束樁底的兩個水平向的位移和三個方向轉(zhuǎn)角，根據(jù)樁基承載力計算樁底豎向彈簧約束，樁頂與上部結(jié)構(gòu)采用鉸接約束?；腊搴统信_采用混凝土C40，軸心抗壓強度設(shè)計值fc=17.5 MPa，彈性模量E=3.25×104MPa，泊松比ν=0.2。PHC管樁用混凝土C80，彈性模量E=3.8×104MPa，泊松比ν=0.2；φ1 000 mm灌注型嵌巖樁用混凝土C35，彈性模量E=3.15×104MPa，泊松比ν=0.2。對可能作用在結(jié)構(gòu)上的荷載進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)的持久組合和正常使用極限狀態(tài)的頻遇組合計算。結(jié)構(gòu)自重荷載分項系數(shù)取1.2，滑靴（或支撐荷載）荷載分項系數(shù)取1.4，滑靴（或支撐荷載）荷載的頻遇值系數(shù)取0.7。承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式為：

式中：γ0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，本工程結(jié)構(gòu)等級為二級，系數(shù)取1.0；Sd為作用組合的效應(yīng)設(shè)計值；Rd為承載能力極限狀態(tài)持久組合的結(jié)構(gòu)抗力設(shè)計值，簡稱持久組合力設(shè)計值。

正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式為：

式中：C為正常使用極限狀態(tài)頻遇組合的結(jié)構(gòu)抗力設(shè)計值，簡稱頻遇組合抗力設(shè)計值。

3 工況類型

3.1 建造工況

平臺建造時在總裝場地區(qū)域內(nèi)有8個支撐點，場地分別為已有滑道結(jié)構(gòu)上的4個支撐點（A2、B2、A3、B3），新建造滑道上的4個支撐點（A1、B1、A4、B4），分布如圖2，根據(jù)SACS的計算，得出8個支撐點的支反力見表1，在8點支撐下，平臺的最大變形為48 mm。

圖2 SACS模型及底部支撐點分布

表1 支撐點支反力

3.2 重量轉(zhuǎn)移工況

建造工況完畢后為重量轉(zhuǎn)移工況，組塊外4腿的承載力全部轉(zhuǎn)移到內(nèi)4腿上，即由4個支撐點A2、B2、A3、B3支撐承擔(dān)，其中2號軸線上的A2、B2支撐點在已有滑道結(jié)構(gòu)上，3號軸線上的A3、B3支撐點在新建承臺結(jié)構(gòu)上，承臺支撐點支墊方式為每個支撐點下鋪設(shè)兩層50 mm厚鋼板，并井字形鋪設(shè)三層滑塊，單個滑塊尺寸長×寬×高=6.0 m×2.0 m×1.2 m，三層滑塊總高度3.6 m，滑塊堆疊底寬6.0 m，如圖3所示。

圖3 底部承臺結(jié)構(gòu)

重量轉(zhuǎn)移工況下，各支撐點豎向荷載受力情況見表2，結(jié)構(gòu)整體變形為56 mm。2號軸線上的A2、B2兩個支撐點中最大支撐荷載為37 198 kN，3號軸線上的A3、B3兩個支撐點中最大支撐荷載為51 900 kN。每個支撐點上重量轉(zhuǎn)移裝置、千斤頂?shù)鹊母郊雍奢d為1 251 kN，支撐點下布置三層滑塊，滑塊重量根據(jù)實際布置區(qū)域換算均布荷載為90 kPa。根據(jù)圖3承臺受力結(jié)構(gòu)特點，建立了如圖4所示的碼頭有限元模型。

表2 重量轉(zhuǎn)移后支撐點受力情況

圖4 碼頭有限元計算模型

重量轉(zhuǎn)移工況下，新建承臺結(jié)構(gòu)上的A3、B3兩個支撐點位于兩個相同的承臺結(jié)構(gòu)上，選取最大支撐荷載51 900 kN計算，根據(jù)受力特點進(jìn)行有限元分析，校核地基承載力。新建承臺結(jié)構(gòu)受力計算結(jié)果見表3，其結(jié)果都滿足要求。

表3 新建承臺結(jié)構(gòu)受力計算結(jié)果

3.3 稱重工況

稱重工況是裝船前載荷轉(zhuǎn)移完畢后，對組塊稱重以便將DSU等設(shè)備放到組塊的正下方，稱重工況組塊由4個支撐點A2、B2、A3、B3支撐，與載荷轉(zhuǎn)移工況相同，其中2號軸線上的A2、B2支撐點在已有滑道結(jié)構(gòu)上，3號軸線上的A3、B3支撐點在新建承臺結(jié)構(gòu)上。承臺結(jié)構(gòu)及支墊布置方式同重量轉(zhuǎn)移工況。稱重工況支撐點位置見圖2，豎向荷載數(shù)值與載荷轉(zhuǎn)移一致；稱重工況每個支撐點各有2個稱重區(qū)域，每個稱重區(qū)域平面尺寸為1.5 m×3.3 m，稱重區(qū)域內(nèi)布置一定數(shù)量的千斤頂。稱重工況對于2號軸線上A2、B2兩個支撐點，在已有滑道上布置三層滑塊，支墊布置方式及荷載傳遞區(qū)域見圖2，稱重工況已有滑道結(jié)構(gòu)荷載效應(yīng)設(shè)計值與抗力設(shè)計值對比都滿足要求，見表4。

表4 稱重工況已有滑道受力設(shè)計值對比結(jié)果

3.4 拖拉滑移工況荷載

拖拉滑移工況指準(zhǔn)備拖拉及拖拉滑移過程中滑靴尚未上駁船的過程。包括滑移前的靜止?fàn)顟B(tài)（組塊重量剛剛?cè)哭D(zhuǎn)移到滑靴上，準(zhǔn)備拖拉滑移前）和滑移過程的運動狀態(tài)（組塊被拖拉的過程，即滑靴強制位移10 mm）兩種狀態(tài)。根據(jù)設(shè)計要求拖拉滑移工況組塊由4個支撐點支撐，支撐點下設(shè)置滑靴，4個支撐點均位于滑道上，其中2.1軸上的兩個支撐點A2.1和B2.1位于東側(cè)滑道板，2.3軸上的兩個支撐點A2.3和B2.3位于西側(cè)滑道板，支撐點的位置見圖5。與滑移前靜止?fàn)顟B(tài)和滑移過程運動狀態(tài)的支撐力，滑移過程運動狀態(tài)每個支撐點的支撐力大于滑移前靜止?fàn)顟B(tài)，因此按滑移過程運動狀態(tài)的支撐力核算滑道結(jié)構(gòu)即可，滑移過程運動狀態(tài)支撐點荷載數(shù)值見表5，此時平臺整體變形為58 mm。

圖5 拖拉滑移工況支撐點位置

表5 拖拉滑移工況支撐點荷載數(shù)值

東方項目組塊拖拉滑移工況滑靴下支墊采用了兩層滑塊，結(jié)構(gòu)類似于重量轉(zhuǎn)移工況，單個滑塊尺寸長×寬×高=6.0 m×2.0 m×1.2 m，雙層滑道塊總高度2.4 m，滑塊堆疊底寬2.0 m。拖拉滑移工況滑道上支墊方式及荷載傳遞區(qū)域由滑靴直接傳遞到滑道上，再由滑道傳遞到碼頭地面上，支撐點下兩層滑塊在滑移過程中，滑塊數(shù)量按7個計算，根據(jù)荷載傳遞區(qū)域計算分析拖拉滑移工況滑道結(jié)構(gòu)荷載效應(yīng)設(shè)計值與抗力設(shè)計值滿足項目要求，具體見表6。

表6 拖拉滑移工況滑道結(jié)構(gòu)受力設(shè)計值對比

4 結(jié)束語

針對東方13-2項目質(zhì)量達(dá)17 247 t（包含滑靴質(zhì)量等）的平臺船體，進(jìn)行了建造工況、重量轉(zhuǎn)移工況、稱重工況、拖拉滑移工況等4種工況的研究，確保了該項目的順利實施，表明珠海場地具備了大型海洋平臺的建造和拖拉裝船能力，為深水海洋工程建造和施工奠定了基礎(chǔ)，其成功實施對后續(xù)同類工程項目有著重要參考意義。