張文娟

（太重（天津）濱海重型機(jī)械有限公司，天津 300460）

隨著國(guó)家走向深海，海洋平臺(tái)大量涌現(xiàn)。海洋平臺(tái)是為在海上進(jìn)行鉆井、采油、集運(yùn)、觀測(cè)、導(dǎo)航、施工等活動(dòng)提供生產(chǎn)和生活設(shè)施的構(gòu)筑物。自升式海洋平臺(tái)是其中一種鉆井采油平臺(tái)，其下水過程是建造中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。本文根據(jù)太重（天津）濱海重型機(jī)械有限公司（以下簡(jiǎn)稱“公司”）碼頭及船臺(tái)的實(shí)際情況，結(jié)合港池內(nèi)的水深、潮汐、風(fēng)浪流等主要環(huán)境因素，研究符合公司廠情的下水方式。平臺(tái)最終順利下水，且整個(gè)下水過程非常順利，充分證明了該下水工藝的可行性。

1 自升式海洋平臺(tái)下水方式

1.1 自升式海洋平臺(tái)簡(jiǎn)介

自升式海洋平臺(tái)由一個(gè)駁船式船體和若干個(gè)能升降并能起支撐作用的樁腿組成，船體有足夠的浮力以運(yùn)載鉆井設(shè)備和給養(yǎng)到達(dá)工作地點(diǎn)。作業(yè)時(shí)，平臺(tái)被樁腿支撐并抬升到海面以上。轉(zhuǎn)移時(shí)，把樁腿拔起，駁船式船體下降浮于水面，即可拖運(yùn)到另一地點(diǎn)。

自升式平臺(tái)一般為插樁自升式。樁腿可插入海底，也可在樁腿下面設(shè)置“樁靴”。樁腿結(jié)構(gòu)可以是封閉殼體式，也可以是構(gòu)架式。樁腿升降機(jī)構(gòu)有電動(dòng)液壓式和電動(dòng)齒輪齒條式。船體平面形狀可以是三角形、矩形或五邊形，其特點(diǎn)是浮運(yùn)方便，作業(yè)時(shí)穩(wěn)定性好。

1.2 自升式海洋平臺(tái)的下水方式

目前，對(duì)于在水平船臺(tái)上完成建造的自升式海洋平臺(tái)，國(guó)內(nèi)外常采用機(jī)械式下水。機(jī)械式下水是指采用下水牽引設(shè)備直接將平臺(tái)移入水中或移到下水駁船上，通過駁船下潛實(shí)現(xiàn)下水，主要有氣囊下水、半潛駁配合牽引設(shè)備下水等。

氣囊下水是將平臺(tái)承托在特制的氣囊上從建造場(chǎng)地移入水域的下水方法。氣囊在下水作業(yè)過程中存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，可能會(huì)發(fā)生破裂或爆破現(xiàn)象，引起鐵件飛出傷人事故。整個(gè)下水過程不可逆，且當(dāng)自升式海洋平臺(tái)入水時(shí)會(huì)有很大動(dòng)作，很容易造成船體結(jié)構(gòu)的損壞和發(fā)生傾覆危險(xiǎn)[1-2]。

半潛駁配合牽引設(shè)備下水是采用牽引設(shè)備將平臺(tái)從建造場(chǎng)地移到下水駁船上，通過駁船下潛實(shí)現(xiàn)下水的方法。牽引設(shè)備種類較多，有先進(jìn)的全套自動(dòng)化頂升拉移設(shè)備，有絞車拖拉設(shè)備配合頂升工裝組合等。采用全套自動(dòng)化頂升拉移設(shè)備可提高下水速度，但相應(yīng)的投入成本較高；采用絞車拖拉設(shè)備下水則相對(duì)靈活，但對(duì)首臺(tái)單次平臺(tái)的下水作業(yè)，工裝成本及生產(chǎn)費(fèi)用偏高。通過對(duì)上述牽引設(shè)備的對(duì)比，結(jié)合公司碼頭、航道位置及資源、產(chǎn)品情況，最后決定選用重載運(yùn)輸車系統(tǒng)設(shè)備作為平臺(tái)機(jī)械式下水的牽引設(shè)備[3]。

1.3 重載運(yùn)輸車系統(tǒng)設(shè)備下水特點(diǎn)

安全。重載運(yùn)輸車行駛在固定的云型軌道上，使得整個(gè)平臺(tái)的移動(dòng)軌跡固定不變。平臺(tái)移動(dòng)時(shí)，通過半潛駁船自身即時(shí)調(diào)載，可實(shí)現(xiàn)碼頭與駁船上的云軌高度一致，重載運(yùn)輸車在軌道上行走時(shí)不會(huì)出現(xiàn)高低起伏的狀況，平移過程非常平穩(wěn)。每臺(tái)重載運(yùn)輸車行駛至碼頭邊緣時(shí)均降下油缸不承力，待該小車通過過橋云軌完全走上半潛駁船后再行頂升承載，使得平臺(tái)在上駁過程中不會(huì)對(duì)駁船的單舷側(cè)邊沿施加突變力而造成駁船側(cè)翻。

可控。整個(gè)下水過程是完全可控的。每臺(tái)重載運(yùn)輸車所承受的載荷都會(huì)實(shí)時(shí)反饋至主控制臺(tái)，而且每臺(tái)運(yùn)輸車都可以即時(shí)調(diào)整各自頂升油缸的高度和行駛速度，可真實(shí)有效地調(diào)整平移過程中平臺(tái)的狀態(tài)；若上駁過程中遇到突發(fā)情況（比如突發(fā)大風(fēng)），不允許繼續(xù)進(jìn)行上駁作業(yè)，則可通過重載運(yùn)輸車倒車行走，將平臺(tái)沿云軌移回岸上，改日再行上駁。

便利。重載運(yùn)輸車和單節(jié)云軌體積較小，搬運(yùn)和撤除較為方便；因運(yùn)輸車固定行走在云軌上，所以也不需要太多額外的區(qū)域空間。

環(huán)保。整個(gè)下水過程中，不會(huì)發(fā)生任何活動(dòng)物體落海的情況，也不會(huì)造成油污染，對(duì)陸地環(huán)境和海洋環(huán)境均不會(huì)造成破壞。

經(jīng)濟(jì)。與其他同類型的機(jī)械（比如滾裝車）輔助下水方式相比，成本更低。

2 自升式海洋平臺(tái)下水設(shè)施設(shè)備

公司建造的自升式海洋平臺(tái)下水設(shè)施設(shè)備主要包括水平滑道船臺(tái)及碼頭、重載運(yùn)輸小車滑道系統(tǒng)設(shè)備及支撐橫梁、半潛駁船、拖輪等。

2.1 水平滑道船臺(tái)及碼頭

公司的水平船臺(tái)有效搭載長(zhǎng)度為200 m，地基單邊線載荷100 t/m，滑道寬度為54 m。碼頭前沿水深為-13.5 m，碼頭標(biāo)高6 m。平臺(tái)下水后漂浮區(qū)域水深16 m以上。

2.2 重載運(yùn)輸車系統(tǒng)設(shè)備及支撐橫梁

重載運(yùn)輸車系統(tǒng)設(shè)備由重載運(yùn)輸車、云型軌道、電力控制系統(tǒng)以及遙控監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)4個(gè)部分組成。

重載運(yùn)輸車：將重物頂起和降下，并在平移過程中提供持續(xù)恒升力的裝置，根據(jù)重物承載許用應(yīng)力計(jì)算來確定單點(diǎn)支撐力及選擇相應(yīng)承載噸位的重載運(yùn)輸車，為減少船體/平臺(tái)對(duì)地面的壓強(qiáng)，采用雙缸頂升的形式。為抵消鋪設(shè)云軌的誤差，Y向（橫向）設(shè)有浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，即頂升油缸坐在一組可橫向移動(dòng)的特殊輥排上，輥排兩端有強(qiáng)力碟形彈簧，其作用是保持車體穩(wěn)定和輥排自動(dòng)復(fù)位。Z方向自動(dòng)浮動(dòng)，即Z方向（垂向）采用兩臺(tái)各承載200 t的間距為3.5 m左右的頂升油缸，Z方向自動(dòng)浮動(dòng)，行程為0.150 m。自動(dòng)浮動(dòng)使該油缸在運(yùn)輸過程中可保持恒定的升力，該升力可在總控臺(tái)顯示，其高度隨云軌與平臺(tái)底部的間距變化而變化，可實(shí)現(xiàn)牽引重物承載車前進(jìn)、后退雙向運(yùn)動(dòng)，達(dá)到平移、上駁、撤車等目的。

重載運(yùn)輸車采用5.5 kW調(diào)頻電機(jī)，牽引速率為1.2 m/min，可無級(jí)調(diào)速調(diào)頻，實(shí)現(xiàn)各運(yùn)輸車保持同步。

支撐橫梁：為了降低船體底板的承載，在小車上布置一定數(shù)量的橫梁，船體重量由橫梁傳遞到小車上。

云型軌道：通過重載運(yùn)輸車中齒輪嚙合提供推動(dòng)力，保證整個(gè)運(yùn)輸過程按指定線路進(jìn)行。雙層底板結(jié)構(gòu)既可增加云軌縱向抗彎強(qiáng)度，又可減小對(duì)地面平整度要求。重載運(yùn)輸車系統(tǒng)設(shè)備見圖1。

圖1 重載運(yùn)輸車系統(tǒng)設(shè)備照片

電力控制系統(tǒng)：由控制線纜、電源線等部件組成，總功率300 kW。

遙控監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)：由中央監(jiān)控車、監(jiān)測(cè)儀器、通訊監(jiān)控設(shè)備等部件組成，通過中央監(jiān)控車操作臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控，保障整個(gè)平移過程每臺(tái)重載運(yùn)輸車運(yùn)行狀態(tài)可控，指令傳達(dá)暢通。

2.3 半潛駁船

根據(jù)平臺(tái)結(jié)構(gòu)、外形尺寸及重量，選用駁船“泰瑞”完成平臺(tái)的下潛漂浮作業(yè)，主要技術(shù)參數(shù)如下?？傞L(zhǎng)：111 m；型寬：67 m；型深：9 m；吃水：3.0 m；甲板單位負(fù)荷：云軌部位20 t/m2，其他部位10 t/m2；該船有2個(gè)壓載艙，每個(gè)壓載艙設(shè)有3臺(tái)壓載泵，每臺(tái)壓載泵流量為2 000 m3/h，總排水量為12 000 m3/h。

3 平移上駁計(jì)算

平臺(tái)的主尺度為72 m×70 m左右，下水重量約11 000 t。平臺(tái)底部的鋼板通常比民用船舶底板薄，重載運(yùn)輸車的單臺(tái)額定安全載荷不宜過大，以不超過400 t為宜。該類型重載運(yùn)輸車為雙主升油缸，可加大與底板接觸面積，并設(shè)置3°偏載調(diào)整座，可與平臺(tái)底部更加貼合?？紤]到偏載因素，實(shí)際額定載荷應(yīng)為安全載荷的80%左右為宜，安全系數(shù)取K=1.35。安全額定總載荷的計(jì)算公式為

式中：Σ總為安全額定總載荷；K為安全系數(shù)；Σ理為理論總載荷?？傂桀~定載荷應(yīng)為1.35×11 000 t=14 850 t，如單臺(tái)載荷為200 t+200 t，則需（14 850/400）臺(tái)≈37.12臺(tái)，得到結(jié)論：至少需要38臺(tái)重載運(yùn)輸車。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，為了調(diào)整平臺(tái)各部分重量使其均勻地分布到重載運(yùn)輸車上，最終使用46臺(tái)重載運(yùn)輸車幫助平臺(tái)完成平移上駁作業(yè)。考慮到船底的局部剛度，70 m船寬需鋪設(shè)7條云軌滑道。重載運(yùn)輸車采用5.5 kW調(diào)頻電機(jī)，牽引速度為1.2 m/min。云軌采用軌道標(biāo)準(zhǔn)為400 kg/m，并特制云軌搬運(yùn)車及叉車鋪設(shè)云軌。

4 自升式海洋平臺(tái)下水作業(yè)流程

整個(gè)下水作業(yè)主要分為3個(gè)階段：下水前準(zhǔn)備；平臺(tái)平移上駁；下潛漂浮。

4.1 下水前準(zhǔn)備

作為國(guó)內(nèi)首例將重載運(yùn)輸車及其配套系統(tǒng)用于自升式海洋平臺(tái)下水，下水前需要編制技術(shù)文件《自升式平臺(tái)下水工藝手冊(cè)》 《平臺(tái)下潛漂浮引航工藝》 （由當(dāng)?shù)匾秸局骶?，海事局審核）?《自升式平臺(tái)下水工藝手冊(cè)》主要內(nèi)容包括平臺(tái)下水操作流程、下水作業(yè)氣象環(huán)境要求、安全應(yīng)急保障措施等，其中包含駁船上布墩?qǐng)D、下水駁船系泊圖、平臺(tái)下水綁扎圖、平臺(tái)下水調(diào)載計(jì)算、駁船調(diào)載程序、駁船/平臺(tái)穩(wěn)性計(jì)算書、駁船甲板強(qiáng)度/綁扎/坐墩計(jì)算書、駁船相關(guān)證書、當(dāng)?shù)馗劭诔毕怼⑾聺撈〖安鍢兜乜钡雀郊?/p>

平臺(tái)下水前，作業(yè)單位需按照《自升式平臺(tái)下水工藝手冊(cè)》的要求完成各項(xiàng)工作，并逐項(xiàng)進(jìn)行檢查。針對(duì)檢查結(jié)果，組織各部門進(jìn)行綜合評(píng)審，滿足下水條件方可開始平臺(tái)下水。

4.2 平臺(tái)平移上駁

在下水窗口期間，選擇具備合適的氣象條件時(shí)進(jìn)行移船上駁作業(yè)，平臺(tái)上駁后照片見圖2。

圖2 平臺(tái)上駁后照片

將平臺(tái)移墩至重載運(yùn)輸車設(shè)備系統(tǒng)上，運(yùn)輸車前移至碼頭前沿。駁船按程序調(diào)載，使駁船上軌道面與岸上軌道面水平高度一致。重載運(yùn)輸車運(yùn)送平臺(tái)上駁船，此過程中需要駁船不斷按程序調(diào)載，保證駁船上軌道面一直與岸上軌道面高度水平一致。平臺(tái)完全上駁后，重載運(yùn)輸車開始泄壓，平臺(tái)坐在預(yù)先放置好的支墩上。撤出重載運(yùn)輸車系統(tǒng)設(shè)備。將平臺(tái)和駁船按照綁扎要求進(jìn)行綁扎固定，防止下潛過程的移位。

4.3 駁船下潛和平臺(tái)漂浮

駁船下潛區(qū)域需提前完成水聲側(cè)掃，檢查水域底部是否存在障礙物、水深能否滿足下潛條件等項(xiàng)目。側(cè)掃完成后，在下潛區(qū)域四角下浮漂進(jìn)行標(biāo)記。根據(jù)平臺(tái)調(diào)平壓載計(jì)算報(bào)告在壓載艙內(nèi)注入定量的壓載水，以調(diào)節(jié)平臺(tái)下水漂浮后艏艉吃水相平。割除所有綁扎固定件，確保駁船與平臺(tái)無任何連接。

將半潛駁拖至下潛區(qū)域，調(diào)載員根據(jù)調(diào)載指揮的指令注入駁船壓載水，駁船不斷下潛，下潛的過程中，吃水觀測(cè)人員匯報(bào)駁船吃水情況，并根據(jù)駁船吃水和各個(gè)艙室的壓載水情況，調(diào)載指揮現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整壓載狀態(tài)。下潛過程中，作業(yè)部門派人員觀測(cè)平臺(tái)艙室是否有漏水現(xiàn)象，有問題及時(shí)聯(lián)系調(diào)載指揮，暫停壓載并進(jìn)行應(yīng)急處理。駁船下潛到支墩與平臺(tái)船底間隙0.500 m時(shí)（即下潛到14.5 m時(shí)，按照平臺(tái)漂浮吃水3.4 m計(jì)算），穩(wěn)定駁船的吃水狀態(tài)，等候平臺(tái)的脫離。在引航員指揮下，將港作拖輪拖帶平臺(tái)與駁船進(jìn)行分離，將平臺(tái)拖帶至插樁地點(diǎn)并進(jìn)行定位。定位完畢，平臺(tái)分級(jí)壓載、完成插樁作業(yè)。駁船排出壓載水上浮到規(guī)定吃水后停止排載，然后由拖輪將駁船拖到碼頭靠泊。半潛駁在下潛區(qū)域拖輪定位，平臺(tái)帶纜，準(zhǔn)備分離拖輪拖引平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)和駁船分離。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)公司碼頭及船臺(tái)的實(shí)際情況，結(jié)合碼頭港池內(nèi)的水深、潮汐、風(fēng)浪流等主要環(huán)境因素，最終制定出適合公司自制平臺(tái)的下水工藝，平臺(tái)成功下水，且整個(gè)下水過程非常順利，未出現(xiàn)任何故障及事故，充分驗(yàn)證了該下水工藝的可實(shí)施性，為公司以后進(jìn)行其他類型海洋工程結(jié)構(gòu)下水作業(yè)提供了有力的技術(shù)保障。此次研究制定的下水工藝具有安全、可控、清潔、經(jīng)濟(jì)等諸多特點(diǎn)，特別是工藝中創(chuàng)新性地使用重載運(yùn)輸系統(tǒng)完成平臺(tái)的平移上駁過程，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)首例將重載運(yùn)輸車及其配套系統(tǒng)用于海洋工程平臺(tái)主體下水，極具推廣應(yīng)用價(jià)值。