摘" " 要：本論文以300 m級導(dǎo)管架建造總裝的精度控制為案例，分析了深水導(dǎo)管架總裝尺寸控制的重點及難點，闡述了導(dǎo)管架三維坐標(biāo)控制網(wǎng)的建立與維護(hù)、深水導(dǎo)管架基礎(chǔ)測量、導(dǎo)管架總裝尺寸控制等總組精度控制方法；分析了導(dǎo)管架總裝井口尺寸同心度以及沉降、地球曲率、溫度等對導(dǎo)管架的影響及應(yīng)對措施，為建造大型導(dǎo)管架的總裝尺寸控制提供了寶貴的經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：300米級深水導(dǎo)管架；三維坐標(biāo)控制網(wǎng)；總裝尺寸控制；溫度補(bǔ)償；地球曲率

中圖分類號：TE54" " " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Discussion on the Precision Control Method for the Final Assembly

of 300-meter Deep Water Jacket

Ma Guangyao，" JIAO Fangli，" ZHAO Pengzhi，" Zheng Wenyi，" SHEN Chao

（ COOEC-Fluor Heavy Industries CO.， Ltd.，" Zhuhai 519000 ）

Abstract： This paper takes the precision control of the construction and final assembly of 300 meter deep water jacket as the carrier to analyze the key points amp; special difficulties on size control for jacket final assembly， and elaborates the overall group precision control of the final assembly for 300 meter deep water jacket， such as in the field of the establishment and maintenance of the three-dimensional coordinate control network of the jacket， the measurement of the foundation of the deep water jacket and the control of the final assembly size of the jacket. It analyzes the concentricity of wellhead size for jacket final assembly， settlement， earth curvature and temperature， which would influence the jacket as well as countermeasures. All this would provide the valuable experience for final assembly size control during construction of large jackets.

Key words： 300-meter deep water jacket;" three dimensional coordinate control network;" final assembly size control;" temperature compensation;" earth curvature

1" " "引言

300 m級海上深水導(dǎo)管架平臺各階段建造過程中的精度控制技術(shù)是一項貫穿項目全生命周期的關(guān)鍵技術(shù)，特別是其建造總裝中的坐標(biāo)控制網(wǎng)的科學(xué)、靈活、合理使用對于保證導(dǎo)管架的順利精準(zhǔn)建造至關(guān)重要，其中建造場地輻射范圍達(dá)到600 m，與常規(guī)普通海工產(chǎn)品相比具有占地面積大、范圍廣，尺寸跨度大等特點，需要消除各種累計誤差[1]的影響，例如地球曲率對高程和水平的影響非常明顯（經(jīng)嚴(yán)密計算會有28.3 mm的偏差值），已經(jīng)超出了該項目的公差要求；同時沉降控制和鋼結(jié)構(gòu)的受熱變形[2]控制也是歷史性技術(shù)難題。在項目實施中預(yù)先對這些難點重點進(jìn)行分析研究，制定控制專項方案，采取了諸多測量技術(shù)以及管理組織措施，以確保總裝各個階段的尺寸均處于受控狀態(tài)。在該項目中實現(xiàn)了結(jié)果精確、安全可靠、技術(shù)科學(xué) 、經(jīng)濟(jì)有效的尺寸控制目標(biāo)。

2" " 導(dǎo)管架總組精度控制措施

2.1" 三維坐標(biāo)控制系建立與維護(hù)

300 m級深水導(dǎo)管架是一個精度要求高、容易產(chǎn)生誤差累積、測量任務(wù)重的項目，為方便對結(jié)構(gòu)進(jìn)行尺寸定位調(diào)整以及測量數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，特在中海福陸場地內(nèi)建立高精度測量控制網(wǎng)。

該控制網(wǎng)為300 m級深水導(dǎo)管架建造項目總裝尺寸控制的統(tǒng)一基準(zhǔn)，通過事先新建立的三維坐標(biāo)控制網(wǎng)和導(dǎo)管架設(shè)計模型相互匹配，建立深水導(dǎo)管架坐標(biāo)控制網(wǎng)模型，以達(dá)到控制單個片體吊裝定位尺寸及整體合攏尺寸的目的，同時為保障項目保質(zhì)保量的進(jìn)行和完美交付提供了堅實基礎(chǔ)。

測量小組根據(jù)滑道的尺寸位置和導(dǎo)管架總體建造方案，在項目前期，通過現(xiàn)場實地勘察，進(jìn)行選取、埋點的工作，然后對控制點進(jìn)行實地測量并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而在深水導(dǎo)管架的外圍布置一級控制網(wǎng)；在項目施工過程中，根據(jù)現(xiàn)場實際情況以及生產(chǎn)需求在滑道內(nèi)布設(shè)二級控制網(wǎng)（見圖1），通過多次測量，采用平差軟件平差和多測站之間相互驗證等方法來提高控制網(wǎng)的精度，與之前的一級控制網(wǎng)聯(lián)測，形成統(tǒng)一的三維坐標(biāo)控制網(wǎng)。在項目建造過程中，定期檢查控制點坐標(biāo)，及時對發(fā)生偏差的控制點坐標(biāo)進(jìn)行修正，從而有效保障控制網(wǎng)精度持續(xù)滿足項目精度要求，繼而保障項目實體尺寸滿足項目公差要求。

2.2" "導(dǎo)管架總裝尺寸控制

導(dǎo)管架總裝尺寸控制流程見圖2。

2.3" "滑道擺放

滑道塊是導(dǎo)管架總裝的基礎(chǔ)，同時也是導(dǎo)管架拖拉裝船的保障，尺寸需要嚴(yán)格控制。根據(jù)導(dǎo)管架的建造方案對滑道塊、滑道板及限位角鋼進(jìn)行測量，主要測量滑道塊及滑道板水平度、間距及直線度、滑道傾斜度（按實際情況定）等內(nèi)容，確保其滿足項目公差要求。同時滑道梁應(yīng)與碼頭邊線垂直，保障導(dǎo)管架能順利拖拉。

2.4" "總裝階段尺寸控制

各分段在焊后尺寸合格后將總裝監(jiān)控點做好標(biāo)記，并根據(jù)圖紙及三維模型算出吊裝到位后理論坐標(biāo)，在吊裝過程中根據(jù)三維坐標(biāo)控制網(wǎng)進(jìn)行尺寸控制，可以做到邊測量邊調(diào)整，直到測量數(shù)據(jù)滿足公差要求。

2.5" "單根導(dǎo)管總裝合攏尺寸控制

單根導(dǎo)管吊裝時要將導(dǎo)管的最高點制作完成并調(diào)整好角度，吊裝過程中采取相應(yīng)措施防止管子轉(zhuǎn)動。吊裝到位后，根據(jù)三維坐標(biāo)控制網(wǎng)對導(dǎo)管位置進(jìn)行調(diào)整，保障尺寸滿足公差要求。因每根導(dǎo)管及拉筋由多段接長，為保障導(dǎo)管總體尺寸滿足公差要求，采取以下措施避免誤差累積：

1）總裝接長時根據(jù)建造順序以第一段上節(jié)點為基準(zhǔn)點控制長度；

2）每次接長后均以基點控制點為準(zhǔn)（見圖3），防止誤差累積。

2.6" "井口片總裝尺寸控制

井口同心度尺寸控制是導(dǎo)管架尺寸控制重中之重，在吊裝過程中首先將下口調(diào)整到位（與主導(dǎo)管上已校準(zhǔn)好的腳印對正，見圖4），其次調(diào)整兩側(cè)拉筋的傾斜度，預(yù)留一定的前傾斜余量，最后測量井口導(dǎo)向的位置，并預(yù)留一定的焊接收縮余量，確保在合攏口焊接完成且吊機(jī)摘鉤后每層井口的位置在公差要求以內(nèi)；把每層井口之間的數(shù)據(jù)做對比，確保任意三層及所有層井口同心度滿足要求。

2.7" "導(dǎo)管架頂部總裝尺寸控制

導(dǎo)管架頂部在海上需要與組塊底部對接，并且有多個單元組裝，尺寸要求嚴(yán)格，在總裝合攏過程尺寸要嚴(yán)格控制，安裝定位基準(zhǔn)點參見圖5.具體措施如下：

1）導(dǎo)管架頂部的尺寸需要和上部連接的組塊底部立柱等尺寸進(jìn)行數(shù)據(jù)對比和匹配；

2）根據(jù)組塊底部尺寸，從預(yù)制到總裝對頂部尺寸進(jìn)行嚴(yán)格控制；

3）導(dǎo)管的焊接進(jìn)行過程監(jiān)控測量，保障焊后尺寸滿足項目公差要求。

2.8" "裙樁套筒精度控制

深水導(dǎo)管架裙樁套筒由多個套筒組成，噸位比較大，并且上部導(dǎo)管高度約 100 m，距離遠(yuǎn)仰角大，尺寸控制難度增大，在總裝過程具體措施如下：

1）在裙樁預(yù)制階段，根據(jù)現(xiàn)場實際情況多做尺寸控制點，防止到高空因遮擋或其它原因看不到；

2）吊裝粗定位后，高空盡量用棱鏡對尺寸進(jìn)行測量，減少尺寸測量誤差；

3）焊前預(yù)留好焊接收縮量，制定好焊接順序；

4）總裝時需要考慮底部裙樁套筒的定位高度，預(yù)留足夠的沉降余量，防止因地基的沉降造成標(biāo)高超差，裙樁套筒總裝分段合攏過程中實時監(jiān)控，保證各分段尺寸滿足公差要求。

3nbsp; " 總裝風(fēng)險點分析及應(yīng)對措施

3.1" 井口尺寸同心度控制

300 m級深水導(dǎo)管架井口層具有層數(shù)多、同層井口導(dǎo)向數(shù)量多、焊接量大、重量大的特點，尺寸控制難度增加，而且部分井口在非滑道區(qū)域的沉降量會增加，井口同心度尺寸存在超差風(fēng)險，控制措施如下：

1）預(yù)制階段，嚴(yán)格控制井口與主要桿件的尺寸偏移，根據(jù)圖紙結(jié)構(gòu)形式考慮焊接收縮余量或增加支撐固定，保證焊后尺寸合格；

2）總裝井口片吊裝之前，對之前已安裝的井口片進(jìn)行整體偏移搭載模擬；

3）總裝階段，依次取已安裝的井口片尺寸，嚴(yán)格控制井口片的定位偏移，非滑道區(qū)井口總裝，要考慮沉降余量及焊接收縮量，保證尺寸滿足公差要求。

3.2" "不均勻沉降

根據(jù)已建造的300 m級深水導(dǎo)管架總裝施工沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，在整個導(dǎo)管架施工期間，隨著導(dǎo)管架自身重量的增加，會有沉降產(chǎn)生，又因外圍主導(dǎo)管建造所在區(qū)域為非滑道區(qū)域，導(dǎo)管架整體有不均勻沉降的現(xiàn)象。定期對總裝施工場地沉降值進(jìn)行測量調(diào)整，使之滿足總裝精度。并采取以下措施進(jìn)行監(jiān)測和控制：

1）沉降監(jiān)測：深水導(dǎo)管架建造期間根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在相對穩(wěn)定的滑道建造區(qū)域布置4～6個沉降監(jiān)測基準(zhǔn)點。因主導(dǎo)管在吊裝時與滑塊之間有間隙，為保證沉降數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，所以在滑道塊和主導(dǎo)管上對應(yīng)位置都做沉降觀測點（見圖6），有利于后期數(shù)據(jù)對比分析，以便采取相應(yīng)措施；

2）預(yù)留反沉降余量：根據(jù)詳設(shè)和業(yè)主批準(zhǔn)文件來預(yù)留非滑道區(qū)的反沉降余量，并按要求形成長期監(jiān)控機(jī)制。根據(jù)方案要求定期觀測，每周觀測一次，若現(xiàn)場有大型吊裝，在吊裝前后會對沉降進(jìn)行觀測。如果沉降發(fā)生變化，需增加監(jiān)控頻率；

3）預(yù)警機(jī)制：對主導(dǎo)管和滑塊的沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、對比、分析，并及時反饋給項目組，若出現(xiàn)沉降量過大的情況，及時預(yù)警，并按照批準(zhǔn)的方案進(jìn)行調(diào)整。

3.3" "地球曲率對導(dǎo)管架尺寸控制的影響

在300 m級深水導(dǎo)管架三維坐標(biāo)控制網(wǎng)復(fù)核過程中，發(fā)現(xiàn)站點高差數(shù)據(jù)不閉合，最終分析原因為地球曲率的影響。因為深水導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)總體尺寸約為300 m，其尺寸控制網(wǎng)站點之間的最大跨度將達(dá)到600 m。導(dǎo)管架理論上需要在水平面內(nèi)臥式建造，但因地球為橢球面，在建造過程中，不可避免地在高度方向上產(chǎn)生偏差，根據(jù)計算公式△H=D2/2R（R為地球半徑），600 m范圍內(nèi)，高度方向差值為28.3 mm，已超出規(guī)范要求。后期陸豐導(dǎo)管尺寸制定了應(yīng)對策略：" "（下轉(zhuǎn)第頁）（上接第頁）

1）在三維坐標(biāo)控制網(wǎng)高程上將地球曲率半徑平差后進(jìn)行歸算改正；

2）在主結(jié)構(gòu)測量時，對高程和水平數(shù)據(jù)進(jìn)行歸算改正，并用節(jié)點位置相近的站點進(jìn)行復(fù)核。

3.4" "溫度補(bǔ)償

300 m級深水導(dǎo)管架體積龐大，空間結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，建造周期長，不同的季節(jié)溫度變化大。珠海市近幾年5-10月份白天平均溫度30 ℃，極端高溫35 ℃。鋼材表面溫度比環(huán)境溫度還要高10～20 ℃，溫度對導(dǎo)管架精度控制影響大。根據(jù)建造經(jīng)驗：對于碳鋼材質(zhì)的型材，每當(dāng)溫度變化10 ℃時，10 m的長度就會有1 mm的誤差，為避免溫差變化引起結(jié)構(gòu)尺寸的偏差，同時為統(tǒng)一施工和驗收時的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)設(shè)計溫度，進(jìn)行統(tǒng)一的溫度換算。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可采用如下公式：

L=Ls-Ls×α×（T1-T2）

式中：L為溫度換算后長度；Ls為實際測量長度；Α為比例常數(shù)；T1為現(xiàn)場實際溫度；T2為標(biāo)注溫度。

4" " 結(jié)束語

本文通過闡述大型導(dǎo)管架的總裝尺寸控制方案來解決建造導(dǎo)管架超大尺寸分段合攏施工的技術(shù)難題，如總裝建造過程中采用了導(dǎo)管架三維坐標(biāo)控制網(wǎng)技術(shù)、深水導(dǎo)管架基礎(chǔ)測量技術(shù)、導(dǎo)管架總裝尺寸控制技術(shù)、導(dǎo)管架風(fēng)險點分析及制定應(yīng)對措施，為建造大型導(dǎo)管架的總裝尺寸控制提供了寶貴的經(jīng)驗。

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