測量技術在鋼制導管架尺寸控制中的應用

紀延濤

（中石化勝利油建工程有限公司，山東東營 257000）

測量技術在鋼制導管架尺寸控制中的應用

紀延濤

（中石化勝利油建工程有限公司，山東東營 257000）

結合鋼制導管架建造的特點，重點總結和介紹了海洋鋼制平臺導管架建造階段所使用的測量技術及其精度控制中應該注意的事項，以期達到相互學習和交流的目的。

導管架；建造；測量技術；尺寸控制；應用

0 引言

本文介紹的鋼制導管架是指能夠實現海上鉆井、采油、集輸、作業、生活等不同功能的鋼結構樁基式固定平臺的下部基礎，是目前我國淺海區域固定石油平臺所采用的最普遍的結構形式。在營運檢驗過程中，經常會發現海上已投產的老舊平臺或個別新建平臺部分結構存在著安裝缺陷，如導管架水平超標、過渡段連接部位錯口、平臺高程超標、平臺方位偏差超標等情況，這些問題都與建造時的安裝精度有關。其出現的原因可能與當時的項目要求和施工機具有直接的關系，但建造階段的測量方法和安裝精度控制水平則是問題發生的主要因素。

回顧導管架建造安裝的發展過程可以看出，測量方法和安裝精度控制是導管架建造期間質量控制的關鍵環節。目前隨著測量機具的日益先進，測量技術水平的不斷提高，施工的效率和精度控制在不斷增強。本文結合規范要求和現場實際經驗，對導管架建造過程中在不同時期和環境中所采用到的不同測量方法及所用測量機具進行總結，以期通過介紹達到相互學習和交流的目的。測量方法無所謂好壞和先進，對于不同的施工環境和條件會各有所長，總結和介紹施工過程中的安裝精度控制問題，對現場施工和檢驗具有參考意義。

1 測量分類

導管架建造用到的測量方法多種多樣，總結起來可分為相對測量法和絕對測量法。

相對測量法通常是設定一個基準點，通過另一點的測量測出兩點之間的相對數據以獲得距離、角度、高程等相關的測量信息，再與理論值進行比較，判斷誤差是否符合要求的測量方法。如用鋼卷尺或儀器進行主立柱之間距離、對角線差值的測量；利用線墜或儀器進行主導管傾斜角度的測量；單片預制時利用儀器對各點間距離和水平的測量；用鋼卷尺或儀器對主導管、鋼樁橢圓度、直線度的測量等，均屬于相對測量法。早期由于建設設備的限制，導管架建造規模較小，尺寸測量主要依靠原始的非儀器的土辦法進行測量，如：鋼卷尺法、連通管法、三點一線法、吊線法等，用到的主要工具通常有鋼卷尺、水平尺、水平管、線墜等，工具較為簡陋。這些方法雖然適用精度要求不高，但對于空間狹小儀器難以架設、規模尺寸較小的構件仍然有著不可替代的作業。在大型導管架建造過程中，即使使用先進的測量儀器，但在可行的方便的前提下，仍優先使用相對測量法，如在單片預制時就用全站儀進行相對測量法獲取數據，此時不需要在周圍建立坐標控制網站，以棱鏡作為反射點進行測量，現場只用單個、獨立的全站儀就能測出所有想要的直觀的數據。

絕對測量法是一種全新的測量理念，數據以坐標點的形式出現，各個測量點的數據之間無關聯，每次測量到的實際數據只需與該點理論數據比較，從而判斷誤差是否滿足要求的測量方法。由于要求高，實施前需要進行大量的前期準備工作和投入較大的精力，該法通常主要用于大型導管架的總裝測量。測量要求：1）需結合批準可行的安裝方案和批準的導管架設計圖紙尺寸在電腦中事先模擬出導管架所有檢測點的理論坐標；2）需提前在周圍建立足夠數量的坐標控制網站；3）測量儀器需具有 GPS等全球定位系統及能夠準確獲取各點坐標的功能。使用絕對測量法的構件，通常構件繁多，測量人員難以到達，不能架設棱鏡，而只能通過紅外線瞄準儀進行測量事先做好的標記。如我國第一個深水項目——荔灣3-1中心平臺的導管架在總裝期間主要使用該法，使復雜紛繁的構件測量難點工作變得簡單易行。

相對測量法和絕對測量法無好壞之分，只是是否更適合而已。現階段隨著科技水平的提高，先進的測量儀器日新月異，隨著導管架的設計規模和建造水平的增強，導管架的原始測量方法也被先進的儀器測量方法所取代。但即便是最先進的儀器，由于環境條件地不同，使用時也具有局限性，尤其在特殊的測量環境條件下，各方法之間具有互補性。

2 常用技術

不論相對測量法和絕對測量法，但現場具體使用到測量技術主要有以下幾種：

2.1 連通管法

利用連通管原理，是在沒有儀器或儀器難以架設的條件下所使用的一種測量水平的方法。該方法所用到的工具主要有：膠皮水管，線錘，鋼卷尺等。施工時，將膠皮水管一端設置井口平臺采油樹一側（做好標記），另一端作為活動端在在樁管或過渡段上移動，找到同一高度位置處做好標記（一般每個樁管或過渡段上至少取2個點）。施工時，通過圖紙的要求與標記的偏差即判斷出高程的變化，作到實時校正，從而達到水平測量的目的。此法古老而經典，至今仍常被工人采用，尤其在周圍視覺障礙多的條件下，是普通甚至精密儀器無法取代的。但陸地導管架總裝現場應用較少。

2.2 三點一線法

依據三點一線的原理，是進行測量水平度、直線度的一種方法。此法所用設備簡單，容易操作，適用于缺少儀器或儀器難以架設，以及穿越長度短、精度要求低的情況。此方法所用到的工具主要有：膠皮水管、鐵尺、中心尺、水平尺、線錐等。施工時，通過連通管確定外部基準面，利用基準面確定測量點進行第三點測量的方法。施工時，靠觀測第三點與標記的偏差即可判斷出高程或直線度的變化，作到實時校正。此法在現場仍然常用，主要用于細節尺寸和機器難以觀測的部位。不能同時測量所有數據。

2.3 水平儀/經緯儀測量法

設定基準點，利用水平儀/經緯儀，進行定點定位測量，此方法簡單、快捷、準確，提高測量效率，在施工中廣泛運用。水平儀/經緯儀測量法要求水平儀/經緯儀位置擺放合理、固定，不得與現場施工設備及施工作業沖突，同時，擺放位置避免振動。測量時，通過靠觀測兩點的偏差即可判斷出水平和垂直度的變化。該法目前仍然廣泛使用。但要測量導管架所用尺寸，還需其他方法的補充。

2.4 激光測量法

激光位移傳感器利用激光發射器通過鏡頭將可見紅色激光射向被測物體表面，經物體反射的激光通過接收器鏡頭，被內部的CCD線性相機接收，根據不同的距離，CCD線性相機可以在不同的角度下“看見”這個光點。根據這個角度及已知的激光和相機之間的距離，數字信號處理器就能計算出傳感器和被測物體之間的距離（原理圖如示）。同時，光束在接收元件的位置通過模擬和數字電路處理，并通過微處理器分析，計算出相應的輸出值，并在用戶設定的模擬量窗口內，按比例輸出標準數據信號。如果使用開關量輸出，則在設定的窗口內導通，窗口之外截止。另外，模擬量與開關量輸出可獨立設置檢測窗口。

激光測量法是近幾十年發展起來的一門新技術，激光測量是將激光器與水準儀或經緯儀安裝在望遠鏡上的一種測量方法。測量時，在工作臺上安裝好激光發射器，按照導管架的位置和方向調整發射器，同時在導管架上裝有刻度的靶，測量時觀測靶的位置與設計位置是否一致，如激光點直射靶心，說明高程符合要求。否則，存在較大偏差，需進行調正。此法在中海油青島海工場地導管架建造過程中和曾建造的“海洋石油921、922、923、924”鉆井船上大量使用，主要用在樁腿、齒輪箱以及導管架等關鍵構件的制作和總裝控制，效果良好。

2.5 全站儀測量法

此法精度高，功能強大，可同時獲得坐標、距離、角度及方位等信息，是目前最常使用、甚至在一些項目上無法替代的測量方法。由于全站儀的GPS功能，大大提升了海工的建造能力，從而使復雜的結構安裝變得簡單容易，尤其當前我國海工項目在由淺海走向深海的過程中，對于數量繁多的導管架桿件，如仍然采用以往的老辦法活水平儀和經緯儀進行測量，可能建造過程難以進行甚至不能進行。以往的測量方法歸結起來可統稱為相對測量法，即所有的測量數據均為直觀的數據，如距離、高度、斜度等。而使用全站儀測量法后除能夠實現以上測量方法，而且出現了新的測量方法，由于GPS功能的存在，測量不再按傳統的方法，而是通過建模和在現場建立坐標控制網，通過現場坐標點的控制和偏差測量，實現對各桿件之間距離、對角線、傾斜度等測量，甚至通過對實際數據的采集和輸入，實現對各點數據的實時獲取。是目前干深水項目導管架建造中最有效的、甚至不可替代的測量方法。

3 精度控制

導管架建造時期，安裝精度控制主要發生在兩個階段，即陸地預制階段和海上就位階段[1]。

陸地預制階段的精度控制點主要有：

1）總體尺寸控制，如主導管的傾斜度、上下水平面的平面尺寸、各水平面之間尤其防沉板所在平面的標高控制，等。

2）附件尺寸控制，如靠船件、泵護管、管卡子、電纜護管等附件的安裝方位控制，靠船件的標高控制，等。

3）單個構件的尺寸控制，如裙樁的安裝位置，導管的橢圓度、直線度，高空桿件的尺寸控制，等。

海上就位階段的精度控制點主要有[2]：1）平臺與導管架之間的吻合控制；2）導管架海上就位時的水平度控制；3）平臺間的高程控制；4）平臺間的方位控制。

4 注意事項

建造期間，做好測量的精度控制應注意如下方面：

1）學會選擇合適的測量設備，所有儀器的校準應在有效期內。

2）制定合理及細致的測量方案，做好測量前期準備工作，如桿件標識工作、儀器標定工作、控制網站點的埋設和校核工作等。

3）在使用全站儀測量過程中，需注意：

（1）儀器架設在控制網站點上使用前，應可以測量目標點的所有三維坐標，并事先通過與理論坐標比較確定所有點的三維偏差。

（2）主要的測量點要用洋沖打在導管及拉筋的表面并貼上標簽，并計算這些點在控制網中的理論坐標。

（3）在十字花片的預制中，主要的測量點要用洋沖打點并貼上測量標簽，利用全站儀等儀器測量這些點的實際坐標，通過與理論尺寸的比較，得到拉筋的偏差。測量需在焊前和焊后進行。

（4）對于登船平臺、靠船件、立管卡子、套筒、浮筒及消防用水泵護管等附件的位置，測量人員通過三維坐標控制網測量預先制定在這些附件上的控制點從而得到三維偏差。

5 結束語

測量技術的選擇和精度控制的高低是反映導管架建造水平的重要指標，安裝精度控制的好壞不但決定工程的質量和效益，同時決定了工程的安全性、可操作性。本文重點介紹的各種測量技術，涵蓋了當前導管架施工過程中的所有方法，尤其是利用坐標定位方法的絕對測量技術是當前較為新穎的測量方法，對于施工大型導管架及其他大型構件或復雜構件的施工和精度控制起著關鍵的、甚至不可替代的作用。目的是讓大家對測量技術全面了解，以便在不同的施工條件和環境下選用合理的測量方法和儀器，為更好的服務于現場起到參考作用。

[1] 海上固定平臺規劃設計和建造推薦做法[S]. 2007.

[2] 紀延濤, 李軍. 灘海固定平臺鋼結構安裝質量及精度控制[J]. 中國海洋平臺, 2005(2): 45, 46.

Application of Measurement Technology for Size Control in Steel Jacket

Ji Yan-tao

(Sinopec Petroleum Engineering & Construction Shengli Corporation Co., Ltd., Shandong Dongying 257000, China)

Combined with the characteristics of steel jacket construction, this paper mainly summarizes and introduces the matters which should be paid attention to for measurement technology and precision control in the stage of offshore steel jacket platforms construction, in order to achieve the purpose of mutual learning and exchange.

jacket; construction; measurement technology; size control; application

U663.7

A

1005-7560 (2014) 06-0017-03

紀延濤（1971-），男，高級工程師，長期從事油田地面工程、海洋工程及長輸管道工程建設工作。