一種水下YOKE的回收方法及工程應用

胡振國* 徐龍達 秦吉詩 楊春江

（海洋石油工程股份有限公司）

0 引言

在海洋工程中，海洋結構物的拆除回收是一項風險高、難度大、工作量大的工程，尤其是水下結構的拆除回收，受到很多因素限制，許多常規做法并不適用，因此對施工作業提出了更嚴格的要求。本文結合工程實例，介紹了一種水下YOKE 的拆除回收方法，有效降低了施工風險，提高了施工效率，可供類似工程參考。

1 工程簡介

該工程拆除的單點系泊系統（SPM）為固定塔式單點系泊形式，主要由系泊頭、基礎結構、YOKE 等結構組成，浮式生產儲油卸油裝置（FPSO）通過2條系泊鏈與YOKE 連接，該系統情況如圖1 所示。

圖1 SPM系統示意圖

YOKE 結構為類似等邊三角形的水下結構， 由壓載艙，YOKE 臂和YOKE Link 組成，其中壓載艙總長為32.9 m，直徑為4.5 m，內部灌有水泥用來壓載。YOKE 在水中與基礎結構通過YOKE Link 連接，壓載艙位于海床上，陷入泥面深約2 m。YOKE 結構總質量約為1 200 t，其中鋼結構質量約為430 t，壓載水泥質量約為770 t。YOKE 結構如圖2 所示。

圖2 YOKE結構圖

2 吊裝方案設計

該工程中YOKE 吊裝主要存在2 個難題：一是YOKE 壓載艙內的水泥為海上安裝后灌入，結構質量較之前有較大改變，原有吊點不能滿足結構拆除時的強度要求，而通過水下焊接來加強原有吊點或增加新吊點的方法成本較高，安全性低，且焊接質量難以保證；二是壓載艙內的水泥灌入量和分布均勻度都與設計存在誤差，結構重心無法精確定位；并且壓載艙底部4 道鋼纜的位置很難嚴格按照設計位置布置，若采用傳統的一個吊點對應一根索具的方式，索具位置發生變化很可能會導致某一根鋼纜不受力，給吊裝作業帶來風險。

為了解決以上問題，施工方采用在壓載艙底部穿4 道鋼纜“兜抬”的方式來起吊YOKE；然后利用“環形通扣技術”來布置吊索具，將左右兩側的鋼絲繩作為一個整體，根據位置自適應調節長度，可在一定程度上消化吊索具的位置偏差，保證所有索具同時受力，降低吊裝時結構傾斜的風險。YOKE 吊裝索具布置情況如圖3 所示。

圖3 中，L1～L6 為無接頭繩圈，L7～L8 為壓制鋼絲繩，L1，L3 和L5 通過卡環串聯組成通扣，L2，L4和L6 通過卡環串聯組成通扣，當L1 掛點位置比設計位置更靠近壓載艙中心時，L1 掛點位置距離吊鉤的有效長度將變短，L1 變松，L5 則會承受更多的結構重力，在力的作用下，L1，L3 和L5 組成的通扣將自行調節并分配長度，分配到L1 的索具長度將變短，分配到L3 的索具將變長，最終L1 和L3 同時受力。

圖3 YOKE吊索具布置（單位：mm）

另外，為了使YOKE 順利從基礎結構上脫離，采用主、輔鉤同時起吊YOKE，由輔鉤單獨控制YOKE Link 的升降，便于在吊裝過程中調節YOKE的位置。

3 吊裝計算

3.1 吸附力計算

根據調研數據，YOKE 壓載艙已陷入海床，拆除過程中，YOKE 結構在離開泥面的過程中，會受到泥面對其的吸附力，吸附力可根據下式計算[1]：

其中：A——結構物與底質的水平投影接觸面積，m2；

S——底質的抗剪強度，kPa；

D——結構物在底質中的浸深，m；

B——結構物的寬度，m；

L——結構物的長度，m。

本工程中壓載艙陷入泥面2 m，即D=2 m，土壤抗剪強度S=3.5 kPa（依據工程土壤資料可查得），結構物寬度即弦長B，結構物長度L=32.9 m，壓載艙陷入泥面的截面情況如圖4 所示。

圖4 壓載艙入泥截面（單位：mm）

3.2 吊繩力計算

根據索具布置方案和結構圖紙進行SACS 建模分析，計算起吊過程中兩種工況[ （YOKE 離開泥面時（工況一）和YOKE 出水后（工況二）]的吊繩力。工況一的結構組合力包括結構自重（含壓載水泥）、吸附力、結構浮力。工況二的結構組合力包括結構自重（含壓載水泥）。

考慮10%質量不確定系數和3%索具質量。計算得到的吊繩力結果如表1 所示。

表1 各工況吊繩力

根據計算結果可知，吊繩力最大值出現在YOKE出水后的吊裝過程中，可據此來選配吊索具。

4 海上施工

施工船舶到達現場之后按照設計的拋錨方案就位，首先進行YOKE 的吊索具布置作業。

吊索具布置是YOKE 回收施工的關鍵步驟，由于YOKE 壓載艙入泥深為2 m，將吊索具布置到位是施工中的難點。施工方采用“小繩牽大繩”的方式，先在壓載艙上布置引繩，然后再利用工程船上的絞車通過引繩將吊索具牽引到位，如圖5 所示。

圖5 YOKE壓載艙吊索具布置

吊索具布置完成后，吊索具連接至浮吊主、輔鉤，然后起吊YOKE，如圖6 所示。

圖6 YOKE吊索具連接

圖7 為YOKE 起吊實際情況。從圖7 中可以看出，壓載艙上的吊索具并非沿中心左右對稱，根據實際測量，吊索具（L4）實際位置和設計位置最大偏差約為3 m，如圖8 所示。在位置偏差較大的情況下，結構能平穩起吊，且吊索具能全部受力，主要得益于“環形通扣”的布置方式。圖8 中的虛線為設計位置，實線為實際位置。

圖7 YOKE起吊

5 結論

本文結合工程案例介紹了一種水下YOKE 的回收方法，通過“環形通扣”技術，巧妙解決了結構無可用吊點、重心不明、索具布置存在誤差等吊裝難題。該方法可以應用于沉船打撈、類似結構物的拆除回收工程，可為今后同類工程提供參考。

圖8 壓載艙吊索具布置位置偏差圖（單位：mm）