大型立式退扭塔結(jié)構(gòu)扶正工藝

劉耀江 張亞雷 周健偉 薛大智 楊 昆 何昱亮

（深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518067）

0 引言

海底電纜是海上電信傳輸?shù)闹匾浇椋饕譃楹５淄ㄐ烹娎|和海底電力電纜。海底電纜鋪設(shè)通常是在碼頭通過一系列的結(jié)構(gòu)設(shè)備將電纜由廠家的儲(chǔ)纜裝置連續(xù)地過駁至施工船，并且盤繞在施工船舶上的海纜存儲(chǔ)裝置中，海纜施工船運(yùn)輸海纜到達(dá)海上指定施工區(qū)域后，將海底電纜平順地鋪設(shè)至海底，完成海纜安裝作業(yè)[1]。在廠家碼頭倒纜過程中以及海上鋪設(shè)過程中需要在施工船上安裝一些鋪設(shè)輔助設(shè)備結(jié)構(gòu)，例如張緊器、退扭塔、入水橋、轉(zhuǎn)向架和托輥等。

退扭塔是海底電纜倒纜以及鋪設(shè)過程中用于釋放電纜扭力積聚的大型結(jié)構(gòu)物，人為地增加海纜可自由旋轉(zhuǎn)的長度，以期實(shí)現(xiàn)電纜退扭的目的。為了能夠達(dá)到較好的退扭效果，在施工船上有效面積的情況下退扭塔通常需要建造得比較高，可高達(dá)數(shù)十米。傳統(tǒng)的固定式退扭裝置體積龐大，甲板占地面積大且建造費(fèi)用高昂，安裝時(shí)固定占用船天時(shí)間長，不符合實(shí)際需求?？紤]到退扭裝置必須盡可能地占用甲板較小的面積，對退扭塔的設(shè)計(jì)水平提出了較高要求。退扭塔架的示意圖如圖1所示。

退扭塔的結(jié)構(gòu)包括底座、主體結(jié)構(gòu)、頂部平臺、側(cè)向限位結(jié)構(gòu)和電纜導(dǎo)向橋。其中，底座根據(jù)塔身安裝位置及甲板布置設(shè)計(jì)，起到均布塔身載荷和固定退扭塔的作用。塔身作為主體結(jié)構(gòu)，起到支撐頂部平臺的作用。頂部平臺作為導(dǎo)纜/鋪設(shè)工作平臺，電纜導(dǎo)向橋和動(dòng)力設(shè)備半圓塔輪固定在頂部平臺使用。退扭塔主要作用在電纜導(dǎo)纜及鋪設(shè)作業(yè)情形，有效改善了固定式纜框?qū)Ю|時(shí)出現(xiàn)的電纜扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，極大地減少了電纜破損的風(fēng)險(xiǎn)，提高了導(dǎo)纜和鋪設(shè)效率。配合頂部工作平臺上半圓塔輪作為動(dòng)力夾持設(shè)備的使用，在張緊器失效的情況下仍可以提供夾持力，提高了電纜鋪設(shè)中的可靠性。

退扭塔高度高，給建造和安裝帶來了一定難題。傳統(tǒng)的方法是采用立式分段建造的方式將退扭塔根據(jù)高度分成幾段，然后依次分段組裝。傳統(tǒng)分段建造對建造場地要求高，需要具備吊高高于退扭塔的吊機(jī)；退扭塔組裝對分段建造精度要求高，組裝過程中涉及較多高空作業(yè)。這些特點(diǎn)給立式分段建造增加了難度，從而增加了建造風(fēng)險(xiǎn)和成本。

退扭塔整體采用臥式建造，然后采用吊機(jī)整體扶正的方法將可以很好地解決以上問題。

1 設(shè)計(jì)計(jì)算

在進(jìn)行退扭塔扶正操作之前，對退扭塔進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，需要根據(jù)退扭塔的結(jié)構(gòu)形式和尺寸參數(shù)選取合適的吊點(diǎn)位置，并在吊點(diǎn)位置預(yù)留吊耳設(shè)計(jì)或者吊裝點(diǎn)；然后對退扭塔架的整體翻轉(zhuǎn)過程中吊機(jī)的受力和高度進(jìn)行計(jì)算；最后需要進(jìn)行翻轉(zhuǎn)過程退扭塔塔身強(qiáng)度計(jì)算，確保整個(gè)吊機(jī)扶正過程安全，在吊裝過程中不會(huì)對退扭塔本體造成損傷。

最終需要根據(jù)退扭塔相關(guān)的計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場施工的實(shí)際情況和可利用的資源情況選取吊機(jī)型號，并配置相應(yīng)吊裝索具。

設(shè)計(jì)計(jì)算主要包括以下4點(diǎn)。1） 塔身平移吊裝計(jì)算。2）翻轉(zhuǎn)過程吊裝計(jì)算。3）吊點(diǎn)強(qiáng)度校核計(jì)算。4）翻轉(zhuǎn)吊機(jī)載荷控制。結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖2所示。

圖2 退扭塔SACS計(jì)算模型

翻轉(zhuǎn)過程結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

翻轉(zhuǎn)過程吊機(jī)及索具配置見表2。

表2 翻轉(zhuǎn)過程中吊機(jī)和索具配置表

2 具體施工流程

退扭塔設(shè)計(jì)高達(dá)23.4 m，考慮到正常運(yùn)輸限制，底座和塔身均在碼頭前沿進(jìn)行分塊建造，最終進(jìn)行底座和塔身的組隊(duì)。建造完成后組隊(duì)過程如下，具體扶正工藝實(shí)施流程如圖3～圖6所示。

扶正采用3臺吊機(jī)分別為碼頭岸吊、船舶吊機(jī)和陸地吊機(jī)共同進(jìn)行。退扭塔準(zhǔn)備，首先用碼頭岸吊將退扭塔底座和塔身從建造場地整體吊裝到扶正地點(diǎn)。吊機(jī)準(zhǔn)備，吊機(jī)分別移動(dòng)到相應(yīng)位置，設(shè)置鉤頭位置和趴桿角度，使鉤頭位于吊點(diǎn)附近，并確保吊機(jī)具有足夠的起升高度，采用施工船吊機(jī)和汽車吊分別吊退扭塔頂部，其中施工船吊機(jī)采用4腿吊裝，汽車吊采用2腿吊裝，碼頭岸吊吊退扭塔的底部，采用2腿吊裝。吊裝索具檢驗(yàn)，并連接吊機(jī)索具。試吊，確保3臺吊機(jī)各吊索受力正常，將退扭塔塔身吊離距地面1 m高度，檢驗(yàn)索具有無打扭等不利情況。3 臺吊機(jī)增加負(fù)荷，一起將退扭塔吊起到一定高度。施工船吊機(jī)和汽車吊繼續(xù)起高，碼頭岸吊緩慢下降并趴桿，進(jìn)行退扭塔翻轉(zhuǎn)，退扭塔空中翻轉(zhuǎn)90°，如圖4所示。在翻轉(zhuǎn)90°的過程中同時(shí)進(jìn)行載荷傳遞，逐步將載荷傳遞給船舶吊機(jī)，將絕大部分的載荷傳遞到施工船吊機(jī)。船舶吊機(jī)在汽車吊的輔助下一起下放退扭塔并使其坐落于底座上。最后，退扭塔與底座焊接組裝在一起，整體起吊到船舶甲板進(jìn)行裝船固定。吊機(jī)一起下放退扭塔著地，解開另外2個(gè)吊機(jī)索具，待主吊機(jī)進(jìn)一步操作，扶正過程完畢。

圖3 翻轉(zhuǎn)過程中索具配置

退扭塔在實(shí)際中的應(yīng)用有以下3點(diǎn)。1）在碼頭進(jìn)行導(dǎo)纜作業(yè)時(shí)，將設(shè)備安裝至頂部平臺進(jìn)行作業(yè)。2）導(dǎo)纜作業(yè)完成后，為了減少退扭塔的外部載荷，保證電纜退扭裝置結(jié)構(gòu)的安全性，將設(shè)備拆除至甲板固定。3）進(jìn)行鋪設(shè)作業(yè)時(shí)將設(shè)備重新安裝至頂部平臺進(jìn)行作業(yè)。

整個(gè)導(dǎo)纜和鋪設(shè)過程有以下6點(diǎn)。1）在固定式纜框及退扭裝置在甲板安裝完畢后，在頂部工作平臺安裝電纜導(dǎo)向橋和動(dòng)力半圓塔輪。電纜導(dǎo)向橋通向固定式纜框，動(dòng)力半圓塔輪通過底部轉(zhuǎn)向與張緊器相連，安裝過程中預(yù)留信號繩作牽引絞車。2）設(shè)備安裝完畢后，通過預(yù)留的信號繩將絞車鋼索接頭牽引出來，依次通過電纜導(dǎo)向橋、半圓塔輪、張緊器連接至電纜末端。3） 電纜末端在絞車和吊機(jī)的牽引輔助下依次通過張緊器、半圓塔輪、電纜導(dǎo)向橋然后進(jìn)入固定式纜框。4）電纜末端進(jìn)入纜框之后對電纜末端固定，調(diào)試半圓塔輪及張緊器的參數(shù)，確認(rèn)設(shè)備后，開始導(dǎo)纜作業(yè)，導(dǎo)纜過程中張緊器記錄電纜長度。5）當(dāng)?shù)竭_(dá)標(biāo)記長度后，停止導(dǎo)纜，對電纜首端進(jìn)行處理，處理完畢后，將電纜首端與絞車相連，而后電纜首端在絞車的牽引輔助下進(jìn)入固定式纜框，固定完成后，回收絞車鋼絲繩，導(dǎo)纜作業(yè)完畢。6）在進(jìn)行鋪設(shè)作業(yè)時(shí)，使用方法基本與電纜導(dǎo)纜過程相似，電纜首端在絞車及吊機(jī)的牽引輔助下從固定式纜框?qū)С觯来瓮ㄟ^電纜導(dǎo)向橋、半圓塔輪、張緊器、入水橋，開始鋪設(shè)作業(yè)，直至鋪設(shè)完成。

最終，固定式纜框與退扭裝置的配合順利完成深圳碼頭的導(dǎo)纜工作后將海纜安全運(yùn)輸至沙特碼頭。完成鋪設(shè)工作后得益于簡單的結(jié)構(gòu)，拆除工作也非常簡單和順利。減少了對施工資源的占用。

3 難點(diǎn)與解決措施

3.1 大型立式退扭塔架建造

大型立式退扭塔結(jié)構(gòu)建造如果采用傳統(tǒng)采用立式建造的方式，在建造過程中需要的輔助結(jié)構(gòu)多，焊接難度大，高空作業(yè)周期長，會(huì)阻止退扭塔架的翻身扶正。因此可以采用臥式分體建造，組對后翻身扶正的方式減少焊接難度以及高空作業(yè)時(shí)間，提升施工效率保證作業(yè)安全。

3.2 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核與索具設(shè)置

在從水平到垂直狀態(tài)的翻身扶正過程中，由于退扭塔結(jié)構(gòu)為不規(guī)則大型結(jié)構(gòu)，需要在設(shè)計(jì)階段重點(diǎn)關(guān)注結(jié)構(gòu)本體抗彎和扭轉(zhuǎn)性能，避免在扶正過程中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形，并且需要通過吊裝計(jì)算對吊裝過程中的吊點(diǎn)進(jìn)行合理的安排。

4 前景與展望

大型退扭塔扶正工藝的成功應(yīng)用可以推廣到類似大型不規(guī)則結(jié)構(gòu)的建造、安裝和裝船的過程中。退扭塔采用臥式整體建造，省去了較多高空作業(yè)，降低了建造風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)縮短了建造時(shí)間，縮短了項(xiàng)目工期，并且降低了建造費(fèi)用。采用陸上建造、陸上翻轉(zhuǎn)和組裝，然后整體吊裝上船，省去退扭塔在船上組裝的過程，為項(xiàng)目裝船節(jié)省時(shí)間，可以節(jié)省大量項(xiàng)目成本。

圖4 整體起吊一定高度

圖 5 旋轉(zhuǎn) 90°

圖6 退扭塔垂直下放