重載運輸車牽引自升式海洋平臺的下水方式研究

張文娟

（太重（天津）濱海重型機械有限公司，天津 300460）

隨著國家走向深海，海洋平臺大量涌現。海洋平臺是為在海上進行鉆井、采油、集運、觀測、導航、施工等活動提供生產和生活設施的構筑物。自升式海洋平臺是其中一種鉆井采油平臺，其下水過程是建造中的一個重要環節。本文根據太重（天津）濱海重型機械有限公司（以下簡稱“公司”）碼頭及船臺的實際情況，結合港池內的水深、潮汐、風浪流等主要環境因素，研究符合公司廠情的下水方式。平臺最終順利下水，且整個下水過程非常順利，充分證明了該下水工藝的可行性。

1 自升式海洋平臺下水方式

1.1 自升式海洋平臺簡介

自升式海洋平臺由一個駁船式船體和若干個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載鉆井設備和給養到達工作地點。作業時，平臺被樁腿支撐并抬升到海面以上。轉移時，把樁腿拔起，駁船式船體下降浮于水面，即可拖運到另一地點。

自升式平臺一般為插樁自升式。樁腿可插入海底，也可在樁腿下面設置“樁靴”。樁腿結構可以是封閉殼體式，也可以是構架式。樁腿升降機構有電動液壓式和電動齒輪齒條式。船體平面形狀可以是三角形、矩形或五邊形，其特點是浮運方便，作業時穩定性好。

1.2 自升式海洋平臺的下水方式

目前，對于在水平船臺上完成建造的自升式海洋平臺，國內外常采用機械式下水。機械式下水是指采用下水牽引設備直接將平臺移入水中或移到下水駁船上，通過駁船下潛實現下水，主要有氣囊下水、半潛駁配合牽引設備下水等。

氣囊下水是將平臺承托在特制的氣囊上從建造場地移入水域的下水方法。氣囊在下水作業過程中存在一定的安全風險，可能會發生破裂或爆破現象，引起鐵件飛出傷人事故。整個下水過程不可逆，且當自升式海洋平臺入水時會有很大動作，很容易造成船體結構的損壞和發生傾覆危險[1-2]。

半潛駁配合牽引設備下水是采用牽引設備將平臺從建造場地移到下水駁船上，通過駁船下潛實現下水的方法。牽引設備種類較多，有先進的全套自動化頂升拉移設備，有絞車拖拉設備配合頂升工裝組合等。采用全套自動化頂升拉移設備可提高下水速度，但相應的投入成本較高；采用絞車拖拉設備下水則相對靈活，但對首臺單次平臺的下水作業，工裝成本及生產費用偏高。通過對上述牽引設備的對比，結合公司碼頭、航道位置及資源、產品情況，最后決定選用重載運輸車系統設備作為平臺機械式下水的牽引設備[3]。

1.3 重載運輸車系統設備下水特點

安全。重載運輸車行駛在固定的云型軌道上，使得整個平臺的移動軌跡固定不變。平臺移動時，通過半潛駁船自身即時調載，可實現碼頭與駁船上的云軌高度一致，重載運輸車在軌道上行走時不會出現高低起伏的狀況，平移過程非常平穩。每臺重載運輸車行駛至碼頭邊緣時均降下油缸不承力，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，使得平臺在上駁過程中不會對駁船的單舷側邊沿施加突變力而造成駁船側翻。

可控。整個下水過程是完全可控的。每臺重載運輸車所承受的載荷都會實時反饋至主控制臺，而且每臺運輸車都可以即時調整各自頂升油缸的高度和行駛速度，可真實有效地調整平移過程中平臺的狀態；若上駁過程中遇到突發情況（比如突發大風），不允許繼續進行上駁作業，則可通過重載運輸車倒車行走，將平臺沿云軌移回岸上，改日再行上駁。

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

環保。整個下水過程中，不會發生任何活動物體落海的情況，也不會造成油污染，對陸地環境和海洋環境均不會造成破壞。

經濟。與其他同類型的機械（比如滾裝車）輔助下水方式相比，成本更低。

2 自升式海洋平臺下水設施設備

公司建造的自升式海洋平臺下水設施設備主要包括水平滑道船臺及碼頭、重載運輸小車滑道系統設備及支撐橫梁、半潛駁船、拖輪等。

2.1 水平滑道船臺及碼頭

公司的水平船臺有效搭載長度為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，碼頭標高6 m。平臺下水后漂浮區域水深16 m以上。

2.2 重載運輸車系統設備及支撐橫梁

重載運輸車系統設備由重載運輸車、云型軌道、電力控制系統以及遙控監視監控系統4個部分組成。

重載運輸車：將重物頂起和降下，并在平移過程中提供持續恒升力的裝置，根據重物承載許用應力計算來確定單點支撐力及選擇相應承載噸位的重載運輸車，為減少船體/平臺對地面的壓強，采用雙缸頂升的形式。為抵消鋪設云軌的誤差，Y向（橫向）設有浮動結構，即頂升油缸坐在一組可橫向移動的特殊輥排上，輥排兩端有強力碟形彈簧，其作用是保持車體穩定和輥排自動復位。Z方向自動浮動，即Z方向（垂向）采用兩臺各承載200 t的間距為3.5 m左右的頂升油缸，Z方向自動浮動，行程為0.150 m。自動浮動使該油缸在運輸過程中可保持恒定的升力，該升力可在總控臺顯示，其高度隨云軌與平臺底部的間距變化而變化，可實現牽引重物承載車前進、后退雙向運動，達到平移、上駁、撤車等目的。

重載運輸車采用5.5 kW調頻電機，牽引速率為1.2 m/min，可無級調速調頻，實現各運輸車保持同步。

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：通過重載運輸車中齒輪嚙合提供推動力，保證整個運輸過程按指定線路進行。雙層底板結構既可增加云軌縱向抗彎強度，又可減小對地面平整度要求。重載運輸車系統設備見圖1。

圖1 重載運輸車系統設備照片

電力控制系統：由控制線纜、電源線等部件組成，總功率300 kW。

遙控監視監控系統：由中央監控車、監測儀器、通訊監控設備等部件組成，通過中央監控車操作臺實時監控，保障整個平移過程每臺重載運輸車運行狀態可控，指令傳達暢通。

2.3 半潛駁船

根據平臺結構、外形尺寸及重量，選用駁船“泰瑞”完成平臺的下潛漂浮作業，主要技術參數如下。總長：111 m；型寬：67 m；型深：9 m；吃水：3.0 m；甲板單位負荷：云軌部位20 t/m2，其他部位10 t/m2；該船有2個壓載艙，每個壓載艙設有3臺壓載泵，每臺壓載泵流量為2 000 m3/h，總排水量為12 000 m3/h。

3 平移上駁計算

平臺的主尺度為72 m×70 m左右，下水重量約11 000 t。平臺底部的鋼板通常比民用船舶底板薄，重載運輸車的單臺額定安全載荷不宜過大，以不超過400 t為宜。該類型重載運輸車為雙主升油缸，可加大與底板接觸面積，并設置3°偏載調整座，可與平臺底部更加貼合。考慮到偏載因素，實際額定載荷應為安全載荷的80%左右為宜，安全系數取K=1.35。安全額定總載荷的計算公式為

式中：Σ總為安全額定總載荷；K為安全系數；Σ理為理論總載荷。總需額定載荷應為1.35×11 000 t=14 850 t，如單臺載荷為200 t+200 t，則需（14 850/400）臺≈37.12臺，得到結論：至少需要38臺重載運輸車。根據現場實際情況，為了調整平臺各部分重量使其均勻地分布到重載運輸車上，最終使用46臺重載運輸車幫助平臺完成平移上駁作業。考慮到船底的局部剛度，70 m船寬需鋪設7條云軌滑道。重載運輸車采用5.5 kW調頻電機，牽引速度為1.2 m/min。云軌采用軌道標準為400 kg/m，并特制云軌搬運車及叉車鋪設云軌。

4 自升式海洋平臺下水作業流程

整個下水作業主要分為3個階段：下水前準備；平臺平移上駁；下潛漂浮。

4.1 下水前準備

作為國內首例將重載運輸車及其配套系統用于自升式海洋平臺下水，下水前需要編制技術文件《自升式平臺下水工藝手冊》 《平臺下潛漂浮引航工藝》 （由當地引航站主編，海事局審核）。 《自升式平臺下水工藝手冊》主要內容包括平臺下水操作流程、下水作業氣象環境要求、安全應急保障措施等，其中包含駁船上布墩圖、下水駁船系泊圖、平臺下水綁扎圖、平臺下水調載計算、駁船調載程序、駁船/平臺穩性計算書、駁船甲板強度/綁扎/坐墩計算書、駁船相關證書、當地港口潮汐表、下潛漂浮及插樁地勘等附件。

平臺下水前，作業單位需按照《自升式平臺下水工藝手冊》的要求完成各項工作，并逐項進行檢查。針對檢查結果，組織各部門進行綜合評審，滿足下水條件方可開始平臺下水。

4.2 平臺平移上駁

在下水窗口期間，選擇具備合適的氣象條件時進行移船上駁作業，平臺上駁后照片見圖2。

圖2 平臺上駁后照片

將平臺移墩至重載運輸車設備系統上，運輸車前移至碼頭前沿。駁船按程序調載，使駁船上軌道面與岸上軌道面水平高度一致。重載運輸車運送平臺上駁船，此過程中需要駁船不斷按程序調載，保證駁船上軌道面一直與岸上軌道面高度水平一致。平臺完全上駁后，重載運輸車開始泄壓，平臺坐在預先放置好的支墩上。撤出重載運輸車系統設備。將平臺和駁船按照綁扎要求進行綁扎固定，防止下潛過程的移位。

4.3 駁船下潛和平臺漂浮

駁船下潛區域需提前完成水聲側掃，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目。側掃完成后，在下潛區域四角下浮漂進行標記。根據平臺調平壓載計算報告在壓載艙內注入定量的壓載水，以調節平臺下水漂浮后艏艉吃水相平。割除所有綁扎固定件，確保駁船與平臺無任何連接。

將半潛駁拖至下潛區域，調載員根據調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，吃水觀測人員匯報駁船吃水情況，并根據駁船吃水和各個艙室的壓載水情況，調載指揮現場調整壓載狀態。下潛過程中，作業部門派人員觀測平臺艙室是否有漏水現象，有問題及時聯系調載指揮，暫停壓載并進行應急處理。駁船下潛到支墩與平臺船底間隙0.500 m時（即下潛到14.5 m時，按照平臺漂浮吃水3.4 m計算），穩定駁船的吃水狀態，等候平臺的脫離。在引航員指揮下，將港作拖輪拖帶平臺與駁船進行分離，將平臺拖帶至插樁地點并進行定位。定位完畢，平臺分級壓載、完成插樁作業。駁船排出壓載水上浮到規定吃水后停止排載，然后由拖輪將駁船拖到碼頭靠泊。半潛駁在下潛區域拖輪定位，平臺帶纜，準備分離拖輪拖引平臺，實現平臺和駁船分離。

5 結束語

本文根據公司碼頭及船臺的實際情況，結合碼頭港池內的水深、潮汐、風浪流等主要環境因素，最終制定出適合公司自制平臺的下水工藝，平臺成功下水，且整個下水過程非常順利，未出現任何故障及事故，充分驗證了該下水工藝的可實施性，為公司以后進行其他類型海洋工程結構下水作業提供了有力的技術保障。此次研究制定的下水工藝具有安全、可控、清潔、經濟等諸多特點，特別是工藝中創新性地使用重載運輸系統完成平臺的平移上駁過程，實現國內首例將重載運輸車及其配套系統用于海洋工程平臺主體下水，極具推廣應用價值。