海洋平臺上部組塊生活樓建造中整體翻身吊裝技術的應用

藍國陽，胡性濤，阮勝福，李雯靜

（海洋石油工程股份有限公司 天津 300452）

1 研究背景

隨著海洋石油勘探開發的持續推進，我國廣大的沿海海域油氣開發熱潮不斷，但國內從事海洋工程建設的企業卻非常有限，每個企業都是滿負荷甚至超負荷運行。以本公司為例，目前擁有天津塘沽、青島和珠海3個建造基地，年鋼材加工總量高達60萬t，但擁有滑道總數僅為16條，每年僅國內的生產項目就多達幾十個，每個生產項目所面臨的場地資源短缺非常嚴重，如重型履帶吊機、滑道等限制性資源對項目建造的進度和實施起著決定性作用?；蕾Y源稀缺迫使我們創新改變、盡量減少每個組塊在滑道上的建造時間，這就需要盡量減少空間作業，因此，需考慮建造一體化和甲板片“反造”；目前組塊的甲板片都已經采取一體化建造，而生活樓還是在組塊上建造，其建造時間長，大量占用滑道資源，如果能夠將其挪到場地上反造，待整體建造好后再翻身吊裝到組塊上，將會大幅縮短滑道的占用時間。

2 研究對象

以作者參與的某個油田的某期生產項目為例，該項目主要包括2個井口平臺，都屬于固定式海洋平臺類型［1］，下部結構主要由導管架和鋼樁組成，上部結構主要包括井口生產組塊和用于員工生活的生活樓模塊。生活樓模塊是坐落在上部組塊最頂層甲板上的獨立框架式結構。生活樓模塊有3層甲板，其中需要翻身吊裝的是生活樓模塊的上面2層。2個平臺的生活樓模塊外形尺寸一樣，其中最上層甲板外形尺寸為26 m×8.8 m×4 m，結構重量為45 t；中間夾層尺寸為30.85 m×16.85 m×4 m，結構重量為65 t。

2.1 特點

關于生活樓整體反造、翻身吊裝的實踐［2］，從建造工藝來說，它具有2個可操作性的特點：①結構重量較小，翻身吊裝完全可以實現；②公司甲板片的反造技術很成熟。但是翻身吊裝也面臨著不少問題，因為整體反造完工的生活樓相當于一個大尺寸箱型體，但跟其他箱型體比較，它又具有自己獨特的特征，這主要體現在：一是生活樓四周帶有墻皮骨架，所以整體反造完的生活樓相當于一個大而空的箱型體，箱型體的翻身吊裝本來就應用不多，更何況是如此大而空的箱型體，面臨的難度很大；二是重量分布很不均勻，重量分布幾乎在靠近甲板片一端，偏墜特別厲害，翻身過程中結構的強度和穩性是否滿足要求，特別是墻皮的變形程度都需要特別關注；三是形狀不規則，兩側都有外伸部分，這會給翻身時提供支撐造成很大不便。

2.2 實施方法

以生活樓中間層甲板片為例。

2.2.1 吊裝步驟

①首先在場地上翻身建造，完成吊裝前期的準備工作，建造好的生活樓甲板片不僅包括水平片、墻皮骨架支撐和墻皮，還應該包括兩側供吊裝的臨時吊點，一側2個，利用XSTEEL模擬的3D模型見圖1。

圖1 生活樓模型Fig.1 Living quarter 3d model

②以右側底部的工字鋼為支撐，利用履帶吊將鋼絲繩懸在左側，先將左側吊起，并隨著高度的上升實現角度的旋轉，利用CAD建立的吊裝站位圖見圖2。

圖2 吊裝站位模擬Fig.2 Lifting position simulation

在此過程中，隨著翻身角度的變大，應該在左側墻皮倒地的地方放置一定高度的枕木，以防止當上吊到一定高度時，生活樓的重心與鋼絲繩處于同一鉛垂直線上，生活樓會加速自由側翻，進而對吊機形成瞬間沖擊力，所以放置枕木之后轉動到這個角度能阻止其自由側翻的過程，以實現有效控制。利用CAD建立的吊裝過程模擬圖見圖3。

圖3 生活樓翻身模擬1Fig.3 Lifting quarter turnover simulation 1

③隨著右側的上抬，左側也會離地，當離地到一定高度直至左側倒地枕木支撐處也離地一定高度時，利用CAD建立的吊裝過程模擬圖見圖4。

圖4 生活樓翻身模擬2Fig.4 Lifting quarter turnover simulation 2

④將鋼絲繩懸掛在左側吊點上，利用另外一臺履帶吊在右側緩慢將左側抬起到一定高度，直至翻身水平，最后利用2臺吊機吊裝就位。利用CAD建立的吊裝站位圖見圖5。

圖5 生活樓翻身吊裝模擬Fig.5 Lifting quarter turnover lifting simulation

2.2.2 翻身吊裝過程受力分析

整個吊裝動態過程可以簡化為幾個不同吊裝角度的吊裝就位分析［3］，本文以受力比較危險的0°和81°為例，通過SACS軟件模擬吊裝過程進行相應的有限元計算分析，按照API 21TH［4］和AISC 360—2010［5］的相關要求校核整個生活樓結構桿件的強度和剛度。

①0°起吊時的狀態（SACS軟件模擬實際吊裝作業的有限元分析模型），見圖6、表1。

表1 SACS計算分析中桿件校核的結果概述Tab.1 Member check results summary in SACS calculation analysis

圖6 SACS吊裝模擬1（帶桿件截面參數）Fig.6 SACS lifting simulation 1（with members’ section information）

②81°起吊時的狀態（SACS軟件模擬實際吊裝作業的有限元分析模型），見圖7、表2。

表2 SACS計算分析中桿件校核的結果概述Tab.2 Member check results summary in SACS calculation analysis

圖7 SACS吊裝模擬 2（帶桿件截面參數）Fig.7 SACS lifting simulation 2（with members’ section information）

通過SACS吊裝分析發現，所有結構的整體強度均滿足吊裝過程的要求，個別管節點的構造UC大于1.0，而強度UC小于1.0是可以接受的；整個翻身吊裝過程中，最大桿件變形為1.634 cm，結構整體剛好滿足要求，見圖8、表3。

表3 SACS計算分析中管節點校核的結果概述Tab.3 Joint can check results summary in SACS calculation analysis

圖8 SACS吊裝計算結果（節點最大變形結果）Fig.8 SACS lifting calculation result（joints maximum deformation results）

2.2.3 需要注意的問題

①整個翻身過程中，吊繩和卸扣是可以隨著吊臂的伸縮和吊機的移位進行轉動的，這就要求吊點不能帶耳板，因此，要求吊點主板強度相對高一些。

②整體反造完工的生活樓相近于一個大尺寸箱體，它的重心與以往所有吊裝的水平片等存在很大的差異，不在甲板片平面內，相當于在Z向有一定的偏心。在吊裝和翻身的過程中由于偏心的原因而產生的角度變化需要引起足夠的重視。

③起吊時，鋼絲繩與墻皮交叉在一起，此時需要注意并考慮鋼絲繩對墻皮的擠壓是否會產生大的變形。因此，應盡量將吊點向外延伸一些。

④下層生活樓的形狀不規則，無法向規整箱型體提供支撐，因此，圖9右上所示這部分應該先不安裝，需要等2層就位后再安裝。

圖9 生活樓局部結構詳圖（cad局部截圖）Fig.9 Living quarter local structure detail drawing（cad local screenshot）

⑤生活樓的體積較大，相對重量也不小，在噴砂過程中需整體拖裝到噴砂車間，這就需要有足夠的高度能滿足小車拖著它進入車間，也需要有能提供足夠支撐力的平板小車供使用。

⑥生活樓反向建造，在進入噴砂車間噴砂時，箱體內部產生的砂體需要采用合適的方法清除出來。

3 結 論

生活樓整體翻身吊裝技術可行，但對以上注意事項要足夠重視，需要注意的是，在節約滑道資源的同時，可能需要付出更多的額外資源，如翻身吊裝的吊機資源和需要作為支撐的枕木。