文昌9-7導管架中心桁架非滑道建造關鍵技術

DOI：10.3969/j.issn.1001-2206.2024.06.003

摘" " 要：為保障文昌9-7油田開發項目按期投產，通過導管架常規滑道建造方案與中心桁架非滑道建造技術比選，創新性地采用了中心桁架非滑道建造技術，僅用5個月的時間完成了16 000 t級導管架的總裝工作，極大地縮短了導管架建造總裝周期，有效保障了文昌9-7導管架按期建造完工裝船出海。通過場地布置及建造方案研究、中心桁架運輸方案研究和風險控制措施研究，確保了文昌9-7導管架中心桁架非滑道建造方案的有效實施。該技術可極大節省導管架建造對于滑道資源的占用，相較于傳統滑道建造技術，非滑道建造技術具備的優點主要有：施工周期短，可提高工程進度；成本較低，可降低工程投資；施工精度高，可保證建造質量。

關鍵詞：深水導管架建造；中心桁架轉運；非滑道建造

Abstract：This study aimed to ensure the timely productionof the Wenchang 9-7 oilfield development project. Compared with the traditional slide construction technology， the center truss non-slide construction technology was creatively adopted to the Wenchang 9-7 jacket. It took only5 months to complete the final assembly of the 16，000-ton pipeline rack， which greatly shortenedthe construction and final assembly cycle of the jacket and effectively ensured the timely completion and shipment of the Wenchang 9-7 jacket to the sea. Site layout and construction， shipment schemes for central truss， and risk control measures were studied to ensure the feasibility of non-slide construction schemes. The technology can greatly reducethe slide resources used by jacket construction. Unlike the traditional slide construction technology， the non-slide one is shorter in the construction cycle to expedite the process， lower in cost to reduce the investment， and higher in precision to guarantee quality.

Keywords：construction of deep-water jacket; central truss transportation; non-slide construction

文昌9-7油田開發項目是中海油湛江分公司高質量上產“一千萬立方”的關鍵項目，該項目擬建造文昌9-7（以下簡稱WC9-7）DPP固定式導管架平臺。為保障項目按期投產，項目要求WC9-7導管架于2024年9月完成建造安裝。WC9-7導管架建造質量16 050 t，國內可滿足WC9-7導管架建造要求的場地僅有中國海油珠海場地1#滑道。而這條滑道又被前序項目“海基二號”導管架占用至2024年3月，只剩6個月的時間無法滿足WC9-7導管架的總裝建造需求。為此，WC9-7導管架創新性地采用了中心桁架非滑道建造方案，在非滑道區域先進行導管架總裝工作，待1#滑道前序項目裝船后，再將導管架中心桁架整體轉運至1#滑道，以滿足WC9-7導管架完工出海的需求。

WC9-7導管架作為文昌9-7油田開發項目中的重要組成部分，其按期建造完工是整個油田開發項目如期投產的基礎。傳統的滑道建造技術在一定程度上存在施工周期長、成本高、施工質量難以保證等問題，因此WC9-7導管架創新性地采用中心桁架非滑道建造技術，縮短了導管架建造總裝周期，保障了WC9-7導管架按期建造完工。

1" " WC9-7導管架建造方案比選

1.1" " WC9-7導管架基本信息

WC9-7導管架為8腿12裙樁式導管架，水深123.8 m，導管架總高度140 m，建造質量16 050 t，導管架頂部尺寸為20 m × 76 m，底部尺寸為72 m × 90 m，設置6層水平層，導管架建造采用臥式建造，滑移裝船，建造模型如圖1所示。

1.2" " 滑道資源及方案比選

深水導管架主要根據場地建造能力和導管架的結構形式來確定其建造方式[1-2]。由于WC9-7導管架建造質量超過16 000 t，國內滿足其建造要求的施工場地僅有中海油青島、中海油珠海場地1#滑道以及赤灣場地4#滑道，其他建造場地的建造能力均無法滿足WC9-7導管架建造技術要求，國內主要滑道場地及其建造能力如表1所示。

青島場地距離WC9-7油田海域較遠，如在青島場地建造，將額外增加導管架的運輸工期10 d，進而導致建造周期進一步縮短，同時還會增加海上運輸成本。赤灣場地4#滑道正在承建陵水25-1導管架，沒有檔期來承建WC9-7導管架。珠海場地1#滑道正在承建“海基二號”導管架，其裝船時間為2024年3月，如采用圖2所示方案一（常規滑道式建造方案），則WC9-7導管架只能在“海基二號”導管架裝船后才能進行滑道總裝工作，若此WC9-7導管架在2024年12月才能建造完工，無法滿足項目安裝工期要求，而進一步壓縮建造工期則會造成建造成本陡然增加且建造質量難以保證。為此，WC9-7導管架創新采用圖2所示方案二（中心桁架整體非滑道建造方案），提前開始總裝工作，中心桁架建造完成后采用整體轉運的方式繼續導管架總裝工作，既保障了導管架合理的總裝時間，又降低了建造趕工的額外支出。

2" " 中心桁架非滑道建造關鍵技術

中心桁架非滑道建造方案是在建造場地非滑道區域進行導管架中心桁架整體預制，中心桁架預制完成后，采用SPMT（Self-Propelled Modular Transporter，自走式模塊化平板車）整體運輸至滑道區域，繼續開展剩余導管架總裝工作。

2.1" " 建造場地布置及建造方案

WC9-7導管架采用分體式建造，中心桁架在非滑道區域進行整體預制，預制區域位于1#滑道附近，如圖3所示。

WC9-7導管架中心桁架4 678.56 t，中心桁架長度約119.0 m，頂部高33.7 m，底部高81.7 m，寬度26.7 m，滑道間距24 m，中心桁架預制完成的狀態如圖4所示。

中心桁架整體預制分為16步。首先，進行中心桁架非滑道建造區域鋪設滑道；其次，安裝下水滑靴及抬梁；再次，安裝下水腿及中間拉筋形成平面結構；最后，分步安裝水平片、花片及頂層扣片，形成整體框架結構。中心桁架建造流程如圖5所示。

中心桁架預制完成后，采用SPMT整體運輸至滑道區域，滑道由三層1 200 mm高水泥塊錯縫組成，水泥塊間填充30 mm高水泥砂漿，滑道塊頂部鋪設PL20滑道鋪板，頂部鋪設特氟龍潤滑塊。導管架剩余總裝工作采用常規方式完成。

2.2" " 中心桁架運輸方案

中心桁架運輸部分凈質量為5 076.85 t，運輸直線距離為382 m。中心桁架運輸流程為：SPMT拼車與調試→進車→頂升→運輸→定位→退車，共6個步驟。

模塊的運輸操作包括了SPMT的定位、運輸路線的勘察，以及模塊從建造位置運輸至1#滑道指定位置等作業內容[3-4]。根據模塊的運輸路線圖，需要重點關注運輸路線上的障礙物、坑洼處，以及承載不足的地方。不滿足運輸要求的地方均需要處理，在滿足通行條件后方可運輸。

WC9-7導管架中心桁架配車方案如圖6所示，使用8縱列24軸+8縱列48軸+12個動力單元車組，采用3點穩定運輸方式，軸線數量：288軸；支撐點數量：20對；分載梁（抬梁）：80條；穩定角：22.5°gt;7°，滿足穩定性要求。偏心工況下最小穩定角：17.3°gt;7°，滿足穩定性要求。SPMT總體運輸能力：48 × 288 t = 13 824 t。SPMT軸載利用率均小于80%（最大利用率= 31.4/48 × 100%=65%）。

2.2.1" " SPMT進車前/后條件

1）進車空間充足，進車沿線地面無尖銳突起物。

2）進車前所有的施工已經停止，且貨物在整個作業過程中不會有物體墜落。

3）進車后及貨物接觸到車板時，不可進行動火作業，若動火作業不可避免，需上報相關責任人并采取保護措施后方可進行動火作業。

2.2.2" " SPMT頂升作業步驟

1）操作手就位，布置模塊的監控點、參照點，并準備好對講機、卷尺等工具，對講機調到同一頻道，再進行通信測試，確保通信通暢。

2）測量模塊運輸梁底面的離地高度。

3）根據配車圖確認進車空間和SPMT的就位點。

4）根據配車圖配設工裝。

5）SPMT進車就位。

6）SPMT并車調試。

7）同步頂升SPMT直至貼合模塊運輸梁底面。

8）檢查SPMT工裝是否受力，在未受力的工裝上加墊膠皮或合適的木板等。

9）再次同步頂升SPMT直至貼合模塊運輸梁底面，檢查工裝是否受力，若有工裝未受力，重復步驟8，直至所有的工裝都受力。

10）固定車組間的數據連接線。

11）測量模塊運輸梁底面的離地高度、車板的高度，并根據實際情況做出適當的調整。

12）操作手對車、貨的狀態進行檢查，一切妥當后開始頂升。

13）在30～50 bar（1 bar = 100 kPa）的步距區間內根據實際情況選擇一個步距值，同步頂升SPMT；一旦某一個液壓分組的油壓達到壓力值，停止頂升；測量車板監控點的高度、車板的變形量，觀察貨物的狀態；對其他液壓組的油壓進行調整，保證車、貨的狀態。

14）再次選擇一個步距，重復步驟13直至貨物完全被頂起來。

15）調整車板的高度，檢查貨物的狀態，頂升作業完成。

2.2.3" " 運輸路線

模塊頂升完成后，按照圖7所示運輸路線將模塊運輸到場內指定位置。運輸前，根據運輸路線圖對模塊從建造位置運輸到指定位置的行車區域及模塊的掃空區域進行路勘；對影響出貨的障礙物、地面坑洼處、尖銳突起物和承載力不足處進行標記；待處理合格后，經再次檢查確認滿足要求，方可通過此區域。

2.2.4" " 運輸及就位作業

模塊頂升完畢后，各操作人員各就各位，再次對車組進行發運前檢查，確認一切準備就緒后方可按照既定的運輸路線開始模塊的運輸工作，運輸過程中操作人員時刻觀察車組及模塊狀態，發現問題及時向指揮人員匯報，駕駛人員在聽到指揮人員停車指令后迅速響應，待問題解決后方可繼續進行運輸作業。整個運輸過程中做好隔離措施，一切無關人員禁止進入運輸作業區域。

模塊運輸至指定存放位置后，降低車板高度，使模塊大梁與支墩間隙為 10 mm 左右，指揮人員與業主溝通調整模塊位置，待相關責任人確定位置無誤后，按照30～50 bar的步距逐步卸載。卸載時，各操作人員時刻關注車、貨和支墩的狀態，時刻匯報并做出相應的調整。當車組壓力整體降低至50 bar時，再次與相關責任人確認，確認無誤后將SPMT車板降至最低的可行走高度，SPMT退車。

2.3" " 主要風險及控制措施

2.3.1" " 非滑道區沉降預防及處理

中心桁架非滑道建造存在不均勻沉降的風險。但中心桁架非滑道建造周期短、對地面壓強相對較小，不均勻沉降對導管架整體尺寸的影響也相對較小。

預防措施主要有：1）水泥墊墩下方的土體提前預壓和夯實；2）采用通長滑道塊鋪設，加大墊墩與地面接觸面積，減小對地面的壓強；3）預留反沉降量。

監測措施主要有：1）在穩定的建筑物布置沉降基準點（布置2～3個，可以相互校核）；2）在導管架節點位置布控沉降觀測點，下水腿與下部支撐間可能存在間隙，為保證沉降數據的準確性，在下水腿和下部支撐的對應位置上都做沉降觀測點，方便后期數據對比分析[5]；3）形成長期監控機制——初期監測周期定為5 d，穩定后調整為7 d，若現場有大型吊裝，則在吊裝前后進行沉降觀測，如果出現沉降，按需增加監控頻率[5]；4）整理、對比、分析測量數據，并及時反饋給各方，若沉降致使導管架出現尺寸超差風險，應及時提出預警并考慮采取補償措施。

2.3.2" " 運輸路線風險分析

中心桁架運輸起始布置位于三層滑道塊之上，滑道塊高度為3.74 m，寬度為2 m，每個抬梁布置點下有2個運輸抬梁（長度3.46 m）與滑靴相連。

SPMT行走至抬梁下頂起中心桁架，然后沿直線行走（橫向移動1.5 m）至就位位置。直線運輸距離約382 m。

滑道板與地面部分位置存在一定高差，處于滑道板外的軸線（430 mm）輪胎與地面未完全接觸，對該部分區域使用砂石夯實處理，同時鋪設3 m鋼板，寬度方向覆蓋整個車輪，滿足運輸要求。

2.3.3" " 運輸抬梁結構強度分析

運輸抬梁不改變下水滑靴原有結構形式。運輸抬梁腹板間隔與原下水滑靴橫隔板間隔保持一致，且均布置在下水腿的加厚段。

運輸抬梁的整體結構形式概括為：具有3塊腹板的箱型結構，截面尺寸為1 092 mm × 3 436 mm×1 157 mm，抬梁底板及腹板型號為PL32，其他結構板型號為PL25，單個抬梁質量為4.6 t，運輸抬梁單側設置20個，兩側共計40個。

使用SACS軟件，施加SPMT模塊車運輸工況下軸力；通過施加力偶調節軸力合力，使其與重心位置重合；為避免剛度矩陣奇異，施加水平方向彈簧力。

運輸抬梁設計強度計算，以T12處最大支反力1 975.29 kN為例進行計算，結果如圖8所示。

如圖8所示，抬梁整體應力較低，與導管腿接觸的局部應力稍高。該局部區域為尖角處的應力集中單元，雖然此處超過材料屈服強度，但是該區域面積較小。對其進行塑性分析，得到局部最大塑性應變為0.2%（小于1%），此外該尖角點外其他區域應力均≤ 248.5 MPa（= 0.7 × 355 MPa）。

從以上ANSYS分析可以看出，抬梁整體滿足要求。

2.3.4" " 中心桁架運輸中輔助設施固定

中心桁架非滑道建造時，處于下水腿附近的腳手架（圖9中黃色部分），因倒運干涉，需要進行拆除，待倒運至滑道后恢復搭設，高空架子（圖9中白色部分）可隨中心桁架一起倒運。

腳手架掛架通過焊接方式直接固定于主結構上，腳手架則通過扣件緊固，整個腳手架搭設避免自由懸挑結構，運輸前通過安全聯合檢查確保所有扣件牢固緊扣，確保運輸路徑平整；此外，運輸作業時運輸操作應平穩緩慢，減少動載荷。

運輸完成就位后，再次組織專項安全檢查，確保腳手架符合使用要求后方能進行后續作業。

2.3.5" " 導管架尺寸風險及應對措施

導管架頂部、底部由多個單元拼接而成，存在尺寸超差風險，應對措施如下。

1）控制好每一個單元桁架的頂/底部對接口尺寸，避免累積誤差。

2）導管架頂部的尺寸需要和上部連接的組塊底部立柱等尺寸進行數據對比和匹配[5]，并對關鍵導管的焊接進行過程監控測量。

3）外側結構非滑道區域總裝后應加支撐，并注意擇時、布局、沉降余量；外圍支撐移出后，對頂/底部尺寸進行復測，防止導管架變形引起的頂/底部尺寸變化過大。

WC9-7導管架共有5層井口，每層井口30個，并且井口在非滑道區域建造，井口同心度尺寸存在超差風險，應對措施如下[5]。

1）預制階段在井口內焊接角鋼，將中心標定出來，嚴格控制井口與主要桿件的尺寸偏移，根據圖紙結構形式考慮焊接收縮余量或增加支撐固定，保證焊后結構尺寸合格[5]。

2）總裝井口片吊裝之前，對已安裝的井口片進行整體偏移搭載模擬。

3）總裝階段，依次參考已安裝的井口片尺寸，嚴格控制井口片的定位偏移，非滑道區井口總裝，要考慮沉降余量及焊接收縮量，保證尺寸滿足公差要求。

中心桁架在非滑道區域建造有不均勻沉降的風險，沉降監測按常規測量方法進行，定期對沉降數據進行監控，若沉降變化較大則增加測量頻率，若不均勻沉降可能導致尺寸超差風險則及時預警并通過頂升等措施調整。

SPMT預留調整空間較小，中心桁架建造時需嚴格沿滑道延長線直線布置，SPMT行走至抬梁下頂起中心桁架后，確保其能夠直線行走至就位位置。直線運輸距離約382 m，運輸過程中需用全站儀進行監控。

在中心桁架轉運前，對滑道板的水平度需嚴格控制，減少轉運后的誤差累積，保障中心桁架轉運后尺寸滿足項目公差要求。

3" " 現場實施

2024年3月26日WC9-7導管架中心桁架成功轉運完成，如圖10所示。

4" " "結束語

WC9-7導管架建造采用中心桁架非滑道建造技術為中國海油首次實施。該技術可極大節省導管架建造對于滑道資源的占用。相較于傳統滑道建造技術，非滑道建造技術具有以下優勢：施工周期短，提高工程進度；成本較低，降低工程投資；施工精度高，保證建造質量。

導管架設計重量越來越大，對大型建造場地的需求量也越來越大。非滑道建造技術在深水導管架中心桁架建造中的應用前景廣闊，可極大提高陸地滑道的周轉效率，推動海洋工程建設的快速發展。

未來可以結合現代化施工設備和智能化技術，進一步提升非滑道建造技術的效率和質量，推動海洋工程領域的創新發展。

參考文獻

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作者簡介：湯乾宇（1989—），男，天津人，工程師，2012年畢業于天津大學船舶與海洋工程專業，現從事海洋石油工程項目管理方面的工作。Email：22721475@qq.com

收稿日期：2024-08-28；修回日期：2024-11-05