自升式平台下水的新型技术装备研制及应用

谢宛朋，张金营，史亮，丁天波，杨杰

(青岛海西重机有限责任公司，山东 青岛 266530)

自升式平台下水的新型技术装备研制及应用

谢宛朋，张金营，史亮，丁天波，杨杰

(青岛海西重机有限责任公司，山东 青岛 266530)

为解决没有船坞或船台情况下自升式平台利用半潜驳下水费用高、易受大风浪涌影响的难题，利用组合浮箱式下水装备将港池垫高至与码头面平齐，通过滑移工艺将自升式平台牵引至下水装备上，利用桩腿的升降功能，使桩腿与下水装备脱离，分别拆除各桩腿下部的浮箱，完成站桩，依次拆除下水装备其余浮箱，自升式平台下降达漂浮状态，收桩，完成自升式平台的下水。工程实践证明，该新型装备满足设计和使用要求，成本低、控制方便。

自升式平台；下水；新型技术装备；工程应用

自升式平台广泛应用于海洋开发和建设中，作为典型的海洋工程结构物，目前常用的下水方式有4种[1-4]：①在船坞内建造，漂移出坞；②在船台上建造，通过气囊或托梁支架滑移下水；③平地建造，滑移到半潜驳船后下水；④通过大型浮吊吊装下水。前两种工艺方法较为成熟，但需要有专用的船坞、船台或万吨级的龙门吊，一次投入成本高，建造周期长，使用效率低，不能充分利用陆上资源；半潜驳船受船期、费用和特定下潜区域的多重影响，难以满足船厂生产周期，同时利用半潜驳还要注意码头的水文气象条件，陆地滑道与下水驳船滑道连接部位的高差控制等[5]，致使滑移工艺复杂，进一步增加了平台下水费用，90 m自升式平台1次下水整体费用约1 200万～1 500万元。而随着自升式平台的大型化，满足其吊装下水的万吨级以上浮吊由于受船期和高额吊装费用的影响，也难以满足自升式平台生产周期及成本要求。为打破围绕船台或船坞为中心进行产品建造的传统方式，解决没有船坞或船台情况下自升式平台利用半潜驳下水费用高、易受大风浪涌影响的难题，实现自升式海洋平台的分批、分区平地建造，做到两座或更多座自升式平台同时建造、分期下水，缩短平台的建造周期，降低建造、下水成本，研制了一种用于自升式平台下水的新型技术装备。

1 功能需求与原理设计

根据自升式海洋平台的现状及未来发展趋势，可滑移下水的自升式平台相关参数如下。

自重为最大12 000 t；桩靴中心沿船宽方向间距为32～35 m；桩靴中心沿船长方向间距为40～50 m；最大桩靴尺寸为12 m×12 m。

考虑港池及待下水海洋平台自升式的特点，设计原理见图1。该装备由下平台和上箱体2大部分组成，最底部的下平台上放在经过硬化处理的港池内，成为港池的一部分。若干个上箱体拼接在下平台上，在港池内组成与码头平面平齐的平台，将待下水的自升式海洋平台由码头滑移到组合浮箱式平台上，先拆除桩靴与布置在桩靴下部的上箱体之间的路基板及滑移梁，再拆除一条桩腿下部的上箱体，桩靴下降，完成一条桩腿的站桩。以次类推，逐步完成4条桩腿的站桩后，平台起升，依次移除平台底部其余上箱体，再收桩，将平台下降到漂浮状态，拖出港池，完成下水。

2 自升式平台下水装备详细设计

2.1 总体设计

根据功能需求与原理设计，自升式平台下水技术装备设计尺寸为40 m×80 m×15.5 m，由1件下平台及5种型号的13件上箱体组成，箱体2位于平台桩靴下方，总体装配见图2。箱体上设置相应的加强筋，为铺设滑道做准备，铺设中部滑移轨道和2侧滑移轨道各2条，其中中部滑移轨道间距有8.4 m和10.4 m 2种；两侧滑移轨道间距有32.8 m和34.8 m 2种，以适应多种自升式平台的滑移下水。

2.2 下平台设计

下平台直接放置在经过硬化处理的港池底部，自升式平台的桩腿底端安装有桩靴，其形状为平底锥形结构。这种设计可以增大平台与土体的接触面积，在减少入泥深度的同时保证足够的承载力，并降低拔桩的难度，有利于改善平台的移动性。但是由于其平底锥形结构，桩靴不能直接站在硬化的港池底部海床上，也不能站在下平台上，所以平台采用桁架式，桩靴区域设计为图3所示结构，露出海床，并对站桩区域填沙模拟平台的实际工况。该设计存在的问题是底部沙子的流失问题，经过分析站桩区域在港池内部海水的流动性较小，对沙堆的冲刷作用有限，经过实验检验该方案是可行的，一次站桩收桩完成后，对站桩区域进行抛沙刮平，满足同区域二次站桩需求。

2.3 上箱体设计

上箱体为3层桁架结构，主体采用H型钢，各上箱体仅长、宽尺寸不同，其余结构相同，见图4。上2层用钢板围成水箱，水箱通过海底阀连通内部和外部，通过海底阀实现上箱体水箱的进水及排水，再利用潮位的变化，选择合适的时机开关海底阀，可以实现上层箱体的漂浮与下沉，为保证漂浮的稳定性，防止发生倾翻，在上箱体最下层上设置混凝土配重块，以降低箱体中心高度，形成“不倒翁”结构。

为保证上箱体在下平台上定位准确，在上下平台间设置导向装置，利用导向装置使上箱体移动到正确的安装位置。

3 应用案例分析

青岛海西重机有限责任公司利用该自升式平台下水新型技术装备，成功下水了自重达5 000～8 000 t不等的多台90 m自升式海洋平台，应用案例见图5。以自重达8 000 t的90 m自升式平台下水为例，对工程应用案例进行分析。

3.1 下水装备的安装工艺

下平台下放时为保证下平台定位准确，下平台4个角部位设置高出水面的可拆卸式定位标尺，先将定位标尺安装在下平台的4个角上，通过调节定位标尺底部的螺栓保证定位标尺竖直立在下平台上。在下放过程中，可以根据定位标尺在码头面直观确定下平台在海平面以下的位置，同时可以根据定位标尺将下平台最终落位位置反应到码头面上，方便后续上箱体浮箱安装。

待下平台安装好并在码头做好相应标线后将4个定位标尺吊出。在安装上箱体时，其中箱体4及箱体5先进行安装，通过起重设备及绞车将箱体4、箱体5移动到指定位置，然后将箱体4、箱体5的海底阀打开，通过箱体4、箱体5的自重使箱体内灌注海水箱体缓慢下沉，通过下平台对应的倒斜槽安装到位(注：箱体4、箱体5都为逐件安装)。待箱体4、箱体5定位安装好后根据下平台标线及箱体4、箱体5辅助定位进行箱体2的安装，利用起重设备及绞车将箱体2拖到指定位置打开海底阀，利用箱体2的自重及海水灌注达到缓慢下沉的目的，然后通过箱体2倒斜处与下平台对应安装。箱体1及箱体3通过已安装的箱体4、箱体5、箱体2相对位置进行安装到位。

3.2 下水装备的预压载试验

自升式平台滑移下水前，无论采用哪种下水方式，一般都会对自升式平台及驳船或其他下水装备进行有限元分析[6-9]。本项目虽然广泛调研了目前自升式平台力学性能的分析方法[10-12]，并对平台及下水装备进行了充分的有限元分析，但是与利用驳船下水不同的是，该项目必须要考虑港池底部基础稳定性，防止自升式海洋平台滑移到下水装备上后，港池底部基础发生沉降，因此必须对下水装备进行预压载试验。

利用13个上箱体自带的水箱，结合港池的潮汐变化，利用涨潮时通过各箱体阀门自动往箱体内灌水，高潮位时关闭阀门，低潮位时利用上箱体内水的自重实现压载功能，预压载荷达1.5万t以上。压载完毕后在低潮位时打开海底阀，释放箱体内的水。经预压载试验，证明了下水装备的可靠性，港池底部基础稳固，满足自升式海洋平台的下水承载能力。

3.3 滑移下水工艺

该新型装备的应用使滑移下水工艺变得简单，直接在码头陆地与下水装备上铺设平齐的滑道，而无需像利用驳船下水那样控制滑道高差。船艏及船艉底部距离地面位置较高，对经有限元分析发现较为薄弱的部位，需要在托梁顶部增加1个支撑胎架将载荷传递至托梁上进行分散，以解决薄壁船体受力不均易局部变形的问题。滑道表面铺设摩擦系数较小的新型高分子材料(聚四氟乙烯等)作为滑移介质，同时在滑道面上涂上油脂，进一步降低摩擦系数。

横向滑移到自升式平台中心线与下水装备中心线一致时，进行自升式平台的滑移下水，滑移上下水装备工艺如图6所示，步骤如下。

1)在准备工作全部就绪以后，启动卷扬设备，缓慢牵引平台，使得平台沿着滑道方向向下水装备上移动。

2)当平台被牵引至开始上下水装备时，应密切观察下水装备的情况，确保安全。

3)平台缓慢被牵引至下水装备的指定位置(尾部桩靴中心与下平台的中心吻合)，拆除下水装备与码头之间的过渡滑道及下水装备头部的部分滑道，同时拆除下水装备的滑车组等牵引系统。

3.4 上箱体的拆除工艺

首先将桩靴1单独收缩200 mm，离开上箱体表面，同时割除箱体2-1与其他箱体的连接卡板；将桩靴下部的两块路基板及四氟板整体移至箱体4-1及箱体5上；启动箱体2-1的排水功能，使箱体离开下平台处于漂浮状态，通过牵引装置，将箱体2-1从桩靴底部牵引至港池边上并固定；启动桩靴1，支腿展开，直至着力在底部下平台的沙堆上，完成桩靴1着力点的转换；重复上述步骤，完成4个桩靴的着力点的转换与对应箱体拆除、固定。

将自升式平台底部结构与滑移工装支撑结构进行分离，然后同时启动4个桩靴的升降装置，将自升式平台整体升高2 m；利用单个箱体的上浮功能，使箱体脱离下平台约500 mm。再利用牵引装置，将下水装备两侧的其余箱体及箱体上的滑移工装依次牵引至港池边，进行固定。以此类推，依次拆除其余箱体，完成下水装备上箱体的拆除，如图5所示。

同步启动自升式平台4个桩靴的升降系统，缓慢下降平台，直到平台成漂浮状态，利用平台的自航功能，驶出港池区域，完成整个滑移及漂浮工作。

4 结论

这套用于自升式海洋平台下水的新型技术装备一次投入成本约3 000万元，使用期限10年，按照每年仅仅下水1台平台来均摊成本，扣除滑移费用，单台可节约下水成本600万～900万元。仅1年多的时间，青岛海西重机有限责任公司已利用该新型装备下水了4台90 m自升式平台，还有9台等待下水，因此后期成本节约效果会更加显著。

通过应用证明，该新型技术装备满足自升式海洋平台下水的需求，具有如下技术特点：

1)首创采用若干件桁架式箱体组成的下水装备将港池垫高至与码头面平齐，将海洋变为陆地，利用绞车牵引将自升式海洋平台牵引至下水装备上，通过自升式平台桩腿的升降功能，使桩腿与下水装备脱离，分别拆除各桩腿下部的浮箱，完成站桩，使自升式平台与下水装备脱离，拆除下水装备其余浮箱，海洋平台下降达漂浮状态，收桩，完成整个下水过程。

2)下水装备绿色化预压载技术代替了传统放置重物的预压载方式。创新的利用潮汐变化，在上箱体第一次放置到海中后，打开海底阀，待高潮位时，关闭海底阀，落潮后，箱体内外水平面会形成高低差，利用落潮后箱体内部比海平面高出部分水的自重(1.5万t)实现预压载功能，绿色环保。

3)上箱体安装及拆除技术安全可靠，节能效果显著。通过海底阀配合辅助水泵的微调，可轻松实现上箱体的下沉与漂浮，配合上箱体“不倒翁”结构，增强了箱体稳定性，使上箱体安装及拆除安全可靠，节能环保。

4)同一区域多次站桩技术得到成功的实践检验。本项目对海底站桩区域进行抛石夯实后抛沙垫平处理，在下平台留出的站桩区域铺设2 m厚的砂层，足以保证桩靴不会与海底抛石层接触。一次站桩收桩完成后，对站桩区域进行抛沙刮平，满足同区域二次站桩需求。

[1] 陈再玉，钟文军，高华,等.自升式钻井平台建造下水技术创新[J].中国海洋平台，2014，29(4)：18-20.

[2] 曹艳萍.船舶滑道拖拉滑移下水上滑板连接方式研究[D].大连：大连理工大学，2010.

[3] 聂晓玲.船舶与海洋平台平地建造及气囊下水研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2007.

[4] 周延兴.大型结构物滑移装船监控系统及试验研究[D].天津：天津大学，2006.

[5] 黄曙光，于皓，王铭飞,等.陆地水平滑道建造自升式钻井平台滑移装船技术研究及应用[J].中国海上油气，2011，23(3)：201-212.

[6] 李澄顺.钻井平台滑移下水结构强度有限元分析[D].天津：天津大学，2013.

[7] 杨小龙，杨辉，刘波,等.导管架下水时的驳船总纵强度分析[J].船海工程，2013，42(3)：38-40.

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Development and Application of New Technical Equipment for the Launching of Jack-up Platform

XIE Wan-peng, ZHANG Jin-ying, SHI Liang, DING Tian-bo, YANG Jie

(Qingdao Haixi Heavy-Duty Machinery Co. Ltd., Qingdao Shandong 266530, China)

New technical equipment for the launching of jack-up platform was developed in order to tackle the difficulties of high cost of platform launching through semi-submersible barge and the effect of strong wind and surge under the condition without dock or slipway. By this method, the dock basin is blocked up to flush with the wharf horizon by taking advantage of the combined-buoyancy tank, the platform slides onto the tank through sliding process. The platform legs are disassembled from the equipment and followed that the buoyancy tanks beneath the legs will also be disassembled so as to the legs can stand by themselves. At last, other buoyancy tanks will be disassembled and the jack-up platform falls into floating state with the legs positioning themselves and the launching of the jack-up platform is finally achieved. It was proven by engineering practice that the new technical equipment meets all the design and use requirements.

Jack-up platform；launch；new technical equipment; engineering application

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.02.025

2016-08-25

“海洋工程装备设计制造技术”项目(国科发火[2016] 32号)；中船重工·青岛海西重机有限责任公司创新基金(15JG-05)

谢宛朋(1983—)，男，学士，工程师

U674.38

A

1671-7953(2017)02-0108-05

修回日期：2016-09-12

研究方向:港口起重机设计、制造及其相关技术