文昌9-7导管架中心桁架非滑道建造关键技术

DOI：10.3969/j.issn.1001-2206.2024.06.003

摘" " 要：为保障文昌9-7油田开发项目按期投产，通过导管架常规滑道建造方案与中心桁架非滑道建造技术比选，创新性地采用了中心桁架非滑道建造技术，仅用5个月的时间完成了16 000 t级导管架的总装工作，极大地缩短了导管架建造总装周期，有效保障了文昌9-7导管架按期建造完工装船出海。通过场地布置及建造方案研究、中心桁架运输方案研究和风险控制措施研究，确保了文昌9-7导管架中心桁架非滑道建造方案的有效实施。该技术可极大节省导管架建造对于滑道资源的占用，相较于传统滑道建造技术，非滑道建造技术具备的优点主要有：施工周期短，可提高工程进度；成本较低，可降低工程投资；施工精度高，可保证建造质量。

关键词：深水导管架建造；中心桁架转运；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油田开发项目是中海油湛江分公司高质量上产“一千万立方”的关键项目，该项目拟建造文昌9-7（以下简称WC9-7）DPP固定式导管架平台。为保障项目按期投产，项目要求WC9-7导管架于2024年9月完成建造安装。WC9-7导管架建造质量16 050 t，国内可满足WC9-7导管架建造要求的场地仅有中国海油珠海场地1#滑道。而这条滑道又被前序项目“海基二号”导管架占用至2024年3月，只剩6个月的时间无法满足WC9-7导管架的总装建造需求。为此，WC9-7导管架创新性地采用了中心桁架非滑道建造方案，在非滑道区域先进行导管架总装工作，待1#滑道前序项目装船后，再将导管架中心桁架整体转运至1#滑道，以满足WC9-7导管架完工出海的需求。

WC9-7导管架作为文昌9-7油田开发项目中的重要组成部分，其按期建造完工是整个油田开发项目如期投产的基础。传统的滑道建造技术在一定程度上存在施工周期长、成本高、施工质量难以保证等问题，因此WC9-7导管架创新性地采用中心桁架非滑道建造技术，缩短了导管架建造总装周期，保障了WC9-7导管架按期建造完工。

1" " WC9-7导管架建造方案比选

1.1" " WC9-7导管架基本信息

WC9-7导管架为8腿12裙桩式导管架，水深123.8 m，导管架总高度140 m，建造质量16 050 t，导管架顶部尺寸为20 m × 76 m，底部尺寸为72 m × 90 m，设置6层水平层，导管架建造采用卧式建造，滑移装船，建造模型如图1所示。

1.2" " 滑道资源及方案比选

深水导管架主要根据场地建造能力和导管架的结构形式来确定其建造方式[1-2]。由于WC9-7导管架建造质量超过16 000 t，国内满足其建造要求的施工场地仅有中海油青岛、中海油珠海场地1#滑道以及赤湾场地4#滑道，其他建造场地的建造能力均无法满足WC9-7导管架建造技术要求，国内主要滑道场地及其建造能力如表1所示。

青岛场地距离WC9-7油田海域较远，如在青岛场地建造，将额外增加导管架的运输工期10 d，进而导致建造周期进一步缩短，同时还会增加海上运输成本。赤湾场地4#滑道正在承建陵水25-1导管架，没有档期来承建WC9-7导管架。珠海场地1#滑道正在承建“海基二号”导管架，其装船时间为2024年3月，如采用图2所示方案一（常规滑道式建造方案），则WC9-7导管架只能在“海基二号”导管架装船后才能进行滑道总装工作，若此WC9-7导管架在2024年12月才能建造完工，无法满足项目安装工期要求，而进一步压缩建造工期则会造成建造成本陡然增加且建造质量难以保证。为此，WC9-7导管架创新采用图2所示方案二（中心桁架整体非滑道建造方案），提前开始总装工作，中心桁架建造完成后采用整体转运的方式继续导管架总装工作，既保障了导管架合理的总装时间，又降低了建造赶工的额外支出。

2" " 中心桁架非滑道建造关键技术

中心桁架非滑道建造方案是在建造场地非滑道区域进行导管架中心桁架整体预制，中心桁架预制完成后，采用SPMT（Self-Propelled Modular Transporter，自走式模块化平板车）整体运输至滑道区域，继续开展剩余导管架总装工作。

2.1" " 建造场地布置及建造方案

WC9-7导管架采用分体式建造，中心桁架在非滑道区域进行整体预制，预制区域位于1#滑道附近，如图3所示。

WC9-7导管架中心桁架4 678.56 t，中心桁架长度约119.0 m，顶部高33.7 m，底部高81.7 m，宽度26.7 m，滑道间距24 m，中心桁架预制完成的状态如图4所示。

中心桁架整体预制分为16步。首先，进行中心桁架非滑道建造区域铺设滑道；其次，安装下水滑靴及抬梁；再次，安装下水腿及中间拉筋形成平面结构；最后，分步安装水平片、花片及顶层扣片，形成整体框架结构。中心桁架建造流程如图5所示。

中心桁架预制完成后，采用SPMT整体运输至滑道区域，滑道由三层1 200 mm高水泥块错缝组成，水泥块间填充30 mm高水泥砂浆，滑道块顶部铺设PL20滑道铺板，顶部铺设特氟龙润滑块。导管架剩余总装工作采用常规方式完成。

2.2" " 中心桁架运输方案

中心桁架运输部分净质量为5 076.85 t，运输直线距离为382 m。中心桁架运输流程为：SPMT拼车与调试→进车→顶升→运输→定位→退车，共6个步骤。

模块的运输操作包括了SPMT的定位、运输路线的勘察，以及模块从建造位置运输至1#滑道指定位置等作业内容[3-4]。根据模块的运输路线图，需要重点关注运输路线上的障碍物、坑洼处，以及承载不足的地方。不满足运输要求的地方均需要处理，在满足通行条件后方可运输。

WC9-7导管架中心桁架配车方案如图6所示，使用8纵列24轴+8纵列48轴+12个动力单元车组，采用3点稳定运输方式，轴线数量：288轴；支撑点数量：20对；分载梁（抬梁）：80条；稳定角：22.5°gt;7°，满足稳定性要求。偏心工况下最小稳定角：17.3°gt;7°，满足稳定性要求。SPMT总体运输能力：48 × 288 t = 13 824 t。SPMT轴载利用率均小于80%（最大利用率= 31.4/48 × 100%=65%）。

2.2.1" " SPMT进车前/后条件

1）进车空间充足，进车沿线地面无尖锐突起物。

2）进车前所有的施工已经停止，且货物在整个作业过程中不会有物体坠落。

3）进车后及货物接触到车板时，不可进行动火作业，若动火作业不可避免，需上报相关责任人并采取保护措施后方可进行动火作业。

2.2.2" " SPMT顶升作业步骤

1）操作手就位，布置模块的监控点、参照点，并准备好对讲机、卷尺等工具，对讲机调到同一频道，再进行通信测试，确保通信通畅。

2）测量模块运输梁底面的离地高度。

3）根据配车图确认进车空间和SPMT的就位点。

4）根据配车图配设工装。

5）SPMT进车就位。

6）SPMT并车调试。

7）同步顶升SPMT直至贴合模块运输梁底面。

8）检查SPMT工装是否受力，在未受力的工装上加垫胶皮或合适的木板等。

9）再次同步顶升SPMT直至贴合模块运输梁底面，检查工装是否受力，若有工装未受力，重复步骤8，直至所有的工装都受力。

10）固定车组间的数据连接线。

11）测量模块运输梁底面的离地高度、车板的高度，并根据实际情况做出适当的调整。

12）操作手对车、货的状态进行检查，一切妥当后开始顶升。

13）在30～50 bar（1 bar = 100 kPa）的步距区间内根据实际情况选择一个步距值，同步顶升SPMT；一旦某一个液压分组的油压达到压力值，停止顶升；测量车板监控点的高度、车板的变形量，观察货物的状态；对其他液压组的油压进行调整，保证车、货的状态。

14）再次选择一个步距，重复步骤13直至货物完全被顶起来。

15）调整车板的高度，检查货物的状态，顶升作业完成。

2.2.3" " 运输路线

模块顶升完成后，按照图7所示运输路线将模块运输到场内指定位置。运输前，根据运输路线图对模块从建造位置运输到指定位置的行车区域及模块的扫空区域进行路勘；对影响出货的障碍物、地面坑洼处、尖锐突起物和承载力不足处进行标记；待处理合格后，经再次检查确认满足要求，方可通过此区域。

2.2.4" " 运输及就位作业

模块顶升完毕后，各操作人员各就各位，再次对车组进行发运前检查，确认一切准备就绪后方可按照既定的运输路线开始模块的运输工作，运输过程中操作人员时刻观察车组及模块状态，发现问题及时向指挥人员汇报，驾驶人员在听到指挥人员停车指令后迅速响应，待问题解决后方可继续进行运输作业。整个运输过程中做好隔离措施，一切无关人员禁止进入运输作业区域。

模块运输至指定存放位置后，降低车板高度，使模块大梁与支墩间隙为 10 mm 左右，指挥人员与业主沟通调整模块位置，待相关责任人确定位置无误后，按照30～50 bar的步距逐步卸载。卸载时，各操作人员时刻关注车、货和支墩的状态，时刻汇报并做出相应的调整。当车组压力整体降低至50 bar时，再次与相关责任人确认，确认无误后将SPMT车板降至最低的可行走高度，SPMT退车。

2.3" " 主要风险及控制措施

2.3.1" " 非滑道区沉降预防及处理

中心桁架非滑道建造存在不均匀沉降的风险。但中心桁架非滑道建造周期短、对地面压强相对较小，不均匀沉降对导管架整体尺寸的影响也相对较小。

预防措施主要有：1）水泥垫墩下方的土体提前预压和夯实；2）采用通长滑道块铺设，加大垫墩与地面接触面积，减小对地面的压强；3）预留反沉降量。

监测措施主要有：1）在稳定的建筑物布置沉降基准点（布置2～3个，可以相互校核）；2）在导管架节点位置布控沉降观测点，下水腿与下部支撑间可能存在间隙，为保证沉降数据的准确性，在下水腿和下部支撑的对应位置上都做沉降观测点，方便后期数据对比分析[5]；3）形成长期监控机制——初期监测周期定为5 d，稳定后调整为7 d，若现场有大型吊装，则在吊装前后进行沉降观测，如果出现沉降，按需增加监控频率[5]；4）整理、对比、分析测量数据，并及时反馈给各方，若沉降致使导管架出现尺寸超差风险，应及时提出预警并考虑采取补偿措施。

2.3.2" " 运输路线风险分析

中心桁架运输起始布置位于三层滑道块之上，滑道块高度为3.74 m，宽度为2 m，每个抬梁布置点下有2个运输抬梁（长度3.46 m）与滑靴相连。

SPMT行走至抬梁下顶起中心桁架，然后沿直线行走（横向移动1.5 m）至就位位置。直线运输距离约382 m。

滑道板与地面部分位置存在一定高差，处于滑道板外的轴线（430 mm）轮胎与地面未完全接触，对该部分区域使用砂石夯实处理，同时铺设3 m钢板，宽度方向覆盖整个车轮，满足运输要求。

2.3.3" " 运输抬梁结构强度分析

运输抬梁不改变下水滑靴原有结构形式。运输抬梁腹板间隔与原下水滑靴横隔板间隔保持一致，且均布置在下水腿的加厚段。

运输抬梁的整体结构形式概括为：具有3块腹板的箱型结构，截面尺寸为1 092 mm × 3 436 mm×1 157 mm，抬梁底板及腹板型号为PL32，其他结构板型号为PL25，单个抬梁质量为4.6 t，运输抬梁单侧设置20个，两侧共计40个。

使用SACS软件，施加SPMT模块车运输工况下轴力；通过施加力偶调节轴力合力，使其与重心位置重合；为避免刚度矩阵奇异，施加水平方向弹簧力。

运输抬梁设计强度计算，以T12处最大支反力1 975.29 kN为例进行计算，结果如图8所示。

如图8所示，抬梁整体应力较低，与导管腿接触的局部应力稍高。该局部区域为尖角处的应力集中单元，虽然此处超过材料屈服强度，但是该区域面积较小。对其进行塑性分析，得到局部最大塑性应变为0.2%（小于1%），此外该尖角点外其他区域应力均≤ 248.5 MPa（= 0.7 × 355 MPa）。

从以上ANSYS分析可以看出，抬梁整体满足要求。

2.3.4" " 中心桁架运输中辅助设施固定

中心桁架非滑道建造时，处于下水腿附近的脚手架（图9中黄色部分），因倒运干涉，需要进行拆除，待倒运至滑道后恢复搭设，高空架子（图9中白色部分）可随中心桁架一起倒运。

脚手架挂架通过焊接方式直接固定于主结构上，脚手架则通过扣件紧固，整个脚手架搭设避免自由悬挑结构，运输前通过安全联合检查确保所有扣件牢固紧扣，确保运输路径平整；此外，运输作业时运输操作应平稳缓慢，减少动载荷。

运输完成就位后，再次组织专项安全检查，确保脚手架符合使用要求后方能进行后续作业。

2.3.5" " 导管架尺寸风险及应对措施

导管架顶部、底部由多个单元拼接而成，存在尺寸超差风险，应对措施如下。

1）控制好每一个单元桁架的顶/底部对接口尺寸，避免累积误差。

2）导管架顶部的尺寸需要和上部连接的组块底部立柱等尺寸进行数据对比和匹配[5]，并对关键导管的焊接进行过程监控测量。

3）外侧结构非滑道区域总装后应加支撑，并注意择时、布局、沉降余量；外围支撑移出后，对顶/底部尺寸进行复测，防止导管架变形引起的顶/底部尺寸变化过大。

WC9-7导管架共有5层井口，每层井口30个，并且井口在非滑道区域建造，井口同心度尺寸存在超差风险，应对措施如下[5]。

1）预制阶段在井口内焊接角钢，将中心标定出来，严格控制井口与主要杆件的尺寸偏移，根据图纸结构形式考虑焊接收缩余量或增加支撑固定，保证焊后结构尺寸合格[5]。

2）总装井口片吊装之前，对已安装的井口片进行整体偏移搭载模拟。

3）总装阶段，依次参考已安装的井口片尺寸，严格控制井口片的定位偏移，非滑道区井口总装，要考虑沉降余量及焊接收缩量，保证尺寸满足公差要求。

中心桁架在非滑道区域建造有不均匀沉降的风险，沉降监测按常规测量方法进行，定期对沉降数据进行监控，若沉降变化较大则增加测量频率，若不均匀沉降可能导致尺寸超差风险则及时预警并通过顶升等措施调整。

SPMT预留调整空间较小，中心桁架建造时需严格沿滑道延长线直线布置，SPMT行走至抬梁下顶起中心桁架后，确保其能够直线行走至就位位置。直线运输距离约382 m，运输过程中需用全站仪进行监控。

在中心桁架转运前，对滑道板的水平度需严格控制，减少转运后的误差累积，保障中心桁架转运后尺寸满足项目公差要求。

3" " 现场实施

2024年3月26日WC9-7导管架中心桁架成功转运完成，如图10所示。

4" " "结束语

WC9-7导管架建造采用中心桁架非滑道建造技术为中国海油首次实施。该技术可极大节省导管架建造对于滑道资源的占用。相较于传统滑道建造技术，非滑道建造技术具有以下优势：施工周期短，提高工程进度；成本较低，降低工程投资；施工精度高，保证建造质量。

导管架设计重量越来越大，对大型建造场地的需求量也越来越大。非滑道建造技术在深水导管架中心桁架建造中的应用前景广阔，可极大提高陆地滑道的周转效率，推动海洋工程建设的快速发展。

未来可以结合现代化施工设备和智能化技术，进一步提升非滑道建造技术的效率和质量，推动海洋工程领域的创新发展。

参考文献

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[5]" 马光耀，焦方利，赵鹏志，等.300 m级深水导管架总装精度控制工法探讨[J]. 广东造船，2024，43（3）：82-84，48.

作者简介：汤乾宇（1989—），男，天津人，工程师，2012年毕业于天津大学船舶与海洋工程专业，现从事海洋石油工程项目管理方面的工作。Email：22721475@qq.com

收稿日期：2024-08-28；修回日期：2024-11-05