周執(zhí)偉

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452）

結(jié)構(gòu)物裝船是指海洋結(jié)構(gòu)物選擇陸地模塊化建造海上組裝連接，采用普通駁船或半潛式駁船等作為載體將陸地建造的結(jié)構(gòu)物或模塊裝船的施工工程。根據(jù)結(jié)構(gòu)物噸位、形式差異，采用不同的施工工藝，對(duì)于萬噸以下的結(jié)構(gòu)物，通常采用液壓絞車、SPMT（自行式模塊運(yùn)輸車）進(jìn)行裝船，對(duì)于萬噸及以上的結(jié)構(gòu)物通常采用Strand Jack（鋼絞線千斤頂）、Skidding System（滑移系統(tǒng)）。此外，法國(guó)HEBETEC ENGINEERING LTD公司開發(fā)出了APS-System（空氣氣墊滑移系統(tǒng)），ENERPAC荷蘭公司開發(fā)出了Pulling and Pushing Jack（推拉千斤頂）等。根據(jù)使用設(shè)備的不同，施工方式也各不相同。

1 海洋工程結(jié)構(gòu)物裝船設(shè)備

1.1 液壓絞車

液壓絞車裝船方式已在我國(guó)國(guó)內(nèi)應(yīng)用超過20年，是最傳統(tǒng)、最經(jīng)濟(jì)的裝船方式。其主要施工原理是利用液壓絞車連接滑輪組實(shí)現(xiàn)增大拉力，牽引結(jié)構(gòu)物前移的過程。其作業(yè)能力范圍通常從幾百噸至幾千噸。其主要配套設(shè)備資源見表1。

1.2 拉力千斤頂

海油工程是國(guó)內(nèi)首次自主使用拉力千斤頂?shù)墓?，?008年起使用國(guó)產(chǎn)拉力千斤頂裝船業(yè)務(wù)，完成了中海油31個(gè)結(jié)構(gòu)物裝船。在世界范圍內(nèi)，知名的千斤頂生產(chǎn)廠家包括荷蘭Enerpac公司，英國(guó)DLT公司，法國(guó)HTE公司，在國(guó)內(nèi)具有生產(chǎn)拉力千斤頂?shù)闹麖S家有柳州OVM公司。這些公司為橋梁、市政基建、海上油氣等行業(yè)提供了不同規(guī)格的拉力千斤頂。根據(jù)需求拉力不同，千斤頂拉力從15t拉力到1400t拉力不等。

拉力千斤頂工作原理如圖1所示：

圖1 拉力千斤頂及其工作原理

1.3 自行式模塊運(yùn)輸車（SPMT）

自行式模塊運(yùn)輸車又稱自行式液壓平板車。主要應(yīng)用于重、大、高、異型結(jié)構(gòu)物的運(yùn)輸，主要包括兩大部分：承載車身及動(dòng)力系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)主要有：

（1）可4軸、6軸、8軸、多軸組合，運(yùn)載能力從幾百噸至萬噸。使用靈活、裝卸方便、載重量大，常用4軸、6軸、8軸，在多軸組合的情況下運(yùn)載能力可達(dá)50000噸以上。

（2）場(chǎng)地要求低。與滑移裝船相比，SPMT小車無需特制滑道。對(duì)地基承載力要求為10t/m2。

（3）與滑移裝船方式比較，SPMT方向靈活，可以實(shí)現(xiàn)直線行駛、側(cè)向行駛、旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作。

（4）承載輪胎高度自動(dòng)補(bǔ)償，這使得在凹凸不平的地面上，SPMT能保持受力均衡，但最大的地面高差一般不得超過30cm。

圖2 SPMT自行式模塊運(yùn)輸車

1.4 液壓滑移系統(tǒng)

液壓滑移系統(tǒng)由千斤頂系統(tǒng)（垂直承載千斤頂、水平推移千斤頂）、動(dòng)力系統(tǒng)、滑道組成。單個(gè)系統(tǒng)承載力從200t至2500t不等，廣泛應(yīng)用于海洋石油平臺(tái)、橋梁、重型裝備等鋼結(jié)構(gòu)的提升和滑移施工。其工作原理是：首先，根據(jù)結(jié)構(gòu)物重量選擇相當(dāng)數(shù)量的系統(tǒng)單元。然后，通過垂直承載千斤頂頂升，將載荷轉(zhuǎn)移到滑靴，由滑道承載。再次，夾持系統(tǒng)夾持滑道，提供推移千斤頂推力的反作用力。最后，水平推移千斤頂伸缸推動(dòng)載荷在滑道上滑移。

圖3 液壓滑移系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

液壓滑移系統(tǒng)需要有專用的滑道，可以通過多條滑道實(shí)現(xiàn)超大噸位的結(jié)構(gòu)物滑移裝船，在半潛式平臺(tái)的下部船體裝船施工中，由于船體下部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度關(guān)系，該系統(tǒng)能完全承載船體縱向載荷，同時(shí)水平受力由滑靴承載，對(duì)船體結(jié)構(gòu)不構(gòu)成影響。

1.5 APS-system氣墊滑移系統(tǒng)

氣墊滑移系統(tǒng)是由承載千斤頂和移動(dòng)單元、液壓動(dòng)力站單元、供氣單元、推進(jìn)千斤頂、滑道組成。承載單元及移動(dòng)單元集成一體，通過液壓頂升將結(jié)構(gòu)物頂升，載荷轉(zhuǎn)移至滑移系統(tǒng)，氣墊單元加氣實(shí)現(xiàn)氣墊與滑道間空氣層，達(dá)到較小摩擦力的效果，推拉千斤頂動(dòng)作實(shí)現(xiàn)一次短距滑移。其作業(yè)能力可實(shí)現(xiàn)50-100000t級(jí)的結(jié)構(gòu)物滑移，法國(guó)HEBETEC公司實(shí)現(xiàn)了30000t級(jí)的石油平臺(tái)裝船。主要結(jié)構(gòu)如圖4。

圖4 APS-system系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

APS-system工作原理如圖5。

圖5 APS系統(tǒng)工作原理圖

1.6 推拉千斤頂

該系統(tǒng)由液壓夾持系統(tǒng)、推進(jìn)千斤頂及液壓動(dòng)力站單元、滑道組成，單臺(tái)千斤頂?shù)耐屏蛇_(dá)到1000t，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況組合。該系統(tǒng)由荷蘭ENERPAC公司開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了32000t級(jí)的石油平臺(tái)裝船。主要結(jié)構(gòu)如圖6。

工作原理：該系統(tǒng)由推力傳遞梁、推力千斤頂、裝配油缸、夾持油缸等組成，施工前進(jìn)行組裝，連接液壓動(dòng)力站。工作時(shí)，夾持油缸伸缸，加緊滑道翼板，為千斤頂頂推提供反作用力，兩臺(tái)千斤頂同步伸缸，推力經(jīng)過推力傳遞梁，作用于結(jié)構(gòu)物滑靴上，當(dāng)推力大于啟動(dòng)摩擦力時(shí)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)物起步，推進(jìn)一個(gè)行程后，夾持油缸放松，千斤頂縮缸，拉動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)前移，縮缸一個(gè)行程后，夾持油缸夾緊滑道翼板，如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)推進(jìn)結(jié)構(gòu)物滑移前進(jìn)。工作程序如圖7。

2 優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)對(duì)比

圖6 推拉千斤頂結(jié)構(gòu)圖

圖7 推拉千斤頂工作程序圖

經(jīng)過多年發(fā)展，出現(xiàn)不同種類的裝備，但各種裝備具有各自的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)，并未出現(xiàn)新設(shè)備完全淘汰老設(shè)備的情況。新設(shè)備的出現(xiàn)，豐富了裝船裝備資源，產(chǎn)生了新的裝船方式。因此，在進(jìn)行項(xiàng)目施工方案設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)不同設(shè)備的優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)選用最優(yōu)的裝備。不同裝備優(yōu)勢(shì)對(duì)比如表2。

表2 各種裝備優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)對(duì)比

3 世界范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)物裝船、卸船的公司裝船紀(jì)錄

世界第一：2014年10月，在韓國(guó)大宇船廠，ALE公司使用12臺(tái)850t拉力千斤頂，將重達(dá)47830t（含DSF）的Arkutun Dagi組塊縱向裝船。保持裝船重量世界第一記錄。

國(guó)內(nèi)第一：2013年3月，在海工青島場(chǎng)地，ALE公司使用8臺(tái)850t拉力千斤頂，將重達(dá)33000t的荔灣3-1CEP組塊縱向裝船，創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)裝船重量第一的記錄。

2019年6月，ENERPAC公司荷蘭子公司，使用8臺(tái)800t推力千斤頂，將重達(dá)31449.9t的隸屬阿聯(lián)酋國(guó)家油氣建設(shè)公司（NPCC）的ULGTP-Umm Lulu Gas Treatment Platform組塊縱向裝船。對(duì)比主要的裝船公司，其裝船紀(jì)錄如表3所示。

表3 主要結(jié)構(gòu)物裝船公司業(yè)績(jī)統(tǒng)計(jì)

4 國(guó)內(nèi)大型結(jié)構(gòu)物裝船裝備展望

海油工程作為國(guó)內(nèi)最大的海洋工程EPCI承包商，目前裝船裝備包括8臺(tái)套液壓絞車，4套750t拉力千斤頂及SPMT小車，完成了海油工程絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)物施工。2008年6月在青島場(chǎng)地首次使用拉力千斤頂將重達(dá)16500t的PY30-1導(dǎo)管架裝船，也是目前海工自主完成的最重結(jié)構(gòu)物裝船項(xiàng)目。隨著中國(guó)海洋石油集團(tuán)公司深水戰(zhàn)略的推進(jìn)，陵水17-2開發(fā)井正式開鉆，標(biāo)志我國(guó)南海深水油氣資源開發(fā)已邁出實(shí)質(zhì)性步伐，未來將有更多的深水項(xiàng)目有待開發(fā)。然而，目前國(guó)內(nèi)裝船裝備的發(fā)展已不能滿足深水油田開發(fā)中龐大的結(jié)構(gòu)物裝船需求。未來國(guó)內(nèi)裝船裝備的發(fā)展可從以下幾方面考慮。

4.1 完善裝備序列

不同的裝船設(shè)備具有不同的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)發(fā)揮液壓絞車裝船低成本及SPMT小車裝船效率高的優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)發(fā)展Strand jack（鋼絞線千斤頂）。鋼絞線千斤頂不需要專用滑道，成本較低，且具有豐富的施工經(jīng)驗(yàn)和成熟的方案，是目前國(guó)內(nèi)針對(duì)超大型結(jié)構(gòu)物裝船最可行的自主裝船方式。對(duì)于特殊結(jié)構(gòu)（如半潛式平臺(tái)船體）需要skidding system或APS-system，目前國(guó)內(nèi)無該項(xiàng)技術(shù)，但應(yīng)當(dāng)列入發(fā)展計(jì)劃，完善裝備序列以滿足結(jié)構(gòu)各異、重量不同的結(jié)構(gòu)物的裝船需求。

4.2 裝備國(guó)產(chǎn)化

中國(guó)作為世界制造大國(guó)，具有完備的工業(yè)體系，國(guó)內(nèi)科研單位如機(jī)械科學(xué)研究總院和生產(chǎn)企業(yè)如江蘇某液壓公司聯(lián)合研究，完全具備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造大型的Strand jack，Skidding system的能力。從設(shè)計(jì)上可以參考DLT等公司的設(shè)計(jì)理念，國(guó)內(nèi)廠家設(shè)計(jì)制造，可快速地推進(jìn)裝船裝備的國(guó)產(chǎn)化。

4.3 裝備與技術(shù)的融合突破

裝船設(shè)備是海洋工程領(lǐng)域重要裝備，工程技術(shù)的實(shí)現(xiàn)以裝備為基礎(chǔ)，裝備的更新推動(dòng)裝船技術(shù)的發(fā)展，二者相輔相成。未來面臨深水項(xiàng)目時(shí)，結(jié)構(gòu)物重量更大，技術(shù)要求更高，裝備更加復(fù)雜，然而國(guó)內(nèi)在裝船裝備與技術(shù)融合方面，復(fù)合型人才較缺乏，培養(yǎng)能將裝備與技術(shù)融合的人才十分重要。

5 結(jié)語

以上6種裝船方式是目前世界上已成功實(shí)施的裝船方法。因裝備不同、裝船方式各異，在實(shí)際工程中，施工單位需綜合考慮裝備資源、氣候因素、船舶能力、經(jīng)濟(jì)效益、安全性、適應(yīng)性等因素，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)物選擇最優(yōu)的裝船設(shè)備，制定裝船方案。

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