劉耀江 張亞雷 周健偉 薛大智 楊 昆 何昱亮

（深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518067）

0 引言

海底電纜是海上電信傳輸?shù)闹匾浇椋饕譃楹５淄ㄐ烹娎|和海底電力電纜。海底電纜鋪設(shè)通常是在碼頭通過(guò)一系列的結(jié)構(gòu)設(shè)備將電纜由廠家的儲(chǔ)纜裝置連續(xù)地過(guò)駁至施工船，并且盤繞在施工船舶上的海纜存儲(chǔ)裝置中，海纜施工船運(yùn)輸海纜到達(dá)海上指定施工區(qū)域后，將海底電纜平順地鋪設(shè)至海底，完成海纜安裝作業(yè)[1]。在廠家碼頭倒纜過(guò)程中以及海上鋪設(shè)過(guò)程中需要在施工船上安裝一些鋪設(shè)輔助設(shè)備結(jié)構(gòu)，例如張緊器、退扭塔、入水橋、轉(zhuǎn)向架和托輥等。

退扭塔是海底電纜倒纜以及鋪設(shè)過(guò)程中用于釋放電纜扭力積聚的大型結(jié)構(gòu)物，人為地增加海纜可自由旋轉(zhuǎn)的長(zhǎng)度，以期實(shí)現(xiàn)電纜退扭的目的。為了能夠達(dá)到較好的退扭效果，在施工船上有效面積的情況下退扭塔通常需要建造得比較高，可高達(dá)數(shù)十米。傳統(tǒng)的固定式退扭裝置體積龐大，甲板占地面積大且建造費(fèi)用高昂，安裝時(shí)固定占用船天時(shí)間長(zhǎng)，不符合實(shí)際需求。考慮到退扭裝置必須盡可能地占用甲板較小的面積，對(duì)退扭塔的設(shè)計(jì)水平提出了較高要求。退扭塔架的示意圖如圖1所示。

退扭塔的結(jié)構(gòu)包括底座、主體結(jié)構(gòu)、頂部平臺(tái)、側(cè)向限位結(jié)構(gòu)和電纜導(dǎo)向橋。其中，底座根據(jù)塔身安裝位置及甲板布置設(shè)計(jì)，起到均布塔身載荷和固定退扭塔的作用。塔身作為主體結(jié)構(gòu)，起到支撐頂部平臺(tái)的作用。頂部平臺(tái)作為導(dǎo)纜/鋪設(shè)工作平臺(tái)，電纜導(dǎo)向橋和動(dòng)力設(shè)備半圓塔輪固定在頂部平臺(tái)使用。退扭塔主要作用在電纜導(dǎo)纜及鋪設(shè)作業(yè)情形，有效改善了固定式纜框?qū)Ю|時(shí)出現(xiàn)的電纜扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，極大地減少了電纜破損的風(fēng)險(xiǎn)，提高了導(dǎo)纜和鋪設(shè)效率。配合頂部工作平臺(tái)上半圓塔輪作為動(dòng)力夾持設(shè)備的使用，在張緊器失效的情況下仍可以提供夾持力，提高了電纜鋪設(shè)中的可靠性。

退扭塔高度高，給建造和安裝帶來(lái)了一定難題。傳統(tǒng)的方法是采用立式分段建造的方式將退扭塔根據(jù)高度分成幾段，然后依次分段組裝。傳統(tǒng)分段建造對(duì)建造場(chǎng)地要求高，需要具備吊高高于退扭塔的吊機(jī)；退扭塔組裝對(duì)分段建造精度要求高，組裝過(guò)程中涉及較多高空作業(yè)。這些特點(diǎn)給立式分段建造增加了難度，從而增加了建造風(fēng)險(xiǎn)和成本。

退扭塔整體采用臥式建造，然后采用吊機(jī)整體扶正的方法將可以很好地解決以上問(wèn)題。

1 設(shè)計(jì)計(jì)算

在進(jìn)行退扭塔扶正操作之前，對(duì)退扭塔進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，需要根據(jù)退扭塔的結(jié)構(gòu)形式和尺寸參數(shù)選取合適的吊點(diǎn)位置，并在吊點(diǎn)位置預(yù)留吊耳設(shè)計(jì)或者吊裝點(diǎn)；然后對(duì)退扭塔架的整體翻轉(zhuǎn)過(guò)程中吊機(jī)的受力和高度進(jìn)行計(jì)算；最后需要進(jìn)行翻轉(zhuǎn)過(guò)程退扭塔塔身強(qiáng)度計(jì)算，確保整個(gè)吊機(jī)扶正過(guò)程安全，在吊裝過(guò)程中不會(huì)對(duì)退扭塔本體造成損傷。

最終需要根據(jù)退扭塔相關(guān)的計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際情況和可利用的資源情況選取吊機(jī)型號(hào)，并配置相應(yīng)吊裝索具。

設(shè)計(jì)計(jì)算主要包括以下4點(diǎn)。1） 塔身平移吊裝計(jì)算。2）翻轉(zhuǎn)過(guò)程吊裝計(jì)算。3）吊點(diǎn)強(qiáng)度校核計(jì)算。4）翻轉(zhuǎn)吊機(jī)載荷控制。結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖2所示。

圖2 退扭塔SACS計(jì)算模型

翻轉(zhuǎn)過(guò)程結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

翻轉(zhuǎn)過(guò)程吊機(jī)及索具配置見(jiàn)表2。

表2 翻轉(zhuǎn)過(guò)程中吊機(jī)和索具配置表

2 具體施工流程

退扭塔設(shè)計(jì)高達(dá)23.4 m，考慮到正常運(yùn)輸限制，底座和塔身均在碼頭前沿進(jìn)行分塊建造，最終進(jìn)行底座和塔身的組隊(duì)。建造完成后組隊(duì)過(guò)程如下，具體扶正工藝實(shí)施流程如圖3～圖6所示。

扶正采用3臺(tái)吊機(jī)分別為碼頭岸吊、船舶吊機(jī)和陸地吊機(jī)共同進(jìn)行。退扭塔準(zhǔn)備，首先用碼頭岸吊將退扭塔底座和塔身從建造場(chǎng)地整體吊裝到扶正地點(diǎn)。吊機(jī)準(zhǔn)備，吊機(jī)分別移動(dòng)到相應(yīng)位置，設(shè)置鉤頭位置和趴桿角度，使鉤頭位于吊點(diǎn)附近，并確保吊機(jī)具有足夠的起升高度，采用施工船吊機(jī)和汽車吊分別吊退扭塔頂部，其中施工船吊機(jī)采用4腿吊裝，汽車吊采用2腿吊裝，碼頭岸吊吊退扭塔的底部，采用2腿吊裝。吊裝索具檢驗(yàn)，并連接吊機(jī)索具。試吊，確保3臺(tái)吊機(jī)各吊索受力正常，將退扭塔塔身吊離距地面1 m高度，檢驗(yàn)索具有無(wú)打扭等不利情況。3 臺(tái)吊機(jī)增加負(fù)荷，一起將退扭塔吊起到一定高度。施工船吊機(jī)和汽車吊繼續(xù)起高，碼頭岸吊緩慢下降并趴桿，進(jìn)行退扭塔翻轉(zhuǎn)，退扭塔空中翻轉(zhuǎn)90°，如圖4所示。在翻轉(zhuǎn)90°的過(guò)程中同時(shí)進(jìn)行載荷傳遞，逐步將載荷傳遞給船舶吊機(jī)，將絕大部分的載荷傳遞到施工船吊機(jī)。船舶吊機(jī)在汽車吊的輔助下一起下放退扭塔并使其坐落于底座上。最后，退扭塔與底座焊接組裝在一起，整體起吊到船舶甲板進(jìn)行裝船固定。吊機(jī)一起下放退扭塔著地，解開(kāi)另外2個(gè)吊機(jī)索具，待主吊機(jī)進(jìn)一步操作，扶正過(guò)程完畢。

圖3 翻轉(zhuǎn)過(guò)程中索具配置

退扭塔在實(shí)際中的應(yīng)用有以下3點(diǎn)。1）在碼頭進(jìn)行導(dǎo)纜作業(yè)時(shí)，將設(shè)備安裝至頂部平臺(tái)進(jìn)行作業(yè)。2）導(dǎo)纜作業(yè)完成后，為了減少退扭塔的外部載荷，保證電纜退扭裝置結(jié)構(gòu)的安全性，將設(shè)備拆除至甲板固定。3）進(jìn)行鋪設(shè)作業(yè)時(shí)將設(shè)備重新安裝至頂部平臺(tái)進(jìn)行作業(yè)。

整個(gè)導(dǎo)纜和鋪設(shè)過(guò)程有以下6點(diǎn)。1）在固定式纜框及退扭裝置在甲板安裝完畢后，在頂部工作平臺(tái)安裝電纜導(dǎo)向橋和動(dòng)力半圓塔輪。電纜導(dǎo)向橋通向固定式纜框，動(dòng)力半圓塔輪通過(guò)底部轉(zhuǎn)向與張緊器相連，安裝過(guò)程中預(yù)留信號(hào)繩作牽引絞車。2）設(shè)備安裝完畢后，通過(guò)預(yù)留的信號(hào)繩將絞車鋼索接頭牽引出來(lái)，依次通過(guò)電纜導(dǎo)向橋、半圓塔輪、張緊器連接至電纜末端。3） 電纜末端在絞車和吊機(jī)的牽引輔助下依次通過(guò)張緊器、半圓塔輪、電纜導(dǎo)向橋然后進(jìn)入固定式纜框。4）電纜末端進(jìn)入纜框之后對(duì)電纜末端固定，調(diào)試半圓塔輪及張緊器的參數(shù)，確認(rèn)設(shè)備后，開(kāi)始導(dǎo)纜作業(yè)，導(dǎo)纜過(guò)程中張緊器記錄電纜長(zhǎng)度。5）當(dāng)?shù)竭_(dá)標(biāo)記長(zhǎng)度后，停止導(dǎo)纜，對(duì)電纜首端進(jìn)行處理，處理完畢后，將電纜首端與絞車相連，而后電纜首端在絞車的牽引輔助下進(jìn)入固定式纜框，固定完成后，回收絞車鋼絲繩，導(dǎo)纜作業(yè)完畢。6）在進(jìn)行鋪設(shè)作業(yè)時(shí)，使用方法基本與電纜導(dǎo)纜過(guò)程相似，電纜首端在絞車及吊機(jī)的牽引輔助下從固定式纜框?qū)С?，依次通過(guò)電纜導(dǎo)向橋、半圓塔輪、張緊器、入水橋，開(kāi)始鋪設(shè)作業(yè)，直至鋪設(shè)完成。

最終，固定式纜框與退扭裝置的配合順利完成深圳碼頭的導(dǎo)纜工作后將海纜安全運(yùn)輸至沙特碼頭。完成鋪設(shè)工作后得益于簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，拆除工作也非常簡(jiǎn)單和順利。減少了對(duì)施工資源的占用。

3 難點(diǎn)與解決措施

3.1 大型立式退扭塔架建造

大型立式退扭塔結(jié)構(gòu)建造如果采用傳統(tǒng)采用立式建造的方式，在建造過(guò)程中需要的輔助結(jié)構(gòu)多，焊接難度大，高空作業(yè)周期長(zhǎng)，會(huì)阻止退扭塔架的翻身扶正。因此可以采用臥式分體建造，組對(duì)后翻身扶正的方式減少焊接難度以及高空作業(yè)時(shí)間，提升施工效率保證作業(yè)安全。

3.2 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核與索具設(shè)置

在從水平到垂直狀態(tài)的翻身扶正過(guò)程中，由于退扭塔結(jié)構(gòu)為不規(guī)則大型結(jié)構(gòu)，需要在設(shè)計(jì)階段重點(diǎn)關(guān)注結(jié)構(gòu)本體抗彎和扭轉(zhuǎn)性能，避免在扶正過(guò)程中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形，并且需要通過(guò)吊裝計(jì)算對(duì)吊裝過(guò)程中的吊點(diǎn)進(jìn)行合理的安排。

4 前景與展望

大型退扭塔扶正工藝的成功應(yīng)用可以推廣到類似大型不規(guī)則結(jié)構(gòu)的建造、安裝和裝船的過(guò)程中。退扭塔采用臥式整體建造，省去了較多高空作業(yè)，降低了建造風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)縮短了建造時(shí)間，縮短了項(xiàng)目工期，并且降低了建造費(fèi)用。采用陸上建造、陸上翻轉(zhuǎn)和組裝，然后整體吊裝上船，省去退扭塔在船上組裝的過(guò)程，為項(xiàng)目裝船節(jié)省時(shí)間，可以節(jié)省大量項(xiàng)目成本。

圖4 整體起吊一定高度

圖 5 旋轉(zhuǎn) 90°

圖6 退扭塔垂直下放