王 磊，王 偉，劉金營，佟玉鵬

中國石油集團(tuán)海洋工程（青島） 有限公司，山東青島266555

DSJ300-L1 自升式鉆井平臺于2020 年10 月20 日拖航至青島碼頭插樁，平臺在插樁下降過程中發(fā)出較為刺耳的異響，隨即平臺RPD 系統(tǒng)報(bào)警，平臺操作人員立即停止插樁操作，隨后檢查發(fā)現(xiàn)平臺左舷樁腿主弦管、橫撐及斜撐出現(xiàn)肉眼可見變形，另外兩條樁腿肉眼未見變形。后期對平臺艏樁和右舷樁腿進(jìn)行變形測量，均未發(fā)現(xiàn)變形超差，而對平臺左舷樁腿進(jìn)行測量表明發(fā)生了塑性變形，因此需對平臺左舷樁腿的塑性變形進(jìn)行維修。本文介紹了平臺左舷樁腿塑性變形的維修技術(shù)。

1 平臺概述

DSJ300-L1 自升式鉆井平臺主體為三角形結(jié)構(gòu)，由3 根樁腿支撐，樁腿為3 根弦管組成的三角形桁架結(jié)構(gòu)。平臺型長62.8 m、型寬60.2 m、型深8 m，設(shè)計(jì)吃水4.9 m，樁腿總長為125.3 m，最大作業(yè)水深為91.44 m。

2 變形分析

自升式鉆井平臺在插樁過程中常見風(fēng)險(xiǎn)有穿刺、滑移和掏空[1]。而此次事故發(fā)生于碼頭區(qū)域，且此次插樁位置為首次插樁，可排除穿刺和掏空風(fēng)險(xiǎn)的可能，最終確定此次事故是由樁腿滑移造成。此類滑移事故對樁腿的最大影響為樁腿樁靴處到升降齒輪位置會發(fā)生彎曲變形超差，在插樁時(shí)升降齒輪接觸主弦管的最高位置存在折點(diǎn)，從而導(dǎo)致平臺樁腿無法正常升降，必須通過維修使樁腿各類參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。

施工單位對樁腿變形程度和變形范圍進(jìn)行實(shí)際測量，平臺原設(shè)計(jì)單位將變形量與主弦管允許屈服強(qiáng)度下的變形量進(jìn)行對比，可確認(rèn)彎曲變形的類型，再針對變形類型制訂維修方案。本文描述的此次插樁事故經(jīng)設(shè)計(jì)單位分析后，確認(rèn)為塑性變形，該變形無法通過切除變形支撐管的方式使主弦管回彈恢復(fù)至原有的直線度，故基于塑性變形進(jìn)行維修方案的考慮。

3 維修范圍確認(rèn)

鑒于鉆井平臺投入使用后的經(jīng)濟(jì)效益，需在最短時(shí)間內(nèi)對變形樁腿進(jìn)行維修。施工單位采用局部樁腿更換的方式進(jìn)行維修，即通過測量確定樁腿變形的最高點(diǎn)及最低點(diǎn)，將此段范圍作為樁腿更換的區(qū)域，而后制作出同等長度的樁腿進(jìn)行替換。而在此過程中，最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的確定尤為重要。

3.1 最高點(diǎn)的選擇

為減少多次測量造成累計(jì)誤差，操作平臺使其處于插樁狀態(tài)，在三角形結(jié)構(gòu)的樁腿內(nèi)部搭設(shè)腳手架；在樁腿中心位置使用FARO Focus 3D X330 三維激光掃描儀對樁腿三根弦管的空間位置進(jìn)行掃描[2]，見圖1。

圖1 樁腿測量儀器布置點(diǎn)位置

采用此方式，可一次掃描出三根主弦管空間模型，并在Geomagic Control 軟件中體現(xiàn)，再將樁腿設(shè)計(jì)模型圖導(dǎo)入軟件，可測出樁腿變形量，將變形量與設(shè)計(jì)允許偏差進(jìn)行對比，即可識別變形點(diǎn)，諸多變形點(diǎn)中最高位置的變形點(diǎn)即為樁腿更換區(qū)域的最高點(diǎn)。

3.2 最低點(diǎn)的選擇

最低點(diǎn)的選擇可參照最高點(diǎn)的選擇方法一并進(jìn)行，但由于此次滑樁事故位于碼頭前沿，插樁深度約為9 m，樁腿最大變形位置位于樁靴側(cè)，鑒于此，為最大程度地保證更換段樁腿的安裝精度，規(guī)避同時(shí)控制上下6 道焊口的精度控制難題，最低點(diǎn)可直接選擇在樁腿全部回收后鎖緊塊下部區(qū)域的無用齒位置。

3.3 接口處端面尺寸

為保證三根主弦管（A、B、C） 的初始建造精度偏差相近，樁腿的預(yù)制通常按照從下向上的順序進(jìn)行[3]，但始終無法完全消除建造誤差，即每根主弦管間的精度會出現(xiàn)不同的偏差，此種偏差就包含三根主弦管同一齒端位置的高差不同[4]（如圖2 所示）。在對樁腿損壞程度進(jìn)行測量時(shí)，可采用AT960-LR 絕對激光跟蹤儀同時(shí)測出所需更換樁腿切割點(diǎn)位置的實(shí)際空間位置，供后續(xù)新樁腿預(yù)制使用。

圖2 三根弦管端齒截面圖

4 維修技術(shù)要點(diǎn)

損壞段樁腿的更換維修主要可分為新樁腿預(yù)制、損壞段樁腿拆除、樁腿合攏安裝三個(gè)步驟，以下對各階段的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行簡要介紹。

4.1 新樁腿預(yù)制

樁腿預(yù)制工作宜在室內(nèi)環(huán)境中使用專用胎架進(jìn)行，胎架應(yīng)具備支撐、定位及微調(diào)功能，預(yù)制過程中應(yīng)對主弦管的各類精度指標(biāo)進(jìn)行重點(diǎn)控制，焊接應(yīng)嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)程進(jìn)行，齒條板對口焊接完成后應(yīng)等待72 h 再進(jìn)行無損檢測[5]。需要特別注意的是，三根主弦管上下端口的端面高差不應(yīng)按照設(shè)計(jì)圖紙布置，而是應(yīng)根據(jù)損壞段樁腿切割點(diǎn)的端面實(shí)際空間位置進(jìn)行布置。

4.2 損壞段樁腿拆除

損壞段樁腿的拆除方案可根據(jù)環(huán)境、資源及成本等因素綜合考慮設(shè)備投入，因樁腿高度為125.3 m，無法直接使用船塢龍門吊進(jìn)行吊裝作業(yè)，故推薦使用浮吊或大噸位履帶吊進(jìn)行吊裝作業(yè)，拆除應(yīng)按照自上而下的順序依次拆除。樁腿拆除時(shí)，在吊裝設(shè)備能力滿足的條件下，應(yīng)盡可能減少樁腿分段切割次數(shù)，切割完成后應(yīng)將完好段樁腿橫放，并均勻設(shè)置墊木，以確保長時(shí)間的放置不會引起樁腿彈性彎曲。損壞段樁腿拆除后，平臺處于漂浮狀態(tài)，應(yīng)采取固定和保護(hù)措施使平臺保持穩(wěn)定，推薦做法見圖3。

圖3 平臺碼頭就位固定平面示意

4.3 樁腿合攏安裝

新預(yù)制樁腿的合攏安裝焊接作業(yè)推薦在船塢內(nèi)進(jìn)行，在樁腿焊接過程中，保證對接口間的直線度及焊接質(zhì)量是整個(gè)合攏安裝的質(zhì)量控制重點(diǎn)。在船塢內(nèi)安裝合攏有兩種方法，即吊裝合攏法和頂升合攏法：吊裝合攏法即在船塢旁放置滿足吊裝噸位要求的吊裝設(shè)備，按照自下向上的方式先進(jìn)行新預(yù)制樁腿的合攏安裝，再依次進(jìn)行上部完好段樁腿的安裝；頂升合攏法即將平臺升至上切割點(diǎn)以上，用提前加工完成的臨時(shí)支撐來固定支撐平臺左舷區(qū)域，使平臺在缺少左舷樁腿的情況下依然能夠保持平衡穩(wěn)定，再通過滑移的方式分別將切除的損壞段樁腿和新預(yù)制完成的樁腿進(jìn)行拆除和回裝。本次樁腿維修工作采用吊裝合攏法進(jìn)行，見圖4。

5 維修檢驗(yàn)

樁腿維修完成后，除對新、舊樁腿接口處的焊縫質(zhì)量和樁腿整體尺寸精度進(jìn)行檢驗(yàn)外，還應(yīng)通過平臺升降試驗(yàn)來檢驗(yàn)樁腿維修后平臺的其他性能是否符合要求，平臺升降試驗(yàn)程序應(yīng)得到船東及第三方驗(yàn)船師的認(rèn)可，若采用頂升法進(jìn)行樁腿維修時(shí)，在經(jīng)過船東及第三方驗(yàn)船師同意后，升降試驗(yàn)可僅升至樁腿更換的最高點(diǎn)位置即可。

圖4 吊裝合攏法示意

6 結(jié)束語

在以往自升式鉆井平臺桁架式樁腿維修研究中，較多是基于樁腿的彈性變形，對樁腿撐管進(jìn)行切除后，通過消除應(yīng)力使其回彈的方法進(jìn)行維修，從未使用過通過樁腿局部更換的方式進(jìn)行樁腿維修，本項(xiàng)目樁腿局部更換技術(shù)的成功應(yīng)用在國內(nèi)自升式鉆井平臺桁架式樁腿維修工作中屬于首例，其維修經(jīng)驗(yàn)可為日后平臺樁腿類似事故采取通過局部更換方式進(jìn)行維修的工作提供參考。