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導(dǎo)管架鋼樁裝船技術(shù)應(yīng)用分析

2021-10-27 07:21:48汪春標(biāo)劉傳輝
關(guān)鍵詞:鋼樁舾裝駁船

張 耀 汪春標(biāo) 劉傳輝

(海洋工程(青島)有限公司,青島 266520)

近岸海洋工程中,樁基式導(dǎo)管架是海油工程領(lǐng)域中最常見且經(jīng)濟(jì)的固定式海洋結(jié)構(gòu)物。鋼樁是用于固定海上樁基式導(dǎo)管架的管式鋼結(jié)構(gòu)[1],主要作用是通過導(dǎo)管架相關(guān)結(jié)構(gòu)捶打入泥后保證導(dǎo)管架牢固在海床,確保導(dǎo)管架與組塊具備安全生產(chǎn)條件。

鋼樁均為直管式鋼結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)形式相對(duì)簡(jiǎn)單。根據(jù)作業(yè)海域不同,可以將鋼樁分為淺水導(dǎo)管架鋼樁和深水導(dǎo)管架鋼樁。前者主要用于渤海淺水導(dǎo)管架,后者主要用于東海、南海等深水導(dǎo)管架。淺水導(dǎo)管架鋼樁一般在陸地連接2~3段后裝船,然后在海上逐段安裝,依次貫穿導(dǎo)管內(nèi)部,并將其打入海泥進(jìn)而固定導(dǎo)管架。鋼樁連接時(shí),段與段之間通過拆尖導(dǎo)向進(jìn)行環(huán)口對(duì)接,鋼樁和導(dǎo)管之間留有間隙,以便灌漿封固。最底端導(dǎo)管內(nèi)壁焊接有封隔器,防止泥漿泄露。鋼樁與上部組塊立柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接連接。深水導(dǎo)管架陸地最終接長(zhǎng)為一整根,在海上將其打入導(dǎo)管架裙樁套筒內(nèi)進(jìn)行導(dǎo)管架固定。鋼樁與裙樁套筒之間灌漿封固,裙樁套筒內(nèi)壁焊接有封隔器,防止泥漿泄露。鋼樁外壁灌漿局部位置焊接有細(xì)鋼筋棍,便于掛漿凝固。導(dǎo)管與上部組塊立柱導(dǎo)向結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接連接。通常淺水導(dǎo)管架鋼樁首段為入泥段,管段一般為80 m左右,質(zhì)量較大,能夠達(dá)到100 t左右。深水導(dǎo)管架鋼樁一般要求在陸地進(jìn)行整根連接,長(zhǎng)度能夠達(dá)到110 m以上,質(zhì)量能夠達(dá)到380 t以上。

鋼樁在車間完成下料、卷制和分段接長(zhǎng)后,需要在運(yùn)輸場(chǎng)地進(jìn)行整體的接長(zhǎng),然后吊裝至船上。因此,采用合理的裝船方式對(duì)場(chǎng)地和吊裝設(shè)備來說至關(guān)重要。本文以海洋工程(青島)有限公司現(xiàn)有場(chǎng)地設(shè)備設(shè)施為基礎(chǔ),結(jié)合若干項(xiàng)目導(dǎo)管架鋼樁裝船方式,綜合介紹幾種鋼樁裝船過程中采用的技術(shù)方法及關(guān)鍵點(diǎn)。

1 鋼樁裝船技術(shù)現(xiàn)狀

鋼樁從車間進(jìn)行下料、卷制和接長(zhǎng)后,制出12 m左右的管段,再由導(dǎo)管作業(yè)線連接為36 m,然后吊裝運(yùn)到裝船區(qū)域。此過程需要考慮吊車的吊裝能力、運(yùn)輸板車的裝載能力、運(yùn)輸路線的拐彎校核以及綜合場(chǎng)地能力。鋼樁管接長(zhǎng)運(yùn)輸?shù)氖芟揲L(zhǎng)度為40 m左右,因此需要在裝船區(qū)域進(jìn)行最終整體接長(zhǎng)。裝船區(qū)域要綜合考慮場(chǎng)地的長(zhǎng)寬尺寸、地基承載力、設(shè)備設(shè)施能力、吊車資源以及船舶資源是否滿足擺放和裝船施工需求。裝船過程中,通常采用履帶吊裝船、浮吊裝船和滾裝裝船3種方式,關(guān)鍵點(diǎn)為大型吊裝資源的鎖定。履帶吊可選擇750 t或400 t的設(shè)備,并根據(jù)具體工況選擇是否配掛超起和配重。浮吊可選擇濱海108或者吊裝能力更大的浮吊,吊裝能力為800 t及以上。滾裝裝船需要特殊定制的滾裝棧橋、控制卷揚(yáng)機(jī)和牽引卷揚(yáng)機(jī)等設(shè)備。

目前,海洋工程(青島)有限公司主要鋼樁接長(zhǎng)及裝船的碼頭區(qū)域?yàn)槟萧秆b碼頭、制管車間東舾裝碼頭和總裝場(chǎng)地出貨口3個(gè)區(qū)域,如圖1所示。

圖1 鋼樁接長(zhǎng)及裝船位置示意圖

2 鋼樁裝船方式介紹

2.1 浮吊吊裝裝船

南舾裝碼頭場(chǎng)地空闊,南北長(zhǎng)140 m,東西寬60 m,地面采用水泥硬化處理,承載能力為5 t·m-2。首先,根據(jù)鋼樁長(zhǎng)度及質(zhì)量,布置若干條鋼制墊墩用于存放鋼樁整體接長(zhǎng)的管段。其次,采用兩臺(tái)400 t履帶吊進(jìn)行組對(duì)和接長(zhǎng)。最后,待鋼樁接長(zhǎng)完畢,采用履帶提升的方式或卷揚(yáng)機(jī)逐個(gè)將鋼樁滾動(dòng)到碼頭前沿。由于地基承載力的限制,該區(qū)域只適合浮吊裝船,如圖2所示,因此需要提前確定海上安裝鋼樁的順序、鋼樁上下朝向、倒排碼頭接長(zhǎng)鋼樁的擺放順序、履帶吊的起吊能力以及轉(zhuǎn)桿碰撞與運(yùn)輸駁船的位置關(guān)系。

圖2 南舾裝碼頭浮吊裝船

2.2 浮吊吊裝裝船的優(yōu)缺點(diǎn)

采用浮吊吊裝裝船的優(yōu)點(diǎn)是占用場(chǎng)地資源和吊車資源少、作業(yè)周期相對(duì)較短、吊裝作業(yè)的過程相對(duì)簡(jiǎn)單以及吊裝能力能夠滿足目前所有的深水鋼樁噸位。但是,它也存在缺點(diǎn):第一,浮吊資源有限,費(fèi)用較高;第二,浮吊的船期為鋼樁施工的關(guān)鍵影響因素,受天氣影響較大;第三,浮吊吊裝距離有限,鋼樁距離較遠(yuǎn)時(shí)需要二次滾動(dòng)就位。

2.3 滾裝裝船

制管車間東舾裝碼頭南北長(zhǎng)200 m,東西寬100 m,地面采用石子鋪平處理,承載能力為5 t·m-2。該區(qū)域置有1條132 m的樁管作業(yè)線和7臺(tái)樁管移缸機(jī),東側(cè)舾裝碼頭前沿置有兩臺(tái)50 t的門機(jī)。首先,將鋼樁在車間作業(yè)線中逐段接長(zhǎng),由132 m作業(yè)線整體運(yùn)出接長(zhǎng),并通過7臺(tái)樁管移缸機(jī)逐根頂升平移放置到已布置好的若干條鋼墩上,使其高度與移缸機(jī)相近,如圖3所示。其次,布置用于滾裝的棧橋、卷揚(yáng)機(jī)和鋼絲繩等設(shè)備[2],將鋼樁逐根滾到船上,如圖4所示。最后,在滾裝施工過程中,要時(shí)刻監(jiān)測(cè)船體橫縱移和橫縱傾的狀況,便于實(shí)時(shí)調(diào)載,并通過控制卷揚(yáng)機(jī)和牽引卷揚(yáng)機(jī)共同作用,保證鋼樁滾動(dòng)時(shí)鋼樁軸線不會(huì)偏移。在裝載期間,因?yàn)闈L裝動(dòng)載荷較大,容易使工裝及地基承載力失效,所以需要對(duì)混凝土進(jìn)行硬化加強(qiáng)處理。該區(qū)域同時(shí)適合浮吊裝船,且與上述方式類似。

圖3 制管車間東舾裝碼頭鋼樁布置

圖4 制管車間東舾裝碼頭鋼樁滾裝上船

2.4 滾裝裝船的優(yōu)缺點(diǎn)

采用滾裝裝船一方面可適用不同項(xiàng)目,能夠重復(fù)利用;另一方面,它的作業(yè)周期較短,節(jié)省了場(chǎng)地和吊車資源。但是,它對(duì)場(chǎng)地的面積和地基有較高要求,布置卷揚(yáng)機(jī)、動(dòng)力站和棧橋等相關(guān)工裝的工作量較大,具體操作流程相對(duì)復(fù)雜。此外,它的施工不連續(xù),受駁船及潮位的影響較大。

2.5 總裝場(chǎng)地出貨口裝船

總裝場(chǎng)地出貨口南北長(zhǎng)94 m,東西寬40 m,為開闊的水泥硬化區(qū)域,其碼頭地基承載力做了加強(qiáng)處理,能夠達(dá)到120 t·m-2。在該區(qū)域根據(jù)鋼樁長(zhǎng)度、質(zhì)量及裝船順序,布置有若干條鋼墩,用于存放鋼樁整體接長(zhǎng)的管段[3]。裝船時(shí),先采用履帶吊吊裝將鋼樁組對(duì)接長(zhǎng),再由兩臺(tái)(或兩臺(tái)以上)履帶吊合抬裝船,如圖5所示[4]。施工過程中,要考慮合抬指揮的同步協(xié)調(diào)性以及履帶吊的起重能力和趴桿距離,同時(shí)應(yīng)考慮周邊滑道在建項(xiàng)目的交叉施工影響。該區(qū)域同樣適合浮吊裝船,且與上述履帶吊方式類似。

圖5 總裝場(chǎng)地出貨口裝船

2.6 履帶吊裝船的優(yōu)缺點(diǎn)

采用履帶吊吊裝直接采用場(chǎng)地滑道區(qū)域現(xiàn)有的吊車資源,充分利用施工交叉期,可充分利用總裝出貨口的閑置期。但是,目前青島場(chǎng)地單臺(tái)吊車的最大吊裝能力為750 t,只適用于噸位較小的鋼樁,對(duì)深水大型鋼樁的吊裝能力不足。若采用多臺(tái)吊車合抬,協(xié)調(diào)作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)較高,且對(duì)指揮和司機(jī)的協(xié)同性要求較高。此外,它對(duì)場(chǎng)地的占用率要求較高,履帶吊裝旋轉(zhuǎn)趴桿和履帶的使用次數(shù)較多,作業(yè)周期較長(zhǎng),同時(shí)對(duì)總裝出貨口的來船卸運(yùn)物資有一定的影響。

3 鋼樁裝船新技術(shù)

為充分利用現(xiàn)有場(chǎng)地資源,可以采用船塢結(jié)合龍門吊的形式進(jìn)行鋼樁的吊裝,從而完成鋼樁的裝船。

船塢大小為420 m×110 m,高為14 m;南裝焊平臺(tái)東西長(zhǎng)540 m,南北寬42 m;西裝焊平臺(tái)東西長(zhǎng)100 m,南北寬110 m;兩個(gè)裝焊平臺(tái)的地基承載力均為5 t·m-2。浮體平臺(tái)上配備1臺(tái)800 t的龍門吊,南側(cè)配備2臺(tái)40 t的門機(jī)。浮體平臺(tái)區(qū)海測(cè)有一個(gè)水密閘門,與兩側(cè)凸出的“刀把”形碼頭上均布置有系纜樁。該區(qū)域可??狂g船,龍門吊可垂直行駛到駁船正上方,如圖6所示。

圖6 駁船旁靠位置示意圖

3.1 傍靠塢門外側(cè)的鋼樁裝船新技術(shù)

傍靠塢門外側(cè)的鋼樁裝船新技術(shù)具體施工步驟如下。第一,根據(jù)鋼樁的長(zhǎng)度及質(zhì)量,核算鋼樁的重心,并提前準(zhǔn)備卡環(huán)和鋼絲繩等吊索具。在西裝焊平臺(tái)布置若干條鋼墩,將制管車間已經(jīng)接長(zhǎng)的40 m左右的管段運(yùn)輸、吊裝到鋼墩上,然后采用龍門吊進(jìn)行整體預(yù)制接長(zhǎng),并根據(jù)該區(qū)域的面積和鋼樁的直徑布置多根鋼樁,如圖7所示。布置鋼樁前,需要對(duì)鋼樁和鋼墩進(jìn)行整體及局部的強(qiáng)度校核,以防止整體接長(zhǎng)及吊裝過程中發(fā)生變形或損壞。同時(shí),核算地面承載能力,如不滿足使用需求,要根據(jù)情況進(jìn)行局部加固或改造。第二,待鋼樁整體接長(zhǎng)完畢,將其運(yùn)輸至駁船并幫靠在塢門外側(cè),根據(jù)系駁方案進(jìn)行系纜定位。第三,按照吊裝方案配備索具和掛扣,用龍門吊的上小車和下小車將鋼樁吊起。龍門吊大車從西裝焊平臺(tái)向塢門外的駁船行走,起吊高度應(yīng)避開浮體平臺(tái)內(nèi)部障礙物的最高部位,如圖8所示。第四,用龍門吊將鋼樁逐根吊裝放至在駁船的安裝結(jié)構(gòu)上,并進(jìn)行焊接固定。焊接時(shí),要時(shí)刻根據(jù)船上鋼樁的數(shù)量及位置的變化進(jìn)行駁船吃水調(diào)載,同時(shí)適當(dāng)松緊調(diào)解纜繩,以保證船舶狀態(tài)平穩(wěn)。

圖7 裝焊平臺(tái)鋼樁預(yù)制接長(zhǎng)

圖8 龍門吊吊裝鋼樁示意圖

3.2 傍靠船塢左內(nèi)壁的鋼樁裝船新技術(shù)

此裝船技術(shù)需要將船塢內(nèi)部清空并放滿水,然后將駁船駛?cè)氪瑝]內(nèi),并使其左側(cè)幫靠?jī)?nèi)壁,再系泊于船塢周圍。鋼樁預(yù)制接長(zhǎng)區(qū)域放置南裝焊平臺(tái)按照鋼樁垂直龍門吊跨度方向布置,保持與駁船方向一致。龍門吊起鉤吊裝時(shí),龍門吊大車只進(jìn)行微調(diào),主要行走為龍門吊小車主鉤平移,便于進(jìn)行鋼樁精確就位。此種裝船技術(shù)與傍靠塢門相比,適用于深水大型的鋼樁。

3.3 龍門吊鋼樁裝船優(yōu)缺點(diǎn)

采用龍門吊鋼樁裝船的優(yōu)點(diǎn):第一,雖然龍門吊的起重能力與濱海108浮吊的能力相當(dāng),都為800 t,但是其費(fèi)用比浮吊低很多;第二,適用于大噸位深水鋼樁;第三,不占用碼頭資源,場(chǎng)地占用時(shí)間相對(duì)短,能夠充分利用場(chǎng)地現(xiàn)有資源;第四,施工流程相對(duì)簡(jiǎn)單,施工效率較高,風(fēng)險(xiǎn)較低。采用龍門吊鋼樁裝船的缺點(diǎn):第一,沒有成功的施工經(jīng)驗(yàn),方案需進(jìn)一步評(píng)價(jià);第二,塢門外側(cè)的港池尺寸對(duì)船舶的長(zhǎng)度有限制;第三,塢門處的靠泊設(shè)施和方案需要進(jìn)一步評(píng)估;第四,需進(jìn)一步核算龍門吊上下小車聯(lián)合吊裝大型管狀類結(jié)構(gòu)物的配扣、配繩索。

4 結(jié)語

通過對(duì)上述裝船方式和碼頭裝船位置的分析以及對(duì)各種裝船類型的優(yōu)缺點(diǎn)的比較,提出龍門吊裝船的新技術(shù)。在綜合考慮場(chǎng)地的情況下,增加了一種新的裝船方式,適用于各種類型的裝船。隨著青島場(chǎng)地項(xiàng)目日益飽滿和多元化,此種裝船方式的應(yīng)用對(duì)后期同類項(xiàng)目的建造提供了參考,且具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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