藍(lán)國(guó)陽(yáng)，孫 浩，秦 江，王子堂，王 燕

（海洋石油工程股份有限公司 天津 300451）

1 導(dǎo)管架平臺(tái)臨近服役年限所面臨的風(fēng)險(xiǎn)

在設(shè)計(jì)導(dǎo)管架平臺(tái)過(guò)程中，行業(yè)做法一般都是根據(jù)規(guī)范要求對(duì)其在服役期間可能承受的各種惡劣地質(zhì)條件、水文條件進(jìn)行分析，并將這些極端的風(fēng)、波浪、海流和冰載荷組合起來(lái)作為平臺(tái)承載的依據(jù)和參考。但隨著服役年限的增長(zhǎng)，導(dǎo)管架平臺(tái)還會(huì)面臨一些新的風(fēng)險(xiǎn)，主要有以下幾個(gè)方面。

①重量變化風(fēng)險(xiǎn)：長(zhǎng)期服役的導(dǎo)管架平臺(tái)一般都經(jīng)歷過(guò)結(jié)構(gòu)和設(shè)備改造，重大結(jié)構(gòu)和設(shè)備改造必會(huì)導(dǎo)致平臺(tái)重量、重量分布及可變荷載等發(fā)生相應(yīng)變化，進(jìn)而影響平臺(tái)結(jié)構(gòu)安全。

②結(jié)構(gòu)缺陷風(fēng)險(xiǎn)：導(dǎo)管架平臺(tái)長(zhǎng)期在海洋環(huán)境中作業(yè)，受到海洋環(huán)境荷載作用的影響，不可避免地會(huì)產(chǎn)生各種腐蝕、變形、裂紋，甚至造成結(jié)構(gòu)破壞，降低了平臺(tái)結(jié)構(gòu)承載能力，甚至影響平臺(tái)的安全。

③船舶撞擊風(fēng)險(xiǎn)：船舶撞擊也是導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)面臨的一個(gè)重要風(fēng)險(xiǎn)。船舶撞擊將導(dǎo)致平臺(tái)近水線面附近結(jié)構(gòu)出現(xiàn)凹陷變形甚至斷裂，船舶撞擊產(chǎn)生的巨大作用力可能使平臺(tái)面臨倒塌的風(fēng)險(xiǎn)。

④海生物風(fēng)險(xiǎn)：海生物對(duì)于平臺(tái)的影響主要體現(xiàn)在海生物增加波浪、海流對(duì)于平臺(tái)的作用力，同時(shí)增加導(dǎo)管架重量，在嚴(yán)重的情況下，海生物對(duì)于平臺(tái)結(jié)構(gòu)造成的影響可能是決定性的。

⑤基礎(chǔ)沖刷風(fēng)險(xiǎn)：土壤是海洋平臺(tái)基礎(chǔ)的保證，如果平臺(tái)底部海流的沖刷作用強(qiáng)烈，則極有可能造成海底土壤沖刷嚴(yán)重，導(dǎo)致鋼樁嵌固點(diǎn)下移和鋼樁承載能力降低。

⑥上浪風(fēng)險(xiǎn)：由于設(shè)計(jì)或安裝原因，導(dǎo)致平臺(tái)高程不足，在極端環(huán)境條件下存在上浪風(fēng)險(xiǎn)。平臺(tái)上浪會(huì)對(duì)平臺(tái)產(chǎn)生巨大的作用力，嚴(yán)重時(shí)可能使平臺(tái)面臨倒塌的風(fēng)險(xiǎn)。

綜上所述，對(duì)老齡化平臺(tái)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行安全評(píng)估是非常必要的。目前行業(yè)內(nèi)主要依據(jù)相應(yīng)的安全評(píng)估導(dǎo)則和法律、規(guī)范進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全評(píng)估［1］，主要的評(píng)估流程如圖1所示。

圖1 主結(jié)構(gòu)安全評(píng)估流程圖Fig.1 Flow chart of main structure safety assessment

2 平臺(tái)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)收集

目前整個(gè)導(dǎo)管架平臺(tái)檢測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)收集主要包括以下內(nèi)容：

①外觀檢驗(yàn)，結(jié)構(gòu)涂層狀況、海生物生長(zhǎng)情況和機(jī)械損傷；

②基礎(chǔ)沖刷檢驗(yàn)；

③海生物檢驗(yàn)；

④超聲波測(cè)厚；

⑤陽(yáng)極檢測(cè)及電位測(cè)量結(jié)果；

⑥對(duì)方案確定的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行焊縫無(wú)損檢測(cè)。

3 平臺(tái)延壽評(píng)估方法

依據(jù)評(píng)估前搜集的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、篩選，選取合適的技術(shù)參數(shù)，對(duì)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)水平評(píng)估。評(píng)估分析相關(guān)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和安全系數(shù)等應(yīng)基于原始設(shè)計(jì)采用的規(guī)格書(shū)，任何損壞、修理、侵蝕或其他結(jié)構(gòu)性能影響因素均應(yīng)考慮在內(nèi)。本評(píng)估中，所有結(jié)構(gòu)分析工作都使用由Bentley公司開(kāi)發(fā)研制的SACS軟件進(jìn)行，這是國(guó)際上比較先進(jìn)的得到普遍使用的海工結(jié)構(gòu)分析程序。

3.1 渤海導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)靜力分析

渤海導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)靜力分析為平臺(tái)在位分析最重要的內(nèi)容，用來(lái)校核其在冰載荷、風(fēng)載荷和波流載荷聯(lián)合作用下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。在位分析按照設(shè)計(jì)規(guī)范［3］要求進(jìn)行，分為操作工況、極端工況和輕載工況三大類校核。

①操作工況校核：該工況為一年期下最極端的氣候條件下平臺(tái)正常作業(yè)，同時(shí)承受來(lái)自8個(gè)主方向的一年一遇的風(fēng)、波和流載荷聯(lián)合作用的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核，按照一年期的天文潮細(xì)分為操作高水位和操作低水位，共計(jì)16種校核工況。

②操作冰工況校核［4］：由于渤海海域冬季冰情嚴(yán)重，所以還特別需要校核冰載荷的影響，即操作冰工況下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核。該工況為平臺(tái)正常作業(yè)情況下承受來(lái)自8個(gè)主方向的一年一遇的風(fēng)、流和冰載荷聯(lián)合作用的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核；其中冰載荷按照所處水位作用在導(dǎo)管架主腿和隔水套管上，相應(yīng)的冰載荷計(jì)算詳見(jiàn)渤海海域鋼質(zhì)固定平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定，同樣按照一年期的天文潮細(xì)分為操作高水位和操作低水位，共計(jì)16種校核工況。

③極端工況校核：該工況為平臺(tái)在百年一遇的極端氣候條件下已停止作業(yè)，按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求部分作業(yè)載荷減半的情況，平臺(tái)同時(shí)承受來(lái)自8個(gè)主方向的百年一遇的風(fēng)、波和流載荷聯(lián)合作用下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核；同時(shí)，按照百年期的極端天文潮細(xì)分為極端高水位和極端低水位，共計(jì)16種校核工況。

④極端冰工況校核：該工況為平臺(tái)在百年一遇的極端氣候條件下已停止作業(yè)，按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求部分，作業(yè)載荷減半的情況下，承受來(lái)自8個(gè)主方向的一年一遇的風(fēng)、流和冰載荷聯(lián)合作用的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核；其中冰載荷按照所處水位作用在導(dǎo)管架主腿和隔水套管上，相應(yīng)的冰載荷計(jì)算詳見(jiàn)渤海海域鋼質(zhì)固定平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定；同時(shí)，按照百年期的極端天文潮細(xì)分為極端高水位和極端低水位，共計(jì)16種校核工況。

⑤極端輕載工況校核：此工況是考慮百年極端氣候條件下平臺(tái)是否有發(fā)生極端傾覆的風(fēng)險(xiǎn)，考慮將上部組塊的所有設(shè)備設(shè)施撤離，只保留上部組塊和導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)自身存在的情況下，觀察平臺(tái)的樁基能否承受極端載荷的影響和是否會(huì)發(fā)生傾覆。該工況為平臺(tái)在百年一遇的極端氣候條件下已停止作業(yè)，按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求減掉所有作業(yè)載荷的情況下承受來(lái)自8個(gè)主方向的百年一遇的風(fēng)、波浪和流載荷聯(lián)合作用的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核；同時(shí)，按照百年期的極端天文潮細(xì)分為極端高水位和極端低水位，共計(jì)16種校核工況。

⑥冰輕載工況校核：此工況是考慮百年極端冰厚條件下平臺(tái)是否有發(fā)生極端傾覆的風(fēng)險(xiǎn)，考慮將上部組塊上的所有設(shè)備設(shè)施撤離，只保留上部組塊和導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)自身存在的情況下，觀察平臺(tái)的樁基能否承受極端冰情的影響和是否會(huì)發(fā)生傾覆。該工況為平臺(tái)在百年一遇的極端氣候條件下已停止作業(yè)，按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求，減掉所有作業(yè)載荷的情況下，承受來(lái)自8個(gè)主方向的百年一遇的風(fēng)、流和冰載荷聯(lián)合作用的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核；同時(shí)，按照百年期的極端天文潮細(xì)分為極端高水位和極端低水位，共計(jì)16種校核工況。

3.2 渤海導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)地震分析

渤海導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)地震分析為平臺(tái)在位分析重要的一部分，用來(lái)校核其在地震力作用下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度?？沟卣鹪O(shè)計(jì)一般遵循“小震不壞、中震可修、大震不倒”的原則，國(guó)內(nèi)地震分析通常采取響應(yīng)譜法進(jìn)行設(shè)計(jì)，用有效地面加速度可以建立一個(gè)量化的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)譜；至少要進(jìn)行強(qiáng)度水平和韌性水平2種情況下的結(jié)構(gòu)校核，其中強(qiáng)度水平加速度一般取200年一遇的地震加速度，韌性水平加速度一般取1 000年一遇的地震加速度。由于渤海海域3類地區(qū)的地震加速度過(guò)大，所以常規(guī)的響應(yīng)譜法韌性水平下結(jié)構(gòu)很難滿足規(guī)范要求，此時(shí)可采用響應(yīng)譜法和靜力彈塑性法結(jié)合進(jìn)行地震韌性分析。

3.3 渤海導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)疲勞分析

渤海導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)疲勞分析主要依據(jù)API RP 2A-WSD規(guī)范，對(duì)于結(jié)構(gòu)管節(jié)點(diǎn)的疲勞分析，該規(guī)范提供了一種簡(jiǎn)化疲勞方法［5］。

4 平臺(tái)結(jié)構(gòu)應(yīng)對(duì)措施

依據(jù)安全評(píng)估規(guī)范要求，首先，對(duì)渤海導(dǎo)管架平臺(tái)進(jìn)行平臺(tái)整體檢測(cè)并將檢測(cè)數(shù)據(jù)形成報(bào)告文件；其次，將檢測(cè)報(bào)告中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、篩選，從而將部分結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)參數(shù)在SACS計(jì)算中更新，并按照相關(guān)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和安全系數(shù)等基于原始設(shè)計(jì)采用的規(guī)格書(shū)對(duì)其重新進(jìn)行計(jì)算分析；最后，根據(jù)對(duì)應(yīng)的靜力、地震和疲勞分析結(jié)果對(duì)平臺(tái)采取不同的應(yīng)對(duì)處理措施。

①在設(shè)計(jì)水平評(píng)估下，目標(biāo)導(dǎo)管架主結(jié)構(gòu)、管節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度均滿足要求，無(wú)需任何處理即可繼續(xù)使用。

②在設(shè)計(jì)水平評(píng)估下，目標(biāo)導(dǎo)管架主結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不滿足要求，只能采取報(bào)廢處理措施。

③對(duì)于在設(shè)計(jì)水平評(píng)估下，目標(biāo)導(dǎo)管架僅地震韌性水平下主結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不滿足要求，此時(shí)可以采取極限評(píng)估方法，若極限評(píng)估下主結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求，則平臺(tái)可以繼續(xù)使用。

④對(duì)于在設(shè)計(jì)水平評(píng)估下，目標(biāo)導(dǎo)管架主結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求，但管節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度不滿足要求的，此時(shí)仍可進(jìn)行不帶此管節(jié)點(diǎn)弦桿的設(shè)計(jì)水平評(píng)估；若此時(shí)主結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度仍滿足要求，那么平臺(tái)只需進(jìn)行局部加強(qiáng)處理即可。具體實(shí)施方法為先切掉此管節(jié)點(diǎn)弦桿對(duì)應(yīng)段，然后換上加厚的管段重新焊接，使之滿足管節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度要求。