测量技术在钢制导管架尺寸控制中的应用

纪延涛

（中石化胜利油建工程有限公司，山东东营 257000）

测量技术在钢制导管架尺寸控制中的应用

纪延涛

（中石化胜利油建工程有限公司，山东东营 257000）

结合钢制导管架建造的特点，重点总结和介绍了海洋钢制平台导管架建造阶段所使用的测量技术及其精度控制中应该注意的事项，以期达到相互学习和交流的目的。

导管架；建造；测量技术；尺寸控制；应用

0 引言

本文介绍的钢制导管架是指能够实现海上钻井、采油、集输、作业、生活等不同功能的钢结构桩基式固定平台的下部基础，是目前我国浅海区域固定石油平台所采用的最普遍的结构形式。在营运检验过程中，经常会发现海上已投产的老旧平台或个别新建平台部分结构存在着安装缺陷，如导管架水平超标、过渡段连接部位错口、平台高程超标、平台方位偏差超标等情况，这些问题都与建造时的安装精度有关。其出现的原因可能与当时的项目要求和施工机具有直接的关系，但建造阶段的测量方法和安装精度控制水平则是问题发生的主要因素。

回顾导管架建造安装的发展过程可以看出，测量方法和安装精度控制是导管架建造期间质量控制的关键环节。目前随着测量机具的日益先进，测量技术水平的不断提高，施工的效率和精度控制在不断增强。本文结合规范要求和现场实际经验，对导管架建造过程中在不同时期和环境中所采用到的不同测量方法及所用测量机具进行总结，以期通过介绍达到相互学习和交流的目的。测量方法无所谓好坏和先进，对于不同的施工环境和条件会各有所长，总结和介绍施工过程中的安装精度控制问题，对现场施工和检验具有参考意义。

1 测量分类

导管架建造用到的测量方法多种多样，总结起来可分为相对测量法和绝对测量法。

相对测量法通常是设定一个基准点，通过另一点的测量测出两点之间的相对数据以获得距离、角度、高程等相关的测量信息，再与理论值进行比较，判断误差是否符合要求的测量方法。如用钢卷尺或仪器进行主立柱之间距离、对角线差值的测量；利用线坠或仪器进行主导管倾斜角度的测量；单片预制时利用仪器对各点间距离和水平的测量；用钢卷尺或仪器对主导管、钢桩椭圆度、直线度的测量等，均属于相对测量法。早期由于建设设备的限制，导管架建造规模较小，尺寸测量主要依靠原始的非仪器的土办法进行测量，如：钢卷尺法、连通管法、三点一线法、吊线法等，用到的主要工具通常有钢卷尺、水平尺、水平管、线坠等，工具较为简陋。这些方法虽然适用精度要求不高，但对于空间狭小仪器难以架设、规模尺寸较小的构件仍然有着不可替代的作业。在大型导管架建造过程中，即使使用先进的测量仪器，但在可行的方便的前提下，仍优先使用相对测量法，如在单片预制时就用全站仪进行相对测量法获取数据，此时不需要在周围建立坐标控制网站，以棱镜作为反射点进行测量，现场只用单个、独立的全站仪就能测出所有想要的直观的数据。

绝对测量法是一种全新的测量理念，数据以坐标点的形式出现，各个测量点的数据之间无关联，每次测量到的实际数据只需与该点理论数据比较，从而判断误差是否满足要求的测量方法。由于要求高，实施前需要进行大量的前期准备工作和投入较大的精力，该法通常主要用于大型导管架的总装测量。测量要求：1）需结合批准可行的安装方案和批准的导管架设计图纸尺寸在电脑中事先模拟出导管架所有检测点的理论坐标；2）需提前在周围建立足够数量的坐标控制网站；3）测量仪器需具有 GPS等全球定位系统及能够准确获取各点坐标的功能。使用绝对测量法的构件，通常构件繁多，测量人员难以到达，不能架设棱镜，而只能通过红外线瞄准仪进行测量事先做好的标记。如我国第一个深水项目——荔湾3-1中心平台的导管架在总装期间主要使用该法，使复杂纷繁的构件测量难点工作变得简单易行。

相对测量法和绝对测量法无好坏之分，只是是否更适合而已。现阶段随着科技水平的提高，先进的测量仪器日新月异，随着导管架的设计规模和建造水平的增强，导管架的原始测量方法也被先进的仪器测量方法所取代。但即便是最先进的仪器，由于环境条件地不同，使用时也具有局限性，尤其在特殊的测量环境条件下，各方法之间具有互补性。

2 常用技术

不论相对测量法和绝对测量法，但现场具体使用到测量技术主要有以下几种：

2.1 连通管法

利用连通管原理，是在没有仪器或仪器难以架设的条件下所使用的一种测量水平的方法。该方法所用到的工具主要有：胶皮水管，线锤，钢卷尺等。施工时，将胶皮水管一端设置井口平台采油树一侧（做好标记），另一端作为活动端在在桩管或过渡段上移动，找到同一高度位置处做好标记（一般每个桩管或过渡段上至少取2个点）。施工时，通过图纸的要求与标记的偏差即判断出高程的变化，作到实时校正，从而达到水平测量的目的。此法古老而经典，至今仍常被工人采用，尤其在周围视觉障碍多的条件下，是普通甚至精密仪器无法取代的。但陆地导管架总装现场应用较少。

2.2 三点一线法

依据三点一线的原理，是进行测量水平度、直线度的一种方法。此法所用设备简单，容易操作，适用于缺少仪器或仪器难以架设，以及穿越长度短、精度要求低的情况。此方法所用到的工具主要有：胶皮水管、铁尺、中心尺、水平尺、线锥等。施工时，通过连通管确定外部基准面，利用基准面确定测量点进行第三点测量的方法。施工时，靠观测第三点与标记的偏差即可判断出高程或直线度的变化，作到实时校正。此法在现场仍然常用，主要用于细节尺寸和机器难以观测的部位。不能同时测量所有数据。

2.3 水平仪/经纬仪测量法

设定基准点，利用水平仪/经纬仪，进行定点定位测量，此方法简单、快捷、准确，提高测量效率，在施工中广泛运用。水平仪/经纬仪测量法要求水平仪/经纬仪位置摆放合理、固定，不得与现场施工设备及施工作业冲突，同时，摆放位置避免振动。测量时，通过靠观测两点的偏差即可判断出水平和垂直度的变化。该法目前仍然广泛使用。但要测量导管架所用尺寸，还需其他方法的补充。

2.4 激光测量法

激光位移传感器利用激光发射器通过镜头将可见红色激光射向被测物体表面，经物体反射的激光通过接收器镜头，被内部的CCD线性相机接收，根据不同的距离，CCD线性相机可以在不同的角度下“看见”这个光点。根据这个角度及已知的激光和相机之间的距离，数字信号处理器就能计算出传感器和被测物体之间的距离（原理图如示）。同时，光束在接收元件的位置通过模拟和数字电路处理，并通过微处理器分析，计算出相应的输出值，并在用户设定的模拟量窗口内，按比例输出标准数据信号。如果使用开关量输出，则在设定的窗口内导通，窗口之外截止。另外，模拟量与开关量输出可独立设置检测窗口。

激光测量法是近几十年发展起来的一门新技术，激光测量是将激光器与水准仪或经纬仪安装在望远镜上的一种测量方法。测量时，在工作台上安装好激光发射器，按照导管架的位置和方向调整发射器，同时在导管架上装有刻度的靶，测量时观测靶的位置与设计位置是否一致，如激光点直射靶心，说明高程符合要求。否则，存在较大偏差，需进行调正。此法在中海油青岛海工场地导管架建造过程中和曾建造的“海洋石油921、922、923、924”钻井船上大量使用，主要用在桩腿、齿轮箱以及导管架等关键构件的制作和总装控制，效果良好。

2.5 全站仪测量法

此法精度高，功能强大，可同时获得坐标、距离、角度及方位等信息，是目前最常使用、甚至在一些项目上无法替代的测量方法。由于全站仪的GPS功能，大大提升了海工的建造能力，从而使复杂的结构安装变得简单容易，尤其当前我国海工项目在由浅海走向深海的过程中，对于数量繁多的导管架杆件，如仍然采用以往的老办法活水平仪和经纬仪进行测量，可能建造过程难以进行甚至不能进行。以往的测量方法归结起来可统称为相对测量法，即所有的测量数据均为直观的数据，如距离、高度、斜度等。而使用全站仪测量法后除能够实现以上测量方法，而且出现了新的测量方法，由于GPS功能的存在，测量不再按传统的方法，而是通过建模和在现场建立坐标控制网，通过现场坐标点的控制和偏差测量，实现对各杆件之间距离、对角线、倾斜度等测量，甚至通过对实际数据的采集和输入，实现对各点数据的实时获取。是目前干深水项目导管架建造中最有效的、甚至不可替代的测量方法。

3 精度控制

导管架建造时期，安装精度控制主要发生在两个阶段，即陆地预制阶段和海上就位阶段[1]。

陆地预制阶段的精度控制点主要有：

1）总体尺寸控制，如主导管的倾斜度、上下水平面的平面尺寸、各水平面之间尤其防沉板所在平面的标高控制，等。

2）附件尺寸控制，如靠船件、泵护管、管卡子、电缆护管等附件的安装方位控制，靠船件的标高控制，等。

3）单个构件的尺寸控制，如裙桩的安装位置，导管的椭圆度、直线度，高空杆件的尺寸控制，等。

海上就位阶段的精度控制点主要有[2]：1）平台与导管架之间的吻合控制；2）导管架海上就位时的水平度控制；3）平台间的高程控制；4）平台间的方位控制。

4 注意事项

建造期间，做好测量的精度控制应注意如下方面：

1）学会选择合适的测量设备，所有仪器的校准应在有效期内。

2）制定合理及细致的测量方案，做好测量前期准备工作，如杆件标识工作、仪器标定工作、控制网站点的埋设和校核工作等。

3）在使用全站仪测量过程中，需注意：

（1）仪器架设在控制网站点上使用前，应可以测量目标点的所有三维坐标，并事先通过与理论坐标比较确定所有点的三维偏差。

（2）主要的测量点要用洋冲打在导管及拉筋的表面并贴上标签，并计算这些点在控制网中的理论坐标。

（3）在十字花片的预制中，主要的测量点要用洋冲打点并贴上测量标签，利用全站仪等仪器测量这些点的实际坐标，通过与理论尺寸的比较，得到拉筋的偏差。测量需在焊前和焊后进行。

（4）对于登船平台、靠船件、立管卡子、套筒、浮筒及消防用水泵护管等附件的位置，测量人员通过三维坐标控制网测量预先制定在这些附件上的控制点从而得到三维偏差。

5 结束语

测量技术的选择和精度控制的高低是反映导管架建造水平的重要指标，安装精度控制的好坏不但决定工程的质量和效益，同时决定了工程的安全性、可操作性。本文重点介绍的各种测量技术，涵盖了当前导管架施工过程中的所有方法，尤其是利用坐标定位方法的绝对测量技术是当前较为新颖的测量方法，对于施工大型导管架及其他大型构件或复杂构件的施工和精度控制起着关键的、甚至不可替代的作用。目的是让大家对测量技术全面了解，以便在不同的施工条件和环境下选用合理的测量方法和仪器，为更好的服务于现场起到参考作用。

[1] 海上固定平台规划设计和建造推荐做法[S]. 2007.

[2] 纪延涛, 李军. 滩海固定平台钢结构安装质量及精度控制[J]. 中国海洋平台, 2005(2): 45, 46.

Application of Measurement Technology for Size Control in Steel Jacket

Ji Yan-tao

(Sinopec Petroleum Engineering & Construction Shengli Corporation Co., Ltd., Shandong Dongying 257000, China)

Combined with the characteristics of steel jacket construction, this paper mainly summarizes and introduces the matters which should be paid attention to for measurement technology and precision control in the stage of offshore steel jacket platforms construction, in order to achieve the purpose of mutual learning and exchange.

jacket; construction; measurement technology; size control; application

U663.7

A

1005-7560 (2014) 06-0017-03

纪延涛（1971-），男，高级工程师，长期从事油田地面工程、海洋工程及长输管道工程建设工作。