海洋结构物拖拉装船用钢绞线敷设方法研究

杨风艳，吕 超，单吉华，樊祥滨，李国伟

(海洋石油工程(青岛)有限公司，山东 青岛 266520)

随着油气资源开发逐步向深水化、深海领域进军，需要建造大型的海洋石油平台和导管架并配备相应的油气处理设施用以油气开采和处理，以便于适应复杂的海洋环境。万吨级大型结构物拖拉装船作业是海洋工程项目运行过程中最重要的关键环节之一，关系到海上安装工作能否赶上适合的气候窗，其能否顺利实施的关键因素是拖拉作业钢绞线的敷设效率。

目前，该项工作的实施在国内外都是依靠增加人力手拉肩扛来完成，人力劳动强度大、施工效率低、人力分布密集，容易引发人身伤害事故，尤其随着项目单体从几百吨、几千吨到现在的几万吨，其施工故障的提升更是整个行业面临的施工技术难题。

针对该问题，本文创造性地使用滑轮组配合卷扬机作为机械敷设钢绞线稳定的动力来源，数个单柄滑轮分别设置在DEADMEN和PULLING LUG上，通过缠绕在卷扬机滚筒、滑轮组及单柄滑轮上两端插编连接的钢丝绳形成传输回路。不再需要人力拖拉钢绞线，节约大量人力，提高施工效率；操作简单，灵活多样，能够完成多种分布形式的钢绞线敷设，实现多根钢绞线同时传输；利用场地现有资源制造多种实用装置，方便快捷，一次性解决了以后所有项目的钢绞线敷设问题。

1 钢绞线敷设系统特点

1.1 机械替代人力完成钢绞线敷设

采用人力拖拉钢绞线，劳动强度大、施工效率低、人力分布密集，延长项目工期。使用钢绞线敷设系统，不再需要短时间内投入太多人力，每根钢绞线需要1～3人便可完成敷设，所用钢绞线使用机械拖拉，人力劳动强度降低，施工效率提高，人力分布合理，缩短项目工期。

1.2 实现多根钢绞线同时传输

人力拖拉钢绞线时，每隔约1 m的距离站一人，慢慢向前拖拽，需要几十人站成1列用双手将钢绞线从初始位置处拖拽至预定位置，一次只能拖拽1根钢绞线，不仅传输效率较低，耗费大量的人力、物力，而且，当项目工期紧张时，需要白天黑夜连续地在码头前沿或建造场地作业，增加作业风险。使用钢绞线敷设系统，能够在钢绞线传输回路上同时接入3～5根钢绞线，实现多根钢绞线同时传输。

1.3 完成任何分布方式的钢绞线敷设

不同的项目，钢绞线分布方式各不相同，主要分布方式包括：所有钢绞线分布在同一个水平面内和所有的钢绞线分布在两个不同的水平面内2种情况。根据钢绞线分布方式不同，钢绞线敷设时的传输回路分为纵向传输回路和横向传输回路，当钢绞线分层时，采用纵向传输回路；当钢绞线在同一个水平面内时，采用横向传输回路。

1.4 完全释放钢绞线运输时的弯曲扭力

钢绞线采用成盘的方法运输，运输时钢绞线成盘旋状态。而在使用时需要钢绞线成直线状态，人力拖拉敷设钢绞线时，由于手握钢绞线，不同人的力量大小不同，行走速度不同，不能完全破解钢绞线的弯曲扭力。钢绞线敷设系统采用在物件传输快速锁紧装置与单向自锁装置之间连接一个可以旋转的转环，在钢绞线传输的过程中，钢绞自身的弯曲扭力迫使转环旋转，从而释放出自身的弯曲扭力。

1.5 快速完成钢绞线与传输回路的连接和分离

自主设计了物件传输快速锁紧装置和单向自锁装置来完成钢绞线和传输回路的快速连接和拆除，自动锁紧、拆卸方便、轻巧好用、使用简单、安全可靠，并可以反复使用，避免铆接或是绑扎等作业，节省人工时，耐磨能力强，使用过程中几乎没有磨损，保证整个系统高效安全运行。

2 钢绞线敷设系统原理

2.1 钢绞线传输回路

拖拉大型结构物所用的钢绞线，分布形式包括同一水平面内单层分布方式和不同水平面内双层分布方式。钢绞线敷设系统可完成各种分布形式的钢绞线敷设工作，且操作简单，灵活多样。传输回路是整个敷设系统的核心，是钢绞线传输时行走的“路”，既能实现同一水平面内钢绞线的传输，又能实现不同水平面内钢绞线的传输。

使用纵向传输回路传输下层钢绞线时，使卷扬机正转，从而传输回路下面的钢丝绳向终点走，上面的钢丝绳向起点走，形成回路把下层钢绞线传输到位。当下层的钢绞线传输完成后，通过反转卷扬机，传输回路上面的钢丝绳向终点走，下面的钢丝绳向起点走，形成回路把上层的钢绞线传输到位。

使用横向传输回路传输右侧钢绞线时，使卷扬机正转，从而传输回路右侧的钢丝绳向终点走，左侧的钢丝绳向起点走，形成回路把右侧钢绞线传输到位。当右侧的钢绞线传输完成后，通过反转卷扬机，传输回路左侧的钢丝绳向终点走，右侧的钢丝绳向起点走，形成回路把左侧的钢绞线传输到位。

2.2 单柄滑轮固定点布置原则

单柄滑轮需要连接到具有足够强度的固定点上，固定点可以是现场已有的结构物也可以设计新的结构物，但是单柄滑轮的安装方向和位置必须能够形成纵向和横向传输回路。传输回路由1根钢丝绳两头插编连接形成闭合回路，钢丝绳依次绕过卷扬机滚筒、滑轮组和单柄滑轮。整个传输回路安装并调试完成后方可用来拖拉钢绞线。

2.3 卷扬机稳定动力输出

在卷扬机前连接1个滑轮组，形成传输回路的钢丝绳多次缠绕在卷扬机滚筒和滑轮组之间，增大钢丝绳与滚筒之间的摩擦力，钢丝绳和滚筒之间不会产生相对滑动，增大卷扬机输出的动力，卷扬机的动力能最大程度的传输出去。将卷扬机的正反转功能、连续转动功能应用到敷设系统中，使卷扬机的动力稳定、持续的输送到敷设系统。通过卷扬的正反转来实现的钢绞线同一水平层和分层传输。当卷扬机开动之后，每股钢丝绳都在自己的轨道上有条不紊的运行，相互之间没有干扰，动力输出安全稳定。卷烟机稳定的动力输出连接详见图1。

图1 卷扬机稳定的动力输出连接示意图

2.4 物件传输快速锁紧技术

2.4.1 物件传输快速锁紧装置

物件传输快速锁紧装置是适用钢绞线传输回路拖拽的工具，可以克服传统工艺的诸多不足，实现卷扬机钢丝绳与被拖拽物的快速连接和拆除，实现钢绞线的机械拖拉，实现连续作业，减少施工人力。适用钢丝绳与拖拽物的快速连接和解除，实现机械作业，节省人力；能够避免铆接或是绑扎等作业，节省时间；适用钢丝绳与拖拽物的快速连接和解除，降低拖拉成本，操作简便，节省拖拉时间。

2.4.2 物件传输快速锁紧装置构造

如图2所示，物件传输快速锁紧装置主要由半圆形凹槽、圆形挡板和月牙形构件3部分构成。半圆形凹槽内径略大于传输回路钢丝绳直径，能够轻松接入传输回路，且不易脱落。圆形挡板的轴销和半圆形凹槽焊接固定，提供月牙形构件旋转所需要的转轴。月牙形构件下面重、上面轻、重心偏下，当物件传输快速锁紧装置卡入传输回路时，月牙形构件借助自重力自动下垂，上半部分和钢绞线卡住，不易脱落。当整个装置和传输回路连接后，钢绞线对月牙形构件产生反方向的拉力，整个装置将和传输回路牢牢的抱死，实现将钢绞线快速接入传输回路的目的。月牙形构件上半部分开有小凹槽，用来增大摩擦力，整个装置在使用时不会和钢绞线之间产生相对滑动。

图2 物件传输快速锁紧装置构造示意图

2.5 钢绞线敷设

使用自制装置将钢绞线快速连接到传输回路后，随着传输回路不断循环运动，被拖拉的钢绞线将缓缓向前；由于PULLING LUG和DEADMEN之间有数百米距离，传输回路中间大部分区域和已经敷设好的脚手架踏板接触，自制装置随着钢绞线传输回路慢慢向前移动时，为避免自制装置和脚手架踏板之间过大的摩擦力以及可能发生的两者卡住影响传输稳定运行的情况发生，在传输快速锁紧装置上栓一根绳子，由1～3人力轻轻向上提完成钢绞线的敷设。

3 结束语

本文对钢绞线敷设系统原理、卷扬机稳定动力输出、物件传输性锁紧及钢绞线敷设技术进行了详细的阐述。万吨级海洋结构物拖拉装船施工工艺，已广泛的应用到荔湾3-1导管架、荔湾3-1组块、陆丰7-2组块、渤中35-2组块、垦利3-2组块、惠州25-8导管等项目中，不仅便于提前做好施工计划、设备和材料的准备，而且在保证安全和质量的同时，缩短了钢绞线敷设时间，极大地减少了人力投入，缩短了装船工期，减少了驳船待泊时间，降低了施工成本，经济效益及社会效益显著。