整体立管栈桥式安装方法

高庆有，孙玉柱，樊鹤，宋艳磊，刘雷坤(海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

0 引言

本文以尼日利亚地区某项目为例，此项目在大西洋的近岸段存在1个260 m的栈桥，栈桥的最深为9 m，需要在栈桥最深处安装6套610 mm(24 吋)和2套1220 mm(48吋)整体立管，最大立管为1 220 mm，总重量为115.7 t，总长85.3 m，分为6节，立管位置距离波浪破碎区只有约150 m，所以立管位置受到大西洋涌浪和回头涌浪的影响非常大。此工作具有立管重量大、精度要求高、水深浅、回头涌浪大、多节安装等特点，曾经尝试过使用锚系船舷侧安装法但是发现船舶受涌浪影响大，安装效率非常低，最终放弃。面对如上的特点，发明一种栈桥安装法。

1 工艺简介

栈桥式整体立管安装方法，是从岸边到立管安装区域修建一个栈桥，栈桥是由支撑桩，水平横梁和纵向横梁组成，栈桥面积覆盖了平管起升和立管吊装的区域，栈桥提供一个稳定的施工平台，然后将需要的设备如履带吊，舷吊，绞车，施工平台等工具运到栈桥上，以栈桥为基础进行设备布置，在栈桥上进行立管的预制接长，以舷吊和吊机提供多点起升海管平管出水面，在栈桥边缘进行立管的组对，焊接和下放，最终完成整体立管的安装。

24吋栈桥立管安装法：由于610 mm(24吋)海管重量小，单根12 m重6.9 t，在水中的净浮力为1.8 T，根据建模计算分析，确定只需要1个吊点就可以平管起升，起升张力为21 t，立管采用1台吊机吊装，确定仅需要2台履带吊即可完成。

48吋栈桥立管安装法：由于1 220 mm(48吋)海管重量大，单根12 m重27 t，在水中的净浮力为7 t，根据建模计算分析，需要2个吊点完成平管起升，最大起升张力为96 t，由于张力较大无法使用履带吊完成，所以需要额外制造2台舷吊，再配合履带吊起吊立管进行对接.

2 施工流程

2.1 施工准备

安装设计：根据施工方案，完成安装设计，包含如下内容：(1)栈桥设计：包含布置设计，桩基设计，横/纵梁设计，强度设计等；(2)平管起吊分析；(3)立管起吊分析；(4)整体立管下放分析；(5)舷吊设计；(6)工作平台设计；(7)吊点卡子设计；(8)安装方案；(9)安装流程图；(10)工机具图纸等。

工机具准备：根据安装设计，确定所需要施工材料，机具和人员。施工材料选取尽量选取当地方便采办的材料，成本低和准备时间短，在尼日利亚物资匮乏仅能找到低规格的材料，所以设计时就需要带料设计，对于强度要求高的地方需要特别加强处理；施工机具选取当地能顺利找到的机具，如项目需要的2台履带吊机，当地仅能找到150 t和100 t的履带吊，且受到配重，钢丝，安全系数的影响，实际吊装能力只能达到规格的50%；2台舷吊的准备，由于96 t要求较大，寻找96 t绞车难度大，所以设计成采用15 t的绞车配备5柄定滑轮和动滑轮组的形式，将15 t能力放大到150 t，这样150 t满足96 t的要求且存在1.56的安全系数。施工人员要根据工作内容选配，如：焊工、检验工、防腐工、起重工、起重指挥、电工、绞车操作工等。如在施工准备发现实际情况和不能满足设计需要，要尽快反馈设计方调整设计。

2.2 栈桥安装

根据整体立管安装区域，设计栈桥的布置，根据舷吊起重，履带吊规格和起吊要求，对栈桥的强度和面积进行设计，最终确定栈桥的布置，面板强度，桩基强度等。

栈桥设计原则：(1)栈桥方向沿海管路由，栈桥外沿距离海管约1～1.5 m；(2)栈桥长度要覆盖起升平管舷吊布置；(3)栈桥宽度满足舷吊和履带吊的宽度；(4)强度满足舷吊和履带吊自重和吊装要求。

2.3 舷吊设计

根据起升吨位采用15 t绞车和5柄150 t定/动滑轮组装成1套具有150 t起重能力的舷吊，由于当地无法提供强度高的起重框架梁，在栈桥外侧额外设计了2个支撑桩支撑舷吊平台，这样结构受力状态达到最佳，但是额外增加2个支撑桩，在完成第一组立管组对后，需要移动2个舷吊至新位置再次起吊，并在新的位置增加支撑桩[1]。

2.4 立管安装

所有设备和准备工作完成后，进行整体立管的安装工作，整体立管安装过程分为5大流程：(1)平管的舷吊起升；(2)立管尺寸测量；(3)立管预制；(4)立管吊装对接；(5)立管下放；

由于整体立管较长，长度85.3 m重量达115.7 t，吊机能力不足无法一次性吊装连接，所以分为了2组安装，第1组3节36 m，第2组3节49.3 m。

2.4.1 第一组3节点36 m立管安装

但受到吊机吊重的限制，为继续降低吊机负载，将第一组3节36 m分为2段，第1段为24 m，并将其中一段12 m管的120 mm水泥配重消减用发泡进行替换，将原27 t重量降低至12 t ，所以第1段24 m管重量为39 t，采用150 t吊机吊装；第2段为12 m水泥涂层配重管，重量为27 t，采用100 t吊机吊装。由于1 220 mm管的水中浮力较大，在消减水泥涂层时要进行详细计算，并确定实际海管水泥配重的密度，防止消减过量造成海管在水中的浮力大于重力产生漂浮；

(1)平管起升：根据起升位置布置舷吊，由潜水员将绑扎锁具将舷吊和海管相连接，然后根据起升步骤，2台舷吊交替起升，缓慢将海管起升至设计高度，后续准备切割封头和组对；

(2)施工准备：海管起升至设计高度后，在对接位置底部安装施工平台，并进行海管固定，和防挤横梁的安装工作，然后施工人员前往施工平台切割封头，打磨坡口准备组对焊接；

(3)第1段组对：150 t吊机起吊第一段24 m 39 t海管(1根水泥配重管和1根减重泡沫管)，起吊至施工平台处进行焊接，检验，防腐和发泡；

(4)第2段组对：在第1段24 m管焊接完毕后，稍微调整整体管端的高度，在第1段管端处搭建第2处施工平台，然后由100 t吊机吊装第2段12 m 27 t管，至第2处施工平台处，进行焊接，检验，防腐和发泡；

(5)下放：在2台舷吊和2台吊机的共同协作下，根据计算分析结果缓慢将海管下放至海底。

2.4.2 第二组3节点49.3 m立管安装

第一组36 m下放至海底后，潜水员拆除海管上的吊点，将舷吊移动到新的起升位置，潜水员对最终的L型立管尺寸进行测量，采用多点测量法精准测量，最终得到精确的尺寸，根据尺寸对L型立管进行预制[2]。

为继续降低吊机负载，第二组立管分为2段，第一段为12 m的水泥配重管27 t，采用100 t吊机吊装；第二段由1节减重发泡管12 m，由原来的27 t重减重到12 t，L型立管25.3 m共19.5 t，第二段总长为37.3 m重量为31.5 t，采用150 t 吊机吊装。

(1)平管起升：根据起升位置布置舷吊，并在新的位置安装新的支撑桩，由潜水员将绑扎锁具将舷吊和海管相连接，然后根据起升步骤，2台舷吊交替起升，缓慢将海管起升至设计高度，后续准备切割封板；

(2)施工准备：海管起升至设计高度后，在对接位置底部安装施工平台，并进行海管固定，和防挤横梁的安装工作，然后施工人员前往施工平台切割封板，打磨坡口准备组对焊接；

(3)第1段组对：100 t吊机起吊第一段12 m 27 t水泥配重海管，起吊至施工平台处进行焊接，检验，防腐和发泡；

(4)第2段组对：在第1段12 m管焊接完毕后，稍微调整整体管端的高度，在第1段管端处搭建第2处施工平台，然后由150 t吊机吊装第2段37.3 m管(12 m发泡管+25.3 m型立管)重31.5 t，至第2处施工平台处，进行焊接，检验，防腐和发泡；

(5)下放：在2台舷吊和2台吊机的共同协作下，根据计算分析结果缓慢将整体立管下放至悬挂卡子内，关闭悬挂卡子完成立管安装。

3 结语

本技术的成功的应用，是对常规锚系船整体立管安装工艺的有效补充，1 220 mm(48吋)大管径的整体立管在近岸端进行安装，在海洋工程史上都属于首次，具有重量大、尺寸长、精度高等难点，常规的锚系船法受到恶劣海况和回头涌的双重影响，如果要完成此工作将要付出较长的工期和高额成本。而此栈桥法整体立管安装工艺恰是满足此项目的背景环境，是具有项目特点的，虽然不能作为大规模的推广，但是新技术新工艺对传统工艺的补充是非常必要的。