半潜式生产平台下浮体建造脚手架施工方案分析

余明淦，刘立范，姚大伟，王永召，张玮佳

(海洋石油工程(青岛)有限公司，山东 青岛 266520)

目前，深水领域的油气田开发已经成为海洋资源开发的重点，半潜式生产平台由于其稳性好、甲板面积大等优点，在我国海上油气田开发中的应用日益广泛。半潜式生产平台的设计、建造，经过多年不断地汲取国内外先进的设计理念、优秀的施工工艺及管理经验而得到了长足的发展。但是，半潜式生产平台的建造所需的脚手架施工工艺，相对于平台整体建造工艺的日趋成熟依然发展缓慢。当前国内尚未形成一套完整的、适用性强的海洋工程领域施工脚手架工艺标准。半潜式平台下浮体建造过程中，存在大量的脚手架受限空间作业及高空舷外作业，施工难度极大。

扣件式脚手架是当前海洋工程领域应用最为普遍的一种脚手架，其最基本的功能是为工程项目施工提供一定承载能力的平台及通道。详细完善的脚手架施工方案在保证建造过程中各环节脚手架施工适用性、安全性的同时，可最大限度地降低脚手架工作量、缩短作业时长，为其他专业施工的及时开展创造条件。本文从半潜式生产平台下浮体整体布局及其典型建造工艺出发，分析下浮体建造过程中脚手架施工需求及影响施工的关键因素，并通过工程实践，提出优化脚手架施工方案设计的方法。

1 下浮体整体布局

1.1 主体结构形式

目前，新建的半潜式生产平台下浮体的结构形式基本趋于标准化，一般采取环形浮箱、四立柱的设计，即立柱的底部通过环形浮箱连通[1]。浮箱截面采用矩形倒圆角，立柱截面采用方形倒圆角设计。环形浮箱有利于使得浮箱周围环境载荷一致，能为平台提供更好的整体强度，且能更好地平衡压载舱的分布。立柱的截面面积直接关系着平台的稳定性及排水量，新设计的平台为了追求更好的稳定性和更大的有效排水量，多采用方形立柱设计[1]。

1.2 舱室区划

标准化设计的下浮体从功能性角度出发被划分为若干舱室，主要为3类：压载舱、贮藏舱、空格舱。环形浮箱被划分为若干压载舱。贮藏舱布置在立柱内，4个立柱内设有凝析油舱，用于凝析油的存储，为防止腐蚀或外力撞击造成的漏油事故发生，凝析油舱外围设有隔离舱[2]。3个立柱中布置乙二醇舱，另一个立柱中布置溢流舱，分为两段舱室，通过管线使两段连通，实现二次沉降功能。另外，在立柱合适位置布置淡水舱与柴油舱。浮箱中的空格舱主要用于底部环形通道的布置，立柱空格舱中主要为机械舱及通道舱，布置机械设备、电梯及人行通道[2]。图1为半潜式生产平台下浮体部分主要舱室布置示意图。

图1 半潜式生产平台下浮体部分主要舱室布置示意图

1.3 外侧附件布置

下浮体环形浮箱的外侧或内侧一般布置有各类生产立管，包括油气混输生产立管、合格天然气外输立管、药剂立管等。立柱外侧大型的附件主要有锚机操作平台、立管保护架、立(护)管及其相应支撑筋板，剩余常见附件有橡胶护舷、拖耳、标识、逃生通道、立管关阀平台等。

2 下浮体建造工艺流程

半潜式生产平台下浮体建造工艺根据具体施工场地资源不同会有一定区别，但是典型的建造工艺流程如下。

1)分段预制。对板材、型材进行划线、切割，小组立和中组立之后在分段预制场地进行组对、焊接施工。部分需要焊接，安装位置容易固定，体积不大，不影响分段制造、翻身、运输及后续合龙[3]，不影响其他后续设备安装的设备和舾装件尽可能在此阶段安装。

2)分段涂装。分段预制完成后按相应的涂装工艺方案及涂层系统要求进行油漆施工。

3)分段总组。涂装作业完成后的分段进行总组，最终组对成若干搭载的总段[3]。部分跨分段、分段阶段不易安装的、影响分段制造翻身的等在分段阶段不能安装的舾装件，可在此阶段安装。

4)总段搭载。利用大型起重设备将总段按搭载顺序逐一吊装就位[3]。

5)舾装完善施工。总段搭载完成后各专业施工，包括铁舾装施工、管路施工、通风施工、轮机施工、电气施工等。

“⟸”:要证A为CSI-闭,只需证XA为CSI-开即可。首先由A为闭集,XA为开集;其次若F∈CIrr(X),F∩(XA)=Ø,即F⊆A,由已知,Fδ⊆A,于是Fδ∩(XA)=Ø,故XA为CSI-开。

3 下浮体建造脚手架施工

下浮体建造过程中，根据不同施工位置脚手架需求，可将搭设的脚手架分为3类：落地式脚手架、舱室内脚手架、高空悬挑脚手架。落地式脚手架即为围绕下浮体四周外侧搭设的落地脚手架；舱室内脚手架即为各舱室内舾装施工搭设的脚手架；高空悬挑脚手架即为立柱外侧一定高度以上、四周利用支撑结构搭设的悬挑脚手架。下文根据下浮体建造的工艺并结合具体的工程实践，介绍脚手架布置方案及注意事项。

3.1 落地式脚手架布置

下浮体总段搭载阶段时，浮箱总段之间一般设有垂直方向的环形合龙口；立柱总段之间设有水平方向的环形合龙口及竖向合龙口。所有合龙口处板材组对、焊接施工需要脚手架配合，外侧附件安装需要脚手架配合。立柱底部处脚手架搭设高度需进行限高，一般建议不超过24 m。落地式脚手架根据下浮体外侧附件不同，可布置两类脚手架来完成合龙口及附件安装施工，即双排脚手架及满堂脚手架。图2为下浮体建造典型落地式脚手架布置。

图2 下浮体建造典型落地式脚手架布置

落地双排脚手架主要用于外侧无大型附件安装位置，图3为浮箱位置落地双排脚手架示意图，落地双排脚手架搭设应注意下述事项。

图3 浮箱位置落地双排脚手架示意图

1)双排架内侧立杆与下浮体外板保留一定距离，保证立杆在高度方向上与下浮体永久结构不发生碰撞，因该位置处存在大量牺牲阳极，布置立杆时结合阳极尺寸确定，建议该距离为550 mm。

2)实际作业时按需铺板，铺板杆向内伸至与下浮体外板接触，满足可布置内挑脚手板的要求。

3)立杆在架体纵向布置时应避开探出下浮体外板较大尺寸附件，减少未来脚手架修改工作量。

落地满堂脚手架主要用于外侧有大型附件安装位置，如连续的管线密集布置处等，图4为立柱位置落地满堂脚手架示意图。落地满堂脚手架搭设应注意下述事项。

图4 立柱位置落地满堂脚手架示意图

1)该类满堂脚手架长度沿立柱侧面布置，实际搭设高、宽比值超过2时，需要布置类似于双排架的连墙件[4]。

3)搭设脚手架应提前考虑管线或其他大型附件的安装，避免铺板杆及斜撑杆与附件碰撞，确保附件安装时脚手架修改工作量最小化。

3.2 舱室内脚手架布置

下浮体环形浮箱及立柱中布置着各类舱室，舱室内各专业人员交叉施工，脚手架为满足各专业施工需求，存在大量的搭设、修改作业；同时舱室内脚手架施工属于受限空间作业，通风、照明等因素都会对施工造成影响。舱室内脚手架施工应注意下述事项。

1)脚手架施工人员需经过有效受限空间作业培训才可以进入舱室内施工；同时确认舱室内具备通风、低压照明、紧急救援方案及其他必要的安全措施。

2)脚手架材料倒运困难，搭设前应尽可能提前备料入舱，若舱室未封顶可将脚手架材料打包吊装入舱；考虑到舱室空间较小且后期材料倒运困难，建议舱内脚手架材料尽可能选择长度稍短的脚手杆及脚手板作业。

3)施工后期脚手架拆除时，脚手架材料一般只能通过人工倒运，脚手架材料需通过人孔或预留工艺孔出舱，故脚手架拆除时应结合工艺孔封堵计划提前制定详细的脚手架拆除计划，同时规划好各舱室内脚手架材料运输出舱路径。

舱室内脚手架布置应结合舱室具体尺寸及其内部附件布置，一般附件主要沿舱壁四周布置，除凝析油舱及通道舱的高度较高外，一般无大尺寸舱室。图5为舱室内脚手架典型布置图，搭设时应注意下述事项。

1)沿舱室内壁四周搭设双排脚手架，内侧立杆与舱壁保持一定间距，避免与附件碰撞，一般建议间距约550 mm。双排脚手架立杆布置时应注意避开舱室底板附件。

2)为了保持架体的稳定性，小横杆须伸至舱室内壁处；如图5(b)所示利用斜撑杆实现顶层的脚手板满铺，供舱室顶板生根附件的安装施工。

图5 舱室内脚手架典型布置图

3)凝析油舱等高大舱室内双排脚手架搭设高度超24 m时应进行专项设计，选择合适的立杆间距，步距满足设计要求。

3.3 高空悬挑脚手架布置

下浮体立柱进入搭载阶段后，立柱总段之间的合龙口多数位于高空，外侧的附件安装基本也都属于高空作业。由于外侧落地式脚手架搭设高度不宜超过50 m[4]，一般采用高空悬挑脚手架为上述施工提供作业平台。悬挑脚手架支撑基础可采取悬臂H型钢或三角支撑等形式，焊接固定至立柱外壁。考虑到下浮体建造完工后该部分支撑需切除及后续补漆施工，为尽可能减少切割、补漆工作量，建议在满足承载要求的前提下，优先考虑悬臂H型钢做脚手架支撑基础。

3.3.1 支撑基础设计

图6为高空悬挑脚手架基础结构示意图，H型钢一般布置在总段环形合龙口下约2 m位置。两层支撑基础间距由总段高度确定，存在竖向合龙口时，在优先搭载的总段一侧布置中间过渡基础层，用于竖向合龙口施工所需脚手架的搭设。如6(b)所示支撑型钢上焊接固定杆，用于固定钢质梯梁，梯梁与固定杆之间使用扣件连接。

图6 高空悬挑脚手架基础结构示意图

3.3.2 基础架体设计

总段间的合龙口、立柱外侧附件安装施工所需的脚手架作业平台，可基于已布置的支撑基础在梯梁上布置立杆或吊杆，而后在合适的高度选取作业平面。建议搭设成“上挑下吊”模式的悬挑架及悬吊架组合架体。图7为基础脚手架典型搭设示意图。

图7 基础脚手架典型搭设示意图

实际施工时，建议在总段预制完成后、涂装前完成支撑基础的安装，且根据外侧涂装施工需求搭设悬吊部分架体。涂装作业完成后悬吊架体可不拆除，直接随总段整体吊装，减少高空脚手架作业量。总段吊装就位后搭设悬挑部分脚手架直至与所属上一层支撑基础吊架连接。若立柱外侧局部无附件安装施工，该部分可不搭设脚手架。

3.3.3 适用性优化设计

按3.3.2要求搭设脚手架，基本可满足立柱总段的合龙口施工。立柱外侧小尺寸结构等少量附件可在预制阶段完成安装，剩余多数都是搭载完成后安装。提前搭设的架体若不考虑具体附件的位置、尺寸等信息，必然会导致提前搭设脚手架与附件存在碰撞，后期存在大量的脚手架高空修改作业。为降低上述工作量，必须结合相关附件安装信息对基础架体进行优化设计。

立柱外侧的各类贯穿管线是最影响脚手架搭设的附件，图8为管线安装悬挑脚手架搭设示意图，根据管线尺寸及与立柱外壁间距设计了3种类型的悬挑脚手架。图8(a)多层贯穿式为最常见管线施工用悬挑脚手架，适用于管线尺寸适中，距离立柱外壁距离适中，两列梯梁可在管线内外侧布置情形，穿管时直接拆除工作平面层铺设的脚手板即可。图8(b)单层贯穿式适用于管线离立柱外壁距离较远，两列梯梁只能都布置在管线内侧情形，将施工平台搭设为悬挑平台即可。图8(c)间断式适用于管线位置较高，因吊装能力受限，无法由上至下穿管作业，管线必须侧靠安装的情形，即提前将管线侧靠路径上的脚手架断开适当距离，断开位置先利用脚手架材料连接成整体，管线安装时便于拆除，管线就位后再将该部分连接架体恢复。

图8 管线安装悬挑脚手架搭设示意图

4 结束语

本文根据深水半潜式生产平台的整体布局及建造的工艺特点，并结合工程实践提供了几种适用于不同位置施工的脚手架，同时给出了各类脚手架施工的关键影响因素，为同类项目脚手架的设计、施工提供了一种可行的参考。深水半潜平台属于典型的高耸结构，脚手架施工主要难点除了受限空间作业外，就是超高脚手架的分段悬挑或分段卸载措施的制定。分段搭设时的支撑基础设计将成为脚手架施工的主要研究方向之一，本文设计的高空悬挑脚手架基础的完善及优化能获得广泛的推广应用。