半潜式平台船体陆地建造布墩技术研究

杨风艳,田旺生,宫晨,刘广辉, 王崴

(海洋石油工程（青岛）有限公司，山东青岛 266520）

1 概述

陵水17-2气田位于琼东南盆地北部海域，水深为1220m-1560m，采用水下生产系统回接至深水浮式平台的开发方案。陵水17-2半潜式生产储油平台船体由4根立柱、4段浮箱和4个连接节点组成，见图1。

图1 陵水17-2半潜式生产储油平台

船体主要参数见表1。

表1 陵水17-2半潜式平台船体参数

陵水17-2气田半潜式生产储油平台在海工青岛场地建造。基于船坞使用计划、场地承载力考虑，选取5#滑道作为船体搭载合拢施工场地。整船共分为34个总段。其中，底部节点和浮箱分为2个浮箱总段和4个L形总段，总段分段图详见图2。L形总段预制成整体后，使用SPMT（Self-Propelled Modular Transporter）轴线车运输就位进行合拢，以提高船体建造合拢效率。

图2 陵水17-2半潜式船体分段图

在船体建造垫墩布置设计方面，主要需要考虑以下几点[1]：

2）L形总段采用直接运输就位的形式进行搭载合拢，垫墩需要考虑运输车、滑道块位置，避免碰撞。

3）立柱重量通过节点往下传递，因此船体主要重量集中于船体节点区域；

4）浮箱主要是压载舱，强度相对来说较低，其下垫墩只能承受自身重量，无法分担船体立柱和节点重量；

本文根据船体建造各阶段及装船工况，设计其垫墩布置方案，并建立有限元模型，对船体及垫墩进行强度校核。其垫墩设计及布置经验为后续类似项目提供参考。

2 垫墩设计

2.1 装船垫墩设计

船体建造完成后，采用液压滑靴进行装船，液压滑靴顶板尺寸为720*800mm，直接顶升船体底部将会破坏船体结构。考虑在液压滑靴顶板和船体底板间增加垫墩，一方面增大船体受力面积，满足结构受力要求；另一方面，船体底板不同板厚间为中对齐，底面存在高度差，在垫墩上增加相应高差的垫木可以保证船体不同壁厚的底板良好受力。

船体的液压滑靴顶升区域设计为加强结构，可以承受液压滑靴顶升力，液压滑靴将船体运输到驳船上以后，液压滑靴撤出，装船垫墩承受整船重量。因此，将装船垫墩设计为T形钢结构，单个装船垫墩承载力不小于64000KN，其顶面铺设垫木，垫木厚度根据船体底面高差进行刨削，使垫木与船体底面完全吻合接触，如图3所示。船体建造和海上运输时，T形垫墩中间支撑做为主要承力结构；船体装船运输时，液压滑靴顶升T形垫墩两翼，如图4所示，滑道块高度1.2m，液压滑靴高度1.6m，船体底面距地3.8m。

图3 装船垫墩图

图4 装船垫墩使用示意图

2.2 运输垫墩设计

L形总段预制完成后，使用SPMT轴线车直接运输就位，其垫墩设计需要考虑：总段预制、SPMT运输、船体搭载合拢工况。由于L形总段直接运输就位，因此预制时垫墩高度宜与船体总装合拢时底板距地高度3.8m一致，垫墩支撑船体肋位，满足船体结构强度、预留SPMT轴线车通道即可。SPMT轴线车高度1.5m左右，垫墩需要设计SPMT轴线车顶升位置。L形总段运输就位后，SPMT轴线车撤出，垫墩做为船体搭载合拢支撑。

综合上述工况要求，设计一种“门”形运输垫墩，单个运输垫墩承载力不小于2400KN，见图5所示，L形总段预制、运输、合拢时均可以使用。“门”形高度满足SPMT轴线车操作要求，“门”形宽度根据SPMT轴线车布置设计为两种宽度，垫墩总高度满足船体合拢高度要求，支撑强度满足所有使用工况。运输垫墩上部避开与装船垫墩、船体阳极的碰撞，下部支腿设计为螺栓连接，L形总段预制运输就位前，SPMT轴线车顶起运输垫墩，拆除运输垫墩支腿，以避免运输垫墩支腿与滑道块的碰撞，L形总段预制运输就位后，直接将运输垫墩放置于滑道块上面，如图6所示。

4.一般的综合性商业体很少有长期满铺租赁的情况，运营中难免会有铺位调整、商户经营困难不交租金后逃铺、偏角位置无客户认同租赁等情况，导致空铺位的存在；如果处理不当，会被认定为按原值交纳房产税的不利影响。

图5 运输垫墩图

图6 运输垫墩使用示意图

2.3 合拢垫墩设计

装船垫墩、运输垫墩足够承载整船重量，但为了现场施工和精度控制需要，还需要增加合拢垫墩。根据合拢垫墩摆放在地面或滑道块上，设计其为不同高度，见图7，单个合拢垫墩承载力不小于1800KN。

图7 合拢垫墩使用示意图

3 布墩设计

根据船体建造施工需求，垫墩布置原则如下：

1）船体总段搭载合拢之前摆放好装船垫墩，支撑船体底板加强区域，垫墩表面铺设木头，木头刨削以与存在高度差的船体底板完全吻合；

2）运输垫墩在L形总段预制时即当作支撑，L形总段预制完成后SPMT轴线车顶升运输垫墩进行运输，运输就位后运输垫墩当作总装支撑。

3）根据现场施工需要设置合拢垫墩，比如总段合拢口附近、精度控制关键点。

根据上述原则进行垫墩布置，并建立全船有限元模型对结构强度进行校核[2][3]，计算时采用施加重力加速度方法计算结构自重，调整有限元模型的重量重心和理论值保持一致。对于结构应力较大区域增加垫墩数量，应力较小区域减少垫墩数量，优化后的垫墩布置如图8所示。

图8 垫墩布置图

图9显示了船体底板结构应力，浮箱区域应力较小，节点区域应力相对较大，最大应力74.4MPa。钢板屈服强度Fy=355MPa，取安全系数γ=1.43，许用应力[σ]=Fy/γ=248MPa，最大应力小于许用应力，因此布墩设计满足船体强度要求。

图9 结构应力云图

提取各垫墩支反力如表2所示，最大载荷均小于垫墩设计额定载荷，因此垫墩强度满足使用要求。

表2 垫墩支反力

4 结论

陵水17-2气田半潜式生产储油平台船体在滑道进行建造，L形总段使用SPMT直接运输就位，建造完成后使用液压滑靴进行装船，本文根据施工要求设计了不同类型的垫墩，并对船体结构进行了强度校核分析。得出如下结论：

1）建立全船有限元模型进行布墩分析，可以校核船体和垫墩是否满足强度要求，进而对布墩进行优化，既能消除布墩设计隐患，保证安全施工，又能避免无谓的增加垫墩数量和规格，造成材料浪费。

2）本项目针对设备尺寸和使用工况设计的垫墩形式，可以避开干涉碰撞，满足施工需要，目前船体已经顺利建造完工，证明此垫墩设计和布墩方案确实可行，可为使用类似建造工艺的项目提供参考。