自升式钻井维修平台桩腿搭载精度控制

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摘 要：本文主要介绍自升式钻井维修平台桩腿搭载精度控制，包括桩腿搭载吊装前精度监控准备、搭载过程精度控制方法、精度测量、测量数据计算等，确保搭载精度满足桩腿升降系统要求。

关键词：桩腿；精度测量；精度控制

中图分类号：U674.39 文献标识码：A

Erection Accuracy Control of Jack-up Drilling Spud Leg

PENG Haixiang

（ Guangxin Shipbuilding&Heavy Industry Co.，Ltd. Zhongshan 528437 ）

Abstract： This paper mainly introduces the erection accuracy control of Jack-up Drilling spud leg， including the preparation of spud leg erection， accuracy control method for carrying process， accuracy measurement， the measurement data calculation. Meet the accuracy requirements of l spud leg lift system.

Key words： spud leg； accuracy measurement； accuracy control

1 前言

自升式钻井维修平台桩腿的作用是支撑平台海上作业，并将平台所承受的全部荷载传到海底。桩腿一般要承担及传递水平荷载、弯曲力矩及升降过程的局部荷载。桩腿精度的好坏，直接影响到整个升降系统性能及整个平台的支撑稳定。在桩腿建造搭载最终阶段，需要将建造过程中的累积偏差减少，其中搭载定位调节难度相当大，需要通过吊机点精确调整，将桩腿综合精度控制在可控范围内。如果桩腿精度超差，将会造成大量返工，影响工程进度，且高空作业、密闭空间作业存在极大的安全隐患。

2 自升式钻井维修平台桩腿的建造特点

本平台为四桩腿布置（如图1所示），桩腿升降系统为齿轮齿条式。考虑到龙门吊的高度、桩腿吊装翻身、龙门吊机的使用效率及船坞的周转效率，故将每根桩腿划分为3节搭载，搭载前桩腿在地面进行预合拢划线，平台移坞前安装前四条桩腿的第一节，平台移坞后用龙门吊吊装桩腿的第二、三节。由于超出龙门吊高度，使用履У醭到行搭载定位。

3 桩腿搭载吊装前精度监控准备

本平台圆管桩腿总高91.5 m，若采用传统的吊线锤、经纬仪测量，由于测量位置过高，测量作业安全难以保证，且受风力等环境因素影响，精度误差大，不能满足生产需求。为了保证测量作业安全及测量精度，本平台整个桩腿搭载精度监控过程均采用全站仪测量，全站仪测量使用精度较高的IR（有棱镜）测量模式，测程最佳距离为250 m，单次测量精度为2 mm+2 ppm，单次测量时间为1s，满足精度测量要求。

桩腿搭载吊装前，在每节桩腿上、中、下的两边升降齿条上贴6个反射片，作为桩腿精度测量监控的目标点，监控整根桩腿前后、左右方向的精度偏差。此外，为了保证测量较佳入射角度（角度a介于45°～90°）及精确的目标视准值，全站仪架设在离桩腿约85 m的坞边位置（其中坞高11 m，桩腿高于地面约80 m），以船坞边的半宽线作为基准参考直线，测量桩腿前后、左右方向精度。

4 首节桩腿搭载吊装

第一节桩腿是整个桩腿的基础，高度为35 m，直接搭载安装在桩靴上，搭载定位精度尤为关键。桩腿平衡吊装插入固桩架，靠拢在桩鞋上，桩腿前后方向垂直度通过龙门吊点行走精细调整，左右方垂直度通过采用龙门吊上小车点进行精细调整，确保桩腿与桩鞋中心对正在3 mm以内，垂直度精度控制在10 mm以内。

测量精度满足要求后，将首节桩腿下端面与桩鞋进行定位焊接固定，同时桩鞋与平台主体用临时支撑柱进行焊接固定，桩腿与固桩架上端用铁尖固定，最终整个桩腿与平台主体组成一个钢性体，保证整个桩腿建造基础稳固可靠。

5 平台移坞后桩腿吊装精度控制及挠曲度数据换算

平台移坞定位后，重新测量第一节桩腿的精度，垂直度控制在10 mm以内；对桩鞋位置的坞墩进行打紧及加固，检查桩腿各钢性支撑位置是否牢固，重新修正坞边的半宽线及前后端点位置，以坞边半宽线作为测量监控长度方向的坐标系，检查各项定位基准满足要求后，便可以准备吊装第二节桩腿。

第二节桩腿（35 m）与第三节桩腿（18 m）搭载精度控制工艺流程大体相同，主要通过以下流程控制桩腿搭载精度：

（ 1 ）吊装前检查各作业围栏是否安全、各预装件是否已预装到位、测量反射片是否有脱落、反射片十字线是否清晰看见；

（ 2 ）桩腿吊装找正、粗定位：粗定位时，检查桩腿预组时十字中心线的对合性，同时拉尺测量合拢缝齿条间距离是否满足±3 mm要求；

（ 3 ）垂直度、挠曲度测量：用全站仪测量整个桩腿齿条上、中、下各精度监控点，为了保证测量数据的准确性，需要重复测量取测量平均值；计算各点之间在长度和宽度方便的垂直度偏差，控制在20 mm以内，同时满足挠曲度精度要求（整根桩最大挠曲公差为20 mm），测量监控垂直度超差时，通过吊机精确点动调整桩腿上端，确保垂直度精度满足规定要求；

（ 4 ）桩腿固定：垂直度、挠曲度精度满足要求后桩腿固定，桩腿合拢缝间留好焊接补偿量2～3 mm，在桩腿外侧采用长马板进行固定；

（ 5 ）吊机松钩精度测量监控：吊机松钩后，由于桩腿不受吊机水平方向力的约束作用，松钩后整根桩腿的垂直度偏差较大，通过重复测量监控，确保桩腿精度满足公差要求；

（ 6 ）焊前装配处理：对于偏差较大位置，通过加马板装配调顺合拢口，装配完后再次测量桩腿的垂直度、挠曲度，为桩腿合拢口焊接提供数据参考；

（ 7 ）桩腿合拢缝焊接及精度控制：合拢缝预热后做好防风措施，一般按照对称焊接方式进行焊接，若焊前精度测量发现挠曲度有较大偏差时，需要调整焊接顺序；焊缝两侧100 mm范围内预热达到100℃～150℃，焊接前两道打底焊（打底焊接为整个焊接过程变形最大阶段），先焊接桩腿折弯位置背面大的一侧，同时进行精度测量；通过计算桩腿挠曲度变化，确认挠曲度满足要求后安排2或4人进行对称焊接，每焊完一道焊缝必须认真清理焊渣和飞溅物再焊下一道焊缝，同时可用锤子轻轻敲打焊缝以释放焊接应力，各道焊缝接头应错开大约30 mm；焊接完成后，继续保温和自然冷却，最后做100%UT探伤报验。

由于要充分利用吊机资源，龙门吊机（履带吊机）在桩腿固定后立即松钩，吊装后续其它桩腿。桩腿定位时，可通过吊机带动桩腿最上端，使整根桩腿垂直度保持在20 mm以内。但桩腿搭载固定松钩后，桩腿上端的钢性较差，垂直偏差数据大，难以直接判断整根桩腿挠曲度能否满足标准公差，需要对挠曲度进行计算。

挠曲度根据点到直线距离公式进行计算。首先，桩腿齿条上下两端两测量点不垂直（重合），可将齿条最低和最高的已知两点坐标（X1，Y1）、（X2，Y2）代入直线方程斜截式Y=kX+b，即可求得斜率k和常数b值：

（1）

（2）

⑵浠作一般直线式方程：AX+BY+C=0 （3）

式中：A=k，B=-1，C=b。

计算其它测量点（X0，Y0）到上下两点连线的距离d，即是其它点到该直线的挠曲度：

（4）

此外，确定其它实测点（X0，Y0）的方向性，可将实测点高度值Y0代入直线方程，比较直线上的理论值与实测值X0 的差值，便可判断挠曲度的方向：

X0-（C+BY0）/（-A）>0，为在该直线X轴的正方向（即挠曲度为正方向）；

X0-（C+BY0）/（-A）

X0-（C+BY0）/（-A）=0，为在该直线X轴的直线上（即挠曲度为0）。

以桩腿B最终实际搭载数据为例，垂直度、挠曲度计算结果如表1、表2所列。

由表1、表2可以看出：桩腿B整体搭载松钩后，通过比较测量点数值，桩腿长度、半宽方向垂直度偏差超过20 mm，凭此垂直度数据无法直接判定挠曲度是否超差；通过点到直线距离计算，桩腿B宽度方向挠曲度偏差5 mm，长度方向偏差14 mm，均满足桩腿搭载精度要求。

6 结束语

本自升式钻井维修平台此桩腿搭载过程中，确保各步骤测量精度满足要求，虽然搭载到最后阶段，由于桩腿过长、刚性不足导致垂直度偏差较大，但通过对桩腿挠曲度进行精确计算，确认精度满足公差要求，实现了搭载精度零返工，保证桩腿按工艺要求建造，缩短了平台建造周期，出坞后经航海试验，验证了桩腿升降系统性能满足要求。

参考文献

[1]应长春. 《船舶工艺技术》[M]. 上海交通大学出版社， 2013.

[2]瑞士徕卡《TPS1200技术手册》[M]. 2004.