CN107313415A - 自升式平台桩腿的合拢方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自升式平台桩腿的合拢方法，包括如下步骤：设置多节桩腿分段，其中至少一桩腿分段构成基层桩腿段安装在平台的主船体上，其他桩腿分段构成上部桩腿段；确定构成所述上部桩腿段的每节桩腿分段的起吊参数，其中，该起吊参数包括起重重量、起吊高度和最小起吊半径；依照构成所述上部桩腿段的每节桩腿分段的起吊参数，确定能够起吊并合拢所述上部桩腿段的每节桩腿分段的最小吨位的履带吊；通过组合选取至少两种不同吨位的履带吊实现上部桩腿段的合拢；其中，自升式平台桩腿的合拢均在陆地上进行。本发明的桩腿合拢方法大大降低了整个平台的建造周期，在陆地建造时，吊机使用方便，各专业的作业也可以交叉进行。

Description

自升式平台桩腿的合拢方法

技术领域

本发明涉及海洋工程建造领域，尤其涉及自升式平台的桩腿合拢方法。

背景技术

自升式平台由于不受洋流的影响，在海上作业时不存在横摇、纵摇、垂荡等浮式结构的水动力响应，与陆地作业非常接近，同时，桩腿站在海底，也不存在系泊的问题，在大浅海大陆架的应用非常广泛。以重量和强度的综合性能考虑，超过250呎的自升式平台均采用桁架式桩腿。其中，300呎自升式平台的桩腿长度在122米左右，400呎自升式钻井平台的桩腿长度167米左右，500呎自升式平台的桩腿长度在205米左右。而目前船厂的陆地龙门吊或岸吊的起吊高度一般在70米左右。因此，传统桁架式桩腿的合拢均有一部分在下水后进行合拢。

目前，具有桁架式桩腿的自升式平台的主流建造合拢方法主要有以下三种：

第一种方法是租用浮吊，目前，大起升高度的浮吊比较少，并且最大起重能力(3000吨以上)都远远比需要合拢的桩腿重量(300吨左右)大得多，因此，这种浮吊的日租金都很高，并且从吊机厂家开始动员就进行计时。例如，某船厂合拢400呎的自升式平台，其中利用浮吊的时间为12天，日租金为100万元，加上动复员时间，浮吊租金的费用约1500万元。显然这种方式的最大缺点是费用昂贵，并且受天气影响比较大，风浪大时无法作业。

第二种方法是采用自升式平台自带的升降装置，把需要合拢的分段放在平台的主船体上，把主船体沿已合拢好的桩腿段升起来，并升至桩腿段上端合拢口位置，通过移动小车或其他动力装置将预合拢的桩腿分段移至该合拢口位置进行合拢。其缺点在于，其一，该方法需要把平台的升降装置和锁紧装置调试好，而大多数情况下，在这个时期调试工作还没有开始；其二，需要采用桩腿的固定装置，额外增加了成本；其三，这种方式使用了升降系统有限的疲劳寿命，会使其使用寿命降低30％以上。

第三种方法是改造码头吊机的方案。缺点是改造费用很高，一次改造费用为2000多万元。如果新建特种龙门吊或全回转将军柱吊，成本会更高。

上述三种合拢方案都是一部分在海上合拢，一部分在陆地合拢。成本较高且受天气、海况影响大。由于自升式平台绝大多数都没有自航系统，即便有自航系统，也只能在下水后进行安装。在海上合拢时需要租用拖轮对平台进行旋转和移动的工作，费用高，周期长。同时，在海上移动时受洋流和过往船只的影响非常大，极易发生碰撞。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明在于提供一种自升式平台的桩腿合拢方法，以解决现有技术中需分别在陆地和水下进行桩腿合拢而带来的成本较高以及水下合拢受天气影响等问题。

针对上述技术问题，本发明提出一种自升式平台桩腿的合拢方法，包括如下步骤：设置多节桩腿分段，其中至少一桩腿分段构成基层桩腿段安装在平台的主船体上，其他桩腿分段构成上部桩腿段；确定构成所述上部桩腿段的每节桩腿分段的起吊参数，其中，该起吊参数包括起重重量、起吊高度和最小起吊半径；依照构成所述上部桩腿段的每节桩腿分段的起吊参数，确定能够起吊并合拢所述上部桩腿段的每节桩腿分段的最小吨位的履带吊；通过组合选取至少两种不同吨位的履带吊实现上部桩腿段的合拢；其中，所述自升式平台桩腿的合拢均在陆地上进行。

在优选方案中，所述确定所述最小吨位的履带吊的步骤中，还包括：确定各履带吊在不同工况下的起重能力参数，根据该起重能力参数与所述上部桩腿段的每节桩腿分段的起吊参数对比，确定各工况下履带吊所能起吊的桩腿分段；其中，所有履带吊在不同工况下所能起吊的桩腿分段的合集能够覆盖所有上部桩腿段的每节桩腿分段。

在优选方案中，所述通过组合选取至少两种不同吨位的履带吊实现上部桩腿段的合拢的步骤中，还包括：确定各桩腿分段所需采用的履带吊吨位及工况，并采用对应的履带吊对桩腿分段进行起吊合拢，直至完成所有桩腿分段的合拢。

在优选方案中，所述履带吊的工况包括：履带吊主臂长度、履带吊塔式辅臂长度和履带吊配重重量；履带吊的起重能力参数包括履带吊起吊重量、履带吊起吊高度、履带吊起吊半径。

在优选方案中，所述履带吊起吊高度为所述基层桩腿段高度、已吊装合拢桩腿分段高度和被吊装桩腿分段顶端到吊臂滑轮顶端的高度之和。

在优选方案中，所述履带吊选用起吊高度大的塔式辅臂。

在优选方案中，在所述通过组合，选取至少两种不同吨位的履带吊实现上部桩腿段的合拢的步骤中，选用小吨位的履带吊对较低高度处的桩腿分段进行合拢，采用大吨位的履带吊对较高高度处的桩腿分段进行合拢。

在优选方案中，所述六节桩腿分段高度不全相同，且高度最小的桩腿分段位于所述上部桩腿段的顶部位置。

在优选方案中，所述桩腿为桁架式桩腿。

在优选方案中，所述上部桩腿段的每节桩腿分段的起吊半径由平台的布置和履带吊可以操作的位置限定。

由上述技术方案可知，本发明至少具有以下优点：本发明采用全陆地桩腿合拢方式，可以大幅降低成本。另一方面，在陆地合拢，其电力来自市政电网，电压稳定且成本较低，而在海上，需要采用柴油发电，成本较高。全陆地桩腿合拢方式基本不受天气影响，只要风力不是太大，如9级以下风力，都不会影响合拢，而在海上合拢，只要风力超过5级，形成的风浪就会使得浮吊无法作业。同时，降低了在海上的作业周期，使得平台在码头受海生物腐蚀的时间变短。本发明的桩腿合拢方法大大降低了整个平台的建造周期，在陆地建造时，吊机使用方便，各专业的作业也可以交叉进行。

附图说明

图1是本发明自升式平台桁架式桩腿合拢方法的流程示意图。

图2是本发明自升式平台桩腿合拢的结构示意图。

图3是本发明自升式平台桩腿合拢的俯视结构示意图。

图4是本实施例的自升式平台桩腿合拢的结构示意图。

附图标记说明如下：1、吊耳；2、索具；3、桩腿分段；4、钢丝绳；5、吊钩；6、塔式辅臂；7、主臂；8、配重；9、主船体。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

参阅图1至图4，本发明提供一种自升式平台桩腿的合拢方法，该方法包括如下步骤：

S10：设置多节桩腿分段3，其中至少一桩腿分段3构成基层桩腿段并安装在平台的主船体9上，其他桩腿分段3构成上部桩腿段。

S20：确定构成上部桩腿段的每节桩腿分段3的起吊参数，其中，该起吊参数包括起重重量、起吊高度和最小起吊半径。

S30：依照构成上部桩腿段的每节桩腿分段3的起吊参数，确定能够起吊并合拢上部桩腿段的每节桩腿分段3的最小吨位的履带吊。

S40：通过组合选取至少两种不同吨位的履带吊实现上部桩腿段的合拢。

其中，自升式平台桩腿的合拢均在陆地上进行，避免了在水下合拢受天气影响，保证了桩腿合拢的正常作业。

较优地，在步骤S30中确定最小吨位的履带吊，还包括：确定各履带吊在不同工况下的起重能力参数，根据该起重能力参数与上部桩腿段的每节桩腿分段的起吊参数对比，确定各工况下履带吊所能起吊的桩腿分段；其中，所有履带吊在不同工况下所能起吊的桩腿分段的合集能够覆盖所有上部桩腿段的每节桩腿分段。其中，履带吊的工况包括：履带吊主臂7长度、履带吊塔式辅臂6长度和履带吊配重8重量；履带吊的起重能力参数包括履带吊起吊重量、履带吊起吊高度、履带吊起吊半径。

进一步地，确定各桩腿分段所需采用的履带吊吨位及工况，并采用对应的履带吊在陆地上对桩腿分段进行起吊合拢，直至完成所有桩腿分段的合拢。

一般来说，履带吊一旦生产出来，其起重能力就已经确定，根据其主臂、塔式辅臂、配重的不同组合即可确定不同工况下的起重重量、起吊高度和起吊半径，也就是说可以确定它的起重能力曲线或起重能力表格。

在本发明中，桩腿的分段的长度可以依据齿条钢板的长度而初步划分，并可以综合考虑履带吊的起重能力后进行调整。桩腿分段3长度Lb一旦确定，其重量Mb也就确定了。进一步地，根据自升式钻井平台的布置，履带吊可以作业的位置也是有限制的，那么桩腿分段3起吊所需要的最小起吊半径R也就可以确定了。

除了上述条件，由于起吊时吊带或钢丝绳4与桩腿的吊耳1呈一定的角度，并且角度范围有一定的限制，所以从吊耳1的位置到吊钩5要一定的长度Lh。而吊耳1在桩腿分段3的位置也是确定的，所以从桩腿分段3顶端到吊钩5必须有一定的距离Lt。同时，考虑到起重安全，桩腿的边界距离吊臂要保持一定的安全距离，这就使得从吊钩5到到塔式辅臂顶端的滑轮必须还要有一定的安全距离Lp。综合以上长度，就可以确定从桩腿分段3顶端从到吊臂滑轮顶端的安全距离Ls。

综合以上各因素，就可以确定起吊一节桩腿分段3所需的起重重量能力、起重高度和起吊半径以及满足这些起重能力参数时的主臂7、辅臂、配重8等工况参数，为便于查看，可将起重能力参数与工况参数组合起来制定表格，依据该表根据最小更换吊臂的原则对各桩腿分段3选择合适吨位的履带吊及该履带吊应处的工况，而后实施桩腿分段3的合拢。

按照本发明的方法，各桩腿分段3均在陆地上进行合拢，并采用多种吨位的履带吊以及不同工况的组合使用，充分节约桩腿合拢的成本。

上述方法的具体实施可按如下步骤进行：

首先，确定桩腿分段3的起重重量和起吊高度：根据采购的齿条钢板的长度，可以大致确定一根齿条板分段的长度Lr，桩腿分段3长度由二至三根齿条板分段组成。当然，为了使效率更高，在起吊高度低时，采用更大的桩腿分段3，也就是三根齿条接起来的长度即为该节桩腿分段3的长度为3Lr，记为Lb。一节桩腿分段3的重量记为Mb。另外，以陆地龙门吊可以合拢到的高度为基准高度，记为Lg。除了桩腿分段3自身重量之外，吊钩5本身、滑轮上垂下的钢丝绳4、吊装索具2、脚手架等还有一个固定的重量，记为Mf。

其次，上部桩腿段的每节桩腿分段3的起吊半径参数由平台的布置和履带吊可以操作的位置限定。也就是说，根据自升式平台的布置，可以确定履带吊的活动范围，也就确定了最小的起吊半径。

依据上述参数即可确定各桩腿分段3的起吊参数，为便于直观查看，可制定各桩腿分段的起吊参数信息表，如表1-1所示。

表1-1

较优地，位于较低高度处的桩腿分段3可以具有较大的高度，而位于顶部的桩腿分段3具有较小的高度，以提高吊装的安全性。如上表中位于顶部的两节桩腿分段D01、E01的高度Lb*可以设置为小于其他桩腿分段的高度Lb。相应地，桩腿分段D01、E01的重量Mb*也会小于其他桩腿分段的重量Mb。

对于履带吊的起重能力参数，同样也可以制定相关表格而直观示意，即履带吊起重能力信息表，该履带吊起重能力信息表包括：履带吊起吊重量Mc、履带吊起吊高度H、履带吊起吊半径R、履带吊主臂7长度Lm、履带吊塔式辅臂6长度La、履带吊配重重量M和履带吊可合拢的桩腿分段3。其中，履带吊起吊高度H为基层桩腿段高度、已吊装桩腿分段3高度和被吊装桩腿分段3顶端到吊臂滑轮顶端的高度之和。该履带吊起重能力信息表是在满足表1-1要求的情况下制定，如表1-2所示。

表1-2 履带吊起重能力信息表

较优地，在步骤S30中履带吊选用起吊高度大的塔式辅臂6，避免后续起吊较高的桩腿分段3时进行塔式辅臂的加长而花费更多的作业时间，有效提高工作效率。

在本合拢方法中，桩腿分段3的长度不完全相同，为了提高效率，在起吊高度低时，采用较长的桩腿分段3，起吊高度高时，采用较短的桩腿分段3。

最后，根据表1-1和表1-2，按成本最低，周期最短的原则，通过组合，选取至少两种不同吨位的履带吊实现上部桩腿段的合拢。

在本发明中，进行更高位置吊装合拢时，通过塔式辅臂6的加长，对重量更轻的桩腿分段进行吊装合拢。在实际的操作中由于进行塔式辅臂6的加长耗时比较长，为了使履带吊的利用效率更高，中间还可以穿插其余的吊装作业。

根据目前市场上履带吊的租金情况，起重吨位与租金并不是呈正比的关系，租金大约与起重吨位的三次方成正比。如起重能力为2000吨的吊机与起重能力为1250吨的吊机，前者的租金超过后者的4倍。所以为成本上考虑，会采用两种不同吨位的履带吊进行组合使用，以节约成本。

下面结合附图和一实际应用实施例对本发明作进一步详细的说明。

请参阅图4，本实施例的自升式平台桩腿的合拢方法是以JU2000E型400呎自升式钻井平台的桩腿合拢为例进行说明，本实施例中的桩腿为桁架式桩腿；桩腿分段3由呈三角形布置的三个主弦管和连接于主弦管之间的多个撑管构成，主弦管由两半弦管和设置于两半弦管之间的齿条板组成，齿条板由一至三个齿条板分段连接构成。

具体的实施方法和操作步骤包括：

第一步：每一桩腿划分为由七节桩腿分段构成，该七节桩腿分段分别由低到高的编号为L401、L501、L601、L701、L801、L901-1和L901-2。桩腿分段L401构成基层桩腿段，可采用250吨龙门吊起吊并安装在平台的主船体9上。桩腿分段L501、L601、L701、L801、L901-1和L901-2将在后续步骤中依次合拢于桩腿分段L401上，该六节桩腿分段构成上部桩腿段。

第二步：确定构成上部桩腿段的桩腿分段L501、L601、L701、L801、L901-1和L901-2的起吊参数，该起吊参数包括起重重量、起吊高度和最小起吊半径，并制定各桩腿分段的起吊参数信息表。

具体地，起吊高度参数由下述信息确定：因为采购的齿条钢板的长度为9.0米，一张齿条钢板可以切割两根齿条板分段，考虑两根齿条板分段要相差一个齿距，切割后的齿条板分段长8.5米左右。为了使效率更高，在起吊高度低时，采用更大的桩腿分段，也就是三根齿条板分段接起来和两个半弦管构成的桩腿分段。根据平台的总高度，调整各桩腿分段的长度，桩腿分段L501、L601和L801采用三根齿条板分段连接，长度为25.6米，重约190吨；桩腿分段L701采用两根齿条板分段连接，长17.7米，重127吨；桩腿分段L901-1和L901-2采用两根齿条板分段连接并适当切割而成，总长17.7米，总重127吨，其中，最顶部的桩腿分段L901-2，长为12.8米，重95吨。以陆地250龙门吊的起吊高度为60米，但是，考虑到分段划分，实际可以合拢到的高度为基准高度为48.2米。

桩腿分段的起重重量参数，除了桩腿分段自身重量之外，吊钩5本身、滑轮上垂下的钢丝绳4、吊装索具2、脚手架等还有一个固定的重量，约32吨。实际的桩腿分段距离塔式辅臂6的安全距离在15米左右。

根据JU2000E自升式钻井平台的布置，可以确定履带吊的最小的起吊半径为28米。

根据以上参数，制定各桩腿分段的起吊参数信息表。如表2-1所示：

表2-1 各桩腿分段的起吊参数信息表

桩腿分段编号	起吊半径	起吊重量	起吊高度
				L501	28m	222T	88.7m
L601	28m	222T	124.3m
				L701	28m	159T	131.4m
L801	28m	222T	157m
				L901-1	28m	127T	169m
L901-2	28m	127T	182m

第三步：依照各桩腿分段的起吊参数信息表，确定能够起吊合拢每节桩腿分段的最小吨位的履带吊，并制定履带吊起重能力信息表(见表2-2)。在该履带吊起重能力信息表中包括：每个履带吊在不同工况下的起重能力参数，并根据该起重能力参数与上部桩腿段的每节桩腿分段的起吊参数对比，确定各工况下履带吊所能起吊的桩腿分段。

表2-2 履带吊起重能力信息表

第四步：通过组合选取至少两种不同吨位的履带吊实现上部桩腿段的合拢。根据表2-2，可选取出多种吊装方案，例如可以采用下述两种：

第一种吊装方案是：采用1250T履带吊，48m塔式辅臂把桩腿分段L501，L601和L701全部吊装完成；采用2000T履带吊84m塔式辅臂把桩腿分段L801、L901-1和L901-2吊装完成。

第二种吊装方案是：采用1250T履带吊，42m塔式辅臂吊装桩腿分段L501和桩腿分段L601，用54m塔式辅臂吊装桩腿分段L701。其中，对54m塔式辅臂配重80T和180T均可实现吊装，为了不改变前一工况(吊装L601分段)配重，选择与前一工况配重相同的配重180T。采用2000T履带吊84m塔式辅臂把桩腿分段L801、L901-1和L901-2吊装完成。

两种方案中，前者节省时间和费用，而后者更为安全可靠，可根据船厂的操作工人的水平选择更合适的一种方案。

根据市场上履带吊的租金情况，起重吨位与租金并不是呈正比的关系，租金几乎与起重吨位的三次方成正比。目前市场上的2000T履带吊的租金超过1250T履带吊的四倍。所以，尽管前面的L501，L601，L701分段也可以采用2000T履带吊，102m主臂和54m塔式辅臂进行吊装，但考虑到吊机的租金，本发明采用1250T履带吊进行吊装L501，L601和L701。采用2000T履带吊进行吊装L801、L901-1和L901-2分段。较优地，在满足表2-1的情况下，尽可能选用起吊高度大的塔式辅臂6。考虑到1250吨履带吊的租金不到2000吨履带吊的1/4，尽量采用1250吨的履带吊。

按上述本发明的方法对JU2000E类型的400呎自升式钻井平台进行桩腿的合拢，比在海上合拢减少平台在海上的时间50天，有效地提高了工作效率；同时，与租用浮吊相比租金就节约超过1000万，大大降低了工作成本。

根据上述介绍，本发明自升式平台桩腿的合拢方法，采用全陆地合拢，至少具有以下优点：

1、全陆地桩腿合拢方式，大大缩短了整个平台的建造周期。

2、采用多种履带吊进行起吊合拢，与采用浮吊相比降低了成本约90％。

3、受天气影响较小，尤其不受海浪影响。

4、降低了在海上的作业周期，使得平台在码头受海生物腐蚀的时间变短。

虽然已参照以上典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种自升式平台桩腿的合拢方法，其特征在于，包括如下步骤：

设置多节桩腿分段，其中至少一桩腿分段构成基层桩腿段安装在平台的主船体上，其他桩腿分段构成上部桩腿段；

确定构成所述上部桩腿段的每节桩腿分段的起吊参数，其中，该起吊参数包括起重重量、起吊高度和最小起吊半径；

依照构成所述上部桩腿段的每节桩腿分段的起吊参数，确定能够起吊并合拢所述上部桩腿段的每节桩腿分段的最小吨位的履带吊；

通过组合选取至少两种不同吨位的履带吊实现上部桩腿段的合拢；

其中，所述自升式平台桩腿的合拢均在陆地上进行。

2.如权利要求1所述的合拢方法，其特征在于，所述确定所述最小吨位的履带吊的步骤中，还包括：确定各履带吊在不同工况下的起重能力参数，根据该起重能力参数与所述上部桩腿段的每节桩腿分段的起吊参数对比，确定各工况下履带吊所能起吊的桩腿分段；其中，所有履带吊在不同工况下所能起吊的桩腿分段的合集能够覆盖所有上部桩腿段的每节桩腿分段。

3.如权利要求2所述的合拢方法，其特征在于，所述通过组合选取至少两种不同吨位的履带吊实现上部桩腿段的合拢的步骤中，还包括：确定各桩腿分段所需采用的履带吊吨位及工况，并采用对应的履带吊对桩腿分段进行起吊合拢，直至完成所有桩腿分段的合拢。

4.如权利要求2所述的合拢方法，其特征在于，所述履带吊的工况包括：履带吊主臂长度、履带吊塔式辅臂长度和履带吊配重重量；履带吊的起重能力参数包括履带吊起吊重量、履带吊起吊高度、履带吊起吊半径。

5.如权利要求4所述的合拢方法，其特征在于，所述履带吊起吊高度为所述基层桩腿段高度、已吊装合拢桩腿分段高度和被吊装桩腿分段顶端到吊臂滑轮顶端的高度之和。

6.如权利要求4所述的合拢方法，其特征在于，所述履带吊选用起吊高度大的塔式辅臂。

7.如权利要求1所述的合拢方法，其特征在于，在所述通过组合，选取至少两种不同吨位的履带吊实现上部桩腿段的合拢的步骤中，选用小吨位的履带吊对较低高度处的桩腿分段进行合拢，采用大吨位的履带吊对较高高度处的桩腿分段进行合拢。

8.如权利要求1所述的合拢方法，其特征在于，所述六节桩腿分段高度不全相同，且高度最小的桩腿分段位于所述上部桩腿段的顶部位置。

9.如权利要求1所述的合拢方法，其特征在于，所述桩腿为桁架式桩腿。

10.如权利要求1所述的合拢方法，其特征在于，所述上部桩腿段的每节桩腿分段的起吊半径由平台的布置和履带吊可以操作的位置限定。