一種水下YOKE的回收方法及工程應(yīng)用

胡振國* 徐龍達(dá) 秦吉詩 楊春江

（海洋石油工程股份有限公司）

0 引言

在海洋工程中，海洋結(jié)構(gòu)物的拆除回收是一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)高、難度大、工作量大的工程，尤其是水下結(jié)構(gòu)的拆除回收，受到很多因素限制，許多常規(guī)做法并不適用，因此對(duì)施工作業(yè)提出了更嚴(yán)格的要求。本文結(jié)合工程實(shí)例，介紹了一種水下YOKE 的拆除回收方法，有效降低了施工風(fēng)險(xiǎn)，提高了施工效率，可供類似工程參考。

1 工程簡介

該工程拆除的單點(diǎn)系泊系統(tǒng)（SPM）為固定塔式單點(diǎn)系泊形式，主要由系泊頭、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、YOKE 等結(jié)構(gòu)組成，浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油卸油裝置（FPSO）通過2條系泊鏈與YOKE 連接，該系統(tǒng)情況如圖1 所示。

圖1 SPM系統(tǒng)示意圖

YOKE 結(jié)構(gòu)為類似等邊三角形的水下結(jié)構(gòu)， 由壓載艙，YOKE 臂和YOKE Link 組成，其中壓載艙總長為32.9 m，直徑為4.5 m，內(nèi)部灌有水泥用來壓載。YOKE 在水中與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)通過YOKE Link 連接，壓載艙位于海床上，陷入泥面深約2 m。YOKE 結(jié)構(gòu)總質(zhì)量約為1 200 t，其中鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量約為430 t，壓載水泥質(zhì)量約為770 t。YOKE 結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 YOKE結(jié)構(gòu)圖

2 吊裝方案設(shè)計(jì)

該工程中YOKE 吊裝主要存在2 個(gè)難題：一是YOKE 壓載艙內(nèi)的水泥為海上安裝后灌入，結(jié)構(gòu)質(zhì)量較之前有較大改變，原有吊點(diǎn)不能滿足結(jié)構(gòu)拆除時(shí)的強(qiáng)度要求，而通過水下焊接來加強(qiáng)原有吊點(diǎn)或增加新吊點(diǎn)的方法成本較高，安全性低，且焊接質(zhì)量難以保證；二是壓載艙內(nèi)的水泥灌入量和分布均勻度都與設(shè)計(jì)存在誤差，結(jié)構(gòu)重心無法精確定位；并且壓載艙底部4 道鋼纜的位置很難嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)位置布置，若采用傳統(tǒng)的一個(gè)吊點(diǎn)對(duì)應(yīng)一根索具的方式，索具位置發(fā)生變化很可能會(huì)導(dǎo)致某一根鋼纜不受力，給吊裝作業(yè)帶來風(fēng)險(xiǎn)。

為了解決以上問題，施工方采用在壓載艙底部穿4 道鋼纜“兜抬”的方式來起吊YOKE；然后利用“環(huán)形通扣技術(shù)”來布置吊索具，將左右兩側(cè)的鋼絲繩作為一個(gè)整體，根據(jù)位置自適應(yīng)調(diào)節(jié)長度，可在一定程度上消化吊索具的位置偏差，保證所有索具同時(shí)受力，降低吊裝時(shí)結(jié)構(gòu)傾斜的風(fēng)險(xiǎn)。YOKE 吊裝索具布置情況如圖3 所示。

圖3 中，L1～L6 為無接頭繩圈，L7～L8 為壓制鋼絲繩，L1，L3 和L5 通過卡環(huán)串聯(lián)組成通扣，L2，L4和L6 通過卡環(huán)串聯(lián)組成通扣，當(dāng)L1 掛點(diǎn)位置比設(shè)計(jì)位置更靠近壓載艙中心時(shí)，L1 掛點(diǎn)位置距離吊鉤的有效長度將變短，L1 變松，L5 則會(huì)承受更多的結(jié)構(gòu)重力，在力的作用下，L1，L3 和L5 組成的通扣將自行調(diào)節(jié)并分配長度，分配到L1 的索具長度將變短，分配到L3 的索具將變長，最終L1 和L3 同時(shí)受力。

圖3 YOKE吊索具布置（單位：mm）

另外，為了使YOKE 順利從基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上脫離，采用主、輔鉤同時(shí)起吊YOKE，由輔鉤單獨(dú)控制YOKE Link 的升降，便于在吊裝過程中調(diào)節(jié)YOKE的位置。

3 吊裝計(jì)算

3.1 吸附力計(jì)算

根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)，YOKE 壓載艙已陷入海床，拆除過程中，YOKE 結(jié)構(gòu)在離開泥面的過程中，會(huì)受到泥面對(duì)其的吸附力，吸附力可根據(jù)下式計(jì)算[1]：

其中：A——結(jié)構(gòu)物與底質(zhì)的水平投影接觸面積，m2；

S——底質(zhì)的抗剪強(qiáng)度，kPa；

D——結(jié)構(gòu)物在底質(zhì)中的浸深，m；

B——結(jié)構(gòu)物的寬度，m；

L——結(jié)構(gòu)物的長度，m。

本工程中壓載艙陷入泥面2 m，即D=2 m，土壤抗剪強(qiáng)度S=3.5 kPa（依據(jù)工程土壤資料可查得），結(jié)構(gòu)物寬度即弦長B，結(jié)構(gòu)物長度L=32.9 m，壓載艙陷入泥面的截面情況如圖4 所示。

圖4 壓載艙入泥截面（單位：mm）

3.2 吊繩力計(jì)算

根據(jù)索具布置方案和結(jié)構(gòu)圖紙進(jìn)行SACS 建模分析，計(jì)算起吊過程中兩種工況[ （YOKE 離開泥面時(shí)（工況一）和YOKE 出水后（工況二）]的吊繩力。工況一的結(jié)構(gòu)組合力包括結(jié)構(gòu)自重（含壓載水泥）、吸附力、結(jié)構(gòu)浮力。工況二的結(jié)構(gòu)組合力包括結(jié)構(gòu)自重（含壓載水泥）。

考慮10%質(zhì)量不確定系數(shù)和3%索具質(zhì)量。計(jì)算得到的吊繩力結(jié)果如表1 所示。

表1 各工況吊繩力

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，吊繩力最大值出現(xiàn)在YOKE出水后的吊裝過程中，可據(jù)此來選配吊索具。

4 海上施工

施工船舶到達(dá)現(xiàn)場之后按照設(shè)計(jì)的拋錨方案就位，首先進(jìn)行YOKE 的吊索具布置作業(yè)。

吊索具布置是YOKE 回收施工的關(guān)鍵步驟，由于YOKE 壓載艙入泥深為2 m，將吊索具布置到位是施工中的難點(diǎn)。施工方采用“小繩牽大繩”的方式，先在壓載艙上布置引繩，然后再利用工程船上的絞車通過引繩將吊索具牽引到位，如圖5 所示。

圖5 YOKE壓載艙吊索具布置

吊索具布置完成后，吊索具連接至浮吊主、輔鉤，然后起吊YOKE，如圖6 所示。

圖6 YOKE吊索具連接

圖7 為YOKE 起吊實(shí)際情況。從圖7 中可以看出，壓載艙上的吊索具并非沿中心左右對(duì)稱，根據(jù)實(shí)際測量，吊索具（L4）實(shí)際位置和設(shè)計(jì)位置最大偏差約為3 m，如圖8 所示。在位置偏差較大的情況下，結(jié)構(gòu)能平穩(wěn)起吊，且吊索具能全部受力，主要得益于“環(huán)形通扣”的布置方式。圖8 中的虛線為設(shè)計(jì)位置，實(shí)線為實(shí)際位置。

圖7 YOKE起吊

5 結(jié)論

本文結(jié)合工程案例介紹了一種水下YOKE 的回收方法，通過“環(huán)形通扣”技術(shù)，巧妙解決了結(jié)構(gòu)無可用吊點(diǎn)、重心不明、索具布置存在誤差等吊裝難題。該方法可以應(yīng)用于沉船打撈、類似結(jié)構(gòu)物的拆除回收工程，可為今后同類工程提供參考。

圖8 壓載艙吊索具布置位置偏差圖（單位：mm）