自升式平台的操作工况

徐志海 胡 健

（1.上海交通大学，上海 200030 2.上海船舶研究设计院，上海 200032）

1 移航

平台自一地点转移到另一地点称为移航。移航又分为湿拖（依靠平台自身浮力浮起）和干拖（平台作为货物置于别的船上）。以下详细介绍下这些移航的状况。

每次移航之前的主要准备工作包括桩腿的固定、平台水密，以及上方货物和设备的固定，以避免摇摆过程中发生移位。

尽管在拖航时桩腿必须升起以确保不触底，但并不要求桩腿全部收回。允许部分桩腿低于平台主体基线，不但减少了起升的时间，而且减小了拖航过程中桩腿的惯性载荷，并且由于受风面积的减小而增加了稳性。稍许下放一点桩腿，还有可能改善桩腿围阱处的水动力流场，从而降低拖航阻力。在拖航中，无论桩腿处于位于什么位置，都需校核桩腿和主体相接处的结构，以确保桩腿能够承受拖航过程中的重力和惯性力。

油田拖航，移动距离较短，此时平台浮起，桩腿升起。由于移动距离短，对天气和海况的预测相对较易。因此，为油田拖航所作的准备工作没有远距离拖航那么严格。大多数船级社对“油田拖航”的定义是时间不超过12个小时，并且必须满足衡准要求，包括特定周期下的纵摇横摇值，以及桩腿和支持机构的惯性力的限定。

对于可能超过12小时的油田拖航，称之为“持续油田拖航”。持续油田拖航的定义是在不受恶劣天气影响下至安全锚地能够控制在12小时以内的拖航。与油田拖航一样，平台浮起，桩腿升起。持续油田拖航可能会持续多日，其运动衡准与油田拖航相同。持续油田拖航的准备工作基本与油田拖航一样，但在整个拖航过程中要对天气进行仔细的监测。

湿拖，是指时间超过12小时的拖航，但又不满足持续油田拖航的要求。此时，如同油田拖航，平台浮起，桩腿升起。但是与油田拖航不同的是，湿拖的准备工作较多，这是因为湿拖的运动衡准比油田拖航严格得多，其中包括安装额外的桩腿固定装置，锯短或者放低桩腿，固定船上和船内更多的设备和货物等。

干拖，是指把平台置于其它船舶的甲板上进行的运输。此时，平台本身并不漂浮，只是作为超大型甲板货固定。此时的平台的运动衡准受制于装载平台的船舶。因此，关于桩腿的固定等准备工作需要进行个例分析。通常，此时桩腿尽可能收进平台主体，以使平台主体尽可能接近运输船甲板，减少支撑固定装置的数量。另外一个与干拖有关的特殊注意事项是平台主体的支撑。平台主体必须被支撑固定在船体的强力构件上，比如横舱壁。但在许多案例中，平台的一部分仍会不可避免的伸出运输船的舷边。伸出的部分可能会暴露在波浪冲击下，使船体受到额外的力的作用。如果伸出舷外的部分也包含桩腿，则由此而产生作用在船体上的弯矩可能会非常大，因为该力矩会由于船体自身的摆动而被放大。需要通过计算来确保在预期拖航过程中船体不会被掀翻，脱离支架。

2 预就位

完成拖航任务后，平台进入所谓的预就位状态。此时，平台开始准备抬升至站立状态。准备工作包括移去桩腿固定楔块，启动升降系统，移去拖航工况下安装的桩腿固定装置，使桩腿的重力转移到齿轮上。

3 临时就位

当独立桩腿式自升式平台准备在某个海上固定结构物边上进行操作，或者碰到一个海床条件不理想的位置，此时平台往往需要临时就位，而不是一蹴而就。这个过程包括下放桩腿（一根或数根）至桩靴刚好接触海土，目的是在预就位过程中提供一个支点。此时，所有进行最后就位的准备工作都可以做好，包括拖船的辅助、抛锚以供最后的锚链张紧就位、启动定位推进器（如有）、查看预压载和升降期间的天气预报等。

4 就位

无论平台是在临时就位点，还是直接就位，平台都需要一些方式来保持位置，以便一些抬升之间的操作，比如压载或预压载操作能够进行。对于独立桩腿式自升式平台，保持位置都是通过下放所有桩腿至桩靴贴着海床。当平台最终定位后，桩腿才继续下放，直到独立支撑整个平台而无须拖轮的辅助。

对于沉垫式自升式平台，要么通过拖轮的辅助维持位置，要么下放固定桩入土。固定桩，通常为圆柱形，内充混凝土，将平台支持就位，直到沉垫压载下沉。

5 升降

沉垫式平台的沉垫升降是与压载过程一致的。沉垫下放至海底后，平台主船体即被抬升脱离水面，接着进入预压载操作（见下第6节）。所有独立桩腿式自升式平台，在主船体被抬升至设计气隙高度之前，都必须进行预压载操作。而对于大部分独立桩腿自升式平台，其升降装置都没有能力去抬升带预压载水的船体重量。对于这些平台，就位后的下一步是将主船体抬升至水面一个小的气隙，仅需高于波峰高度即可，通常不超过5 ft，然后即进入预压载操作。

然而，也有一些新建造的独立桩腿自升式平台，具备了抬升带预压载水的船体重量的能力。对于这些平台，当主船体尚未完全脱离水面时，即可进行预压载。当所有的预压载重量都在船上时，平台缓慢升至预压载气隙，不超过5 ft。

图1

6 预压载操作

所有自升式平台必须将支持自己的海土夯实，以确保在预期的最恶劣的环境下能撑住它们自己，最恶劣环境通常指风暴自存工况。预压载降低了在风暴中地基移位或失效的可能性。当然，在预压载过程中，仍然存在着海土失效或桩腿移位的可能性。为了减轻这种情况发生后的潜在的灾难性后果，在预压载操作时，平台应保持在免受波浪冲击的情况下，尽可能低的接近水面的位置。

一旦海土失效或桩腿移位的情况发生，失效的桩腿即失去了承载能力并迅速向下插入，从而将主船体带入水中。一些本由该失效桩腿承载的载荷转移到其它的桩腿上，可能使其它桩腿过载。失效桩腿持续向下穿透，直到土壤能够支持该桩腿，或者平台主船体进入水中产生的浮力能够提供足够的支持力，这才停止向下继续下陷。当主船体倾斜时，桩腿将承受由此增加的横向载荷，并通过导板等将弯矩传递给主船体。随着导板的载荷增加，一些横撑将承受巨大的压力载荷。为了将该种失效对结构造成的损伤降至最低，有一些详细的步骤可供遵循，不过这些内容超出了本文的描述范围。

在正常预压载操作过程中，重要的一点是要保持主体重量和甲板载荷，以及预压载重量的重心靠近桩腿的形心位置，因为这样能保证将载荷均匀的分布在各桩腿上。然而有时候，单腿预压载可以增加某一个桩靴的最大支持力，这就需要在该桩腿相应的位置有选择地注入或排空预压载舱。

预压载是将海水泵入船体内的舱，完成后，保持一段时间，直到达到桩靴的目标支反力，桩腿不再向下陷为止。预压载量要根据所要求的环境载荷和自升式平台的类型来确定。通常沉垫式平台预压载量较小。

四腿独立桩靴式平台通常所需的预压载水量较小，甚至不需预压载水。这是因为四腿平台可以利用平台的自重一次同时预压两个对角的桩腿。这种平台将主船体抬升至预压载气隙后，将对角的两条桩腿稍稍升离海床，这时候平台的重量就全由剩下两只对角的桩腿支撑了。（此时平台随着两只承重桩腿向下运动，直至平衡）。船体再次抬升至预压气隙高度，交替预压，直到所有桩靴达到目标支反力，不再下陷为止。

三腿独立桩靴平台所需的预压载水最多。对于装满预压载水时无法抬升的平台，要等到主体抬升至预压载气隙时才可向船体注水。如果发生显著下沉，则必须快速向外排水，然后才能再次将船体抬升至预压载气隙高度，重复上述过程直到停止沉降。

图2

对于能够带预压载水抬升的平台，在船体还未脱离水面时即可进行压载。抬升后，通常在某一事先准备的吃水下停一会儿，然后再在预压载气隙高度处进行压桩。

预压载完成后，将压载水排出，平台准备抬升至工作气隙。

7 抬升至全气隙

预压载操作完成后，平台可以抬升至工作气隙。在操作过程中，监测船体的水平度、抬升系统载荷、参数，以及桁架式桩腿的齿条相位差（RPD）尤为重要，所有这些都应维持在设计范围以内。当平台到达工作气隙高度，升降装置停止工作，设置好刹车装置、锁紧装置（如安装的话）。这时平台就可以开始工作了。

8 站立作业工况

当平台在作业时，不同类型的平台并没有什么特别不同的地方。同样，除了要求在设计指标范围内操作平台和设备之外，也没有什么特别的注意事项。但是，对于拥有较大悬臂梁伸出尺寸和高悬臂载荷的平台，要特别小心以确保其引起的桩靴承受力超过预压载时的支反力。

9 风暴自存工况

平台在作业时，需要对气候进行持续监测。当预报风暴超过设计工作环境时，平台应停止工作，进入风暴自存模式。此时，工作停止，设备和物品固定，风雨密和水密装置关闭。如果预报是飓风，除了上述注意事项外，还应将人员撤离。