水下防沉板安装新工艺

周红坤，孙现有，张鹏举，霍文军

(1.中国船舶重工集团有限公司 七五〇试验场，云南 昆明 650051；2.海军装备部驻广州地区军事代表局，广东 广州 510000；3.上海临希智能科技有限公司，上海 200120；4.中国人民解放军海军研究院，北京 100000)

0 引 言

水下防沉板在海洋工程中属于不可或缺的水下结构附属构件，衡量其稳定性是导管架打桩前不可忽略的重要环节[1]。然而，目前国内外所采用的传统防沉板面临的问题有：传统吊装方法很难保证防沉板的入泥角度，当泥层倾斜时，防沉板入泥后将长期保持倾斜状态，影响正常工作[2]；当调平导管架时，传统液压调节杆虽具有较高调节精度，但效率低且成本高；传统工艺以大幅增加防沉板质量与成本换取承载能力的提升；等等。提出的新工艺采用补偿块以增大防沉板入水阻力，减少入泥倾斜；通过防沉板下水前探测出泥层角度，以固定角度调节块取代液压调节杆调平导管架；以展翼结构取代钢结构隔板提高承载能力。相较于传统水下防沉板的安装工艺，新工艺更节约、高效。

1 防沉板基本结构

新工艺中防沉板基本结构如图1所示。

图1 水下防沉板基本结构

2 水下防沉板吊装

2.1 吊装流程

准备工作完成后，将防沉机构整体下放，通过钢丝绳连接两侧展翼和防沉机构，使展翼处于收起状态，减小下降阻力[3]。

下放防沉板至距离海床约 30 m 处，开启起重机升沉补偿，遥控无人潜水器(ROV)根据定位图指示驶向防沉板所在的位置，通过声呐或摄像头找到防沉板，并用 ROV抓手抓住防沉板上的 ROV手柄，锁定。

起重机继续下放防沉板至距离海床约 5 m处，并稳定一段时间，观察定位图上防沉板的位置，通过移船调整防沉板的位置至安装目标区域内，完毕后ROV水下助力旋转防沉板，调整防沉板的艏向使其满足精度要求，最后缓慢下放防沉板，使防沉板完成着地。

防沉板完全着地后，采集定位系统和水下陀螺罗经的定位数据，确认是否满足安装要求，如果不满足，则继续将结构物提起一定高度，调整位置重新下放就位，直至满足安装精度要求[4]。

2.2 优化吊装工艺

2.2.1 展翼结构

与传统水下防沉板吊装工艺不同，新工艺在防沉板两侧加装展翼。在防沉机构整体下放安装时，通过钢丝绳连接两侧展翼和防沉机构，使展翼处于收起状态，减小下降阻力，如图2所示。待防沉板安装到位后，通过ROV剪断钢丝绳，放下两侧展翼，当两侧展翼与防沉机构表面平齐时，通过ROV转动T形把手，防止展翼受浮力影响上扬，如图3所示。两侧展翼不仅可以提高防沉板防沉载重能力，而且可以防止ROV工作时螺旋桨搅动海底污泥，阻碍ROV视线影响工作效率。

图2 展翼收起状态

图3 展翼打开状态

2.2.2 阻力调节机构

在防沉机构下放过程中，有时会遇到海底泥层倾斜的情况。为了防止在海底泥层倾斜的情况下，直接入泥导致防沉板入泥角度不当，新工艺采用阻力调节的安装方法。事先探测出海底泥层倾斜情况，在一侧配上阻力调节机构——补偿块来增大防沉板单边阻力，使其平稳入泥，减小入泥倾斜。

3 水下防沉板调平

3.1 调平流程

水下防沉板入泥后，若海底泥层平面出现倾斜，通常需要通过调节桩基式导管架下方支承杆高度，使防沉机构上部连接的设备保持水平状态[5]。

3.2 优化调平工艺

传统水下防沉板调平工艺通过机械传动或液压驱动来伸缩桩基式导管架下方的支承杆以达到调节角度的目的[6]。这种方式虽然调平精准，但是效率低下且成本较高。

新工艺直接根据具体倾斜角度定制相应的角度调节块，防沉板入泥后无须进行人为调节即可满足工作需求，最终使防沉机构上部连接的设备保持水平状态，简单高效，节约成本。

4 应用情况评估

4.1 补偿块优势评估

传统水下防沉板安装方式中规避入泥倾斜的方式通常有：提前平整泥层或在防沉板上施加载荷，入泥时以重力压平泥层[7]。平整泥层花费成本一般大于500万元人民币，耗时至少2～3 d。若采用在防沉板上施加载荷的方式，由于整体质量增加，在吊装过程中会增加作业难度，且提高起重机规格会增加相应成本。

使用补偿块解决防沉板入泥倾斜问题，不增加额外的工作内容，半天即可完成作业，且定制补偿块只需几万元人民币，成本不足传统方式的十分之一。

4.2 角度调节块优势评估

传统水下防沉板安装工艺通常使用液压调节杆平衡导管架位置，整套液压设备成本约50万元人民币。防沉板入泥后调节导管架角度还需要占用额外的工作时间，唯一优势在于调节角度的精度较高。

定制角度调节块花费成本与定制补偿块相当，仅为几万元人民币。并且，角度调节块不需占用额外工作时间调节角度。

4.3 展翼结构优势评估

由于防沉板承载能力相对较差，尤其是在抗水平载荷与抗倾覆能力上缺点较明显[8]，传统工艺通常采用增大防沉板底部钢结构隔板整体体积的方法来增大承载能力[9]。然而，过大的防沉板会影响安装，通常要求尽可能小的外形尺寸以增大防沉板能力和稳定性[10]。

新工艺采用展翼结构提高承载能力，仅防沉板两侧增加2片钢板，底部体积不变。相较传统工艺大幅减小防沉板整体质量和体积，在一定程度上减小了安装难度。展翼结构还具有在ROV工作时，防止卷起的泥沙阻碍ROV视野的特殊功能，具有独特性。

5 结 论

防沉板结构简单，质量较小，是建立海洋生产系统基础的首选[11]。所提供的水下防沉板安装工艺的优化方案主要介绍添加展翼结构、补偿块及角度调节块等新工艺。

(1)展翼结构能在尽可能不增加整体质量和体积的前提下，有效增大防沉板承载能力，还具有辅助ROV工作的独特功能。

(2)单边补偿块能避免防沉板安装过程中入泥倾斜问题。

(3)角度调节块调节导管架角度效率高、成本低。

相较于传统水下防沉板的安装工艺，新工艺是一种更具效率且更加节省成本的安装工艺，在海洋工程领域具有一定的应用价值。