一种水下YOKE的回收方法及工程应用

时间：2024-05-22

胡振国* 徐龙达秦吉诗杨春江

（海洋石油工程股份有限公司）

0 引言

在海洋工程中，海洋结构物的拆除回收是一项风险高、难度大、工作量大的工程，尤其是水下结构的拆除回收，受到很多因素限制，许多常规做法并不适用，因此对施工作业提出了更严格的要求。本文结合工程实例，介绍了一种水下YOKE 的拆除回收方法，有效降低了施工风险，提高了施工效率，可供类似工程参考。

1 工程简介

该工程拆除的单点系泊系统（SPM）为固定塔式单点系泊形式，主要由系泊头、基础结构、YOKE 等结构组成，浮式生产储油卸油装置（FPSO）通过2条系泊链与YOKE 连接，该系统情况如图1 所示。

图1 SPM系统示意图

YOKE 结构为类似等边三角形的水下结构，由压载舱，YOKE 臂和YOKE Link 组成，其中压载舱总长为32.9 m，直径为4.5 m，内部灌有水泥用来压载。YOKE 在水中与基础结构通过YOKE Link 连接，压载舱位于海床上，陷入泥面深约2 m。YOKE 结构总质量约为1 200 t，其中钢结构质量约为430 t，压载水泥质量约为770 t。YOKE 结构如图2 所示。

图2 YOKE结构图

2 吊装方案设计

该工程中YOKE 吊装主要存在2 个难题：一是YOKE 压载舱内的水泥为海上安装后灌入，结构质量较之前有较大改变，原有吊点不能满足结构拆除时的强度要求，而通过水下焊接来加强原有吊点或增加新吊点的方法成本较高，安全性低，且焊接质量难以保证；二是压载舱内的水泥灌入量和分布均匀度都与设计存在误差，结构重心无法精确定位；并且压载舱底部4 道钢缆的位置很难严格按照设计位置布置，若采用传统的一个吊点对应一根索具的方式，索具位置发生变化很可能会导致某一根钢缆不受力，给吊装作业带来风险。

为了解决以上问题，施工方采用在压载舱底部穿4 道钢缆“兜抬”的方式来起吊YOKE；然后利用“环形通扣技术”来布置吊索具，将左右两侧的钢丝绳作为一个整体，根据位置自适应调节长度，可在一定程度上消化吊索具的位置偏差，保证所有索具同时受力，降低吊装时结构倾斜的风险。YOKE 吊装索具布置情况如图3 所示。

图3 中，L1～L6 为无接头绳圈，L7～L8 为压制钢丝绳，L1，L3 和L5 通过卡环串联组成通扣，L2，L4和L6 通过卡环串联组成通扣，当L1 挂点位置比设计位置更靠近压载舱中心时，L1 挂点位置距离吊钩的有效长度将变短，L1 变松，L5 则会承受更多的结构重力，在力的作用下，L1，L3 和L5 组成的通扣将自行调节并分配长度，分配到L1 的索具长度将变短，分配到L3 的索具将变长，最终L1 和L3 同时受力。

图3 YOKE吊索具布置（单位：mm）

另外，为了使YOKE 顺利从基础结构上脱离，采用主、辅钩同时起吊YOKE，由辅钩单独控制YOKE Link 的升降，便于在吊装过程中调节YOKE的位置。

3 吊装计算

3.1 吸附力计算

根据调研数据，YOKE 压载舱已陷入海床，拆除过程中，YOKE 结构在离开泥面的过程中，会受到泥面对其的吸附力，吸附力可根据下式计算[1]：

其中：A——结构物与底质的水平投影接触面积，m2；

S——底质的抗剪强度，kPa；

D——结构物在底质中的浸深，m；

B——结构物的宽度，m；

L——结构物的长度，m。

本工程中压载舱陷入泥面2 m，即D=2 m，土壤抗剪强度S=3.5 kPa（依据工程土壤资料可查得），结构物宽度即弦长B，结构物长度L=32.9 m，压载舱陷入泥面的截面情况如图4 所示。

图4 压载舱入泥截面（单位：mm）

3.2 吊绳力计算

根据索具布置方案和结构图纸进行SACS 建模分析，计算起吊过程中两种工况[ （YOKE 离开泥面时（工况一）和YOKE 出水后（工况二）]的吊绳力。工况一的结构组合力包括结构自重（含压载水泥）、吸附力、结构浮力。工况二的结构组合力包括结构自重（含压载水泥）。

考虑10%质量不确定系数和3%索具质量。计算得到的吊绳力结果如表1 所示。

表1 各工况吊绳力

根据计算结果可知，吊绳力最大值出现在YOKE出水后的吊装过程中，可据此来选配吊索具。

4 海上施工

施工船舶到达现场之后按照设计的抛锚方案就位，首先进行YOKE 的吊索具布置作业。

吊索具布置是YOKE 回收施工的关键步骤，由于YOKE 压载舱入泥深为2 m，将吊索具布置到位是施工中的难点。施工方采用“小绳牵大绳”的方式，先在压载舱上布置引绳，然后再利用工程船上的绞车通过引绳将吊索具牵引到位，如图5 所示。

图5 YOKE压载舱吊索具布置

吊索具布置完成后，吊索具连接至浮吊主、辅钩，然后起吊YOKE，如图6 所示。

图6 YOKE吊索具连接

图7 为YOKE 起吊实际情况。从图7 中可以看出，压载舱上的吊索具并非沿中心左右对称，根据实际测量，吊索具（L4）实际位置和设计位置最大偏差约为3 m，如图8 所示。在位置偏差较大的情况下，结构能平稳起吊，且吊索具能全部受力，主要得益于“环形通扣”的布置方式。图8 中的虚线为设计位置，实线为实际位置。

图7 YOKE起吊