林焕泉（1986-），男，工程师。主要从事船舶轮机及暖通设计工作。

张家茂（1969-），男，高级工程师。主要从事船舶轮机及暖通管理及设计工作。

1 前言

自升式平台在海洋工程中的应用越来越广泛。由于海底地质情况复杂，自升式平台在定位前的预压载过程中发生穿刺的概率越来越高，穿刺对自升式平台的主体和桩腿结构及升降装置造成损坏的型式也越来越多。穿刺事故发生后，需快速地完成检查和修复，使平台返回工程作业现场。

本文以某桁架桩腿自升式平台发生穿刺后的检查和修复过程为例，用平台穿刺的经典理论分析平台压载穿刺对平台的主体结构及设备的影响，确定对平台进行检验的途径，并依据检测结果制定修复方案及采取的实施手段。

2 穿刺对平台及设备的损害

2.1 穿刺定义

穿刺是指自升式钻井平台到达预定的施工位置后，在定位预压载过程中遇到上硬下软的海底地层时，上部硬地层被桩靴刺破后出现的一种无法控制的桩靴快速沉降现象。

2.2 穿刺发生过程及对平台的损伤机理

钻井平台在进行预压载操作的时候，先将平台的船底升起离开水面，这时船体重量通过安装在船体上的升降装置传递给桩腿（桩靴）。由于单靠船体重力无法将桩靴压到预定的满足平台定位要求的深度，桩靴到位后必须往压载舱内泵入压载水来增加桩靴对海床的压力；同时要满足平台船体对几个桩腿在运动过程中的倾斜度的要求，超过一定范围会使得平台无法继续升降，甚至会导致部分船体结构或升降系统出现损坏。

2.2.1穿刺发生过程中船体及桩腿的运动

自升式平台发生穿刺后，穿刺桩腿下降速度迅速增加，直到海床的承载能力和预压载荷平衡为止。在此过程中平台桩井和桩腿结构极容易发生破坏性损伤。由于单个桩腿发生穿刺后平台重力在各桩腿上的分布不再均等，当桩腿在土体中出现一个较小的滑移时船体重心就会随之改变，使桩腿与钻井平台船体之间发生一定角度的转动，同时非穿刺桩腿随着平台船体的倾斜也开始产生弯曲。

2.2.2 桩腿与船体之间转动造成的损坏

（1）由于上、下导向板对桩腿主弦管两侧齿条的弯矩过大，造成主弦管变形、导向板损坏或脱落、主船体的耐磨板及其支撑结构变形、桩腿处船底板变形甚至破损等受损现象；

（2）桩腿主弦管变形将引起桩腿斜撑、横撑的变形；

（3）船体倾斜使升降装置承受超额载荷，可能对升降装置的各个零部件造成损伤；

（4）桩腿（桩靴）穿刺及横向滑移可能使桩靴与桩腿连接区域的焊缝出现裂纹，对于经过改装的桩靴在桩靴的新老结合部也是如此；

（5）升降装置的各部件可能发生损坏。

3 某桁架桩腿自升式平台穿刺后对船体及桩腿的检查与修复

某桁架桩腿自升式平台为三角形箱形主船体，配有三个桁架式独立升降桩腿，桩腿最下面连接桩靴，桩腿与船体之间通过电动齿轮升降系统传递垂直载荷，并配置有可转移负荷的锁紧装置，见图1、图2 所示。

该平台在南海作业时，平台的3#桩腿发生穿刺，导致桩腿及相应的船体结构和设备不同程度的受损。

图1 平台桩腿布置图

图2 自升式钻井平台

在穿刺发生后，对桩靴、桩腿、固桩区、桩腿围井结构、升降装置等进行了现场检查。根据现场检查的情况，召开了有项目组、ABS 船级社、CCS 船级社、船厂的专家出席的技术评估专家会议，提出了两个修复方案。

（1）方案1：材料从人孔进入需要修复区域、在受损区域加结构支撑、对受损、变形部位做局部加强；

（2）方案2：在坞内实施更换工作，割除并更换原有的T 型材、更换或矫正桩靴上表面局部变形的钢板。

鉴于3#桩靴现场检查的结果：顶部及支撑变形量较大、上部支撑结构失效。对比，专家会议建议进坞之后换新；另外，鉴于现场已经发现的损坏情况尚无法判断其他相关联部位（如桩靴加大部分底部结构）是否也存在形变，需要进坞进行彻底检查并精确测量，根据测量数据进行建模重新计算结构受力情况，在此基础上出具修复工艺方案。

确定采用方案2 后，该平台直接从穿刺位置拔桩拖航到船厂进行全面检查修复。平台进厂后，船厂立即进坞对桩靴、桩腿、固桩区、桩腿围井结构等进行了详细的检查测量，并根据测量数据进行建模，重新计算结构受力情况，制定修复工艺。