一种基于浮力被动张拉的深海系泊缆无应力安装方法与流程

本发明涉及一种基于浮力被动张拉的深海系泊缆无应力安装方法，属于深海系泊缆安装。

背景技术：

1、深海系泊缆常采用主动张拉法进行安装：先将系泊缆的一端与海床锚点连接，另一端通过作业船舶上的大型液压张拉设备主动施加拉力，待拉力达到设计值后，再通过浮式平台上的锚固装置将系泊缆上端锁定。该方法广泛用于各类海洋工程系泊系统安装。

2、然而，上述主动张拉法在实际应用中存在以下不足：

3、设备依赖性强、成本高昂：深海大吨位系泊缆的单根索力可达数千至数万kn，需要专用的重型液压设备及配套的大功率作业船舶进行张拉，设备购置、运输和运维成本极高，且受限于水深，超深海作业时设备可靠性和精度下降。

4、海上作业窗口受限：大型液压张拉设备对海况条件敏感，在风浪较大的深海环境中，设备就位、对中及张拉作业的有效施工窗口短，导致工期不可控。

5、张拉过程与浮式平台浮态耦合控制复杂：主动张拉时，系泊缆索力的施加会改变浮式平台受力状态，浮式平台可能发生水平位移或倾斜，需实时协调张拉速度与浮式平台动态响应，施工控制难度大，安全风险高。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于浮力被动张拉的深海系泊缆无应力安装方法。

2、本发明通过以下技术方案得以实现：

3、一种基于浮力被动张拉的深海系泊缆无应力安装方法，包括以下步骤：

4、步骤一、系泊缆无应力下放与临时固定：将多根系泊缆的下端分别与海床锚点连接，上端分别与临时浮筒或辅助缆绳连接，并确保所有系泊缆呈完全松弛、不受轴向拉力状态悬浮于水中；

5、步骤二、浮式平台压载下沉至超深预设深度：将浮式平台拖航至安装位置，然后向浮式平台的压载舱内注入海水，直至浮式平台下沉至超深预设深度；

6、步骤三、系泊缆上端与浮式平台初步连接：将各系泊缆的上端从临时浮筒或辅助缆绳上解脱，并分别牵引至浮式平台对应锚固点处的可调式止缆器内；

7、步骤四、粗调各系泊缆的有效工作长度：分别计算各系泊缆所对应的空间直线距离偏差和制造长度偏差，然后基于空间直线距离偏差和制造长度偏差，利用对应的可调式止缆器调节浮式平台锚固点到海床锚点之间系泊缆的有效工作长度；

8、步骤五、浮式平台上浮至系泊缆平均索力值达到预张拉设定值：分级排出压载舱内的海水使浮式平台上浮，当系泊缆平均索力值达到预张拉设定值后，获取各系泊缆的实际索力值和浮式平台的倾斜数据，然后基于各系泊缆实际索力值相对平均索力值的偏差情况，跳转至步骤六或步骤八；

9、步骤六、计算各系泊缆的长度偏差：基于各系泊缆实际索力值相对平均索力值的偏差，及对应浮式平台锚固点在系泊缆长度方向的轴向位移，反算各系泊缆的长度偏差；

10、步骤七、精调各系泊缆的有效工作长度：向浮式平台的压载舱内注入海水，直至浮式平台再次下沉至超深预设深度，然后以各系泊缆的长度偏差作为调整量，利用对应的可调式止缆器调整各系泊缆的有效工作长度；

11、步骤八、系泊缆和浮式平台工作状态验证：分级排出压载舱内的海水使浮式平台上浮至最终设计吃水深度，然后验证各系泊缆的实际索力值相对目标索力值的偏差是否在允许范围内，及验证浮式平台的姿态是否满足设计要求。

12、所述超深预设深度按照下式计算：

13、，

14、，

15、式中，为超深预设深度，为浮式平台的最终设计吃水深度，为预设超深值，为系泊缆在目标索力值下的弹性伸长量，为安全余量，取值0.5m~5.0m。

16、所述空间直线距离偏差按照下式计算：

17、，

18、式中，为第根系泊缆的空间直线距离偏差，为第根系泊缆对应的浮式平台锚固点到海床锚点的空间直线距离实测值，为第根系泊缆在设计图纸中的空间直线距离理论值；

19、所述制造长度偏差按照下式计算：

20、，

21、式中，为第根系泊缆的制造长度偏差，为第根系泊缆的实际生产长度，为第根系泊缆设计要求的理论长度。

22、所述步骤四中基于空间直线距离偏差和制造长度偏差，利用对应的可调式止缆器调节浮式平台锚固点到海床锚点之间系泊缆有效工作长度的方法包括以下步骤：

23、步骤、计算各系泊缆的总偏差；

24、步骤、根据总偏差判断系泊缆索头嵌入对应可调式止缆器的深度调整趋势：

25、当时，表示第根系泊缆的有效工作长度需求大于系泊缆实际提供的长度，系泊缆实际提供的长度偏短，应减小系泊缆索头嵌入对应可调式止缆器的长度，即等效增长系泊缆的有效工作长度；

26、当时，表示第根系泊缆的有效工作长度需求小于系泊缆实际提供的长度，系泊缆实际提供的长度偏长，应增大系泊缆索头嵌入对应可调式止缆器的长度，即等效缩短系泊缆的有效工作长度；

27、当时，表示第根系泊缆的空间直线距离偏差与制造长度偏差互相补偿抵消，利用对应可调式止缆器按照理论位置对系泊缆索头的嵌入长度进行微量调整；

28、步骤、分别调节各系泊缆在对应可调式止缆器内的嵌入长度，使各系泊缆处于刚好拉直但不受轴向拉力的临界状态，以基本消除空间直线距离偏差和制造长度偏差的影响。

29、所述预张拉设定值为0.1倍系泊缆抗拉强度标准值。

30、所述浮式平台的倾斜数据为其相对水平面的倾斜角度，或者为各系泊缆锚固点相对海平面的垂直标高。

31、所述步骤五中，若各系泊缆的实际索力值相对平均索力值的偏差均小于%，则跳转至步骤八；

32、若存在系泊缆的实际索力值相对平均索力值的偏差大于%的情况，则跳转至步骤六。

33、所述系泊缆的平均索力值按照下式计算：

34、，

35、式中，为系泊缆的平均索力值，为系泊缆的数量，为第根系泊缆的实际索力值；

36、则第根系泊缆实际索力值相对平均索力值的偏差为；

37、所述系泊缆的长度偏差按照下式计算：

38、，

39、式中，为第根系泊缆的长度偏差，为正表示需要增长第根系泊缆的有效工作长度，为负表示需要缩短第根系泊缆的有效工作长度；为系泊缆的刚度系数，为对应浮式平台锚固点在第根系泊缆长度方向的轴向位移。

40、所述轴向位移利用位移传感器进行检测，或者基于浮式平台的倾斜数据计算得到。

41、所述步骤八中若所有系泊缆的实际索力值相对目标索力值的偏差均在允许范围内，且浮式平台的倾斜角度满足设计要求，则判定浮式平台安装合格；

42、若存在系泊缆的实际索力值相对目标索力值的偏差超出允许范围的情况，则重复步骤六至步骤八，直至浮式平台安装合格。

43、本发明的有益效果在于：

44、1.由于摒弃了大型液压张拉设备，改为利用浮式平台自身浮力作为张拉动力源，使得整个安装过程不再依赖昂贵的重型张拉机械，大幅降低了设备投入成本和海上施工费用，且水深越大，相对成本优势越明显。

45、2.由于所有系泊缆调节操作均在其完全松弛、无应力状态下进行，彻底避免了带载调节的安全风险和对系泊缆的损伤。通过“先张拉测量→再松弛调整→再张拉验证”的闭环工序，实现了安全、可控、可迭代的精确安装。

46、3.由于采用“测量-反算-调整-验证”的闭环迭代机制，本方法能够在一次排水张拉中发现问题，在松弛状态下修正，在二次张拉中验证，必要时可多次迭代，确保最终将所有系泊缆的实际索力值相对目标索力值的偏差均控制在±2%以内，且将浮式平台调整保持水平，系泊系统的整体可靠性显著优于传统方法。

47、4.由于本方法的核心原理与水深无关，只要浮式平台具有足够的剩余浮力，该方法即可应用于任意水深，突破了传统张拉设备的水深限制，为超深海系泊安装提供了可行的技术路径。