导管架基本常识简介

导管架基本常识简介1.1 简述
1.2 主要特点
2 组成
2.1 主要结构（Primary）
2.2 附属结构（Appurtenance）
3 简单分类
3.1 按导管腿的数量分类
3.2 按⽔深分类
3.3 按重量分类
3.4 按基本功能分类
4设计
4.1 设计的基本内容
4.2 设计的要求
4.3 设计的依据
4.4 设计的⽅法
4.5 设计阶段
4.6 设计步骤
4.7 设计荷载及其组合
4.8 设计分析内容
5 建造
5.1 建造主要标准简介
5.2 建造流程
5.3 典型建造⽅法
6 装船
6.1 吊装装船
6.2 滑移装船
6.3 拖车装船
7 运输
8 安装
8.1 下⽔⽅法
8.2 扶正
8.3 就位与固定
8.4 附件安装
9 结束语
1.1 简述
导管架型平台是由钢管桩通过导管架固定于海底的结构物，导管架本⾝具有⾜够的刚
性，以保证平台结构的整体性，从⽽提⾼了平台抵抗⾃然荷载的能⼒。

导管架是海洋⽯油平台中传递荷载的主要部件，其主体是钢质桁[héng]架结构，是海洋
⽯油平台的固定基础。

导管架是由若⼲竖向⽴柱（圆钢管）和横向、斜向联接钢管焊接结成的空间框架结构，
横向和斜向的钢管分别叫横撑和斜撑，也叫横拉筋或斜拉筋，竖向⼤直径圆管⽴柱叫导管。

导管架的作⽤：
为平台的海上施⼯提供条件：在导管架的竖向圆管（导管或桩套筒）内打桩，⼤⼤减少了在海上施⼯时单桩定位等操作上的困难。

把各单位联成⼀个整体：打桩完毕后，桩和圆管之间的环向内⽤⽔泥浆固结，这样再通过导管架的空间结构，将各单桩联成⼀体，加强了平台⼯作的整体性，且使平
台的各种荷载能均匀的传递到各桩上。

可安装泊船设备，供交通联络、船舶停靠。

可安装电缆护管及电缆，供通讯、动⼒。

可安装梯⼦、⾛道，登陆桥等，供⼯作、维护时的通⾏。

在导管架上架设临时性的⼯作平台，以加快施⼯进度和保证施⼯过程中的安全。

1.2 主要特点
导管型桩基固定平台是国内外制造与使⽤最多的⼀种形式，它包括上部结构和基础结构。

上部结构（Topside）分为甲板、梁、⽴柱或椼架，主要作⽤是为海上钻、采提供必须的场地以及布置⼯作⼈员的⽣活设施等，提供充⾜的甲板⾯积（分不同层），保证钻井或采油作业能顺利进⾏。

下部结构（Substructure）分为导管架（Jacket）和钢桩（Pile）。

导管架主要由管状构件通过焊接⽽成，⼀般呈多边棱台型，座落于海床上，适应复杂的海洋⽓候⼯作环境：如海啸、风暴、波、浪、流、海洋⽣物侵蚀、冰、地震等等，同时它还承受平台的⼯作荷载。

复杂的⼯作环境，⾼频率的振动冲击决定了导管架的特殊性。

2 组成
⽆论何种形式的导管架，其组成基本分为主要结构和附属结构。

下⾯主要介绍各部件的基本结构形式与基本功能。

2.1 主要结构（Primary）
2.1.1 导管腿leg：竖向⼤直径圆管⽴柱，承受并传递平台荷载的主要受⼒构件。

2.1.2 拉筋brace-chord(barrel),stub:导管腿之间的管状联接构件，也是承受并传
递平台荷载的主要受⼒构件。

2.1.3 裙装套筒skirt pile sleeve：桩与导管架之间的⽴联接构件，主要结构是管
状物与板的组合形式，通过它可将平台荷载传递到钢桩。

有些导管架的钢桩直接
从导管腿内打⼊，不需要裙装套筒：有些导管架既有腿内桩，也有裙装。

在裙装套筒构造中还有⼀些特定构件：
焊珠weld bead—在套筒内壁及钢桩外表⾯通过焊接⽽形成的剪⼒环，加固裙装套筒（或导管腿）与钢桩之间的联接。

间隙块shim—焊接于套筒（或导管腿）的内壁，减少钢桩与套筒之间的间隙，以便于钢桩的垂直打⼊。

剪⼒板shear plate、轭状作⽤板yoke\裙板skirt plate：特定作⽤及特定位置上的钢板。

2.1.4 钢桩pile：管状构件，承受平台荷载并将之传递到主着⼒层上。

从套筒（或
导管腿）内打⼊。

***有些⽂件将钢桩划分为附属结构，其实钢桩是主要的受⼒构件应该作为重要件对待。

2.2 附属结构（Appurtenance）
2.2.1防沉板mudmat:保证导管架的底座稳定性。

增加导管架与海床的接触⾯积，防
⽌导管架在安装时的不均匀沉降。

2.2.2井⼝坞Docking:是安装时的⼀种定位导向结构。

2.2.3井⼝导向conductor guide:保证隔⽔套管能准确打⼊⽽安装的导向结构。

2.2.4隔⽔套管conductor:将⽔、砂等杂质与油或⽓隔绝的独⽴结构。

2.2.5阳极anode(cathodic protection):是⼀种锌铝合⾦，防⽌导管架⽔下部分的
腐蚀。

2.2.6靠船件barge bumper/boat fender(shock cell for compression absorber):
船停泊时缓冲对导管架的冲击⼒。

2.2.7登船平台boat landing/landing stage/boat access platform：船与平台之
间的⼈⾏通道。

2.2.8⾛台/梯⼦/栏杆walkway/ladder/handrail:导管架上的⼈⾏通道及安全防护设
施。

2.2.9吊点（主吊点、扶正吊点）padeye(lift、upending)：吊装或扶正导管架的主
要作⽤点。

2.2.10护管（泵护管、消防管等等）caisson(pump/fire/rain caisson…):平台上排
污⽔、消防⽤⽔等的钢管。

2.2.11电缆护管cable caisson or J-tube:保护电缆线的钢管。

2.2.12⽴管riser(clip):油或⽓的运送通道。

2.2.13注⽔系统flooding system:安装时向导管架的密封舱注⽔，使导管架有⽔平
状态旋转为直⽴状态。

2.2.14灌浆系统grouting system:向裙装套筒或腿内灌⼊泥浆，使钢桩与其连接为
⼀体。

2.2.15调平装置leveling tool:调整导管架⽔平的动⼒源及相关组成部分。

2.2.16分割器packer wiper:分隔海⽔与泥浆。

主要有⽓胀式与机械式两种。

2.2.17卡状器gripper pile:调平导管架后将导管架与钢桩联接为⼀体。

2.2.18阳极检测系统cathodic monitoring system:检测阳极的腐蚀状态。

2.2.19防海⽣物marine growth protection:防⽌海⽣物附着于导管架上。

2.2.20滑靴/下⽔椼架skid shoe/launch cradle：导管架装船（或下⽔）时，⽀撑导
管架重量并可沿固定轨道滑移的结构件。

2.2.21隔膜diaphragm:密封裙装套筒的橡胶板，以增加导管架的浮⼒。

2.2.22索具平台rigging platform:挂扣钢丝绳的操作平台。

2.2.23浮筒buoyancy tank:提供导管架浮⼒。

2.2.24系船柱mooring bit:导管架上⽤于系缆的结构。

2.2.25防护件fender:导管架装船时置于船与码头之间，⽤于保护驳船及码头。

2.2.26⽔密隔板wateright diaphragm plate:将导管腿隔成多个密封，以适应导管扶
正的需要。

2.2.27拖拉⽿轴pulling lug：导管架滑移时主要动⼒作⽤点。

根据不同的动⼒源有
不同的结构形式。

2.2.28装船固定seafastening:将导管架与船帮扎与⼀体，保证海上运输的安全。

2.2.29滑道梁或滑块skid beam:在建设时为保证导管架最低点与地⾯有安全距离⽽
存在的在⼀定长度上连续的垫墩。

材质是钢质或钢筋混凝⼟。

上述附件中的隔⽔套筒、有些防护件不安装在导管架上，顶部浮筒、索具平台、导管腿顶部的⽔密隔板（有时包括扶正点）等附件待导管架在海上安装完成后再切
割去除，滑靴及装船固定实在导管架安装前切割。

2.3典型结构形式
导管架最常见的结构形式有两种：⼀种是四柱式，类似四棱台型，另⼀种是⼋柱
3简单分类
3.1按导管腿的数量分类
按导管腿的数量划分常见的有：单腿导管架、双腿导管架、三腿导管架、四腿导管架、⼋腿导管架。

这种分类简单明了地突出了导管架的主要特征。

当然导管腿的数量相同并不表⽰其结构形式相同，有时可能还相差甚远。

如M110导管架与WZ6-1导管架都是单腿的，但形式却差别较⼤。

3.2按⽔深分类
⼀般⽽⾔⽔深⼩于60⽶称为浅⽔导管架，⽔深超过100⽶称为深⽔导管架，⽔深介于两者之间的称为浅深导管架。

这种分类直接点明了导管架的⼯作环境特点。

现在有⼈提出⽔深在200⽶以内属于浅⽔导管架，⽔深超过200⽶才能称为深⽔导管架。

3.3按重量分类
导管架按重量分类只是说明了在建造时的⼯作量。

重量在1000吨以下称为⼩型导管架，重量在1000吨⾄5000吨成为轻型导管架，重量在5000吨⾄10000吨成为中型导管架，重量在10000吨以上称为重型导管架。

3.4按基本功能分类
所说的基本功能是针对导管架所⽀撑的平台⽽⾔，其分类有：进⼝平台导管架（WHP），⼯艺性平台导管架（CEP），⽣活平台导管架（LQ-在⼀个多平台群⽽且
平台相对集中时此导管架才会应运⽽⽣）。

4设计
4.1设计的基本内容
4.1.1总体设计：根据设计任务书的要求，设计出合理的机构型式，确定主尺⼨，进
⾏总布置，计算总体性能，绘总体图，编写总体说明书、总体性能计算书以及
相关的试验成果报告等。

总体设计要考虑整个平台的综合平衡，协调处理各专
业的要求，解决各专业之间可能出现的⽭盾，以达到整体设计的合理性。

4.1.2结构设计：根据总体设计确定的结构型式，选择各部分的结构型式，确定其尺
⼨，进⾏构建布置，绘结构图，进⾏结构计算，编写结构计算书和说明书，结
构设计包括整体结构设计和各部分结构设计。

4.1.3⼯艺设计：根据⽣产⼯艺要求，对⼯艺、设备、材料、布置、流程等内容进⾏
设计，编写⼯艺说明书及各种规格书（specification）。

4.2设计的要求
设计是⼀种创造性的劳动，设计艺术很重要，从⽅案设计（concept design）、基本设计（basic design）、详细设计（detail design），到施⼯设计（shop design）直⾄完⼯（as-built）投产，这是⼀个创造过程；这是经过多次修改逐渐接近正确认识的过程。

⼀个好的设计应满⾜以下基本要求：
安全性：海上⽣产安全特别重要，海上发⽣事故，其后果特别严重要，在设计中要确保结构安全可靠，保证⽣产和⼈员的安全。

适⽤性：在设计中要考虑海上作业的特点和需求，根据设计任务书要求，以满⾜导管架的适⽤性，达到顺利施⼯⽣产、⽅便⽣活。

经济性：要特别考虑经济效益，在建成后尽可能反映先进的技术⽔平，有较先进的技术性能指标
⼯艺性：设计中应考虑陆地建设、海上施⼯安装以及建成后的维修特点，降低强度、提⾼劳动⽣产效率，便于施⼯建设及安装。

4.3 设计依据
设计任务书(DESIGN BASIS)：是设计的主要依据，由业主提出，经过技术、经济等⽅⾯的论证后制定各个设计阶段的任务书。

海洋环境：设计风、波、流数据，潮差，海底坡度，海底⼟壤指标，最低与最⾼温度，地震资料，冰资料等等。

上部组块的图纸、布置、重量重⼼、主要性能要求等等。

设计标准、规范
4.4 设计的⽅法
常⽤的设计⽅法有如下⼏种：
4.4.1 母型设计（仿型设计）即选择已建成的使⽤成功的平台作为母型进⾏仿型设
计，所选的母型平台应与要设计的平台的使⽤技术条件、海洋环境条件相近，
⽽且经证明这种平台性能良好。

在⽅案设计阶段，选择平台主尺⼨和结构形
式时常采⽤这种⽅法。

4.4.2 规范设计即根据各国船检局或船级社、⽯油协会公布的规范要求进⾏设计，如：
美国⽯油协会API
挪威船级社DNV
美国船检局ABS
英国劳⽒船级社LR
德国劳⽒船级社GL
法国船检局BV
⽇本海事协会NK
中华⼈民共和国船检局ZC等等，设计中应注意使⽤新版本规范
4.4.3 按强度理论进⾏设计这种设计⽅法是建⽴在结构⼒学、理论⼒学、弹性
⼒学、材料⼒学等理论基础知识和现代计算技术（如计算机软件SACS
等⼯具）进⾏的设计。

对复杂的局部结构需要强度理论分析⽅法（如有
限元分析软件ansys等）。

在实际设计中以上三种都会⽤到
4.5 设计阶段
设计阶段⼀般分为四个：
4.5.1 ⽅案设计阶段也可叫可⾏性研究或概念设计，主要任务是根据设计
任务书的要求，对平台重⼤的技术和经济问题进⾏论证；提出⼏个⽅
案进⾏综合分析⽐较，论证该平台设计、建造的可⾏性和经济技术指
标，初步确定平台结构形式、主尺⼨、总体性能、总布置和总造价，
包括环境评价、HSE健康安全环保论证、风险评估等，提交审查，以
便选择最佳设计⽅案。

4.5.2 基本设计阶段对审查确定的⽅案设计进⾏更进⼀步设计、计算、分
析、确定出主体结构、总体建造及安装⽅案、各种规格书等，确定投
资，以便进⾏总包EPI招标
4.5.3 详细设计阶段根据业主要求及基本设计资料，审查确定设计基础及
⼯作范围，进⾏详细设计的设计计算分析，对基本设计进⾏优化，包
括与各个专业的界⾯协调，确定详细的主结构及所有附属图纸和材料
单（MTO）、详细的建造安装⽅案、各专业规格书，提交所有详细的
计算分析报告、图纸、规格书报业主审批。

4.5.4 施⼯设计阶段也可叫加⼯设计，解决施⼯⼯程中的技术问题，绘制
施⼯图，制定施⼯建造⼯艺、施⼯设计应根据制造⼚的设备能⼒和场
地情况、技术⽔平等实际情况进⾏设计，最后绘完图，供使⽤部门维
修时使⽤，故完⼯图应反映最后建造的实际情况，所有变动或修改均
应显⽰在完⼯图中。

4.6 设计步骤
4.6.1 ⾸先根据平台使⽤⽬的和要求对导管架进⾏总体布置，确定主尺⼨、
使⽤载荷。

4.6.2 根据导管架所处海域位置确定环境条件：风、波、流、冰、地震、⽔
深、温度等，确定平台⾼程和⽅位。

4.6.3 根据⼟壤地质资料进⾏桩基初步设计：确定桩径、桩数、桩长，确定
导管尺⼨及倾斜度。

4.6.4 根据设计规范、长细⽐等要求，结合经验，确定导管、⽴⾯⽀撑、⽔
平⽀撑等。

根据以上初步估算结果，输⼊计算机专⽤软件（如：SACS，ANSYS 等），最后确定出详细结构。

4.7 设计载荷及其组合
4.7.1 载荷分类
导管架所承受的载荷可分为：
⾃重：指平台在空⽓中的重量，包括：桩、导管架、上部模块（机械、设备等重量）等等。

浮⼒：结构在⽔⾯以下的排⽔量。

活载荷：如钻井、采油⽤的备品重量、短期作⽤于结构物上的载荷等等。

动载荷：指⼀些机械设备除他们本⾝重量以外，在运转过程中会产⽣冲击⼒。

施⼯载荷：指平台在施⼯时所经受的载荷，如装船、下⽔、起吊过程中，这些载荷会使⼀些构件受⼒过⼤，但他是在施⼯过程中所产⽣的，所以
应进⾏验算，⼀般不做设计控制载荷，应尽量采取临时措施解决。

外载：指⾃然条件作⽤于平台上的载荷，如风、波、流、冰、地震等
4.7.2 载荷组合
在平台整个运⾏过程中，上述各种载荷必然以各种不同的组合⽅式作⽤于平台上，要把平台设计好，使其在海洋中⽴得稳、站得牢，就必须对平
台在整个运⾏期间可能同时作⽤的各种载荷做全⾯具体的分析，从中
得出可能出现的最不利的载荷组合。

在载荷组合时应注意：
要针对平台的不同设计⼯况，确定不同的最不利组合的载荷组合。

例
如，验算桩基承载⼒时，拉桩和压桩应考虑不同的不利载荷；
在考虑组合中的各种载荷，必须是同时出现的，决不能笼统的把所有
最⼤载荷同时来考虑。

例如：波载和冰载就不可同时出现。

4.8 设计分析内容
通常对导管架应进⾏如下分析：
4.8.1 在位分析（in-place），即导管架在作业期间的分析，包括如下：
静⼒分析（static analysis）
动⼒分析（dynamic analysis）
疲劳分析（fatigue analysis）
地震分析（seismic analysis）
波浪拍击（wave slam）
涡流激震（vortex shedding），需分别考虑在位期间、建造期间、运输期间
4.8.2 安装分析（installation analysis）：即导管架在安装期间的分析，包
含以下内容：
底座稳定性和防沉板设计（on-bottom stability and mudmat design）
装船分析（load out analysis）
吊船分析（lifting analysis）
漂浮和扶正分析（floatation and upending analysis）
下⽔分析（launch analysis）
运输强度和稳定性分析（transportion strength and stability）
根据实际情况选择不同的分析
4.8.3 桩和隔⽔套管的分析
桩强度分析（strength analysis）
桩疲劳分析（fatigue analysis）
桩和隔⽔套管的⾃由站⽴分析（stick-up analysis）
桩的起吊分析（lifting analysis）
桩和套管/套管间的连接分析（grouting pile to structure connection analysis）
4.8.4 附件及有限元FEA分析（finite element analysis）
靠船件分析（barge bumper analysis）
登船平台分析（boat landing analysis）
索具平台分析（rigging platform analysis）
进⼝导向分析（conductor guide analysis）
滑靴或下⽔桁架分析（skid shoes or launch cradle analysis）
⽔密隔板分析（watering diaphragm analysis）
钓吊点分析（padeye analysis）
阳极设计（anodes analysis）
5 建造
5.1 建造主要标准简介
建造除遵循业主的规格书之外，以下通⽤标准是适⽤的：
API RP 2A:recommended practice for planning,designing and constructing fixed offshore platforms-working stress design API SPEC 2B:specification for the fabrication of structural steel pipe
AWS D1.1/D1.1M:structural welding code-steel
5.2 建造流程
普通钢结构的建造流程对导管架是适⽤的，只是在此基础上有针对性的增加特殊要求。

这些特殊要求通过各种设计的程序来体现。

如：焊接、涂装、预制以及
吊装、转船等等，以下是典型的建造流程（以⽂昌15-1为例）
5.3 典型建造⽅法
导管架的建造按其所在的站⽴⽅式不同⽽形成两种建造⽅式：⽴式与卧式。

5.3.1 ⽴式建造导管架在建造时的状态与⼯作时状态⼀样，都是直⽴的，⼀般是
浅⽔、⼩型导管架适⽤。

5.3.2 卧式建造导管架在建造时的状态与⼯作时状态旋转90度，即：建造时以
导管架的⾼度⽅向平放。

导管架平放就好⽐桁架式的箱型梁，上下底⾯称为顶⽚与底⽚，两侧⾯叫花⽚，中间的隔板由⽔平⽚组成。

卧式建造根据其主要特征⼜有两种⽅法：其⼀吊装扣⽚法；其⼆旋转⽴⽚法。

两者最⼤区别在于合⽚⽅式不同
吊装扣⽚法形象称为“搭积⽊”，⼯序是先装底⽚（包括导管），然后吊装花⽚与⽔平⽚，最后将组装好的顶⽚（含导管）⽤起重机吊起从顶部扣装，完成合⽚，扣⽚图例：
旋转⽴⽚法分连部分组装：⼀部分是⼀个侧⾯（含导管）；另⼀部分是顶⽚与底⽚及另⼀个侧⾯（含导管），组成U型，然后将侧⾯直⽴，最后将U型⽚绕其中⼀条导管旋转完成合⽚，图例为：
6 装船
采⽤特定的⽅式将建造好的导管架运送⾄驳船上的过程叫装船。

为保证海上运输的安全，通过焊接将导管架与船绑扎于⼀体的过程叫装船固定。

装船⽅式有3种：
吊装（lifting）、滑移（slip）以及采⽤拖车（trailer）运送⽅式。

6.1 吊装装船适⽤于⼩型导管架，借助于⼤型起重设备-浮式吊机将导管架由建
造区运送⾄驳船上，这种⽅式直接，最简单，附图：
6.2 滑移装船借助于⼀定的动⼒使导管架沿预先设定的轨道滑移，完成导管架由建
造区滑⾏到驳船的过程。

由于滑移的摩擦系数较⼩，较⼩的动⼒就拖拉⼤型的
导管架，因此滑移装船适⽤于重型导管架。

附图：
6.3 拖车装船借助于⼤型运载设备-拖车将导管架由建造区运送到驳船上，
要求拖车具有可升降性。

由于拖车的承载有限，因此该⽅法适⽤于在
2000吨以下的导管架装船。

**选⽤何种装船取决于导管架的形式和重量、承包商的设备能⼒，但是⽆论采⽤何种⽅式装船，装船程序必须得到批准，程序的重要内容：调压载
计算、装船分析、船的强度校核。

7 运输
运输条件系指进⾏运输设计与实施应考虑的因素，主要因素有：
运输船
航运天⽓
建造商港⼝附图：
8 安装
8.1 下⽔⽅法指将导管架从船上卸下⽽放⼊海洋之中的确定位置，下⽔⽅法有
两种：吊装与滑移，原理同前。

8.2 扶正导管架下⽔后通过向导管（包括底部浮筒）内注⽔使导管架由⽔平状
态转变为直⽴状态的过程。

只有卧式建造的导管架才有扶正步骤。

8.3 就位与固定导管架下⽔扶正后，利⽤浮吊或拖轮的作⽤将导管架湿拖⾄平
台就位位置，并继续注⽔，直⾄得到⾜够的底座重量，同时利⽤浮吊将导
管架坐落于预先设计的海床上，这⼀过程为就位。

导管架就位后，将钢桩插⼊，完成打⼊，调平导管架，开启封隔器，并注
⼊泥浆，使导管架与钢桩成为⼀个整体，这⼀个过程为固定。

就位与固定是⼗分复杂的过程。

8.4 附件安装
由于某些原因，导管架上的少数部件是单独装船运输的，因此在导管架固定以后，这些部件需要通过浮吊的帮助使之安装到导管架上。

9 结束语
本⽂⽬的是普及导管架的基础知识，可深⼊探讨。