来源:【津滨海客户端】津滨海讯(记者张广艳陈西艳通讯员刘志温潘祚声陈振强)“经过2020年6月至今一年的实战检验,一体船实现了预期功能,甚至在某些方面比预想的还出色。”7月23日,深中通道E19管节顺利安装,全国水运工程建造大师、中交一航局总技术顾问李一勇感慨地说。李一勇谈及的一体船,指的是沉管运输安装一体船。记者从总部
来源:【津滨海客户端】
津滨海讯(记者 张广艳 陈西艳 通讯员 刘志温 潘祚声 陈振强)“经过2020年6月至今一年的实战检验,一体船实现了预期功能,甚至在某些方面比预想的还出色。”7月23日,深中通道E19管节顺利安装,全国水运工程建造大师、中交一航局总技术顾问李一勇感慨地说。
李一勇谈及的一体船,指的是沉管运输安装一体船。记者从总部位于滨海新区的中交一航局获悉,7月23日,超级工程深中通道E19管节在伶仃洋海底顺利安家,并创下连续7节沉管近乎零偏差毫米级安装的世界新纪录。建设超级工程,必须要有超级装备。在世界最宽沉管隧道深中通道建设中,中交一航局的建设者勇于开拓创新,历时三年多时间研发出世界首制沉管运输安装一体船,用自主科技创新解决了深中通道施工“卡脖子”难题,将世界跨海沉管隧道施工引入智能化时代。
时光回到近十年前。2013年港珠澳大桥沉管隧道施工开始不久,一航局作为我国外海沉管隧道施工的首倡者和国家队,就同步参与到深中通道有关技术方案论证工作中。与港珠澳大桥沉管隧道相比,深中通道沉管隧道面临着钢壳结构新形式、尺寸超宽、浮运距离超长、航道封航时间长等许多新难题。现有装备无法满足施工要求。研发新的方案和装备,成为必由之路。
从“零”到“一”的跨越
为了攻克这一世界级施工难题,一航局迅速组建了涵盖设计、研究、装备、施工等专家和工程师的研发团队。
几经波折,到2016年在一次专家讨论会上,有团队成员提议:不如直接把两个安装船加宽连成一体,再给船带上“腿”(自带动力)灵感迸发往往就在一瞬间,这个提议让大家眼前一亮。在一言一语讨论中,一体船的研究方向逐渐清晰。研发团队当即分工,进一步细化研究。
一体船逐渐清晰模样。“一体船首先是船体结构的一体,最直观的就是把两条船变成一条船;其次是沉管浮运和沉放安装于一体。一体船是集浮运和安装功能于一身的;再次是动力一体,以前沉管施工,需用八九个拖轮拖着走,现在的动力都在一体船上,便于操作也更节能环保;最后是船舶和沉管一体,船管通过刚性连接,组合为整体,就像一条由一体船和沉管组成的组合船。”李一勇详细阐述着研发思路。
2016年12月,研发团队赴业主单位汇报一体船及沉管浮运安装一体化施工工艺,业主单位领导和业内专家就给予了高度认可。方向确定后,研发团队再接再厉,完成了船体结构工艺方案,确定了各项工艺参数,完成了一体船的可行性论证,又相继联合国内外知名科研机构分别进行了数模、物模试验,就一体船动力、航行及沉管沉放等关键课题完成了可行性论证。
从2013年启动研发,到2016年取得根本突破,再到2017年可行性论证,研发团队基本上把可能采取的方案进行系统“摸排”。
从“蓝图”到“实践”的探索
2018年7月,一体船正式进入建造阶段。“‘一航津安1’具备自航功能,配有2套9280千瓦主推进系统和8台大功率侧推,主机和侧推的尺寸和功率均创国内同等设备之最,可满足带标准沉管浮运下深水静水航速5节的要求,并具备DP动力定位功能,在带沉管工况下可抵抗1.6节横流。”一航局副总工程师李增军介绍。同时,一体船还具备航迹追踪及偏移纠偏功能,在设计、建造及施工管理系统方面均实现了自主研发,实现了外海沉管机械化、无人化、自动化浮运安装作业。
2019年6月1日,一体船顺利出坞,标志着世界上安装能力最大、沉放精度最高、施工作业最高效、性能最先进的海底隧道沉管施工专用船舶取得重大阶段性成果,并正式被命名为“一航津安1”。出坞后,“一航津安1”按计划,历时一年,先后完成了管系、电缆及电气设备安装,并开展设备调试、系泊试验及航行试验等工作。
2020年6月16日6时,“一航津安1”迎来首秀。2万吨的“一航津安1”抱着8万吨重的沉管,总重达10万吨的大家伙,需要海上穿行47公里,经过7次航道转换后,才能到达安装海域。下午6点,海面上陆续亮起灯光。一体船把首节沉管带到距西人工岛附近240米处,两个大块头静静对视,工作人员开始系泊作业。一体船开启全自动稳船功能,牢牢悬停在沉管基床正上方。控制室的新型测控系统,如行车记录仪般,船及航道周边环境一目了然。
随着沉管一点点下放,测量塔数据实时计算沉管三维动态,指挥人员精准掌握沉管在海底的具体位置。拉合系统作用下,E1管节一点点向对接端靠近,历经34个小时的奋战,首节沉管顺利实现与西人工岛暗埋段的精准对接,完成首次“海底初吻”,实现了世界海工领域的新跨越。
从“满足要求”到“零偏差”的追求
8万吨沉管在30余米的海底,实现指缝般毫米级对接,难度堪比“天宫”对接。深中首节沉管的精准对接,为一体船首秀画上圆满句号,但是为了实现沉管隧道近乎零误差对接,打造滴水不漏的百年品质工程,一航局建设者追求卓越的脚步并未停止。
测量是工程的眼睛,是沉管高精度安装的基础。一航局建设者在一体船9层楼高的测量塔上,装置了北斗卫星天线,天线收集的信号通过接收器传送到监控电脑上,电脑里加装了根据沉管浮运安装工序自主研发的测控系统。这套软硬件“组合拳”实现了系统之间的穿透,可接收GPS和北斗两种信号,实时计算沉管三维动态,作业人员可精准掌握船管在海底的具体位置。
2020年8月27日,经过近50公里浮运,深中通道首个深水区管节E3抵达沉放水域,北斗系统第一次正式亮相。就在沉管对接的关键时刻,项目团队分别用北斗系统和GPS系统采集数据,两者竟存在较大出入。测量团队顶着压力,再次对测控系统做了全面检查,用多种方法进行核算。“结果显示,北斗数据优于GPS,我们果断关闭GPS系统,使用北斗系统作为沉管继续安装的唯一依据。”一航局深中通道项目测管中心主任成益品回忆。
E3 管节最终与E2沉管精准对接。测量塔数据及潜水员测量数据均显示,安装精度满足设计要求。至此,北斗系统成功引进跨海沉管隧道施工领域。
沉管用上北斗系统,为超级工程的高精度对接,装上了一双锐利的眼睛。然而,瞬息万变的外海,总会带来出人意料的挑战。
2021年4月25日,E9管节对接完成后,测量结果显示偏南15.2毫米,而测量塔系统显示偏北25毫米。换句话说,测量塔数据出现了严重失真,这对沉管的高精度对接无疑是个巨大的潜在风险。
通过数据对比,测量团队发现,钢壳管节会随着水深受压增加而发生一定程度的形变。受此影响,安装在沉管之上的测量塔也会相应产生偏移,引起定位误差。E9管节安装位置达到水下37米,问题尤为凸显。
针对管节的特殊空间结构,项目团队提出“相机-光学靶标”布置方案,在每个形变部位增加精密的姿态传感器,并连接到一体船操作系统上。通过传感器联合确定测量塔与管节的姿态和相互关系,管节沉放过程中对形变带来的偏差实时自动提示,最终达到人机交互式动态修正,进一步提高测量系统的定位精度和可靠性。
经过一个月的紧张准备,E10管节安装迎来大考。夜幕下的一体船缓缓下放沉管,测量塔逐渐没入水中。安装了联合精密姿态仪的沉管,就像有了一对“鹰眼”,海底状况一目了然,E10与E9在深海实现了精准对接。(中交一航局供图)
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