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大国重型海底制造“长龙”——世界上第一艘沉管运输安装一体化船舶研发投入使用纪实

科技日报记者 矫阳。长龙

编者按 制造业是大国立国强国的基础,是重型制造装体中国实体经济的主体和创新驱动的主战场。党的海底化船二十大报告指出,要加快制造业强国建设,世界上第艘沉输安实促进制造业高端化、管运智能化、舶研绿色化发展。发投今天,入使我们的用纪报纸推出了制造版,记录了中国制造业在新时代的长龙转型升级、关键和突破,大国并撰写了其背后的重型制造装体科技创新故事。

“一航津安1”沉管运输安装一体船将E23管节和最终接头浮到安装现场时,海底化船通过港珠澳大桥(6月8日拍摄,世界上第艘沉输安实无人机照片)。新华社发。

六月十一日八点,深圳和中山在伶仃洋海底“牵手”。

沉管运输安装一体船“一航津安1”号就像一个巨大的矩形钢夹,将最后一个沉管和最后一个接头牢牢地抱在船底。在船上安装的智能系统控制下,最终接头准确推出,实现了最后一节沉管与东E24管节的精确对接。

此后,世界上最长、最宽的钢壳混凝土沉管隧道——深中通道海底隧道正式合龙。

“一航津安1”号主船体采用双船型设计,集浮运、定位、沉放、安装于一体,船长190.4米,船宽75米,型深14.7米。“是世界上安装能力最大、沉放精度最高、施工效率最高、性能最先进的海底隧道沉管施工专用船舶。中交一航局副总工程师李增军说。

为了建设深中通道钢壳混凝土沉管隧道,中交一航局R&D团队与施工方共同从2013年开始R&D,到2016年取得根本突破。直到2017年可行性论证完成,经过三年的发展,终于设计制造了“一航津安1”号。

一体化船舶的设计解决了施工问题。

继港珠澳大桥之后,深中通道是另一个世界级的跨海集群项目。沉管隧道长5035米,由32条双向8车道钢壳混凝土沉管连接而成。自建设项目成立以来,一个接一个地面临着世界问题。

与港珠澳大桥相比,深中通道沉管隧道面临着钢壳结构形式新、尺寸超宽、浮运距离长等诸多新问题,现有设备不能满足施工要求。

为此,中交一航局成立了涵盖设计、研究、设备、施工等专家和工程师的专题研发团队。

“深中通道沉管的尺寸超宽。首先,我们建议将原本用于港珠澳大桥沉管施工的两艘安装船合并加宽,以匹配深中通道沉管的宽度。李增军说。

但由于两艘船无法自航,合并加宽后的船体需要在左右两侧加拖轮。“现有的航道宽度不能满足安装船和拖轮编队的航行需求。李增军说。

此后,研发团队提出了新的自航半潜船方案,拖动沉管并完成安装,但该方案的造船周期太长。

合并船体航道不足,新型自航船周期过长,研发陷入困境。

2016年,在一次专家研讨会上,R&D团队建议简单地把“腿”(也就是让船自带动力)带到船上,把两艘安装船连接起来。“当时这个提议让大家眼前一亮,觉得是个好主意。经过详细的研究,我们认为这个计划是可行的。中交一航局总技术顾问李一勇回忆说。

三个月后,研发团队发布了一体化船舶建设方案。

李一勇向记者描述了一体船的四个“一体”。

船体结构一体化,以前用两艘船,现在变成了一艘船;集沉管浮动和沉积安装于一体;动力一体化。过去,沉管施工需要八、九个拖船来拖船。现在拖船的动力一体化,操作更方便、更节能、更环保;船舶与沉管集成。船舶和管道通过刚性连接形成一个整体,就像一条大鲸鱼在水中游动,肚子里有一条小鲸鱼。

“自2013年开始研发以来,在过去的四年里,我们‘摸排’了几乎所有可能的计划,最终迎来了‘柳暗花明’。李一勇说。

一体船首次完成浮运安装。

自2017年初以来,R&D团队与上海交通大学等科研机构就集成船舶动力、航行、沉管沉放等关键课题进行了反复研究论证,并于2018年7月正式进入建设阶段。

一体船配备2套9280kW主推系统和8台大功率侧推,可满足静水、深水浮运标准沉管的要求,速度为5节(注:1节为每小时1.852公里)。

2019年6月1日,一体化船舶成功出坞,标志着海底隧道沉管施工专用船舶安装能力最大、沉放精度最高、施工作业效率最高、性能最先进,取得了重大阶段性成果。该一体船也被正式命名为“一航津安1”号。

2020年6月16日,“一航津安1”号在完成多项准备和试验后,开启了海底沉管建设的重要时刻。

同日,2万吨“一航天津安1”号“持有”8万吨沉管,在伶仃洋缓缓启航。它将在海上航行近50公里,经历7次航道转换,到达深圳中学通道安装海域。

中交一航局深中通道项目部执行副总工程师宁金金回忆说,在最后一个转向区之后,不明原因的横流急剧增加,“一航津安1”号和航线的倾斜角度继续扩大,很容易跨越航道搁浅。当时,宁进进平静地开启了无人驾驶模式。

“一航津安1”号按设定航线稳定航行。下午6点,“一航津安1”号成功将第一节沉管带到深中通道西人工岛附近240米处。

“一航天津安1”号启动全自动稳船功能,牢牢悬停在沉管基床上方;随着沉管的一点点下放,测量塔实时计算沉管的三维动态...“100cm,90cm...”在拉合系统的作用下,E1管节稍微靠近对接端。

经过34小时的奋战,沉管顺利实现了与西人工岛暗埋段的对接,“一航津安1”号完成了浮运安装首秀。

该船还具有自动定位、抵抗横流、自动跟踪、原地旋转等功能。李一勇说。

与传统的管节浮运安装方式相比,采用一体化船进行沉管施工,可减少浮运航道疏浚量1500万立方米,节约成本数亿元。

8万吨重沉管实现毫米级对接。

在30多米深的海底,8万吨重的沉管实现毫米级对接,难度堪比载人飞船和“天宫”空间站对接。

测量是工程的眼睛,是沉管高精度安装的基础。

第一节沉管安装前,GPS卫星信号突然丢失,“一航津安1”号自动跟踪系统。

没有卫星信号,在茫茫外海,一体船就像失去了眼睛。

“这增强了团队使用北斗定位系统的决心。李一勇说。

建设者在“一航天津安一号”9层楼高的测量塔上安装了北斗卫星天线。收集到的信号通过接收器传输到监控计算机。根据沉管浮动安装过程,同时在计算机中安装了自主研发的测控系统。

深中通道首个深水区管节E3于2020年8月27日抵达沉放水域。在沉管对接的关键时刻,项目团队分别使用北斗系统和GPS系统收集数据,两者之间存在很大的差异。

随着时间的推移,潮水逐渐达到沉管安装的最佳高度,安装窗口期转瞬即逝。使用哪些数据?“经过多种核算方法,结果显示北斗数据更好。中交一航局深中通道项目部测管中心主任成益品回忆说,采用北斗数据后,E3管节与E2沉管准确对接。测量塔数据和潜水员测量数据均显示,安装精度符合设计要求。

此后,北斗系统成功引入跨海沉管隧道施工领域。

实践证明,“一航津安1”号将沉管隧道施工提升到机械化、智能化施工的新高度。

“从概念到现实,集成船依赖于我们70多年水工建设的历史积累,体现了合作单位和研发团队的集体智慧,见证了中国整体工业水平的飞跃。李一勇感慨地说。

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