自升式碎石鋪設(shè)整平船“一航津平2”

我國自主研發(fā)制造的又一款基建“神器”來了!

近日，由中交一航局研發(fā)、上海振華重工建造的自升式碎石鋪設(shè)整平船“一航津平2”在南通下水，船體為箱型“回”字結(jié)構(gòu)。

船長98.7米、寬66.3米，相當(dāng)于一個(gè)足球場大小;

在不移動船身的情況下，單個(gè)船位碎石鋪設(shè)整平作業(yè)范圍達(dá)2500平方米，等同于6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)籃球場;

在它平整完的地基上建隧道可以“滴水不漏”……

作為世界最大、最先進(jìn)的自升式碎石鋪設(shè)整平船，“一航津平2”投產(chǎn)后將進(jìn)一步鞏固我國在海底隧道基礎(chǔ)施工領(lǐng)域的世界領(lǐng)先地位。

深水碎石鋪設(shè)的“3D打印機(jī)”

碎石鋪設(shè)整平船一般用于深水碎石基床鋪設(shè)，集基準(zhǔn)定位、石料輸送、高精度鋪設(shè)整平、質(zhì)量檢測驗(yàn)收功能于一體，因其鋪設(shè)作業(yè)的高效率和自動化，被形象地稱為深水碎石鋪設(shè)的“3D打印機(jī)”。

在實(shí)際的作業(yè)中，該船的功能相當(dāng)于海底鋪路機(jī)，通過拋石管精準(zhǔn)定位，向海床投入碎石并鋪平，大型海底隧道的沉管就鋪設(shè)在碎石面上，高效率的作業(yè)速度可以解決受海底水流影響在碎石上產(chǎn)生回淤量大的難題，保障沉管快速安裝。

此次下水的“一航津平2”是港珠澳大橋深水整平的功勛船舶“津平1”的升級版。與“津平1”相比，“一航津平2”在性能、規(guī)格、國產(chǎn)化程度等方面均實(shí)現(xiàn)超越，多項(xiàng)性能位居國際領(lǐng)先水平：該船鋪設(shè)范圍更廣，整平效率也更高，整平速度較“津平1”提升了一倍，最高可達(dá)每分鐘5米;作業(yè)壽命更長，樁腿使用壽命長達(dá)2000小時(shí)。

“一航津平2”是超級工程深中通道的核心裝備，同時(shí)，在設(shè)計(jì)、建造方面均實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，尤其是施工管理系統(tǒng)成功突破國外技術(shù)封鎖，實(shí)現(xiàn)了整套系統(tǒng)國產(chǎn)化。

“一航津平2”是如何在海底進(jìn)行“3D打印”的呢?中交第一航務(wù)工程局有限公司整平船監(jiān)造組組長李家林介紹，為了確保工程達(dá)標(biāo)，在正式開工“3D打印”前，“一航津平2”還需要過五關(guān)斬六將。

“首先是工前測控系統(tǒng)校準(zhǔn)和施工管理運(yùn)行系統(tǒng)測試，之后整平船才能由拖船拖拽至施工現(xiàn)場，到了現(xiàn)場，整平船還將進(jìn)行一系列的調(diào)試準(zhǔn)備，包括拋錨駐位、整平船調(diào)平、整平船抬升、測量系統(tǒng)二次標(biāo)定幾個(gè)步驟。”李家林強(qiáng)調(diào)，將整平船抬升出水面主要是為了減少海面波浪對船體的影響，保障50米水深條件下碎石鋪設(shè)的高精度。

“接下來才是重頭戲。”李家林說，“整平船旁邊是它的‘好幫手’運(yùn)料船和供料回填船，它們將承擔(dān)供料的任務(wù)，這一步完成之后整平船才正式開始碎石鋪設(shè)作業(yè)。碎石基床鋪設(shè)完成后，整平船測控系統(tǒng)會進(jìn)行碎石基礎(chǔ)成型檢測，確保碎石鋪設(shè)的工程質(zhì)量。每個(gè)船位整平完成驗(yàn)收合格后，整平船又會重新下降入水、提升樁腿、移位，進(jìn)行下一個(gè)船位的整平作業(yè)。”

即將服役世界級“超級工程”

“一航津平2”即將服役的深中通道，是繼港珠澳大橋之后的又一超級工程。

深中通道連接珠江東西岸，是承接粵港澳大灣區(qū)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移打造的交通大動脈。作為世界級超大型“橋、島、隧、地下互通”集群工程，該工程的海底沉管隧道長約6.8公里，為雙向八車道超寬鋼殼混凝土沉管隧道，具有“超寬、變寬、深埋、回淤量大、挖砂坑區(qū)域地層穩(wěn)定性差”五大技術(shù)難點(diǎn)，工程規(guī)模和技術(shù)難度前所未有。

以往整平作業(yè)大多都在30米或者40米深的水下操作，而深中通道的整平作業(yè)則需要在50米深的水下操作，“一航津平2”樁腿總長75米，可根據(jù)水深工況環(huán)境接長至95米，樁腿越長，對樁腿控制、參數(shù)測量、異常情況監(jiān)測以及施工經(jīng)驗(yàn)的要求就越高。

“你可別小看這小小的10多米，它的變化就好比在自行車輪子下又加了一個(gè)輪子，一下子從騎車變成耍雜技了。”中交一航局科學(xué)技術(shù)部總經(jīng)理李增軍介紹，為了保證在50米深水下作業(yè)，“一航津平2”樁腿直徑接近3米，是“津平1”的一倍多，同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)將會與施工過程同步，出現(xiàn)問題后立即就能糾正，保障施工質(zhì)量。

相比起來，寬度的增加給整平作業(yè)帶來的利遠(yuǎn)大于弊。“只要克服結(jié)構(gòu)變形的難題以后，加寬的船體就非常有優(yōu)勢了。它可以使工程速度加快，加上船上各項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)行速度也被提高了，工期就被大大縮短。”李增軍說。

“一航津平2”可在18小時(shí)左右完成一個(gè)碎石機(jī)床鋪設(shè)作業(yè)，165米長標(biāo)準(zhǔn)管碎石基床分4個(gè)船位可以整平完成 ，每個(gè)船位作業(yè)時(shí)間為18小時(shí)，單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)基床所需時(shí)間約為3—4天，與之相比，“津平1”在港珠澳大橋沉管施工時(shí)，180米長標(biāo)準(zhǔn)管碎石基床則需要分7個(gè)船位整平完成，耗時(shí)7到12天。

速度快了，隨之帶來的是精度的提高。“耗時(shí)越短，沉積的淤泥會越少，最后的工程質(zhì)量受到的影響就小了。”李增軍提到，他們還使用GPS進(jìn)行靜態(tài)測量，解決了動態(tài)測量帶來的精度差的問題，動態(tài)部分則使用光學(xué)儀器進(jìn)行測量，最終將整平精度控制在正負(fù)40毫米以內(nèi)。

船舶“大腦”突破封鎖自主可控

除了硬件外，上海振華重工還成功突破國外技術(shù)封鎖，實(shí)現(xiàn)了施工管理系統(tǒng)的國產(chǎn)化。

此前“津平1”服役港珠澳大橋島隧工程時(shí)，其核心的施工管理系統(tǒng)引進(jìn)自日本，中方不僅需要高價(jià)引進(jìn)，還處處受到掣肘。

李家林回憶：“當(dāng)系統(tǒng)第一次出現(xiàn)問題時(shí)，我們甚至還需要背著電腦到日本去尋求幫助，后來第二次出現(xiàn)了問題后，我們又立即購買衛(wèi)星電話聯(lián)系日方。有時(shí)日方的工作人員來進(jìn)行一些基礎(chǔ)檢修，還會在一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)刻意回避我們，處處依賴別人的感覺太不好受了。這幾次經(jīng)歷也讓我們加大了研制國產(chǎn)施工管理系統(tǒng)的決心。”

到了“一航津平2”，振華重工終于實(shí)現(xiàn)了施工管理系統(tǒng)的國產(chǎn)化。該系統(tǒng)相當(dāng)于船舶的“大腦”，擔(dān)任作業(yè)的“總指揮”，包括設(shè)備控制、遠(yuǎn)程故障診斷、船舶定位和監(jiān)控等，協(xié)調(diào)各方同時(shí)運(yùn)行，發(fā)出指令并接受反饋。“如果珠海這邊的系統(tǒng)出了問題，北京的工程師直接就可以在電腦上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷和在線修復(fù)，以往光是花在交通上的時(shí)間就不只一天。”李家林解釋說。

除了匹敵國外系統(tǒng)的各項(xiàng)性能，“一航津平2”的施工管理系統(tǒng)還解決了施工操作對系統(tǒng)的影響，周邊環(huán)境對測控精度的影響以及運(yùn)行速度、精度等因素間的相互影響這三大業(yè)界難題。

據(jù)了解，該船于2018年7月開工建造，歷時(shí)5個(gè)月完成主船體分段制造和搭載。后續(xù)，該船將進(jìn)入樁腿安裝和設(shè)備調(diào)試階段，預(yù)計(jì)今年7月抵達(dá)深中通道現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)試和交付，接受實(shí)際作業(yè)的檢驗(yàn)。(張曄 何彩儷)