我國自主研發(fā)深水碎石鋪設“3D打印機”，海底有“路”了

我國自主研發(fā)又一基建“神器”：“一航津平2”來(lái)了，海底便有了“路” 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整平船“一航津平2”在南通下水，船體為箱型“回”字結構。船長(cháng)98.7米、寬66.3米，相當于一個(gè)足球場(chǎng)大??；在不移動(dòng)船身的情況下，單個(gè)船位碎石鋪設整平作業(yè)范圍達2500平方米，等同于6個(gè)標準籃球場(chǎng)；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施工領(lǐng)域的世界領(lǐng)先地位。

深水碎石鋪設的“3D打印機”

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

在實(shí)際的作業(yè)中，該船的功能相當于海底鋪路機，通過(guò)拋石管精準定位，向海床投入碎石并鋪平，大型海底隧道的沉管就鋪設在碎石面上，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、規格、國產(chǎn)化程度等方面均實(shí)現超越，多項性能位居國際領(lǐng)先水平：該船鋪設范圍更廣，整平效率也更高，整平速度較“津平1”提升了一倍，最高可達每分鐘5米；作業(yè)壽命更長(cháng)，樁腿使用壽命長(cháng)達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)，在設計、建造方面均實(shí)現了國產(chǎn)化，尤其是施工管理系統成功突破國外技術(shù)封鎖，實(shí)現了整套系統國產(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造組組長(cháng)李家林介紹，為了確保工程達標，在正式開(kāi)工“3D打印”前，“一航津平2”還需要過(guò)五關(guān)斬六將。

“首先是工前測控系統校準和施工管理運行系統測試，之后整平船才能由拖船拖拽至施工現場(chǎng)，到了現場(chǎng)，整平船還將進(jìn)行一系列的調試準備，包括拋錨駐位、整平船調平、整平船抬升、測量系統二次標定幾個(gè)步驟。”李家林強調，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的高精度。

“接下來(lái)才是重頭戲。”李家林說(shuō)，“整平船旁邊是它的‘好幫手’運料船和供料回填船，它們將承擔供料的任務(wù)，這一步完成之后整平船才正式開(kāi)始碎石鋪設作業(yè)。碎石基床鋪設完成后，整平船測控系統會(huì )進(jìn)行碎石基礎成型檢測，確保碎石鋪設的工程質(zhì)量。每個(gè)船位整平完成驗收合格后，整平船又會(huì )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產(chǎn)業(yè)轉移打造的交通大動(dòng)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(cháng)約6.8公里，為雙向八車(chē)道超寬鋼殼混凝土沉管隧道，具有“超寬、變寬、深埋、回淤量大、挖砂坑區域地層穩定性差”五大技術(shù)難點(diǎn)，工程規模和技術(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(cháng)75米，可根據水深工況環(huán)境接長(cháng)至95米，樁腿越長(cháng)，對樁腿控制、參數測量、異常情況監測以及施工經(jīng)驗的要求就越高。

“你可別小看這小小的10多米，它的變化就好比在自行車(chē)輪子下又加了一個(gè)輪子，一下子從騎車(chē)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)監控系統將會(huì )與施工過(guò)程同步，出現問(wèn)題后立即就能糾正，保障施工質(zhì)量。

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

“一航津平2”可在18小時(shí)左右完成一個(gè)碎石機床鋪設作業(yè)，165米長(cháng)標準管碎石基床分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)標準管節基床所需時(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(cháng)標準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(lái)的是精度的提高。“耗時(shí)越短，沉積的淤泥會(huì )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(dòng)態(tài)測量帶來(lái)的精度差的問(wèn)題，動(dòng)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40毫米以?xún)取?br />
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)現了施工管理系統的國產(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：“當系統第一次出現問(wèn)題時(shí)，我們甚至還需要背著(zhù)電腦到日本去尋求幫助，后來(lái)第二次出現了問(wèn)題后，我們又立即購買(mǎi)衛星電話(huà)聯(lián)系日方。有時(shí)日方的工作人員來(lái)進(jìn)行一些基礎檢修，還會(huì )在一些關(guān)鍵環(huán)節刻意回避我們，處處依賴(lài)別人的感覺(jué)太不好受了。這幾次經(jīng)歷也讓我們加大了研制國產(chǎn)施工管理系統的決心。”

到了“一航津平2”，振華重工終于實(shí)現了施工管理系統的國產(chǎn)化。該系統相當于船舶的“大腦”，擔任作業(yè)的“總指揮”，包括設備控制、遠程故障診斷、船舶定位和監控等，協(xié)調各方同時(shí)運行，發(fā)出指令并接受反饋。“如果珠海這邊的系統出了問(wèn)題，北京的工程師直接就可以在電腦上實(shí)現遠程故障診斷和在線(xiàn)修復，以往光是花在交通上的時(shí)間就不只一天。”李家林解釋說(shuō)。

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

據了解，該船于2018年7月開(kāi)工建造，歷時(shí)5個(gè)月完成主船體分段制造和搭載。后續，該船將進(jìn)入樁腿安裝和設備調試階段，預計今年7月抵達深中通道現場(chǎng)進(jìn)行調試和交付，接受實(shí)際作業(yè)的檢驗。