大國重器海底造“長龍”

　　——世界首艘沉管運輸安裝一體船研發(fā)投用紀實

　　6月11日8時，深圳和中山兩市在伶仃洋海底“牽手”。

　　沉管運輸安裝一體船“一航津安1”號，猶如一只巨大的長方形鋼鐵夾子，將最后一節(jié)沉管和最終接頭，牢牢抱在船底。經船上安裝的智能系統(tǒng)控制，精準推出最終接頭，實現(xiàn)了最后一節(jié)沉管與東側E24管節(jié)的精準對接。

　　自此，世界最長也是最寬的鋼殼混凝土沉管隧道——深中通道海底隧道正式合龍。

　　“一航津安1”號主船體采用雙體船船型設計，集沉管浮運、定位、沉放和安裝等功能于一體，船長190.4米、船寬75米、型深14.7米。“它是世界上安裝能力最大、沉放精度最高、施工作業(yè)最高效、性能最先進的海底隧道沉管施工專用船舶。”中交一航局副總工程師李增軍說。

　　為建設深中通道鋼殼混凝土沉管隧道，中交一航局研發(fā)團隊與建設方一起，從2013年啟動研發(fā)，到2016年取得根本突破，直至2017年完成可行性論證，又歷經3年研制，終于設計制造出“一航津安1”號。

　　設計一體船解決施工難題

　　深中通道是繼港珠澳大橋后又一世界級跨海集群工程。其沉管隧道長5035米，由32節(jié)雙向8車道鋼殼混凝土沉管相接而成，從建設立項開始，就面臨一個又一個世界難題。

　　與港珠澳大橋相比，深中通道沉管隧道面臨鋼殼結構形式新、尺寸超寬、浮運距離超長等許多新難題，已有裝備無法滿足施工要求。

　　為此，中交一航局組建起一支涵蓋設計、研究、裝備、施工等專家和工程師的專題研發(fā)團隊。

　　“深中通道沉管尺寸超寬，我們首先提出，將原本用于港珠澳大橋沉管建設的兩艘安裝船合并加寬，匹配深中通道沉管的寬度。”李增軍說。

　　然而，由于兩船無法自航，合并加寬后的船體，需在左右兩側加拖輪進行拖帶。“而已有航道寬度無法滿足安裝船和拖輪編隊的航行需求。”李增軍說。

　　此后，研發(fā)團隊又提出新造自航式半潛船方案，拖帶沉管并完成安裝，但這一方案造船周期太長……

　　合并船體航道不夠，新造自航式船又周期太長，研發(fā)陷入困境。

　　2016年，在一次專家討論會上，研發(fā)團隊有人提議：干脆給船帶上“腿”（即讓船自帶動力），把兩個安裝船連成一體。“當時，這個提議讓大家眼前一亮，覺得是一個很好的思路，我們細化研究后覺得方案可行。”中交一航局總技術顧問李一勇回憶說。

　　3個月后，研發(fā)團隊發(fā)布了一體船建設方案。

　　李一勇向記者描述了一體船的四個“一體”。

　　船體結構一體，原來用兩條船，現(xiàn)在變成一條船；集沉管浮運和沉放安裝于一體；動力一體，以前沉管施工，需用八九個拖輪拖著船走，現(xiàn)在把拖輪的動力合為一體，更便于操作也更節(jié)能環(huán)保；船舶和沉管一體，船、管通過剛性連接，組合為一個整體，就像一條大鯨魚肚中懷著一條小鯨魚在水中游動。

　　“從2013年啟動研發(fā)以來，4年間，我們幾乎把所有可能采取的方案進行了‘摸排’，終于迎來了‘柳暗花明’。”李一勇說。

　　一體船完成浮運安裝首秀

　　從2017年初開始，研發(fā)團隊聯(lián)合上海交大等科研機構，就一體船動力、航行及沉管沉放等關鍵課題進行了反反復復的研究論證，于2018年7月正式進入建造階段。

　　一體船配有2套9280千瓦主推進系統(tǒng)和8臺大功率側推，可滿足帶著標準沉管在靜水、深水中浮運，航速達5節(jié)（注：1節(jié)為時速1.852公里）的要求。

　　2019年6月1日，一體船順利出塢，標志著世界上安裝能力最大、沉放精度最高、施工作業(yè)最高效、性能最先進的海底隧道沉管施工專用船舶取得重大階段性成果。該一體船也被正式命名為“一航津安1”號。

　　在完成多項準備及試驗后，2020年6月16日，“一航津安1”號首次建設海底沉管的重要時刻開啟。

　　當天，2萬噸的“一航津安1”號“抱著”8萬噸重的沉管，在伶仃洋上徐徐啟航，它將在海上航行近50公里，經歷7次航道轉換，到達深中通道安裝海域。

　　中交一航局深中通道項目部常務副總工程師寧進進回憶說，在經過最后一個轉向區(qū)時，不明原因的橫流陡增，“一航津安1”號與航線的傾斜角度持續(xù)擴大，極易跨出航道擱淺。當時，寧進進沉著開啟了無人駕駛模式。

　　按照設定航線，“一航津安1”號穩(wěn)定航行。當天下午6時，“一航津安1”號順利把首節(jié)沉管帶到深中通道西人工島附近240米處。

　　“一航津安1”號開啟全自動穩(wěn)船功能，牢牢懸停在沉管基床正上方；隨著沉管一點點下放，測量塔實時計算沉管三維動態(tài)……“100厘米、90厘米……”在拉合系統(tǒng)作用下，E1管節(jié)一點點向對接端靠近。

　　歷經34小時的奮戰(zhàn)，沉管順利實現(xiàn)與西人工島暗埋段對接，“一航津安1”號完成浮運安裝首秀。

　　“這條船同時具備自動定位、抵抗橫流、自動循跡、原地旋轉等功能。”李一勇說。

　　相比傳統(tǒng)管節(jié)浮運安裝方式，采用一體船進行沉管施工，可減少浮運航道疏浚量1500萬立方米，節(jié)省造價數(shù)億元。

　　8萬噸重沉管實現(xiàn)毫米級對接

　　在30余米深的海底，讓8萬噸重的沉管實現(xiàn)毫米級對接，難度堪比載人飛船和“天宮”空間站對接。

　　測量是工程的眼睛，是沉管高精度安裝的基礎。

　　首節(jié)沉管安裝前，“一航津安1”號自動循跡系統(tǒng)曾出現(xiàn)GPS衛(wèi)星信號突然丟失的情況。

　　沒有衛(wèi)星信號，在茫茫外海，一體船就像失去了眼睛。

　　“這更加堅定了團隊啟用北斗定位系統(tǒng)的決心。”李一勇說。

　　建設者在“一航津安1”號9層樓高的測量塔上，裝置了北斗衛(wèi)星天線，收集的信號通過接收器傳到監(jiān)控電腦上，電腦里同步加裝了根據(jù)沉管浮運安裝工序自主研發(fā)的測控系統(tǒng)。

　　2020年8月27日，深中通道首個深水區(qū)管節(jié)E3抵達沉放水域。就在沉管對接的關鍵時刻，項目團隊分別用北斗系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，兩者竟存在較大出入。

　　時間一分一秒過去，潮水漸漸達到沉管安裝最佳高度，安裝窗口期轉瞬即逝。到底采用哪一個數(shù)據(jù)？“經過多種方法進行核算，結果顯示北斗數(shù)據(jù)更優(yōu)。”中交一航局深中通道項目部測管中心主任成益品回憶說，采用北斗數(shù)據(jù)后，E3管節(jié)與E2沉管完成精準對接。測量塔數(shù)據(jù)及潛水員測量數(shù)據(jù)均顯示，安裝精度滿足設計要求。

　　從此，北斗系統(tǒng)成功被引入跨海沉管隧道施工領域。

　　實踐證明，“一航津安1”號將沉管隧道施工提升到機械化、智能化施工的新高度。

　　“一體船從概念提出到成為現(xiàn)實，依靠的是我們70多年水工建設的歷史積淀，凝聚了各協(xié)作單位及研發(fā)團隊的集體智慧，更是我國整體工業(yè)水平飛躍的見證。”李一勇感慨地說。（記者 矯陽）