我國自主研發深水碎石鋪設“3D打印機”,海底有“路”了

    2022-11-10 07:33:02 編輯:巨象三維3D打印 來源:3D打印公司
    我國自主研發又一基建“神器”:“一航津平2”來了,海底便有了“路”
    近日,由中交一航局研發、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98.7米、寬66.3米,相當于一個足球場大??;在不移動船身的情況下,單個船位碎石鋪設整平作業范圍達2500平方米,等同于6個標準籃球場;在它平整完的地基上建隧道可以“滴水不漏”……作為世界最大、最先進的自升式碎石鋪設整平船,“一航津平2”投產后將進一步鞏固我國在海底隧道基礎施工領域的世界領先地位。

    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、質量檢測驗收功能于一體,因其鋪設作業的高效率和自動化,被形象地稱為深水碎石鋪設的“3D打印機”。

    在實際的作業中,該船的功能相當于海底鋪路機,通過拋石管精準定位,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,高效率的作業速度可以解決受海底水流影響在碎石上產生回淤量大的難題,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、國產化程度等方面均實現超越,多項性能位居國際領先水平: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;作業壽命更長,樁腿使用壽命長達2000小時。

    “一航津平2”是超級工程深中通道的核心裝備,同時,在設計、建造方面均實現了國產化,尤其是施工管理系統成功突破國外技術封鎖,實現了整套系統國產化。

    “一航津平2”是如何在海底進行“3D打印”的呢?中交第一航務工程局有限公司整平船監造組組長李家林介紹,為了確保工程達標,在正式開工“3D打印”前,“一航津平2”還需要過五關斬六將。

    “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,到了現場,整平船還將進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。

    “接下來才是重頭戲。”李家林說,“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,這一步完成之后整平船才正式開始碎石鋪設作業。碎石基床鋪設完成后,整平船測控系統會進行碎石基礎成型檢測,確保碎石鋪設的工程質量。每個船位整平完成驗收合格后,整平船又會重新下降入水、提升樁腿、移位,進行下一個船位的整平作業。”

    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業轉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、挖砂坑區域地層穩定性差”五大技術難點,工程規模和技術難度前所未有。

    以往整平作業大多都在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,可根據水深工況環境接長至95米,樁腿越長,對樁腿控制、參數測量、異常情況監測以及施工經驗的要求就越高。

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

    相比起來,寬度的增加給整平作業帶來的利遠大于弊。“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。

    “一航津平2”可在18小時左右完成一個碎石機床鋪設作業,165米長標準管碎石基床分4個船位可以整平完成 ,每個船位作業時間為18小時,單個標準管節基床所需時間約為3—4天,與之相比,“津平1”在港珠澳大橋沉管施工時,180米長標準管碎石基床則需要分7個船位整平完成,耗時7到12天。

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

    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封鎖,實現了施工管理系統的國產化。此前“津平1”服役港珠澳大橋島隧工程時,其核心的施工管理系統引進自日本,中方不僅需要高價引進,還處處受到掣肘。李家林回憶:“當系統第一次出現問題時,我們甚至還需要背著電腦到日本去尋求幫助,后來第二次出現了問題后,我們又立即購買衛星電話聯系日方。有時日方的工作人員來進行一些基礎檢修,還會在一些關鍵環節刻意回避我們,處處依賴別人的感覺太不好受了。這幾次經歷也讓我們加大了研制國產施工管理系統的決心。”

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

    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界難題。

    據了解,該船于2018年7月開工建造,歷時5個月完成主船體分段制造和搭載。后續,該船將進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進行調試和交付,接受實際作業的檢驗。
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