大國重器海底造“長龍”

　　——世界首艘沉管運(yùn)輸安裝一體船研發(fā)投用紀(jì)實(shí)

　　編者按

　　制造業(yè)是立國之本、強(qiáng)國之基，是我國實(shí)體經(jīng)濟(jì)的主體和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的主戰(zhàn)場。黨的二十大報(bào)告指出，加快建設(shè)制造強(qiáng)國，推動(dòng)制造業(yè)高端化、智能化、綠色化發(fā)展。本報(bào)于今日起推出制造版，記錄新時(shí)代中國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型與升級(jí)、攻堅(jiān)與突破，書寫其背后的科技創(chuàng)新故事。

　　6月11日8時(shí)，深圳和中山兩市在伶仃洋海底“牽手”。

　　沉管運(yùn)輸安裝一體船“一航津安1”號(hào)，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(jīng)船上安裝的智能系統(tǒng)控制，精準(zhǔn)推出最終接頭，實(shí)現(xiàn)了最后一節(jié)沉管與東側(cè)E24管節(jié)的精準(zhǔn)對(duì)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(hào)主船體采用雙體船船型設(shè)計(jì)，集沉管浮運(yùn)、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(jìn)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(shè)深中通道鋼殼混凝土沉管隧道，中交一航局研發(fā)團(tuán)隊(duì)與建設(shè)方一起，從2013年啟動(dòng)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(jīng)3年研制，終于設(shè)計(jì)制造出“一航津安1”號(hào)。

　　設(shè)計(jì)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(jí)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(shè)立項(xiàng)開始，就面臨一個(gè)又一個(gè)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(jié)構(gòu)形式新、尺寸超寬、浮運(yùn)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(shè)計(jì)、研究、裝備、施工等專家和工程師的專題研發(fā)團(tuán)隊(duì)。

　　“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(shè)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(cè)加拖輪進(jìn)行拖帶。“而已有航道寬度無法滿足安裝船和拖輪編隊(duì)的航行需求。”李增軍說。

　　此后，研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(huì)上，研發(fā)團(tuán)隊(duì)有人提議：干脆給船帶上“腿”（即讓船自帶動(dòng)力），把兩個(gè)安裝船連成一體。“當(dāng)時(shí)，這個(gè)提議讓大家眼前一亮，覺得是一個(gè)很好的思路，我們細(xì)化研究后覺得方案可行。”中交一航局總技術(shù)顧問李一勇回憶說。

　　3個(gè)月后，研發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)布了一體船建設(shè)方案。

　　李一勇向記者描述了一體船的四個(gè)“一體”。

　　船體結(jié)構(gòu)一體，原來用兩條船，現(xiàn)在變成一條船；集沉管浮運(yùn)和沉放安裝于一體；動(dòng)力一體，以前沉管施工，需用八九個(gè)拖輪拖著船走，現(xiàn)在把拖輪的動(dòng)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(gè)整體，就像一條大鯨魚肚中懷著一條小鯨魚在水中游動(dòng)。

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

　　一體船完成浮運(yùn)安裝首秀

　　從2017年初開始，研發(fā)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合上海交大等科研機(jī)構(gòu)，就一體船動(dòng)力、航行及沉管沉放等關(guān)鍵課題進(jìn)行了反反復(fù)復(fù)的研究論證，于2018年7月正式進(jìn)入建造階段。

　　一體船配有2套9280千瓦主推進(jìn)系統(tǒng)和8臺(tái)大功率側(cè)推，可滿足帶著標(biāo)準(zhǔn)沉管在靜水、深水中浮運(yùn)，航速達(dá)5節(jié)（注：1節(jié)為時(shí)速1.852公里）的要求。

　　2019年6月1日，一體船順利出塢，標(biāo)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(jìn)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(hào)。

　　在完成多項(xiàng)準(zhǔn)備及試驗(yàn)后，2020年6月16日，“一航津安1”號(hào)首次建設(shè)海底沉管的重要時(shí)刻開啟。

　　當(dāng)天，2萬噸的“一航津安1”號(hào)“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(jīng)歷7次航道轉(zhuǎn)換，到達(dá)深中通道安裝海域。

　　中交一航局深中通道項(xiàng)目部常務(wù)副總工程師寧進(jìn)進(jìn)回憶說，在經(jīng)過最后一個(gè)轉(zhuǎn)向區(qū)時(shí)，不明原因的橫流陡增，“一航津安1”號(hào)與航線的傾斜角度持續(xù)擴(kuò)大，極易跨出航道擱淺。當(dāng)時(shí)，寧進(jìn)進(jìn)沉著開啟了無人駕駛模式。

　　按照設(shè)定航線，“一航津安1”號(hào)穩(wěn)定航行。當(dāng)天下午6時(shí)，“一航津安1”號(hào)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(hào)開啟全自動(dòng)穩(wěn)船功能，牢牢懸停在沉管基床正上方；隨著沉管一點(diǎn)點(diǎn)下放，測(cè)量塔實(shí)時(shí)計(jì)算沉管三維動(dòng)態(tài)……“100厘米、90厘米……”在拉合系統(tǒng)作用下，E1管節(jié)一點(diǎn)點(diǎn)向?qū)佣丝拷?/p>

　　歷經(jīng)34小時(shí)的奮戰(zhàn)，沉管順利實(shí)現(xiàn)與西人工島暗埋段對(duì)接，“一航津安1”號(hào)完成浮運(yùn)安裝首秀。

　　“這條船同時(shí)具備自動(dòng)定位、抵抗橫流、自動(dòng)循跡、原地旋轉(zhuǎn)等功能。”李一勇說。

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

　　8萬噸重沉管實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)對(duì)接

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

　　測(cè)量是工程的眼睛，是沉管高精度安裝的基礎(chǔ)。

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

　　沒有衛(wèi)星信號(hào)，在茫茫外海，一體船就像失去了眼睛。

　　“這更加堅(jiān)定了團(tuán)隊(duì)啟用北斗定位系統(tǒng)的決心。”李一勇說。

　　建設(shè)者在“一航津安1”號(hào)9層樓高的測(cè)量塔上，裝置了北斗衛(wèi)星天線，收集的信號(hào)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(yùn)安裝工序自主研發(fā)的測(cè)控系統(tǒng)。

　　2020年8月27日，深中通道首個(gè)深水區(qū)管節(jié)E3抵達(dá)沉放水域。就在沉管對(duì)接的關(guān)鍵時(shí)刻，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)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(shí)間一分一秒過去，潮水漸漸達(dá)到沉管安裝最佳高度，安裝窗口期轉(zhuǎn)瞬即逝。到底采用哪一個(gè)數(shù)據(jù)？“經(jīng)過多種方法進(jìn)行核算，結(jié)果顯示北斗數(shù)據(jù)更優(yōu)。”中交一航局深中通道項(xiàng)目部測(cè)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(zhǔn)對(duì)接。測(cè)量塔數(shù)據(jù)及潛水員測(cè)量數(shù)據(jù)均顯示，安裝精度滿足設(shè)計(jì)要求。

　　從此，北斗系統(tǒng)成功被引入跨海沉管隧道施工領(lǐng)域。

　　實(shí)踐證明，“一航津安1”號(hào)將沉管隧道施工提升到機(jī)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(shí)，依靠的是我們70多年水工建設(shè)的歷史積淀，凝聚了各協(xié)作單位及研發(fā)團(tuán)隊(duì)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）