大國重器海底造“長(cháng)龍”

　　——世界首艘沉管運輸安裝一體船研發(fā)投用紀實(shí)

　　6月11日8時(shí)，深圳和中山兩市在伶仃洋海底“牽手”。

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

　　自此，世界最長(cháng)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(cháng)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(zhuān)用船舶。”中交一航局副總工程師李增軍說(shuō)。

　　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(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(cháng)5035米，由32節雙向8車(chē)道鋼殼混凝土沉管相接而成，從建設立項開(kāi)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構形式新、尺寸超寬、浮運距離超長(cháng)等許多新難題，已有裝備無(wú)法滿(mǎn)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(zhuān)家和工程師的專(zhuān)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(shuō)。

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

　　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(cháng)……

　　合并船體航道不夠，新造自航式船又周期太長(cháng)，研發(fā)陷入困境。

　　2016年，在一次專(zhuān)家討論會(huì )上，研發(fā)團隊有人提議：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。“當時(shí)，這個(gè)提議讓大家眼前一亮，覺(jué)得是一個(gè)很好的思路，我們細化研究后覺(jué)得方案可行。”中交一航局總技術(shù)顧問(wèn)李一勇回憶說(shuō)。

　　3個(gè)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(gè)“一體”。

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

　　“從2013年啟動(dòng)研發(fā)以來(lái)，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(lái)了‘柳暗花明’。”李一勇說(shuō)。

　　一體船完成浮運安裝首秀

　　從2017年初開(kāi)始，研發(fā)團隊聯(lián)合上海交大等科研機構，就一體船動(dòng)力、航行及沉管沉放等關(guān)鍵課題進(jìn)行了反反復復的研究論證，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)系統和8臺大功率側推，可滿(mǎn)足帶著(zhù)標準沉管在靜水、深水中浮運，航速達5節（注：1節為時(shí)速1.852公里）的要求。

　　2019年6月1日，一體船順利出塢，標志著(zhù)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(zhuān)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(shí)刻開(kāi)啟。

　　當天，2萬(wàn)噸的“一航津安1”號“抱著(zhù)”8萬(wàn)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(wù)副總工程師寧進(jìn)進(jìn)回憶說(shuō)，在經(jīng)過(guò)最后一個(gè)轉向區時(shí)，不明原因的橫流陡增，“一航津安1”號與航線(xiàn)的傾斜角度持續擴大，極易跨出航道擱淺。當時(shí)，寧進(jìn)進(jìn)沉著(zhù)開(kāi)啟了無(wú)人駕駛模式。

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

　　“一航津安1”號開(kāi)啟全自動(dòng)穩船功能，牢牢懸停在沉管基床正上方；隨著(zhù)沉管一點(diǎn)點(diǎn)下放，測量塔實(shí)時(shí)計算沉管三維動(dòng)態(tài)……“100厘米、90厘米……”在拉合系統作用下，E1管節一點(diǎn)點(diǎn)向對接端靠近。

　　歷經(jīng)34小時(shí)的奮戰，沉管順利實(shí)現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(shí)具備自動(dòng)定位、抵抗橫流、自動(dòng)循跡、原地旋轉等功能。”李一勇說(shuō)。

　　相比傳統管節浮運安裝方式，采用一體船進(jìn)行沉管施工，可減少浮運航道疏浚量1500萬(wàn)立方米，節省造價(jià)數億元。

　　8萬(wàn)噸重沉管實(shí)現毫米級對接

　　在30余米深的海底，讓8萬(wàn)噸重的沉管實(shí)現毫米級對接，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。

　　首節沉管安裝前，“一航津安1”號自動(dòng)循跡系統曾出現GPS衛星信號突然丟失的情況。

　　沒(méi)有衛星信號，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的決心。”李一勇說(shuō)。

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

　　2020年8月27日，深中通道首個(gè)深水區管節E3抵達沉放水域。就在沉管對接的關(guān)鍵時(shí)刻，項目團隊分別用北斗系統和GPS系統采集數據，兩者竟存在較大出入。

　　時(shí)間一分一秒過(guò)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(gè)數據？“經(jīng)過(guò)多種方法進(jìn)行核算，結果顯示北斗數據更優(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(shuō)，采用北斗數據后，E3管節與E2沉管完成精準對接。測量塔數據及潛水員測量數據均顯示，安裝精度滿(mǎn)足設計要求。

　　從此，北斗系統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實(shí)，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(jiàn)證。”李一勇感慨地說(shuō)。（記者 矯陽(yáng)）