深中通道8万吨隧道沉管,如何实现海中毫米级对接?
栏目:商业 来源:中山+ 记者 隋胜伟 通讯员 陈振强 发布:2022-09-23
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9月21日凌晨,经贯通测量确定,深中通道海底沉管隧道E21管节安装对接精度满足验收评定标准,宣告沉放对接顺利完成。

“平面轴线绝对偏差,首端偏北1.4mm,尾端偏北6.4mm……”重约8万吨的E21管节完成对接后,在关键测量数据中创造了“毫米级”数值。

“E21是龙口相关管节,它的安装精度决定着最后一节接头能否顺接、顺利合龙。”中交一航局深中通道项目部副经理、常务副总工宁进进告诉记者,E21安装完,由32节管节组成的深中通道海底隧道,还剩下E22、E23最后两节。

在创造了“连续7节管节‘毫米级’对接”的纪录之后,深中通道海底隧道沉管安装将迎来最终大考。从E21管节开始,每次对接都将以E24管节为参照。相比单纯的“毫米级”对接,精度要求也更高。

“还有22、23,加油”9月21日10时10分,在微信朋友圈转发深中通道E21管节完成安装的官方消息时,宁进进写下这样一句话。


“一航津安1”一体船提带E21管节在海上航行。记者 缪晓剑 摄

自主“重器”打通路线

9月19日11时,珠海牛头岛深中通道沉管预制厂,长190.4米、宽75米的巨大的“一航津安1”一体船停在深坞口。

此时,长165米、宽46米、高10.6米的E21管节完成二次舾装,重约8万吨的管节与“一航津安1”合为一体。透过一体船甲板镂空部分,可以看到巨大的管节浮在水面之上,钢壳外表布满大大小小圆柱形突起。

深中通道是继港珠澳大桥后的又一世界级超大型“桥、岛、隧、水下互通”集群工程。5.035公里长的沉管隧道为双向8车道,由32根管节组成,比港珠澳大桥沉管隧道断面还要宽,单孔跨度超过18米,沉放最大水深达到40米,沉管结构的受力非常复杂,是目前世界上最宽的海底沉管隧道。

海底隧道是深中通道施工难度最大的一段。除安装本身外,把重约8万吨的沉管从牛头岛运送到50公里外的深中通道施工海域,并进行精细安装,也是必须要攻克的难题。

建设港珠澳大桥海底隧道时,建设单位用8条拖轮拖着沉管前进作业。但对深中通道而言,要穿越每天4000艘船舶出入的中国最繁忙的航道,面对无法复制的作业深度和封航条件,都需要另寻方案。

“一体船不仅有自主动力,还提供了安全施工的平台。”中交一航局深中通道项目部工程技术部沉管浮运安装分部部长朱岭说,“一航津安1”一体船配有2套9280千瓦主推进系统,具有自主动力。传统的拖拽浮运,最大速度1.5节,要通过50公里海域,至少需要40小时,而一体船仅需要10个小时,节省了施工时间。相比港珠澳大桥沉管隧道施工,配备克令吊等设备的一体船,可以在船上实现拆配和装卸。过去,沉管隧道安装技术一直被国外垄断,现在,一体船在设计、建造及施工管理系统方面均实现了自主研发,实现了外海沉管机械化、自动化浮运安装作业,打通了沉管隧道施工的流程。


抵达施工水域后,工程人员正在E21管节管顶处开展施工作业。记者 缪晓剑 摄

“智能大脑”精打细算

“船现在有没有在航行?”“一航津安1”一体船驶出深坞,前往深中通道施工海域,甲板上几乎感觉不到颠簸,同行人员不禁问。

“出坞后,动力由绞缆转换为DP系统,变为自动驾驶,速度降低,但更加精准。”中交一航局深中通道项目部测量管理中心副主任锁旭宏说,坞口距离山体很近,稍有不慎就会触碰山体。一体船具备DP-1动力定位功能的自动航行循迹系统,可以让船始终保持在安全范围内。驶离这一区域,进入正常航道,一体船将切换为手动模式,提升前进速度。

“我们在一体船上布置了158个监测点,能够反映船和管之间的受力情况,了解它们在海中6个自由度的运动姿态是什么样子。”中交一航局深中通道项目副总工寇晓强比喻说,这些检测点就像是一体船和沉管的“智能穿戴”设备,采用的是国内最先进的高频监测设备,每个检测点每秒可采样500次,波浪过大、船速过快、部件结构受力过大等情况,都能及时反映。

指挥中心巨大的屏幕上,实时显示沉管状态和相关数据,缆车系统状态也一目了然。

锁旭宏说,指挥中心有如一体船的“智能大脑”,大屏幕把指挥中心几套系统集合起来,为浮运安装提供决策参考。研发团队自主研发了定位系统,并引进了北斗定位系统,不仅为浮运提供指引,还为管节沉放提供精准定位。

9月10日23时许,“一航津安1”经过10小时航行,抵达深中通道海底隧道施工海域。辅助船舶拖着绞车上的缆绳与海底锚点对接,8条缆绳对接之后,一体船完成系泊,为海上施工提供更加稳定的条件。20余名工人纷纷走下甲板,来到E21管节之上,拆除防护罩、支墩、楔形块等配件,进行沉放准备作业。

锁旭宏说,绞车系统是沉放环节的关键。依靠定位系统、绞车系统的精准配合,E13管节到E19管节已连续7节管节已经实现了所有参数的毫米级对接。


E21管节长165米,浇注后重约8万吨,由“一航津安1”一体船浮运安装。记者 缪晓剑 摄

把每一次都当作“第一次”

19日15时30分,指挥中心气氛突然凝重起来。

“GPS信号丢失了。”船长与工作人员交流着,船上领导马上围过来研判。

“10年来都没有遇到过,没有信号,整条船就像一个瞎子。”锁旭宏说,好在当时北斗系统还有一些信号,而且船刚好在宽阔的航道上,船长凭借经验,尽量让船只保持在安全区域。

当天,为保障E21管节浮运安装的安全,相关航道进行响应封航,11艘相关船只护航,确保不出任何意外。

即便有“重器”在手,即便有智能化设备加持,对于每一次航行来说,都有可能发生的意外。气象预报、海流监测、潮汐研判,各方面的功课都不能少。

出发前,浮运团队经过几次演练,提前进入状态。锁旭宏的团队开展多次隐患排查,也发现一些可能存在的问题,更换了一批接头,确保信号传输安全。

“我们发现,之前下午的电离层对信号干扰较强,所以这一次专门调整了沉放‘窗口’(时间)。”中交一航局深中通道项目部 管节沉放对接技术主管王明说,电离层活跃时段,信号受到干扰,数字跳动较大,正常数值为1公分,可能显示为60公分到1米左右。为了降低影响,此次E21管节沉放,更改了出发时间,将最终沉放时间改为上午进行。


工程师们在控制室进行E21管节沉放安装作业。记者 缪晓剑 摄

一切只为对接更加精准

19日深夜,抵达指定区域之前,宁进进从位于一体船4楼走出来,绕着300多平方米的指挥中心一圈一圈走起来。

“心里有事,睡不着。”宁进进说,过了伶仃航道,一体船又一次完成动力转换,改为DP自动驾驶模式,按照以往惯例,基本已经有80%的把握了。完成系泊后,距离成功就更进一步,最后看的是精度。

“E21是龙口相关管节。”宁进进强调这一管节的特殊性。他说,连续7个管节所有数据的毫米级对接,已经为他们精准对接积累了足够经验。隧道施工进入最后,就像搭积木两边完成,最后把中间的龙口接上。E21、E22、E23管节是最后的3个管节,这3节的安装不能一味追求毫米级数据,而是要以精准对接E24节为方向,让对接数据保持在预定范围内。

为进一步提高沉管测量精度,E21管节首次采用双人孔井双测量塔结构。宁进进说,这一目的,就是要进入管节两端进行测量,最终取得更为精准的数值。另外,他们充分考虑到管节细微形变等因素,为数据校正提供参考。为了避免管节在水下出现晃动,造成管节撞击等事故,此次沉放比E20管节多了一次停顿,尽量让管节保持平稳,把风险降到最低。

在E21管节着床的关键时刻,宁进进手指在桌面上慢慢敲动,一边观察大屏幕,一边询问具体测量数据,在本子上写下一串数字,随后下达着床命令。

沉放、拉合、水力压接等工序完成后,9月20日上午,标志沉放成功的礼炮响起,“一航津安1”的指挥室里,响起热烈的掌声。


编辑 蓝运良  二审 朱晖  三审 吴森林

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