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第116期 自航式沉管运输安装一体船在深中通道工程中的应用

2021-1-27 13:50
原作者: 李一勇 来自: 52监测网 收藏 分享 邀请

【52监测网】第116期 自航式沉管运输安装一体船在深中通道工程中的应用

第115期 驭势而智 人悦其行

52监测网专家报告分享-第116期

《自航式沉管运输安装一体船在深中通道工程中的应用》
李一勇 中交第一航务工程局有限公司

目录

自航式沉管运输安装一体船简介
自航式沉管运输安装一体船使用情况
自航式沉管运输安装一体船未来展望

内容介绍

一、自航式沉管运输安装一体船简介

深中通道沉管隧道浮运沉放安装特点:
• 现场周边无适合预制场地,如果用原港珠澳预制场,浮运距离达到48km(比港珠澳长38km);
• 浮运航道疏浚量大;
• 施工水域横流大;
• 沉管超宽、变宽、深埋且体量大。

经比较发现,沉管拖轮拖带浮运方案和自航式半潜船出运沉管方案存在如下问题:
• 存在浮运线路长、封航时间长;
• 半潜驳运输沉管上下船操作风险大;
• 航道及下潜坑挖方量大;
• 异常情况下沉管回拖困难;
• 抵抗横流等难题。
(一航局为此于2016年成立研发团队,经研究提出一体船方案)

一体船“一航津安1”号为国际首制船舶,无母型船参考,公司研发团队历经数年,针对深中通道等项目的工程条件和工艺要求,后经反复论证,并联合相关设计、科研机构和高校,通过系列数学和物理模型试验选定了船型和船机参数,确定了设计方案,实现了从无到有的跨越。一体船于2018年7月开工建造,并于2019年6月顺利完工出坞。

◇ 一体船的研发目标

• 缩短公用航道的占用时间:加快外海无掩护长距离沉管浮运速度;
• 采用DP定位系统:提高抵抗横流和稳定航行的能力,实现循迹航行,减小航迹带宽和航道宽度,降低航道疏浚挖泥量;
• 异常情况下可快速返航:具备倒车行驶功能,空载返航灵活;
• 改变安装缆带缆方式,减少抛锚数量,缩短系泊时间;
• 采用沉放对接姿态控制系统实现沉管精确沉放;
• 满足深中通道工程标准管节和异型管节所有尺度的浮运安装。

◇ 一体船的特点

• 功能一体:集沉管隧道水上浮运、沉放、安装等功能于一体
• 船管一体:一体船与沉管连接后,组成一个整体
• 结构一体:相对于传统拖轮拖带工艺,将两个船体转变为一个整体结构
• 动力一体:具有主、侧推装置,集拖带动力于一体


◇ 一体船主要技术参数


◇ 一体船作业条件

• 无限航区
• 作业窗口条件
在流速小于1.6kn,有效波高小于0.8m,风速不大于6级的工况下,可使用一体船进行沉管的浮运安装作业。


◇ 一体船的性能特性


锚缆及沉管安装定位系统
H缆、M缆、L缆、P缆


船管连接系统
在港珠澳大桥沉管安装船管连接结构的基础上,经优化,采用具有抗剪结构的半刚性支墩形式。


施工管理系统平台
该系统控制功能分散,管理集中,集数据采集、过程控制、管理于一体,形成一个全集成的、结构完整、功能完善、面向整个施工过程的先进过程控制系统。


施工测控系统平台(水下无人化管理)
浮运测控系统、沉放测控系统


DP-1动力定位系统
抵抗横流、自动循迹、自动定位、原地360°旋转、航迹带宽度±5m,正负偏角3°


二、自航式沉管运输安装一体船使用情况

◇ 一体船服役后关键节点


◇ E1、E2、E3管节情况介绍



浮运航道情况


◇ 管节沉放安装流程


◇ E1、E2、E3管节施工情况介绍

2020年6月17日,历经34个小时的连续作业,世界首例双向八车道钢壳沉管隧道,深中通道首节沉管成功沉放海底,与西人工岛实现“海底初吻”。
2020年7月28日,完成首节标准管节E2安装,用时28小时。
2020年8月27日,完成E3管节安装,用时25小时。


◇ 一体船使用情况总结

一体船进出坞、浮运安装过程中,主推进系统、侧推系统、DP系统、电力系统、辅机、绞车系统、压载水系统、远程控制系统、其他船机设备均运转稳定,能够各自发挥出设计功能,未出现过影响安全生产的故障,圆满完成了E1、E2、E3管节浮运安装,安装精度达到设计要求。

• 最大航速达到5.8kn;
• 循迹航行控制进度:偏移量控制可达到1.3m、偏移角度可达到1.4°
• 原地转向可达到10°/min的能力;
• 船管连接系统受力均未超过设计允许值。

◇ 一体船使用情况总结

通过重载试验和E1、E2、E3管节安装过程的验证,一体船功能完全达到了研发目标和设计要求。在今后的沉管项目施工提供了高效的船机装备和新的工艺和工法。

◇ 一体船的优势

相较于分体式浮运安装船组,一体船采用自航式设计,具有:
• 系统集成度高
• 自动化程度高
• 安全控制性能高
• 施工精度高等优势
• 可有效克服水深大、外海敞开水域波浪大等不利因素的影响

不但大大增强了船舶施工能力和施工安全,而且极大提高了施工精度和施工效率。

一体船在沉管运输安装方式上实现了系统性革新:
一是实现单船拖带安装沉管,可连续完成沉管的出坞、浮运及定位安装等施工作业,且施工效率较两艘安装船提升一倍,成本更低。

二是可满足目前国内所有尺寸沉管的浮运安装,且预留了功能升级空间,最大可将沉管宽度提升至55m。

三是在设计、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。

四是为一个区域的建设资源共享提供了解决方案,比如一个沉管预制场所覆盖的施工区域将变得更大,可达100km,甚至200km。

三、自航式沉管运输安装一体船未来展望

因为一体船是国际上的首制船舶,在建造和使用上都有成熟经验可借鉴,在今后的使用过程中我们还要做更深入的研究和探讨。

就目前阶段,一体船尚待探讨研究的几个问题:
• 船体结构能够在两侧包裹沉管,遮挡浅层水流功能的能力研究。
• 定位锚缆形式的变化对沉管定位效果和效率的影响。
• 船管连接的固定方式和受力分析。
• 船管连接位置和方式对重载航速的影响。
• 在深水区域锚缆沉放定位效果的评估和研究。

◇ 一体船的推广和能力提升

优化动力:提高航速、提高工效、提高运距;
适当改造:打捞船、运输船、排水板打设船、钻爆船……


通过港珠澳大桥和深中通道工程的实践,我们已形成了一套以一体船为核心的沉管机械化、自动化施工的关键核心装备群和核心技术,为今后类似工程提供了一套高效、保质、安全、环保的解决方案。

沉管隧道施工关键核心装备群包括:一体船、夯平船、清淤船、供料船等。

结束语:让世界更畅通,让城市更宜居、让生活更美好。

《自航式沉管运输安装一体船在深中通道工程中的应用》
李一勇 中交第一航务工程局有限公司

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