【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
 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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