我国自主研发深水碎石铺设“3D打印机”，海底有“路”了

我国自主研发又一基建“神器”：“一航津平2”来了，海底便有了“路” 近日，由中交一航局研发、上海振华重工建造的自升式碎石铺设整平船“一航津平2”在南通下水，船体为箱型“回”字结构。船长98.7米、宽66.3米，相当于一个足球场大小；在不移动船身的情况下，单个船位碎石铺设整平作业范围达2500平方米，等同于6个标准篮球场；在它平整完的地基上建隧道可以“滴水不漏”……作为世界最大、最先进的自升式碎石铺设整平船，“一航津平2”投产后将进一步巩固我国在海底隧道基础施工领域的世界领先地位。

深水碎石铺设的“3D打印机”

碎石铺设整平船一般用于深水碎石基床铺设，集基准定位、石料输送、高精度铺设整平、质量检测验收功能于一体，因其铺设作业的高效率和自动化，被形象地称为深水碎石铺设的“3D打印机”。

在实际的作业中，该船的功能相当于海底铺路机，通过抛石管精准定位，向海床投入碎石并铺平，大型海底隧道的沉管就铺设在碎石面上，高效率的作业速度可以解决受海底水流影响在碎石上产生回淤量大的难题，保障沉管快速安装。

此次下水的“一航津平2”是港珠澳大桥深水整平的功勋船舶“津平1”的升级版。与“津平1”相比，“一航津平2”在性能、规格、国产化程度等方面均实现超越，多项性能位居国际领先水平：该船铺设范围更广，整平效率也更高，整平速度较“津平1”提升了一倍，最高可达每分钟5米；作业寿命更长，桩腿使用寿命长达2000小时。

“一航津平2”是超级工程深中通道的核心装备，同时，在设计、建造方面均实现了国产化，尤其是施工管理系统成功突破国外技术封锁，实现了整套系统国产化。

“一航津平2”是如何在海底进行“3D打印”的呢？中交第一航务工程局有限公司整平船监造组组长李家林介绍，为了确保工程达标，在正式开工“3D打印”前，“一航津平2”还需要过五关斩六将。

“首先是工前测控系统校准和施工管理运行系统测试，之后整平船才能由拖船拖拽至施工现场，到了现场，整平船还将进行一系列的调试准备，包括抛锚驻位、整平船调平、整平船抬升、测量系统二次标定几个步骤。”李家林强调，将整平船抬升出水面主要是为了减少海面波浪对船体的影响，保障50米水深条件下碎石铺设的高精度。

“接下来才是重头戏。”李家林说，“整平船旁边是它的‘好帮手’运料船和供料回填船，它们将承担供料的任务，这一步完成之后整平船才正式开始碎石铺设作业。碎石基床铺设完成后，整平船测控系统会进行碎石基础成型检测，确保碎石铺设的工程质量。每个船位整平完成验收合格后，整平船又会重新下降入水、提升桩腿、移位，进行下一个船位的整平作业。”

即将服役世界级“超级工程”

“一航津平2”即将服役的深中通道，是继港珠澳大桥之后的又一超级工程。

深中通道连接珠江东西岸，是承接粤港澳大湾区产业转移打造的交通大动脉。作为世界级超大型“桥、岛、隧、地下互通”集群工程，该工程的海底沉管隧道长约6.8公里，为双向八车道超宽钢壳混凝土沉管隧道，具有“超宽、变宽、深埋、回淤量大、挖砂坑区域地层稳定性差”五大技术难点，工程规模和技术难度前所未有。

以往整平作业大多都在30米或者40米深的水下操作，而深中通道的整平作业则需要在50米深的水下操作，“一航津平2”桩腿总长75米，可根据水深工况环境接长至95米，桩腿越长，对桩腿控制、参数测量、异常情况监测以及施工经验的要求就越高。

“你可别小看这小小的10多米，它的变化就好比在自行车轮子下又加了一个轮子，一下子从骑车变成耍杂技了。”中交一航局科学技术部总经理李增军介绍，为了保证在50米深水下作业，“一航津平2”桩腿直径接近3米，是“津平1”的一倍多，同时监控系统将会与施工过程同步，出现问题后立即就能纠正，保障施工质量。

相比起来，宽度的增加给整平作业带来的利远大于弊。“只要克服结构变形的难题以后，加宽的船体就非常有优势了。它可以使工程速度加快，加上船上各项设备的运行速度也被提高了，工期就被大大缩短。”李增军说。

“一航津平2”可在18小时左右完成一个碎石机床铺设作业，165米长标准管碎石基床分4个船位可以整平完成 ，每个船位作业时间为18小时，单个标准管节基床所需时间约为3—4天，与之相比，“津平1”在港珠澳大桥沉管施工时，180米长标准管碎石基床则需要分7个船位整平完成，耗时7到12天。

速度快了，随之带来的是精度的提高。“耗时越短，沉积的淤泥会越少，最后的工程质量受到的影响就小了。”李增军提到，他们还使用GPS进行静态测量，解决了动态测量带来的精度差的问题，动态部分则使用光学仪器进行测量，最终将整平精度控制在正负40毫米以内。

船舶“大脑”突破封锁自主可控

除了硬件外，上海振华重工还成功突破国外技术封锁，实现了施工管理系统的国产化。此前“津平1”服役港珠澳大桥岛隧工程时，其核心的施工管理系统引进自日本，中方不仅需要高价引进，还处处受到掣肘。李家林回忆：“当系统第一次出现问题时，我们甚至还需要背着电脑到日本去寻求帮助，后来第二次出现了问题后，我们又立即购买卫星电话联系日方。有时日方的工作人员来进行一些基础检修，还会在一些关键环节刻意回避我们，处处依赖别人的感觉太不好受了。这几次经历也让我们加大了研制国产施工管理系统的决心。”

到了“一航津平2”，振华重工终于实现了施工管理系统的国产化。该系统相当于船舶的“大脑”，担任作业的“总指挥”，包括设备控制、远程故障诊断、船舶定位和监控等，协调各方同时运行，发出指令并接受反馈。“如果珠海这边的系统出了问题，北京的工程师直接就可以在电脑上实现远程故障诊断和在线修复，以往光是花在交通上的时间就不只一天。”李家林解释说。

除了匹敌国外系统的各项性能，“一航津平2”的施工管理系统还解决了施工操作对系统的影响，周边环境对测控精度的影响以及运行速度、精度等因素间的相互影响这三大业界难题。

据了解，该船于2018年7月开工建造，历时5个月完成主船体分段制造和搭载。后续，该船将进入桩腿安装和设备调试阶段，预计今年7月抵达深中通道现场进行调试和交付，接受实际作业的检验。