据说,中国造的世界最大起重船连船员都恐高

subtitle 了不起的中国制造04-13 06:49 跟贴 2781 条
要完成港珠澳大桥岛隧的对接,振华30需将重达6000多吨的接头装置安置于海底28米深的两节沉管之间,像个楔子一样将海底隧道连为一体。接头的吊装精度得控制在上下1.5厘米之内,这相当于让一个身高1.8米的人在海中挪动一个重物,在整个过程中身体只能在0.3毫米的范围内活动。

出品| 网易新闻

作者| 汪泽,清华大学机械工程系博士研究生

港珠澳大桥的建设是一项举世瞩目的伟大工程,超长海底隧道的完工离不开各种大国重器的帮助,也离不开中国工程技术人员的努力和智慧。

今天要介绍的是帮助港珠澳大桥的岛隧工程完成最后“接头”任务的神器:国产世界上最大的全回转起重船——“振华30”。

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“振华30”全回转起重船

(一)岛隧工程的最后一步,靠它把重达6000吨的装置连为一体

这里的“接头”任务可不是什么对暗号,而是两段海底隧道的对接。通俗地讲,海底隧道的建造就是将钢筋混凝土结构的隧道沉管铺设于海底。

港珠澳大桥岛隧工程的海底隧道全长5664米,设计运用寿命120年,是中国第一条外海沉管隧道,也是世界上最长的公路沉管隧道和独一的深埋沉管隧道。33节沉管要在两岸分别沉放,最终在中间汇合。

实现良好的对接是隧道主体建设完工的最后一步,也是决定着隧道建设质量的关键一步。我们凭直觉也应该能感受到对接工作的重要性和难度系数。

最终接头是一个钢筋混凝土结构的楔形装置,底板长9.6米,顶板长12米,截面宽度37.95米,立面总高度11.4米。港珠澳大桥岛隧对接的最后一步,就需要将重达6000多吨的接头装置平稳地安置于海底28米深的E29和E30两节沉管之间约12米的空间,像个楔子一样将海底隧道连为一体。

将这样一个大块头严丝合缝地放置到两段已经铺设好的沉管之间,要在海风、波浪、浮力等多种作用的影响下准确无误地完成这样的工作,想想就令人头大呢.

港珠澳大桥岛隧工程的最终接头

还好有我们的海上大力士——“振华30”。

(二)厉害了“海上大力士”,全回转吊重能力世界第一

“振华30”是由中国自主研发建造的起重船,以单臂架12000吨的固定吊重能力和7000吨360度全回转吊重能力位居世界第一,可以同时吊起45架空客A380飞机,有“海上大力士”之称。

正所谓“身大力不亏”,“振华30”体型异常庞大,它是由26.4万吨的邮轮改造而成,空船总重44000吨,船体长320米,宽58米,型深(船底到主甲板)约28.8米,排水量约15.8万吨。

甲板面积达到4000平方米,约等于2.5个标准足球场大。主甲板距离水面的高度有20米左右,船员想要登船只能通过一种工具——吊笼。有船员说,每次上船,感觉像是飞上来的。不少第一次乘坐吊笼上船的人员都会恐高畏惧,更有甚者因为害怕而放弃上船。

用于接送船员上下船的吊笼

与“振华30”相比,3层高的交通运输船小得可怜

作为长期性的海上支持船,“振华30”上的基础设施相当完善,船上的主要建筑有7层楼高,配有3部电梯,共有100多个房间,可供380人入住,在艉部还设有直升机停放平台。

相比于其他类型的起重船,该船由于是由邮轮改造而来,故具有自航能力,可以在很大程度上节省拖轮费用和拖航时间,能够在无限区航行,对海况条件的适应能力更强,适合在全球范围内完成海上大型结构件的起重吊装作业、打捞作业、拆卸报废平台作业、海底能源开发作业等。

“振华30”可起降直升机

(三)采用多点锚泊系统,定位装置犹如定海神针

港珠澳大桥岛隧工程最终接头的吊装工作要求接头的吊装精度控制在前后15厘米,上下1.5厘米的范围之内。这要求船只自身、柔性的吊索及吊钩、被吊装的最终接头所组成的整体保持良好的稳定性。

为了满足这样的吊装要求,“振华30”这样一艘300多米长、排水量十多万吨的巨轮,在整个吊装的动态过程中,必须被牢牢地框定在左右5厘米的范围内。举一个形象的例子,这相当于让一个身高1.8米的人,在海中挪动一个重物,在整个过程中身体只能在0.3毫米的范围内活动,难度有多么大,可想而知。

要使巨轮完成这样看似不可能完成的精密定位工作,就需要依赖锚泊定位系统。锚对于船只的作用,相当于刹车对于汽车的作用,尤其是大型船舶,锚更是安全航行的重要保证。

我们通常看到的只有一个锚的船只,使用的是单点锚泊系统,由于只有一个锚被沉入水下,船只可以在水面上绕锚的中心转动,对不同方向的环境外力有较强的适应性。

为了进一步缩小船舶定位范围,两点锚泊系统在船只艏艉处均用锚定位,这样虽然多限制了一个自由度的运动,使得船舶不能转动,但也增大了抵御横向环境力的难度。

而对于定位要求高、定位范围狭小的情况,则应采用多点锚泊系统。“振华30”就采用了10点锚泊定位的方式,通过布置在船舶左右舷的共10台120吨拉力的重型锚机,进行牵拉作业,不断调整各锚机的拉力,来确保船舶的相对位置。

根据力学原理,这就像是势均力敌的双方在拔河,各锚链所承受的拉力在一定程度上相互抵消,使得船只在强大的拉力作用下维持一种动态平衡。在强自然环境力的作用下,锚泊系统所承受的锚泊力也更大。

为了使得10台锚机多重作用下的“振华30”能够实现准确定位,吊装过程的现场指挥人员会根据最终接头的沉管安装定位系统以及船只四角GPS系统的反馈信息,及时指挥锚机手进行精确调整,以保证大船“不越红线”。

(四)海上起重机如何应对倾斜、晃动的烦恼?

有了精确的定位,只是满足了准确吊装工作的基本要求,但却还远远不够。

由于此次吊装工作的精度要求高,“振华30”需要在起吊之前完成定位,在加上定位空间狭小等因素,不利于固定式起吊,而应该采用回转起吊的方式——先从船舷右侧将最终接头吊起,再将其旋转到船体正前方,然后放入水下。

当“振华30”将最终接头从“振驳28轮”上吊起来的时候,6000吨的重力会导致“振华30”不可避免地向右侧倾斜。

背负最终接头的“振驳28轮”

“振华30”将最终接头吊起

这种重心不平衡的问题是所有起重机械都会面临的。陆地上的轮式起重机,通过伸展负重腿的方式增大负重面积,防止出现倾覆。那么海里的起重机又该怎么办呢?

答案是靠压载水的作用。压载水及压载水舱对于大型船只来说是必不可少的,合理的压载水能够有效维持船只重量,保持船只航行稳定。对于起重船,压载水又能够充当配重的作用。

当船只一侧负重时,另外一侧的压载水舱快速地注入一定量的压载水,通过海水的重量来保持船体的平衡。控制压载水的注入和排出并不是打开或者关闭水龙头那么简单。最终接头的吊起、旋转及沉放是一个连续的动态过程,这就要求船只压载的速度和吊装速度保持随时匹配。

水下吊装作业和陆地吊装及水面吊装作业(参见SL5000海上风机的稿子)最大的不同之处就在于水的浮力及水流作用的影响。这也是影响吊装是否能够成功的关键因素。

当最终接头入水后,原本6000吨的重量,在浮力的作用下只有1900多吨,而且还在入水后不断变化。此时前后舱压载水的系统又开始发挥作用,确保了船不动,起吊装置平稳,才能保证最终接头没有晃动和偏差。

由于浮吊作业所处的航道,往来船只多,水流极不稳定,再加之伸入水下的长长的吊索所产生的柔性变形,都有可能导致最终接头的位置偏移,造成不可估量的损失。

结语

“振华30”是世界上最大的360度全回转型起重船,在港珠澳大桥岛隧工程最终接头的吊装工作中,它展现了6000吨的强大起重能力,及1.5厘米的精确吊装定位精度。

该项目的顺利完工彰显了中国工程基建及海洋装备的国际一流水平,期待“振华30”未来能在更广阔的的大洋深处进一步大展拳脚。

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编辑| 史文慧

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