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港珠澳大桥总指挥有三个“宝贝”!上海振华重工造 | 赵忆宁

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  贰零壹捌年壹零月贰叁日,港珠澳大桥开通仪式在广东珠海举行,大桥将于次日(贰肆日)上午玖时正式通车。港珠澳大桥跨越伶仃洋,东接香港,西接广东珠海和澳门,总长约伍伍公里,是粤港澳三地首次合作共建的超大型跨海交通工程。

  本文摘自《贰壹世纪经济 》首席 赵忆宁著《大国工程》(中国人民大学出版社贰零壹捌年伍月出版), 赵忆宁深入第一线调研采访大飞机、高铁、特高压、港珠澳大桥这四项中国超级工程,倾听中国科学家、工程师、企业管理者、工人讲述中国重大工程如何以自主创新实现世界领先。在书中,工程师们的赤子之情总能在 笔端自然流淌,很多专业问题在 笔下通俗生动,每项工程 总能找到清晰的历史方位。

  深海工程 装备先行

  工程保障由人才、技术和装备三块构成,这是陆地工程保障的概念;而在时任海军装备部部长胡毓浩的眼中,这个顺序将被颠倒:当建设深海工程时,则是装备先行,因为人进不去,没有设备做载体,技术也无用武之地。可见,装备在海洋工程中的重要地位。装备水平决定了完成施工难度的等级。“在某种意义上,海洋工程拼的就是装备能力。”中国交通建设股份有限公司副总裁、上海振华重工董事长宋海良对 说。

  上海振华重工是名声在外的重型设备制造商,主要生产岸边集装箱起重机、门座起重机、浮吊和工程船舶等,在许多国有企业为如何“走出去”而焦虑时,振华港机设备已多年占有相关产品柒伍%的全球市场份额。“德国制造”以高标准、高门槛著称,但德国的港机装备大多 上海振华重工,这是德国制造业唯一退出的重型设备制造领域。振华重工并没有停下脚步,在过去几年中,开始从港口设备制造向海洋工程装备制造转型。

  宋海良说:“全球港机市场每年只有肆零亿美元,而海洋工程装备全球市场有伍零零亿美元。汇率的变化,成本上升,再加上我们创新速度的减缓,逼得我们向海洋工程制造转型。我们锁定的追赶目标是海洋工程装备制造的欧美第一梯队与韩国、新加坡组成的第二梯队。”

  在振华重工南通基地,可以见到正在建造的壹.贰万吨全回转式起重船,起吊吨位突破由上海振华重工所建造的“蓝鲸号”柒伍零零吨全回转式起重船所创造的世界纪录。而韩国巨加大桥正是由于受到起重浮吊上限的制约,无法将贰叁个玖伍柒叁吨深水桥墩放置在水下叁壹米的地方,只能把沉箱分成两个部分制作。除此之外,在振华重工南通基地还可看到正在建造的第二个海上石油平台。

  学习 是为了创新和超越

  振华重工海洋工程装备的精细制造与创新能力,在港珠澳大桥的建设中将接受实战的检验。港珠澳大桥岛隧工程属于深海施工,特别是海底隧道沉管预埋,无疑需要多种海洋工程专用设备。项目总指挥林鸣早就想好:中国建设港珠澳大桥如此伟大的工程,一定要使用中国的海洋工程装备,这将是发展中国海洋工程装备业的一次机遇。“当林总决定港珠澳大桥使用中国海洋工程装备时,我们甚至都没有见过他让我们做的设备长什么样!”上海振华重工海上重工设计研究院生产设计所副所长何可耕对 说。

  何可耕所在的振华重工负责建造港珠澳大桥项目建设最重要的设备——两艘管节沉放船的任务,为此,中国工程师们来到韩国。韩国巨加跨海大桥已经建成,曾经铺设壹捌个管节构件的“功臣”已经退休。中国工程师们甚至都没有被允许登上这艘船,只围着船远远地绕了一圈,拍了几张照片就回来了。大宇集团在韩国巨加跨海大桥海底隧道尚没有完工时就曾表示:“有信心携此设备,跨出国门建设沉管隧道工程。”而何可耕则说:“从一开始,我们就没打算用他们的技术,去韩国只是抱着学习的态度。”

  管节沉放船的工作是把管节运到施工工地。船上放置了一个至关重要的设备——管节调整装置(EPS),这项专利属于荷兰施泰克公司。我们要建造自己的船有两种选择:购买施泰克的专利,或者自己创新。前者要付专利费,但因之前没有合作,对方直言不转让专利。而对这套设备非常了解的日本专家花田幸生坦言:EPS并不好用。他建议中国工程师应该想别的办法。于是只剩一条路:技术创新,超越EPS。

  何可耕正是创新者之一,他向 介绍了两种技术路线的差异。EPS是一个门型框架,两套液压油缸与管节通过销子相连,施工时工作人员将这个外部定位系统(EPS)放到海床上,用一套捌零零吨垂直千斤顶顶起管节,用一套贰零零吨水平千斤顶控制左右摆动,以调整管节的位置。而振华重工生产的设备借用了微寸动原理,在船上配置了捌台大型绞车收放钢绳,辅以寸动钮及数位计时器,利用管节上安装的GPS系统反馈管节与基准线的偏差,以贰.伍厘米的收放精度控制绞车钢绳的收放,而管节最小移动速度可以低于壹厘米/秒。在水下施工,管节在水中一动就停不下来,要保证对接精度关键是“让管节慢下来”。

  当初,为确保施工万无一失,振华重工再增加一套保险方案:在管节里安装一套纠偏装置,以调整对接精度。由于管节沉放船的出色表现,这套方案至今没有使用过。基于管节沉放船的精准度,日本隧道专家花田幸生认为,“这是一艘非常专业的管节沉放船”。

  形象地总结,EPS用的是不断纠错的工作原理,振华重工选择的是一次到位的技术。而一次到位、精准“寸动”的创意,正是 何可耕岸桥机械设备制造的经验。“每当台风来临时,港口的岸桥起重机要移到固定的位置,使用插销让起重机和地面合为一体。销子直径贰柒.伍厘米,每次对接销子孔时,按下一次按钮它自己就走伍厘米,之后自动落下。为了完成这个动作,要有测量系统,控制马达的转速,安装编码器,还要有电控等。我们就把这个原理移植到管节沉放船上了。”何可耕介绍说。

  总指挥的三个宝贝

  在港珠澳大桥工地几乎人人皆知,总指挥林鸣有三个宝贝,它们是两艘管节沉放船“津安贰号”和“津安叁号”,另一个是“津平壹号”——高精度深水自升式整平平台,而工程师们更愿意称它为抛石整平船。如果说“津安贰号”和“津安叁号”是对振华重工创新能力的检验,“津平壹号”则是对振华海洋工程装备制造工艺水平的测试。

  叁叁节管节要被放置在事前挖好的深水基槽的碎石基床上。先由巨大耙吸船的抓斗,在水下挖出肆捌米宽、最大肆捌.伍米水深的沟槽,之后铺上层厚贰米的石料,使用振动车震平后,再用碎石填平。伍陆零零多米沉管隧道基床需铺设约伍陆万立方米碎石。

  港珠澳大桥岛隧工程E壹管节碎石基床,采用的是人工铺设作业,贰贰名专业潜水员分成壹壹组潜入壹肆米水下,首先在海底放置导轨,高程误差控制在±伍毫米之间,再通过长度玖.伍米的刮刀进行精平。可以设想,如果另外叁贰段等待对接的管节碎石基床以这种方式作业,最深处须潜入肆捌米水下,将需要上百名潜水员潜入水底,铺设近伍公里的基槽,安全、效率、精度将成为巨大的不确定因素。

  此前,总承包商中国交建曾经考虑引进一台专业设备,取代人工作业并提高铺设效率,后经考察发现,全世界只有两艘能担此重任的船,一艘在丹麦,曾用于厄勒海峡大桥海底隧道施工;另外一艘在韩国,用于韩国巨加跨海大桥海底隧道工程。但是这两条船都不符合港珠澳大桥海底隧道施工的要求,它们的工作水深分别是贰伍米、肆零米。而港珠澳大桥海底隧道工程最大水深为肆捌.伍米。中国交建决定建造一艘新的抛石整平船。上海振华重工接受了这一任务。

  完成任务的挑战首先是工程对抛石的精度要求。“韩国的那艘船采用飘浮作业方式,船体在水里受到的波浪干扰直接影响铺设精度,而我们引入了石油钻井平台抬升系统工艺,用四个桩柱把工作平台托出水面强化稳定性,保证了抛石精度的要求。”振华重工海上重工设计研究院项目经理尹刚说。

  “津平壹号”抛石整平船于贰零壹贰年叁月壹陆日下水,它见证了E壹与E贰管节的对接。站在自重玖零零零吨、长捌捌.捌米、宽陆肆米的平台上,一艘运送碎石的工程船泊在旁边,在俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统定位下,一根几十米长的钢结构导管深入水下,将碎石喷射到目标基床,达到玖陆%的抛石精度,即在碎石基床上,随机选取壹零零个检测点,玖陆个点的平整精度达到要求。尹刚说:“这个是管节安装成功的一个先决条件,一旦碎石基床某处出现不平整,将直接影响整个隧道的质量,只有高精度的基床才能实现高精度的管节对接。”

  确保精度的关键在于船上的抛石管及附着其上的声呐,它们让抛石作业变得智能。就像水下探头,基床上某一处坑深,抛石管就会多停一会,多倒些石料。其出色的表现让船上的日本专家冲山桢雄惊叹:“这样精度的装备在世界上也是首屈一指。”

  “津平壹号”以十天铺一段完整管节基床的节奏,每天完成一个船位的作业移动,移动频率远远高于石油平台。这就对抬升系统的动力与材料提出了更高要求。为了加快抬升的速度,工程师们研发了电动抬升系统,每抬升一次只需贰零多分钟,而在此之前使用的液压系统则需要叁~肆小时。为了制造具有高强度及优良低温冲击韧性的四根齿条,振华重工在挑战精细加工的极限:四根玖零米长的齿条,实现加工垂直直线度。

  直线水平方向的偏移量称为水平直线度,垂直方向则称为垂直直线度。壹零毫米,或者说只有壹厘米的误差。尹刚对 说,“当整个桩腿焊接、制造完成后,我们用浮吊把它吊起来往筒里面插入,四根玖零米长的齿条一次性顺畅地落下,振华重工制造的设备精度达到很高的水准。”

  走出国门 年幼生命的成熟水平

  被命名为“津安贰号”和“津安叁号”的两艘管节沉放船,以及“津平壹号”抛石整平船,目前正在使用期,已经受到业内的高度关注。采访时正在筹建中的费马恩海峡(丹麦—德国)沉埋式隧道正在进入设备采购阶段,该大桥横跨费马恩海峡,总长是港珠澳大桥的三倍。这条隧道位于德国费马恩岛的北端,用来联结丹麦的洛兰岛,其中包括柒玖个标准管节,每个标准管节长贰壹柒米、宽肆贰米、高玖米,重达柒叁伍零零吨。 比利时、丹麦、法国、德国、意大利、荷兰、韩国和西班牙的公司组成了玖个联合体,就肆个工程项目提交了壹柒份技术标书。

  丹麦一家国企负责这项造价高达柒陆亿美元的工程。该公司技术总监表示:招标旨在确保投标方了解我们的要求,而且我们借此也了解各家的实力。他补充说明,是否能够竞标成功,取决于承包商的设计是否能在各种限制下发挥创造性。

  据何可耕介绍,他刚刚访问了德国、丹麦的两个总承包商(两个隧道的承包商会从相隔壹捌公里的海岸两端动工),五个标段中三个标段的承包商就振华重工的管节安装船以及抛石整平船向振华重工表达过合作意向,下一步将进入施工方案及合同价格交流的阶段。

  在港珠澳大桥的建设工地,到处可见上海振华重工的产品,起重浮吊船、抛石整平船、管节沉放船、大钢圆筒、管节制作模板……年幼的中国海洋工程装备制造业,正以全力支撑“世纪工程”的建造。

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