這神器排水量超過所有航母，建跨海大橋可少不了它

出品| 網易新聞

作者| 汪澤，清華大學機械工程系博士研究生

　　港珠澳大橋的建設是一項舉世矚目的偉大工程，超長海底隧道的完工離不開各種大國重器的幫助，也離不開中國工程技術人員的努力和智慧。

　　今天要介紹的是幫助港珠澳大橋的島隧工程完成最後「接頭」任務的神器：國產世界上最大的全迴轉起重船——「振華30」。

（一）島隧工程的最後一步，靠它把重達6000噸的裝置連為一體

　　這裡的「接頭」任務可不是什麼對暗號，而是兩段海底隧道的對接。通俗地講，海底隧道的建造就是將鋼筋混凝土結構的隧道沉管鋪設于海底。

　　港珠澳大橋島隧工程的海底隧道全長5664米，設計運用壽命120年，是中國第一條外海沉管隧道，也是世界上最長的公路沉管隧道和獨一的深埋沉管隧道。33節沉管要在兩岸分別沉放，最終在中間匯合。

　　實現良好的對接是隧道主體建設完工的最後一步，也是決定著隧道建設質量的關鍵一步。我們憑直覺也應該能感受到對接工作的重要性和難度係數。

　　最終接頭是一個鋼筋混凝土結構的楔形裝置，底板長9.6米，頂板長12米，截面寬度37.95米，立面總高度11.4米。港珠澳大橋島隧對接的最後一步，就需要將重達6000多噸的接頭裝置平穩地安置於海底28米深的E29和E30兩節沉管之間約12米的空間，像個楔子一樣將海底隧道連為一體。

　　將這樣一個大塊頭嚴絲合縫地放置到兩段已經鋪設好的沉管之間，要在海風、波浪、浮力等多種作用的影響下準確無誤地完成這樣的工作，想想就令人頭大呢.

　　還好有我們的海上大力士——「振華30」。

（二）厲害了「海上大力士」，全迴轉吊重能力世界第一

　　「振華30」是由中國自主研發建造的起重船，以單臂架12000噸的固定吊重能力和7000噸360度全迴轉吊重能力位居世界第一，可以同時吊起45架空客A380飛機，有「海上大力士」之稱。

　　正所謂「身大力不虧」，「振華30」體型異常龐大，它是由26.4萬噸的郵輪改造而成，空船總重44000噸，船體長320米，寬58米，型深(船底到主甲板)約28.8米，排水量約15.8萬噸。

　　甲板面積約等於2.5個標準足球場大。主甲板距離水面的高度有20米左右，船員想要登船只能通過一種工具——吊籠。有船員說，每次上船，感覺像是飛上來的。不少第一次乘坐吊籠上船的人員都會恐高畏懼，更有甚者因為害怕而放棄上船。

　　作為長期性的海上支持船，「振華30」上的基礎設施相當完善，船上的主要建築有7層樓高，配有3部電梯，共有100多個房間，可供380人入住，在艉部還設有直升機停放平台。

　　相比於其他類型的起重船，該船由於是由郵輪改造而來，故具有自航能力，可以在很大程度上節省拖輪費用和拖航時間，能夠在無限區航行，對海況條件的適應能力更強，適合在全球範圍內完成海上大型結構件的起重吊裝作業、打撈作業、拆卸報廢平台作業、海底能源開發作業等。

（三）採用多點錨泊系統，定位裝置猶如定海神針

　　港珠澳大橋島隧工程最終接頭的吊裝工作要求接頭的吊裝精度控制在前後15厘米，上下1.5厘米的範圍之內。這要求船隻自身、柔性的吊索及吊鉤、被吊裝的最終接頭所組成的整體保持良好的穩定性。

　　為了滿足這樣的吊裝要求，「振華30」這樣一艘300多米長、排水量十多萬噸的巨輪，在整個吊裝的動態過程中，必須被牢牢地框定在左右5厘米的範圍內。舉一個形象的例子，這相當於讓一個身高1.8米的人，在海中挪動一個重物，在整個過程中身體只能在0.3毫米的範圍內活動，難度有多麼大，可想而知。

　　要使巨輪完成這樣看似不可能完成的精密定位工作，就需要依賴錨泊定位系統。錨對於船隻的作用，相當於剎車對於汽車的作用，尤其是大型船舶，錨更是安全航行的重要保證。

　　我們通常看到的只有一個錨的船隻，使用的是單點錨泊系統，由於只有一個錨被沉入水下，船隻可以在水面上繞錨的中心轉動，對不同方向的環境外力有較強的適應性。

　　為了進一步縮小船舶定位範圍，兩點錨泊系統在船隻艏艉處均用錨定位，這樣雖然多限制了一個自由度的運動，使得船舶不能轉動，但也增大了抵禦橫向環境力的難度。

　　而對於定位要求高、定位範圍狹小的情況，則應採用多點錨泊系統。「振華30」就採用了10點錨泊定位的方式，通過布置在船舶左右舷的共10台120噸拉力的重型錨機，進行牽拉作業，不斷調整各錨機的拉力，來確保船舶的相對位置。

　　根據力學原理，這就像是勢均力敵的雙方在拔河，各錨鏈所承受的拉力在一定程度上相互抵消，使得船隻在強大的拉力作用下維持一種動態平衡。在強自然環境力的作用下，錨泊系統所承受的錨泊力也更大。

　　為了使得10台錨機多重作用下的「振華30」能夠實現準確定位，吊裝過程的現場指揮人員會根據最終接頭的沉管安裝定位系統以及船隻四角GPS系統的反饋信息，及時指揮錨機手進行精確調整，以保證大船「不越紅線」。

（四）海上起重機如何應對傾斜、晃動的煩惱？

　　有了精確的定位，只是滿足了準確吊裝工作的基本要求，但卻還遠遠不夠。

　　由於此次吊裝工作的精度要求高，「振華30」需要在起吊之前完成定位，在加上定位空間狹小等因素，不利於固定式起吊，而應該採用迴轉起吊的方式——先從船舷右側將最終接頭吊起，再將其旋轉到船體正前方，然後放入水下。

　　當「振華30」將最終接頭從「振駁28輪」上吊起來的時候，6000噸的重力會導致「振華30」不可避免地向右側傾斜。

　　這種重心不平衡的問題是所有起重機械都會面臨的。陸地上的輪式起重機，通過伸展負重腿的方式增大負重面積，防止出現傾覆。那麼海里的起重機又該怎麼辦呢？

　　答案是靠壓載水的作用。壓載水及壓載水艙對於大型船隻來說是必不可少的，合理的壓載水能夠有效維持船隻重量，保持船隻航行穩定。對於起重船，壓載水又能夠充當配重的作用。

　　當船隻一側負重時，另外一側的壓載水艙快速地注入一定量的壓載水，通過海水的重量來保持船體的平衡。控制壓載水的注入和排出並不是打開或者關閉水龍頭那麼簡單。最終接頭的吊起、旋轉及沉放是一個連續的動態過程，這就要求船隻壓載的速度和吊裝速度保持隨時匹配。

　　水下吊裝作業和陸地吊裝及水面吊裝作業（參見SL5000海上風機的稿子）最大的不同之處就在於水的浮力及水流作用的影響。這也是影響吊裝是否能夠成功的關鍵因素。

　　當最終接頭入水後，原本6000噸的重量，在浮力的作用下只有1900多噸，而且還在入水後不斷變化。此時前後艙壓載水的系統又開始發揮作用，確保了船不動，起吊裝置平穩，才能保證最終接頭沒有晃動和偏差。

　　由於浮吊作業所處的航道，往來船隻多，水流極不穩定，再加之伸入水下的長長的吊索所產生的柔性變形，都有可能導致最終接頭的位置偏移，造成不可估量的損失。

結語

　　「振華30」是世界上最大的360度全迴轉型起重船，在港珠澳大橋島隧工程最終接頭的吊裝工作中，它展現了6000噸的強大起重能力，及1.5厘米的精確吊裝定位精度。

　　該項目的順利完工彰顯了中國工程基建及海洋裝備的國際一流水平，期待「振華30」未來能在更廣闊的的大洋深處進一步大展拳腳。

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編輯| 史文慧