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碎石基础整平清淤及沉管沉放系列船的结构设计技术

成果类型:: 实用新型专利

发布时间: 2022-10-29 11:09:52

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:“科创中国”高端装备产业科技服务团| 贡天媛 | 2022-11-01 17:55:46
1 整体结构设计 沉放驳整体结构型式为箱型结构,两端布置有大型滑轮组基座支撑结构 。作业过程中沉放驳两端需承受较大的向下的拉力,整体结构呈中拱状态。 系列船设计时需分别考虑其特有的结构形式,并针对性进行加强设计。2 结构材料 系列船在控制整船重量前提下,主体结构材料选择 CCS_A 级钢能够满足强度要求。局部高应力区域,如开有流水通道的前后横向浮体内外侧围壁、浮体四个角隅、以及一些载荷较大的局部加强结构采用了CCS_H36 级高强度钢。3 总强度分析 全面考察结构在波浪中可能发生的各种响应模式,并结合本船的结构特征,选取恰当的控制载荷工况。结合本船使用场景,重点进行拖航、作业和整体起吊工况的总强度分析。4 局部强度分析及结构设计 根据整平船设计特点,其纵、横向浮体角隅处、横向浮体流水通道结构及生活楼角隅、各层平台结构突变处等其他局部结构均需进行局部优化设计。 为实现作业需求,整平船配备了较多满足各种功能作业的大型设备,如整平架装置、行走行车装置、石料输送系统、定位锚系统等,沉放驳配置了整体起吊吊耳、沉管下放滑轮组、沉管浮托过程中用于控制拖航方向布置在沉放驳两端的顶推架结构等。

“浮式自动化投料母船+坐底整平架”的分体式水下整平系统形式。 

同类整平船主要是采用自升式母船作载体,或者为单一坐底整平架。 

本船将两种形式创新结合,利用浮式母船作为载体,在二层甲板布置皮带输料装置和行走投料装置,保证系统能够自动化连续投料。在主甲板布置整平架升降装置,实现整平架放入海底和收回母船的功能;布置了整平架姿态调整装置,实现了整平架在海底精准定位的功能;布置整平架搁置锚定装置,实现整平架在母船的搁置。 

浮式母船与水下整平架通过“伸缩溜管+输料软管”的结构形式连接,伸缩溜管能够克服系统在作业期间因潮汐变化而引起的母船与整平架的高差变化。输料软管则能实现母船与整平架的柔性连接。作业时,母船的料斗和整平架的料斗同步运动,从而实现连续投料,连续作业,提高整平作业效率,同时,分体式水下整平系统大大降低海况对作业的不利影响。 

这种系统方式在建造成本上、作业水深上、作业效率上都有较大提升:其作业设计水深 60 米,最大水深可突破 100 米,是当前世界上作业水深最大的碎石基础整平船;7 天即可完成近 1 万方碎石铺设任务,是先铺法沉管隧道施工核心装备之一;其碎石整平精度可达±4.0厘米,为国内碎石基础整平精度最高的船舶,在国际属于领先水平。在满足整平精度的前提下,采用分体式水下整平系统形式的整平船经济性更优、作业能力更强、作业效率更高

碎石基础整平清淤及沉管沉放系列船中,整平船为国内首次应用超宽变宽管节碎石基础高精度整平清淤的施工装备,以小装备解决了大问题,实现了超宽变宽管节碎石基础高精度快速铺设,具有显著的社会效益;沉放驳同时实现隧道沉管拖带、布放于一体的功能。该系列船已应用于深中通道碎石整平清淤施工,其施工速度快,效率高,碎石整平清淤及沉管下放的施工总工期得到了有效控制,减少了机械故障,提高了施工质量,大大减少了作业时间,经济效益显著,直接节省施工成本 5000 万元。

碎石基础整平清淤及沉管沉放系列船中,整平船为国内首次应用超宽变宽管节碎石基础高精度整平清淤的施工装备,以小装备解决大问题,实现了超宽变宽管节碎石基础高精度快速铺设,减少了机械故障,提高了施工质量;沉放驳同时实现隧道沉管拖带、布放于一体的功能,可适应超宽变宽管节沉放作业,其施工速度快,效率高,使得碎石整平清淤及沉管下放的施工总工期得到了有效控制。该系列船的成功投产,大大减少了作业时间,提高了作业精度,经济和社会效益显著,是具备创新意义的成功案例。具有广阔的应用市场。

研究团队由中国船舶集团有限公司第七〇八研究所 交通运输部广州打捞局 中船华南船舶机械有限公司的数名专家组成,其中包括具有高级工程师等职称的成员十五人。 项目开展了整平船设备布置、功能设置和作业精度控制等方面以及沉放驳 适应超宽变宽管节运输与沉放的作业模式设计的技术研究,实现了整平船分体式水下作业系统设计、整平船排水式多隧道减阻设计、整平船分布式电/液动力总成设计、整平船回形浮式结构总强度分析技术、整平船作业移船模式设计、沉放驳作业模式设计等关键技术的突破,在深中通道沉管隧道管节碎石基础整平和沉管下放施工中取得了良好的应用效果。 本团队已申请发明专利4项,已授权3项,实用新型9项,已授权9项,论文4篇。

“重任 801”投产运营后,施工任务饱满,船舶完好率和营运率均为100%。截至目前,共完成深中通道大湾区伶仃洋海域 S08 标段 9 节管节碎石基础整平,9 节碎石基础清淤。“穗救浮驳 5\6” 投产运营后,已完成深中通道大湾区伶仃洋海域 S08 标段 9 节沉管的拖航浮运施工,平均浮运作业时间仅需 16 小时,其下放沉管时可实现±5.0 厘米管节对接精度,对接合格率 100%。

经过深中通道沉管隧道管节碎石基础整平和沉管下放施工中的实际使用,充分证明碎石基础整平清淤及沉管沉放系列船的设计、建造是成功的,且具有独立的自主知识产权,其技术的新颖性、先进性达到世界先进水平。

碎石基础整平清淤及沉管沉放系列船“重任 801”和“穗救浮驳 5\6”由中国船舶集团有限公司第 708 所为广州打捞局研发设计,由广州打捞局船舶修造中心建造、华南船舶机械有限公司研制装备。

“重任 801”采用六点锚泊定位系统和分体式水下整平系统,集定位测量、水下抛石、深水整平、快速清淤、质量检测功能于一体,兼顾整平作业的精准定位和快速移位需求,作业水深范围广、作业精度高,其作业能力在国内和国际均属于领先水平;“穗救浮驳 5\6”环境适应性好,同时实现隧道沉管拖带、布放于一体的功能。系列船投入运营后主要用于深中通道隧道工程 S08 合同段的海底隧道基础整平清淤及管节下放工作。

此为该成果的重要转化方向。