深中通道“航母级”沉管如何实现“毫米级”对接？专家揭秘→
发布时间：2023-08-16 17:44:48
来源：读创
8月，在阳光的照射下，伶仃洋蔚蓝的海水与朵朵白云相互辉映。深中通道海底隧道今年6月顺利合龙，目前后焊段仍在水下紧张施工中。
事隔两个多月之后，中交一航局深中通道项目部测量管理中心副主任锁旭宏重回拥有360°海景视角的“一航津安1”控制室，向记者讲述了沉管隧道施工的点点滴滴。
(资料图片仅供参考)
“参建港珠澳大桥、深中通道项目，最重要的是勇于创新的精神，有了这种精神，我们不畏惧任何难题。”2012年至今，锁旭宏参建两大国家级超级工程，面对外海沉管隧道施工测控难题，他坚守一线，用过硬的专业技术，不断实现新突破。11年的时间，他从一名初出茅庐的技术小白，成长为“沉管测量专家”，获国家专利60多项，发表技术论文17篇。
敢闯敢干，立下两个“小目标”
2011年10月，锁旭宏参加了中交一航局的校园招聘。当时企业人事部门的负责人听说锁旭宏每天早上5点起床，和父亲一起挖洋芋到集市售卖，第一轮面试即给他打了高分。“你这么能吃苦，就招你了。”负责人说。2012年，从小长在大山里的甘肃人锁旭宏与大海结缘，扎根珠海牛头岛，一干就是11年。
“港珠澳大桥岛隧工程项目总工程师林鸣说的一句话，令我印象特别深刻。他说，你们这些年轻小伙子，初生牛犊不怕虎，要拿出闯的精神，在超级工程项目上，你们只要敢想，就能够实现伟大的理想和伟大的目标。”锁旭宏说。
在港珠澳大桥项目，锁旭宏敢闯敢干。他不仅创新性提出浮态沉管标定方法，获得国家发明专利，还优化了无线声呐测控系统和测量塔定位系统，联合研发了“外海超长沉管隧道安装免精调定位控制技术”。这项技术对降低施工安全风险、加快施工进度、提高建设质量、降低工程造价和保护海洋环境等发挥了显著的支撑作用，并产生了巨大的经济效益，为项目至少节省了约1.65亿元。
“在港珠澳大桥沉管浮运安装期间，GPS定位系统在关键时刻出现信号丢失的情况，我们束手无策。”2018年，从港珠澳大桥项目转战参建深中通道项目，锁旭宏给自己立下两个小目标。一是在沉管浮运安装过程中使用中国的卫星定位系统；二是研发基槽碎石整平、浮运、安装全流程研发测控系统，指导安装作业。
“毫米级”对接，每一节都是第一节
然而，创新哪有那么容易。深中通道沉管管节采用的钢壳混凝土组合结构形式是国内首次应用，其管节海中沉放安装精度控制要求和难度远超造船行业，钢壳线型控制是要解决的首要问题；双向八车道超大体量沉管管节，超长距离的浮运、更高精度的安装及智能施工的需求，开启新一代测控系统研发迫在眉睫。
“深中通道项目启动后，我们的北斗定位系统发展迅猛，为实现我的第一个目标提供很好的条件。”锁旭宏说，为了将北斗定位系统引入沉管隧道施工领域，他和团队做了上千次试验，从陆上、海上、沉管上，反复实施大量的试验验证。综合数据分析发现，北斗定位系统稳定，精度与GPS相当，甚至在海上使用时，精度优于GPS。
尽管有了数据支撑，建设团队也不敢轻易冒险。沉放安装E1至E3管节阶段，仍由GPS挑大梁，北斗数据为辅。在E3管节安装的节骨眼上，发生了一件事情，促成了北斗系统的成功上位。锁旭宏说：“当时E3正准备着床，这一瞬间对我们来说特别重要。着床稍有不慎，管节就有安装失败的风险。”关键时刻，GPS定位系统与北斗定位系统的数据出现了两厘米的误差。
“当时指挥组发话了，两厘米是不能接受的误差，必须要做出判断。到底是使用北斗的数据，还是使用GPS的数据？”锁旭宏见此情况，立即从原数据开始追溯，针对性进行外部设备排查、分析卫星质量、精度比对。“最终我们决定，按北斗系统的数据操作。”自此，由E3管节起，北斗系统作为主用系统使用，在沉管施工领域实现了“毫米级”的对接精度。
沉管安装，每一节都是第一节。深中通道项目沉管浮运安装施工，每一次都小心谨慎，如履薄冰。
到了E5、E6管节，又出现了新的问题。锁旭宏发现测量数据与实际对接数据出现偏差，到E7至E9管节，误差愈加明显。经排查，计算模型、测控系统均正常，问题出在钢壳因海水压力影响发生了形变。
“遇到问题，我们就大胆创新方法去解决。这个东西发生形变，我们就把它还原回去，变了多少修正多少。”锁旭宏表示，E13至E19管节，建设团队大胆采用修正数据进行安装，创造了连续7个管节实现“毫米级”安装的纪录。
“深海智眼”，为最终接头量身定做测控装备
“正常一个管节长度是165米，宽度是46米，有足够大的空间安装北斗定位系统的测量高塔。而水下推出式最终接头，它是收在扩大端里面的，露出仅1米左右，不具备测量塔的安装条件。因此，我们必须研发一套新的方法，匹配工程的施工。”锁旭宏表示，在这样的情况下，“水下双目+水下拉线”测控系统应运而生。
“人用两只眼睛看东西更准确，那使用两个摄像头，进行摄影测量，应该也更精准。”锁旭宏说，“双目摄像”的灵感源于他和技术顾问一句玩笑话。当前在数字城市的建设中，陆地摄影测量技术已成熟应用于城市三维建模，是否可以大胆设想在水下摄影测量，助力沉管安装呢？起初，建设团队使用普通水下密封相机进行拍摄，在珠江口浑浊的海水中能见度低；改用工业相机，清晰度有提高，但精度仍不达标；后续，建设团队又想办法给目标物配上光源。
“这个方法真用对了，我们从光上下功夫，前前后后试了7、8种光源，每一节沉管安装期间，我们到真实的现场环境拍摄试验，最后锁定一种光源。测量精度从10厘米，逐渐5厘米、3厘米、2厘米、1厘米，最后实现‘毫米级’的精度。”锁旭宏说。
为了确保最终接头成功推出对接，锁旭宏和团队还结合“水下拉线”测量系统，打出了“组合拳”。“这两套系统从硬件上融合在一起，可以进行联合结算，求出最优解；当一套系统出现问题的时候，另一套系统可以单独结算，起‘双保险’效果。”
在正式施工前，锁旭宏紧盯潜水员带着设备下潜，百感交集。“心情就像父母送孩子参加高考一样，既不舍得，又想他们赶紧去施展自己的本领，实现他们的抱负。这套系统，从研发到实际应用，我们花费近两年的时间。”锁旭宏说。
“一键入海”，迈进智能化沉管施工新时代
锁旭宏的第二个“小目标”，也在深中通道项目实现了。
在深中通道打造沉管智能化施工背景下，他成功开发了高质量、高精度、低成本的外海沉管隧道数字化施工管理系统，测控和施工控制相结合，逐步实现自动化智能施工，填补国际技术空白。
“目前深中通道项目的建设已进入尾声，我又有了下一阶段的新目标，向实现‘一键入海’智能化沉管隧道施工新时代迈进。”锁旭宏说，工作11年，收获国家专利六十多项，发表技术论文17篇，但仍感觉到自己在理论上存在不足。目前，他正在攻读测绘科学与技术的博士学位，希望接下来能够研发出沉管全智能化施工管理系统，开启沉管隧道“一键入海”的智能施工时代。
“我的主攻方向是沉管隧道测控研究，未来十年，我将争取继续参与更多的超级工程建设，贡献自己的绵薄之力。”锁旭宏期待着，在沉管隧道施工领域，也能和中国航天一样，实现“一键飞天”，世界领先地位。
来源：中山＋
编辑：张莹
审读：乔会青
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