江南造船廠年造船能力達800萬噸 相當於120艘遼寧號航母

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長興造船基地位於長興島的南岸,於2003年開建。它佔地岸線長達8公里,寬1000米,最深處達到22米,可以停靠30萬噸級輪船。它每年可生產總噸位800萬噸的艦船,相當於120艘遼寧號航空母艦。

江南造船廠年造船能力達800萬噸 相當於120艘遼寧號航母

這裡共有七座特大型幹船塢,其中的四號船塢深14.1米,是中國最深的軟土船塢,未來可以建造10萬噸級的核動力航空母艦。除此之外,基地還配備了7臺600噸以上的龍門吊,9座舾裝碼頭和2座材料碼頭,無論是30萬噸重的超大型郵輪,17.5萬噸的散貨船,7000標準集裝箱的大型集裝箱船,大型液化天然氣船,還是海上石油鑽井平臺、超大型豪華遊輪,甚至002級彈射航母,在長興島,這些世界最高標準的船舶平均每週可以下水一艘。

據中新網援引工信部網站消息,2016年,在全世界船隻訂單較去年同期暴跌70%的行業嚴冬中,中國造船業卻甩掉韓國和日本成為全球第一,從衡量造船業整體發展的造船完工量、新接訂單量、手持訂單量這3大世界造船指標來看,2016年中國新接訂單量、手持訂單量分別佔世界市場份額的65.2%和43.9%,皆位居全球第一;造船完工量部分則以35.6%,排行全球市場第二位。

這真的是在“像生產香腸一樣生產巨輪”啊!

之所以選擇長興島作為造船基地,主要是因為它的天賦。長興島南岸有59公里常年不淤、不積、不凍的深水岸線,這在以沙土地質為主的上海灘附近頗為難得,這種天然的不易淤積的深港是造船廠的好胚子。

江南造船廠年造船能力達800萬噸 相當於120艘遼寧號航母

(長興島特殊的地理位置使得它的南岸常年不淤、不積、不凍,天賦異稟)

不過,良好的深水岸線同時也意味著水流湍急,施工不易展開,加之長江口處風浪大,施工又處於孤島之上,這都對工程帶來了挑戰。而造船基地的工程規模龐大,建設週期緊,目標起點高,在世界上都無先例可循。為此,設計人員精心研究,革新了傳統設計方法,採用了多種創新技術,其中大部分技術都是圍繞著造船廠的核心——船塢開展的。

(二)船塢的核心科技:大型水上基坑

船塢是造船廠的核心。它是一種用於修造船舶的水工建築物,主體位於水面以下。

造船時,船舶先在船塢內修好,再放水進來將船浮起,打開船閘,將船放出;修船的過程則正好相反,將船引入船塢,再關閉船閘將水排淨,人員進入船塢中進行修理。

建設船塢,意味著要挖一個位於水位以下半水半陸的基坑,與陸上基坑周邊是靜止不動且時刻平衡的土體不同,這種水上基坑面對的是一直變動的水位,而且還會不斷地受到波浪、漲落潮的影響,周邊所受到的壓力是不均衡的。在半水半陸的位置上開挖,一面是穩定的土體,一面是變化的水,結構整體上本身就有一個“向下滑”的趨勢。可見,對於這樣的水上基坑工程,最大的難點在於圍護體系的完整,以維持開挖段的穩定。

江南造船廠年造船能力達800萬噸 相當於120艘遼寧號航母

(一處典型的船塢是一個一面開敞的基坑)

1、軟土上建船塢,先修塢口“大鐵門”,

在以往,水上基坑通常是使用大圍堰包圍大開挖的方式施工。但由於長興島屬於軟土地基,加之長江口水文環境惡劣,採用這種方式施工效率太低。故而,施工方創新性地採用了水上鋼板樁維護,先修塢口的“大鐵門”。接下來,再利用塢門擋水,對後方塢室、水泵房等進行幹施工。

這種方案的技術難度高,對施工和設計計算要求精密,但造價相對較低,並且顯著縮短工期。

江南造船廠年造船能力達800萬噸 相當於120艘遼寧號航母

(船塢的閘首“大鐵門”)

2、造十萬噸大船的船塢,鋼圍堰要分段加固和施工

長興造船基地造的都是十萬噸的大船,故而船塢的體積驚人。在它的大門口修這樣一座鋼圍堰,長度達到了280米,擋水高度達到了20米。在這個尺度下,一米粗的鋼樁立在那裡就像是一根鉛筆,讓人看著都“懸”。

工程中有一個常識,圍堰所要承受的負擔與圍堰的長度成平方關係。可見,水對圍堰的單向壓力巨大,並且每個施工階段、每種工況都有不同。為此,工程師們利用ANSYS、ABAQUS等有限元技術對各個施工階段進行了仿真模擬、數值分析,並制定了相應的對策。例如,在嚴格計算下,對擋水圍堰進行分段加固,每隔47米設置一道橫隔牆,在平面上形成了若干個隔倉。對於修建中的圍堰在圍堰合攏後,不僅不能急著開挖,還要向圍堰內吹填細砂,以便對後續抽水中的基坑進行地基加固。

在開挖階段,也必須嚴格按照塢口底板分塊的尺度進行分段、分層開挖。每一分塊的土方按照每層厚度不大於2米開挖,並且只有完全挖完了一塊、塢口底板澆築完成,才能去開挖下一塊。在開挖掉塢內軟弱泥沙的過程中,還需要不斷地使用碎石進行回填,以對圍堰形成支撐作用。

3、船塢深度前無古人,首創格型地下牆結構承壓

一般的大型船塢有效深度在12米左右,而長興造船基地的一處深船塢有效深度達到了17.7米。如此前無古人的深度,配合長興島特有的軟弱土層,使得其塢牆的結構發生了質變,無法採用常規的前板強拉桿錨碇結構或高樁承臺結構。

工程師們通過有限元分析,並結合大量的節點模型試驗,在塢牆的設計上進行了突破,採用格型地下連續牆結構並利用地下牆作為吊車荷載的承重結構,採用十字型格形地下牆作為塢門荷載承重結構。這些設計在全世界都尚屬首次。

除此之外,閘首高壓旋噴成牆、大型鋼浮箱閘首結構等都是全新的設計方案。這些複雜的施工工藝讓長興島造船基地的成功很難被模仿。

江南造船廠年造船能力達800萬噸 相當於120艘遼寧號航母

(長興島造船基地)

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