南海如何一夜造陆?全靠绞吸式挖泥船这个“大杀器”

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  出品| 网易新闻学院

  作者| 常松,清华大学材料加工工程系博士

  永暑礁,北纬9°37′,东经112°58′,距中国大陆约740海里,据海南岛榆林港560海里,隶属于海南省三沙市。地处太平岛至南威岛的中途,位于南海中央航线(香港至新加坡)和南华水道交汇处,地处南沙“天元”位置。

  

  这个只有四五个篮球场大小的岛礁,在2014年短短半年的时间里,发生了震惊世界的变化。据2015年2月的卫星图片显示,永暑礁已经大于3平方公里,超过台湾控制的太平岛,成为南沙第一大岛。2016年的永暑礁,其长度已经足够修建3500米的机场跑道,深水港池陆基已经基本成型。

  在飘零的南沙群岛中,永暑礁是中国大陆经营得最为完善的岛礁,永暑礁码头上竖立着醒目的主权碑。在南沙岛礁中永暑礁的礁盘较大,环境相对安稳,岛上建有一个海洋监测站,2010年5月又成功开通了中国移动业务。已经成为了中国在南沙群岛的战略发展中心。

  

  自2014年以来,外媒的各种消息报道以及卫星遥感图片显示,在南沙群岛还有美济礁、东门礁、华阳礁、南薰礁共计近10个岛礁进行的着填海工程。速度极快,据坊间测算,渚碧岛两个月内就吹填1平方公里陆地。

  那么问题来了,这些土地是如何填出来的呢?

  传统的填海造陆,最重要的就是填海材料的来源和运输。传统的方式常用的有沉箱或者打围堰。前者是将造好的混凝土构建运送到预定海域沉入海底,而后者是以海岸为基础建起围堰然后抽干海水,再填满这个大坑。

  然而,南沙群岛到海南岛的距离和上海、香港之间的距离差不多,距离遥远,还没有大面积的岸基可以利用,施工要花上数十年,工程造价更是天文数字。

  

  填海现场

  就地取材,吹填作业

  而南海岛礁的填海材料,其实就是就地取材——来自南海海床的泥沙。南沙礁盘的周围主要是面积广大的浅滩,里面最多的就是大量海沙。将这些沙子利用起来,就地开采使用无疑是最有效率也是最经济的方法。当然,如此多的海沙填到礁盘,靠抓斗或者铲子蚂蚁搬家是“不靠谱”的,这依赖于一种更有效的作业方式——吹填。

  在世界范围内,最著名的海上吹填工程应该算是迪拜的棕榈岛。但是迪拜毕竟是以海岸为基地的近海作业,而在距离大陆上千公里的海域吹填,在世界上并不多见。吹填中所用到的绞吸式挖泥船其实最初并非是用于填海,而是航道疏浚。

  

  吹填现场

  填海“大杀器”——绞吸式挖泥船

  绞吸式挖泥船是目前在疏浚吹填工程中运用较广泛的一种船舶,它是利用吸水管前端围绕吸水管装设旋转绞刀装置,将河底泥沙进行切割和搅动,再经吸泥管将绞起的泥沙物料,借助强大的泵力,输送到泥沙物料堆积场,它的挖泥、运泥、卸泥等工作过程,可以一次连续完成,它是一种效率高、成本较低的挖泥船,是良好的水下挖掘机械。排泥距离可达数千米,适宜粘土和砂土作业,便于泥土排至较远距离的挖泥。

  南海大规模填海造陆,使用的“大杀器”就是用于航道疏浚的“绞吸式挖泥船”。多艘绞吸船上千工人聚集南海,多个岛屿几乎一夜之间冒出海面,着实吸引了全世界的眼球。

  天鲸号——绞吸式挖泥船中的“战斗船”

  

  天鲸号

  而这其中最瞩目的就是装机功率、疏浚能力均居亚洲第一、世界第三的“天鲸号”。

  天鲸号是自航的绞吸式挖泥船,是中国吹沙填海的利器,由中交天津航道局有限公司投资并联合上海交通大学、德国VOSTA LMG公司进行设计,由招商局重工(深圳)有限公司建造的大型挖掘疏浚船。技术性能指标及铰刀挖泥能力排亚洲第一,是目前世界上最大的三艘自航绞吸挖泥船之一,技术先进性和结构复杂程度在世界同类船舶中位居前列。

  天鲸号自2008年4月28日开工,建造周期历时21个月。挖沙船总长127.5m,型宽22m,吃水6m,设计航速12节,总装机功率为19200KW,最大挖深30m,最大排泥距离6000m,挖掘效率为4500m?/h。

  4500立方米每小时是个什么概念?大约是一个小时挖一个足球场面积、0.6米深的坑。

  

  工作原理示意图

  绞头+挖掘系统——巨大坚硬的风化岩也可轻松“绞碎”

  “天鲸号”工作时船首前端桥梁放到水面以下,通过桥架最前端绞刀的旋转将水下泥面挖松,通过船上离心式泥泵的作用产生一定的真空,把挖掘所得的泥浆吸入、泵出再通过船上输泥管线排出。并吹送到上千米乃至上万米外的指定区域,达到疏浚航道和围海造地的双重目的。

  海底除了淤泥之外,还有大量坚硬的岩石,普通的挖泥船对付这些岩石有些吃力,主要是靠炸礁或者砸岩。而“天鲸号”配备有各种功能的绞刀头,巨大坚硬的风化岩可以轻松绞烂,然后直接吸进船里的驳船,既环保又省事。

  

  绞头

   “天鲸号”配置有亚洲在用挖泥船中最为强大的挖掘系统,其绞刀功率高达4200KW,可挖中等硬度岩石,适用于各种海况的大型疏浚工程。不仅可以疏浚粘土、密实沙、碎石,还可以开挖耐压为40兆帕的岩石,比如花岗岩。它的建造将改变人们清除海底岩石的方式,可大大减少海底爆破工程的数量,增大工程安全系数,也可减少对海洋的污染,更好地保护海洋环境。

  

  天鲸号挖泥装驳

  泥泵+装驳功能——既能填海,又能疏浚

  除了挖掘以外,更重要的是——“填海”,需要将挖下来的砂石吹填到岛礁上。“天鲸号”装配三台高效泥泵,具有强大的吹填造地能力,排距超过六千米,并具有装驳功能,可以将挖上来的泥沙石块通过驳船,运到其他地方,极大地拓展了疏浚范围,天鲸号能在八级风浪条件下作业,并且能够在坚硬土质定桩,定位精确牢靠,可在狭窄水域施工,是中国疏浚产业的旗舰。

  其电气设备与自动控制系统均具备目前世界先进水平,具有驱动功率大、启动平滑、控制精确等特点,并且实现了自动挖泥与监控。据介绍“只要提前设置好程序,它就可以自动挖泥,不需要人工不停地操作。” “天鲸号”配置了当前国际最先进的自动控制系统,可以实现自动挖泥、监控及无人操控。巨大的挖泥驾驶台,一切都在监控之中。

  

  天鲸号驾驶台

   自航+“五星级”配套设施——“周游世界”都不怕

  “天鲸号”还有一个强大功能——— 自航。也就是自己有动力,可以航行,机动灵活。“天鲸号”拥有无限航区的航行能力,可以周游世界,航行在世界上任何海域。同等功率的自航绞吸挖泥船,“天鲸号”是国内第一艘,全世界也就两三艘。

  作为挖泥船,虽然干的是“粗活”但是“天鲸号”里的生活设施相当齐全,配备可谓豪华,宿舍、活动室、健身房、洗衣房、医务室、餐厅等,一应俱全。大多数的挖泥船,都只有公共卫生间,但“天鲸号”每间宿舍都有独立的浴室。厨房可谓“五星级”,有烤箱、蒸炉,里面的设备及用具全是用电的。

  挖泥船属于特殊工程船舶,既有航行系统,又有挖掘系统、输泥系统,结构复杂,集成控制系统要求极高,造价非常昂贵。“天鲸号”虽然排水总量仅为刚刚建造的30万吨油轮“新埔洋”号的三十分之一,而总造价却相差无几,超8亿元人民币。

  “天麒号”——非自航绞吸式挖泥船

  

  “天麒号”

  此外,参与到南海填海会战中的,还包括“天麒号”非自航绞吸式挖泥船。该船,2008年4月在青岛前进船厂开工建造,2009年8月,船总长120米,型宽20.3米,型深6.6米,最大挖深30米,总装机功率17280千瓦,公称生产量4500方/小时,排距6300米,总吨位4950。

  该船装备了国际先进的ABB电气设备和变频控制系统、绞吸挖泥船自动控制系统、钢桩台车装置系统、浅水倒桩系统、三缆定位系统,抗风浪能力强,绞刀功率2000千瓦,桥梁重600多吨,均为亚洲同类型船舶之最。

  有了如此强劲的工程器械,中国在南沙的“填海造陆”体现出了极高的效率,直接将海沙向浅滩吹填,没有任何的围堰设施,也不计较细小的漂散损失。

  期待新一代“巨鲸”的上线

  而就在2017年,比“天鲸号”更大的绞刀功率自航绞吸挖泥船计划交付使用。

  新一代的“巨鲸”长140 m,宽27.8 m,吃水6.5 m,最大挖深35 m,绞刀电机功率5000kW,全船动力装置均采用电驱形式,装备了当今世界最强大的挖掘系统和最大功率的高效泥泵,总装机功率达25680kW,标称生产能力约6000 m3/h,配置通用、粘土、挖岩及重型挖岩4种不同类型的绞刀,航速12节,最大挖深可达35米,最大排泥距离达15000米。届时,新巨鲸的生产能力和输送能力均位居世界前列。

  南海是中国海洋战略的重要核心区域,在南海以填海造地的方式进行岛礁建设是以实际行动维护中国海洋权益的一种表现。

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  编辑| 于冉帝

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