金桐君 蔣 巖 王偉平 陳世海

“世越號”雙駁抬吊方案設計

金桐君 蔣 巖 王偉平 陳世海

“世越號”的打撈采用雙駁抬吊的方案，成功地將沉沒于44米水深的“世越號”從海底提升至出水13.5米位置，為后續(xù)的沉船成功上半潛船創(chuàng)造了條件。同時為應對該施工海域水深和海況條件，在每一套提升系統(tǒng)當中創(chuàng)造性地加入400噸的升沉補償緩沖油缸。對整個“世越號”雙駁船抬吊施工要點進行闡釋，為以后類似的打撈工程提供借鑒作用。

雙駁抬吊；“世越號”打撈；升沉補償；緩沖系統(tǒng)

大型沉船的打撈需要綜合考慮各種因素，選擇最合適的打撈方法。目前世界上傳統(tǒng)的打撈方法有封艙抽水打撈、封艙充氣抽水打撈、壓氣排水打撈、船舶抬撬（抬吊）打撈、浮筒抬浮打撈、泡沫塑料打撈、浮吊打撈等。這些打撈方法可以單獨使用，也可以聯(lián)合起來使用。本次需要打撈的“世越號”船舶類型為大型渡輪，沉沒地點在全羅南道珍島郡近海，該船長145米，寬22米，型深14米。空船重量6 113噸，載貨約2 300噸。難船沉沒后左舷側(cè)躺于海底，事故海域平均水深約44米，最大流速超過4節(jié)。該沉船的打撈存在客觀上和主觀上的諸多難點：首先業(yè)主對打撈的要求很高，業(yè)主就“世越號”的打撈作業(yè)在招標書當中明確要求打撈需要保持沉船的原始姿態(tài)不變，不能破壞船體的主體結(jié)構(gòu)。其次，沉船的尺寸大，長寬高為145米×22米×14米；重量重，預估離底重量為8 000噸，實際離底重量為8 500噸，實際最大出水重量達到11 500噸；重量重心不確定，由于載貨情況和淤積泥沙狀況的不確定，沉船的重量和重心不能確定。另外，由于“世越號”沉船上層建筑左舷塌陷，浸沒在海水中兩年多時間的腐蝕，造成船舶本身強度受到了一定的破壞和折損。最后，實施打撈作業(yè)的海域水深較大，風浪流較大，增加了打撈難度。上海打撈局在綜合考慮該沉船的現(xiàn)有狀態(tài)、所處的客觀條件和業(yè)主的打撈要求等各種因素之后決定采用帶升沉補償?shù)碾p駁抬吊方法作為主要的打撈方法。該方法能很好地克服上述的困難，尤其能夠應對變重心、變重量的整體打撈作業(yè)，同時能夠在更寬區(qū)域內(nèi)更加均勻布置更多吊索，降低了“世越號”結(jié)構(gòu)破壞的風險。另外，該雙駁抬吊系統(tǒng)中加入了緩沖系統(tǒng)，能夠很好地改善惡劣海況對打撈作業(yè)的影響。

一、雙駁抬吊系統(tǒng)設計

“世越號”打撈所采用的雙駁抬吊方法是將一對駁船并行對稱布置在沉船兩舷的水面上，把沉船夾在中間，在兩條抬浮駁上面各對稱布置33套帶升沉補償能力的液壓鋼絞線提升系統(tǒng)。同時事先在“世越號”左舷底部的相應位置布置33根托底鋼梁，每根鋼梁兩端都設置有吊點。潛水員在水下在托底鋼梁的66個吊點處各連接1根起吊鋼纜，上端和提升系統(tǒng)的錨頭連接。最后通過液壓鋼絞線提升系統(tǒng)的同步牽引將沉船逐步提升出水。圖1為雙駁抬吊系統(tǒng)布置圖。

圖1 雙駁抬吊系統(tǒng)布置圖

鋼絞線同步提升系統(tǒng)應用到雙駁抬吊打撈作業(yè)當中在國內(nèi)雖屬少見，但是也曾經(jīng)使用過。但是在“世越號”打撈工程中對該打撈方法又做了優(yōu)化。在鋼絞線提升油缸后面串聯(lián)兩個緩沖油缸，蓄能器通過高壓油管和緩沖油缸連接組成升沉補償系統(tǒng)，對“世越號”受風浪流影響產(chǎn)生的動態(tài)載荷起緩沖作用。這在國內(nèi)的打撈工程當中屬于首次。緩沖系統(tǒng)的作用原理如下所示：

（1）當抬浮駁受到風浪流作用向上抬升時，液壓油通過高壓油管回到蓄能器，緩沖油缸收縮。被吊沉船高度基本保持不變；同時每道索具的提升力基本保持不變。該過程如圖2所示。

圖2 緩沖油缸壓縮應對抬浮駁上升示意圖

（2）當抬浮駁受到風浪流作用向下運動時，液壓油通過高壓油管回到緩沖油缸，緩沖油缸伸長。被吊沉船高度基本保持不變，同時每道索具提升力基本保持不變。該過程如圖3所示。

圖3 緩沖油缸伸長應對抬浮駁下降示意圖

采用雙駁船抬吊打撈方法，首先需要根據(jù)提升高度確定采用雙駁船的最小船寬值。此次打撈工程當中“世越號”需要提升距離在35米左右，“世越號”提升的高度就是提升系統(tǒng)中錨頭的行進距離?？紤]到提升設備本身占用船寬距離12米，起吊鋼絲和錨頭鏈接需要5米寬度的施工區(qū)域，抬浮駁船由于潮差上下深沉需要留出3米余量，所有相加抬浮駁的船寬值至少需要55米。最后確定了抬吊“世越號”的抬浮駁為招商重工1#和招商重工3#，兩條船舶的主尺度分別是：招商重工1#為140米×56米×8.8米；招商重工3#為152.5米×60米×11.5米。在采用雙駁抬吊方法時兩條抬浮駁船的尺寸應保持一致或者盡量接近。

接下來根據(jù)沉船的預估重量、重心確定布置托底鋼梁的數(shù)量，“世越號”的預估離底重量是8 000噸，預估最大提升重量為9 660噸，根據(jù)沉船的總布置圖確定在水下布置33道托底鋼梁。對鋼梁進行結(jié)構(gòu)設計，保證鋼梁具有足夠的強度和剛度。同時在抬浮駁甲板對應位置上面布置提升設備。根據(jù)提升設備的布置和最大設計載荷進行抬浮駁整體及局部強度校核，提升設備連接支座的結(jié)構(gòu)設計，起吊鋼絲上甲板處滾輪支架的結(jié)構(gòu)設計。根據(jù)施工海域的海況條件進行錨泊系統(tǒng)設計，確定駁船加裝的錨機以及配套設備的布置。

按照設計的設備布置圖完成兩條駁船的設備裝船，提升系統(tǒng)的組裝、陸上試拉，最后對提升系統(tǒng)進行單機調(diào)試、聯(lián)機調(diào)試。完成裝船之后由拖輪將兩條抬浮駁拖到施工現(xiàn)場，按照設計錨位圖對兩條抬浮駁船進行拋錨布場。

二、雙駁抬吊打撈法施工要點

由于韓國政府在打撈招標書上面明確要求“世越號”的打撈需要保持左傾90°的沉沒姿態(tài)進行整體提升，所以在沉船左舷底部穿引布置了33道鋼梁。起吊鋼絲連接在托底鋼梁的吊點上面。是否設置托底鋼梁是基于沉船的打撈狀態(tài)。像“世越號”這樣需要以左傾90°的姿態(tài)進行提升，設置托底鋼梁比較合適。如果沉船以正浮狀態(tài)進行提升可以直接穿引大鋼纜作為起吊鋼絲，不需要再設置托底鋼梁。

1.起吊鋼絲預埋

“世越號”總共需要安裝33套（66根）起吊鋼絲，綜合考慮之后，“世越號”工程采取起吊鋼絲預埋的方式，即預先將起吊鋼絲的下端和鋼梁吊耳連好，并且按照4至6根起吊鋼絲一組將起吊鋼絲上端和一個小吊架連在一起，預先放置在海底。預先將起吊鋼絲下端和鋼梁進行連接，同時所有起吊鋼絲分組和若干小吊架連在一起，暫放在海底有以下好處：

不需要在抬浮駁到場的情況下完成所有起吊鋼絲的下端連接。

起吊鋼絲的預埋將本來需要連續(xù)進行的工作分成可以不同時間進行的工作。將起吊鋼絲的下端連接、起吊鋼絲的上端連接、沉船提升的連續(xù)作業(yè)分解成起吊鋼絲的下端連接和起吊鋼絲的上端連接、沉船提升兩個階段。對氣象窗口的要求大幅降低。

小吊架的應用使預先連接的起吊鋼絲變得有條理，使起吊鋼絲不會互相纏繞、扭轉(zhuǎn)，也節(jié)省了之后起吊鋼絲的回收和上端連接的作業(yè)時間。

2.防撞靠墊的安裝

為了防止“世越號”提升出水之后，由于兩條抬浮駁和“世越號”的相互撞擊對設備和結(jié)構(gòu)造成損壞，需要在抬浮駁和“世越號”之間安裝若干防撞靠墊。“世越號”工程采用了可充式橡皮浮筒和輪胎靠墊作為防撞裝置。在“世越號”船底側(cè)布置了2個橡皮浮筒和2個輪胎靠墊，在甲板側(cè)布置了3個橡皮浮筒和3個輪胎靠墊。這些裝置需要避開沉船的突出結(jié)構(gòu)物，布置在沉船平坦部位。圖4為防撞靠墊在“世越號”上面的布置圖。

圖4 防撞靠墊在“世越號”上面的布置圖

3.太陽甲板障礙物的水下割除

在“世越號”正式抬吊之前需要對右舷頂部以下13.5米的區(qū)域突出太陽甲板1米及以上的障礙物進行割除。突出的結(jié)構(gòu)物包括風斗、桅桿、銘牌、燈架、架子、欄桿、煙囪等。

4.“世越號”起浮的姿態(tài)監(jiān)控

“世越號”提升過程當中需要持續(xù)對托底鋼梁底部和沉船進行姿態(tài)監(jiān)控，確保“世越號”后續(xù)進入半潛船具有足夠的凈空高度。在“世越號”工程當中采取了以下幾種測量方法：在11根鋼梁上布置11個水下重力式傾斜儀，測量鋼梁的橫向傾角；在沉船右舷頂部布置了1個姿態(tài)儀，測量沉船頂部的縱向和橫向姿態(tài)。

圖5為姿態(tài)測量設備布置圖。

圖5 姿態(tài)測量設備布置圖

5.沉船開排水孔

“世越號”打撈需要提升“世越號”出水13.5米左右。在“世越號”出水之后需要將艙室出水部分的水盡快排出艙外才能使“世越號”的重量沒有顯著增加。所以在“世越號”提升之前需要潛水員在所有艙室內(nèi)的低位位置進行開排水孔作業(yè)。

6.防扭轉(zhuǎn)裝置安裝

起吊鋼絲在受力情況下會發(fā)生單向扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，起吊鋼絲的扭轉(zhuǎn)會帶動錨頭的旋轉(zhuǎn)進而帶動多股鋼絞線的扭轉(zhuǎn)，影響液壓鋼絞線提升油缸的運轉(zhuǎn)。

在錨頭上加裝防旋轉(zhuǎn)裝置即可解決扭轉(zhuǎn)的問題。該裝置如圖6所示。

圖6 防錨頭旋轉(zhuǎn)裝置

7.提升作業(yè)

在正式提升前對提升索具分步進行30%加載，完成所有提升索具的預緊。正式提升時按照50% 、60%、80% 、90%、100%的設計載荷同步加載。到接近100%載荷前后，部分點開始持續(xù)上升，部分點依然不動。對于上升的點暫停加載，對不動的這些點繼續(xù)加載，載荷增加到105%、110%、115%，直到沉船開始整體離開海床，確認沉船整體離開海床足夠距離之后，對蓄能器進行補油，整體緩沖油缸的負載區(qū)間。此后保持載荷進行同步提升，在提升過程當中監(jiān)控緩沖油缸的狀態(tài)，保持緩沖油缸的活塞桿接近于一半的行程處（使緩沖系統(tǒng)處于最大的功能）。

8.駁船調(diào)載

采用雙駁抬吊打撈方法，從“世越號”離底到出水的過程中，抬吊力慢慢增加會造成兩條抬浮駁船往內(nèi)側(cè)傾斜。所以在抬吊作業(yè)之前需要調(diào)載使兩條抬浮駁船呈適當?shù)耐狻鞍恕弊肿藨B(tài)。隨著“世越號”慢慢離底，駁船慢慢內(nèi)傾，“世越號”離底時兩駁船呈成小角度內(nèi)傾姿態(tài)。在實際作業(yè)過程當中，可以根據(jù)需要隨時進行調(diào)載，原則上保持抬浮駁縱傾不變，對整個抬吊系統(tǒng)的受力分布不產(chǎn)生較大影響。

9.姿態(tài)調(diào)整

在“世越號”提升過程當中需要根據(jù)測量的沉船最底部——托底鋼梁底部的姿態(tài)進行調(diào)整。需要進行調(diào)整的姿態(tài)有三種：單根鋼梁的橫傾，沉船最底部的整體橫傾，沉船最底部的整體縱傾。對這三種姿態(tài)的調(diào)整如下所述：

（1）針對單根鋼梁的橫傾，調(diào)整方法是在同步提升的過程當中保持高側(cè)的鋼絞線不提升，只提升低側(cè)的鋼絞線，通過這種方式逐步將單根鋼梁的橫傾調(diào)平，而不對起吊鋼絲的受力分配造成較大影響。

（2）針對沉船最底部的整體橫傾，一種調(diào)整方法是在單條駁船上同步提升，另外一條駁船保持不動。另外一種調(diào)整方法是通過兩條抬浮駁船的橫傾調(diào)載。此方法也不會造成起吊鋼絲的受力分配變化。

（3）針對沉船最底部的整體縱傾，調(diào)整方法是同步進行兩駁船縱傾調(diào)載，注意兩抬浮駁縱傾調(diào)載過程的同步，不同步會造成起吊鋼絲受力分配的變化。

10.“世越號”出水帶纜

在“世越號”出水至頂部和抬浮駁船甲板基本相平時，在“世越號”和抬浮駁之間、抬浮駁和抬浮駁之間進行初步帶纜?！笆涝教枴鄙系膸Ю|系固方法是潛水員在“世越號”右舷強肋骨兩側(cè)開一對小孔，穿引短千斤通過這一對小孔，短千斤作為“世越號”的系固點。抬浮駁上面的系固選擇在纜樁上面。在“世越號”繼續(xù)提升時纜繩跟著慢慢釋放，到最終提升位置時收緊纜繩。通過這種方式在駁船和“世越號”之間連接32根纜繩。圖7為“世越號”出水帶纜圖。

11.提升到位后沉船深度最終確認

在“世越號”抬吊到位之后需要對所有33根鋼梁兩端的底部深度進行測量，確保后續(xù)“世越號”進半潛船具有足夠的凈空高度。每根鋼梁兩端底部的深度通過起吊鋼絲在甲板上的距離測量進行換算，換算公式如下：

鋼梁端部底部深度=起吊鋼絲長度-起吊鋼絲在甲板上距離（實測）+修正值

圖7 “世越號”出水帶纜圖

其中，修正值需要考慮滾輪支架尺寸、托底鋼梁吊點布置圖等因素。

根據(jù)這種方式計算出所有33根鋼梁66個端點底部的深度，在假定鋼梁沒有變形，并且鋼梁底部處于水平狀態(tài)的前提下，這66個點的底部深度代表了整個“世越號”的最深深度。為了保險起見，實際提升“世越號”的高度能使得鋼梁66個端點處的底部深度離開半潛船至少有2米的空當。

三、結(jié)束語

本文闡述了帶升沉補償功能的雙駁抬吊打撈方案應用于“世越號”打撈工程，成功將沉船從水深44米海底提升出水13.5米的案例。作為一種打撈方式，雙駁抬吊早已有之，但是隨著科學技術的進步，液壓鋼絞線同步提升技術、升沉補償系統(tǒng)逐步加入到雙駁抬吊打撈方法當中，使整體打撈的噸位、打撈的可靠性、打撈應用的環(huán)境條件都取得了長足的進步。

[1]孫樹民,李悅.鋼質(zhì)沉船打撈方法綜述[J].廣東造船,2006(1):22-27.

10.16176/j.cnki.21-1284.2017.09.005

金桐君（1983—），男，交通運輸部上海打撈局技術開發(fā)中心，工程師。

蔣巖（1962—），男，交通運輸部上海打撈局，副局長/總工程師，碩士。

王偉平（1960—），男，交通運輸部上海打撈局工程船隊，黨委書記/高級工程師。

陳世海（1972—），男，交通運輸部上海打撈局技術開發(fā)中心，總經(jīng)理/高級工程師，碩士。