王 健

(交通運(yùn)輸部 上海打撈局， 上海 200090)

鋼質(zhì)浮筒在沉船人性化打撈中的應(yīng)用

王 健

(交通運(yùn)輸部 上海打撈局， 上海 200090)

以人性化打撈某沉船為例，通過(guò)對(duì)鋼質(zhì)浮筒的主要參數(shù)和特點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明作為引入點(diǎn)，介紹鋼質(zhì)浮筒在該工程中成功應(yīng)用的施工方法，包括：沉船下方碎石地質(zhì)的應(yīng)對(duì)措施、浮筒鋼絲穿引精度控制、鋼質(zhì)浮筒沉放步驟、浮筒充氣要求及防止浮筒側(cè)滑的解決辦法。針對(duì)不同打撈參數(shù)給出參考意見(jiàn)，為后續(xù)沉船打撈和類似工程提供依據(jù)及借鑒。

沉船打撈； 碎石地質(zhì)； 浮筒鋼絲穿引； 浮筒套樁； 浮筒充氣； 浮筒側(cè)滑

在世界范圍內(nèi)，本著對(duì)遇難生命的尊重、對(duì)海洋環(huán)境保護(hù)的需要，并出于一定的政治考量亦或是為后續(xù)事故調(diào)查取證考慮，越來(lái)越多的沉船事故處理要求對(duì)沉船進(jìn)行人性化打撈。[1-2]這里所述“人性化打撈”是指在打撈沉船過(guò)程中，不僅需保證沉船本體結(jié)構(gòu)的完整性，而且要保持沉船遇難時(shí)的初始狀態(tài)。鋼質(zhì)浮筒在人性化打撈某沉船過(guò)程中具有重要作用。這里以某沉船打撈工程為實(shí)例，介紹鋼質(zhì)浮筒的成功應(yīng)用。

1 鋼質(zhì)打撈浮筒簡(jiǎn)介

1.1 打撈浮筒主要參數(shù)

依據(jù)所提供浮力的大小，可將鋼質(zhì)打撈浮筒分為100 t打撈浮筒、250 t打撈浮筒、500 t打撈浮筒(見(jiàn)圖1)、800 t打撈浮筒及1 200 t打撈浮筒。案例中使用的是2只500 t鋼質(zhì)打撈浮筒。各浮筒除了浮力不同，基本結(jié)構(gòu)和作用都類似。各規(guī)格浮筒主要參數(shù)見(jiàn)表1。鋼質(zhì)浮筒結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2。

1.2 打撈浮筒特點(diǎn)

浮筒的名義浮力是浮筒的設(shè)計(jì)浮力，即理論上最大可提供的浮力。由于浮筒在使用過(guò)程中存在充氣不足、內(nèi)部泥沙淤積等問(wèn)題，通常在浮筒起浮計(jì)算中取舷邊浮筒的有效浮力為其名義浮力的95%；取控制浮筒的有效浮力為其名義浮力的90%。浮筒垂向位置配置得越高，浮心越高，沉船的穩(wěn)性越好。因此，可根據(jù)整體打撈穩(wěn)性的要求確定浮筒配置的高度。[3-6]

2 施工工藝

2.1 浮筒鋼絲穿引

2只500 t鋼質(zhì)浮筒共需4根雙股鋼絲繩固定，單股鋼絲的直徑約為90 mm。在4道浮筒鋼絲的設(shè)計(jì)位置中，偏艉部的2道安裝位置船體已入泥，需在沉船與碎石之間穿引浮筒鋼絲。浮筒鋼絲的穿引精度直接決定浮筒相對(duì)沉船的位置，而這將直接決定浮筒浮力對(duì)沉船穩(wěn)性的影響、浮筒浮力對(duì)沉船船頭起吊力矩貢獻(xiàn)的大小及2只浮筒之間受力是否平衡。浮筒鋼絲設(shè)計(jì)位置示意見(jiàn)圖3。

沉船下方碎石地質(zhì)的應(yīng)對(duì)措施有以下3種。

圖3 浮筒鋼絲設(shè)計(jì)位置示意

1) 嘗試使用非開(kāi)挖設(shè)備進(jìn)行鋼絲穿引。利用水下攻泥器，通過(guò)鉆頭鉆進(jìn)的方式將鋼絲穿引過(guò)沉船下方，但因沉船下方的泥質(zhì)均為大小不一的石頭，同時(shí)受鉆進(jìn)阻力及大石頭障礙物的影響，鉆頭無(wú)法鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)距離。

2) 嘗試采用水面抽拉方法穿引鋼絲。在沉船船頭未入泥位置穿引粗鋼絲之后，施工母船移動(dòng)到沉船船尾附近位置使粗鋼絲形成往沉船船尾的張角，隨后利用船舶甲板絞車設(shè)備不停地抽拉粗鋼絲。該方法的理論依據(jù)是，絞車提供的張力帶動(dòng)粗鋼絲往船尾方向破開(kāi)沉船下方泥石朝船尾方向移動(dòng)。在該案例中，使用的是2臺(tái)30 t絞車，考慮摩擦損耗等因素提供的有效后張力≥40 t，但終因沉船下方泥石情況太復(fù)雜及擔(dān)心往復(fù)抽拉粗鋼絲可能會(huì)破壞沉船船體外板結(jié)構(gòu)，未能取得理想效果。[7-8]

3) 采用細(xì)鋼絲帶引大鋼絲的方式。在該案例中使用預(yù)留細(xì)鋼絲帶引大鋼絲，并結(jié)合水下定位技術(shù)的方法，不僅可保證鋼絲穿引精度，還能提高施工效率。

首先將細(xì)鋼絲穿引至大浮筒鋼絲設(shè)計(jì)位置。具體施工步驟如下：

(1) 在作業(yè)之前，根據(jù)需要穿引的距離、沉船入泥情況及潛水作業(yè)空間等因素準(zhǔn)備適當(dāng)長(zhǎng)度的細(xì)鋼筋，將鋼筋前端打磨成錐形，并將細(xì)鋼絲與鋼筋固定到一起。細(xì)鋼筋和細(xì)鋼絲的粗細(xì)需根據(jù)實(shí)際工程施工情況確定：若沉船下方為非黏性土地質(zhì)，建議細(xì)鋼筋直徑不超過(guò)6～8 mm；若沉船下方為碎石類地質(zhì)，建議細(xì)鋼筋與細(xì)鋼絲直徑之和不超過(guò)碎石厚度。

(2) 在水面潛水系統(tǒng)支持下，2名潛水員攜帶USBL信標(biāo)入水，2人分別抵達(dá)浮筒鋼絲設(shè)計(jì)位置甲板側(cè)和船底側(cè)的沉船著泥點(diǎn)。利用水下定位技術(shù)，將接收到的潛水員信標(biāo)聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，給出潛水員實(shí)時(shí)的水下位置。潛水監(jiān)督引導(dǎo)潛水員到達(dá)準(zhǔn)確的浮筒鋼絲設(shè)計(jì)位置；同時(shí)，潛水員通過(guò)周圍沉船結(jié)構(gòu)物明顯標(biāo)識(shí)判斷校核位置是否精準(zhǔn)。當(dāng)2名潛水員確認(rèn)位置精準(zhǔn)時(shí)，第3名潛水員攜帶固定有細(xì)鋼絲的鋼筋入水，輔助鋼筋從定位位置穿進(jìn)沉船和海床下方。細(xì)鋼筋由于自身軸向上的剛性和徑向上的韌性，會(huì)隨船體外板從沉船和泥石中穿過(guò)，到達(dá)甲板側(cè)。甲板側(cè)潛水員將伸出的鋼筋全部抽拉出沉船下方，并將細(xì)鋼筋提升出水。固定到鋼筋上的細(xì)鋼絲一端跟隨鋼筋穿引過(guò)沉船下方到達(dá)水面，完成細(xì)鋼絲穿引。

隨后進(jìn)行浮筒固定鋼絲的穿引。甲板組將細(xì)鋼絲的一端與直徑為18 mm的鋼絲連接，細(xì)鋼絲另一端與絞車相連。啟動(dòng)絞車，直徑為18 mm的鋼絲跟隨細(xì)鋼絲穿引過(guò)沉船下方。按照該方法，用直徑為18 mm的鋼絲抽引直徑為32 mm的鋼絲，依次進(jìn)行鋼絲替換穿引，直至將浮筒鋼絲抽引穿過(guò)沉船下方。

2.2 浮筒沉放

2.2.1 船底側(cè)浮筒沉放

(1) 浮筒起吊。浮筒鋼絲穿引到位之后，將鋼絲一端固定在施工母船船旁。浮筒起吊之前在纜孔中預(yù)留2根1英寸鋼絲繩，將計(jì)劃放置在船底側(cè)的鋼質(zhì)浮筒從運(yùn)輸駁船上起吊之后，放置在固定浮筒鋼絲的施工母船附近。起吊時(shí)注意浮筒的方向性：浮筒有護(hù)木的一側(cè)朝向沉船船底方向，浮筒安裝到位之后，護(hù)木在沉船與鋼質(zhì)浮筒之間，當(dāng)浮筒隨海流擺動(dòng)時(shí)起到緩沖浮筒和沉船撞擊力的作用，保護(hù)浮筒和沉船結(jié)構(gòu)。

(2) 浮筒鋼絲卸扣連接。浮筒固定到船旁之后，打開(kāi)浮筒放氣閥并同步放松浮筒吊放鋼絲及系固鋼絲，浮筒進(jìn)水下沉至其吃水線到達(dá)纜孔下方，關(guān)閉放氣閥。借助預(yù)留在浮筒纜孔中的小鋼絲，將套樁浮筒鋼絲穿引過(guò)浮筒纜孔。將抽出的1號(hào)浮筒鋼絲和2號(hào)浮筒鋼絲端頭通過(guò)卸扣連接好，放松浮筒鋼絲，連接卸扣滑入外當(dāng)纜孔內(nèi)，進(jìn)入纜孔2 m。

(3) 按照以上步驟完成另外2根浮筒鋼絲(3號(hào)和4號(hào))的穿引、連接和固定。連接示意見(jiàn)圖4。

圖4 浮筒鋼絲連接示意

(4) 沉放到位。完成浮筒鋼絲穿引之后，分別連接充氣管線至浮筒各抬浮艙。浮筒鋼絲甲板側(cè)端頭抽緊帶力之后，浮筒放氣進(jìn)水，根據(jù)浮筒吊放鋼絲上的標(biāo)記及安裝在浮筒上的USBL信標(biāo)信號(hào)，判斷浮筒下放深度和水下姿態(tài)。不斷調(diào)整吊放鋼絲，使浮筒沉放到設(shè)計(jì)位置。

船底側(cè)浮筒沉放到位之后，安裝甲板側(cè)浮筒。與船底側(cè)浮筒的不同之處在于：船底側(cè)浮筒的固定鋼絲是2根穿過(guò)不同纜孔的浮筒鋼絲通過(guò)卸扣連接成封閉的U型，起到固定浮筒的作用；而甲板側(cè)浮筒通過(guò)將雙股浮筒鋼絲套在浮筒自身樁頭結(jié)構(gòu)上完成鋼絲與浮筒的連接，起到固定浮筒的作用。這里套樁浮筒為位于甲板側(cè)的浮筒。

2.2.2 套樁浮筒的沉放

(1) 套樁浮筒起吊及鋼絲穿引。將另外一個(gè)鋼質(zhì)浮筒吊放至固定甲板側(cè)浮筒鋼絲端頭的船旁。借助原來(lái)預(yù)留在浮筒纜孔中的小鋼絲將與浮筒鋼絲連接的6英寸鋼絲分別穿引過(guò)浮筒的4個(gè)纜孔。與船底側(cè)浮筒類似，浮筒上方吊耳上生2根6英寸吊放鋼絲。

(2) 浮筒沉放到位。將穿過(guò)纜孔的6英寸鋼絲帶緊，套樁浮筒排氣進(jìn)水下沉。根據(jù)浮筒吊放鋼絲上的標(biāo)記及安裝在浮筒上的USBL信標(biāo)信號(hào)，判斷浮筒的下放深度和水下姿態(tài)。不斷調(diào)整4根6英寸鋼絲及浮筒吊放鋼絲，使浮筒沉放到設(shè)計(jì)位置。在沉放過(guò)程中，12英寸鋼絲由6英寸鋼絲拖帶穿引過(guò)套樁浮筒的4個(gè)纜孔。

(3) 套樁頭。套樁浮筒沉放到位之后，潛水作業(yè)將4根浮筒鋼絲按照設(shè)計(jì)要求分別套入對(duì)應(yīng)樁頭。

2.3 浮筒充氣

在完成套樁頭之后，連接套樁浮筒充氣管線至浮筒各抬浮艙室。利用浮筒吊放鋼絲，將浮筒提升到設(shè)計(jì)高度。同時(shí)，調(diào)整船位，使兩側(cè)浮筒吊放鋼絲入水位置分別位于浮筒設(shè)計(jì)位置正上方。通過(guò)測(cè)量繩、6英寸吊放鋼絲標(biāo)識(shí)，并結(jié)合差分全球定位系統(tǒng)(Differential Global Positioning System, DGPS)，判斷浮筒水下深度及位置。

在浮筒提升至設(shè)計(jì)位置之后，浮筒開(kāi)始充氣。先充甲板側(cè)浮筒的2個(gè)邊艙，使浮筒保持平衡；再充浮筒中間艙，使浮筒浮力逐漸增大。當(dāng)船底側(cè)浮筒吊放鋼絲受力增大時(shí)，停止給甲板側(cè)浮筒充氣，轉(zhuǎn)而給船底側(cè)浮筒充氣，使其慢慢產(chǎn)生浮力。當(dāng)2個(gè)浮筒的吊放鋼絲受力基本一致時(shí)，同時(shí)給2個(gè)浮筒充氣，直至吊放鋼絲不再受力，即達(dá)到浮筒自身浮力等于重力的狀態(tài)。沉船抬浮后鋼質(zhì)浮筒受力見(jiàn)圖5。

圖5 沉船抬浮后鋼質(zhì)浮筒受力示意

2.4 安裝防滑鋼絲繩

鋼質(zhì)浮筒安裝于沉船艏部，船體線型呈一定的V字形，浮筒在沉船抬浮過(guò)程中除提供垂直向上的浮力以外，還會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與沉船平行的分力，該分力會(huì)帶動(dòng)浮筒移動(dòng)，造成浮筒滑脫。因此，為抵消該側(cè)滑力，需在浮筒上安裝與沉船平行的防滑鋼絲繩(見(jiàn)圖6)，在抬浮過(guò)程中抵消側(cè)滑力，保持浮筒在沉船抬浮前后相對(duì)沉船的位置不變。

在完成防滑鋼絲繩連接之后，回收浮筒吊放鋼絲，繼續(xù)對(duì)2個(gè)浮筒進(jìn)行充氣：先充甲板側(cè)浮筒的2個(gè)邊艙，使浮筒保持平衡；再充浮筒中間艙，使浮筒的浮力逐漸增大。在甲板側(cè)浮筒充氣過(guò)程中，當(dāng)船底側(cè)浮筒吊放鋼絲受力略有增大時(shí)，停止充氣，轉(zhuǎn)而給船底側(cè)浮筒充氣。若吊放鋼絲處于不受力狀態(tài)，則繼續(xù)給甲板側(cè)浮筒充氣，直至兩側(cè)浮筒完成充氣。根據(jù)阿基米德原理，浮力的大小與排開(kāi)水的體積成正比關(guān)系，而浮筒實(shí)際排水體積與水下鋼質(zhì)浮筒的浮態(tài)有關(guān)。因此，可通過(guò)調(diào)整4道浮筒鋼絲的長(zhǎng)度和配置特定長(zhǎng)度的防滑鋼絲繩將浮筒調(diào)整至設(shè)計(jì)狀態(tài)，從而提供不同的浮力，以滿足不同打撈工程的要求。[9]

圖6 防滑鋼絲繩產(chǎn)生防滑力防止浮筒側(cè)滑

3 結(jié)束語(yǔ)

2只500 t規(guī)格鋼質(zhì)浮筒被成功應(yīng)用于韓國(guó)某沉船船頭起吊階段的施工中，可為后續(xù)沉船整體打撈出水提供借鑒。通過(guò)工程實(shí)例，總結(jié)出鋼質(zhì)浮筒在沉船打撈中的應(yīng)用特點(diǎn)為：

1) 經(jīng)濟(jì)性好。在沉船人性化打撈或其他類似船舶的長(zhǎng)條形結(jié)構(gòu)物打撈工程中，僅完成本文所述的4個(gè)施工步驟，最多可為打撈物提供均勻分布的9.8×106N浮力。

2) 可行性高。沿浮筒鋼絲均勻分布的浮力與船舶強(qiáng)骨材的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一致，且該浮力相對(duì)沉船重心位置可精準(zhǔn)調(diào)整(即浮力力矩可調(diào)整)，在一定程度上對(duì)打撈穩(wěn)性的控制更有利。

3) 靈活性強(qiáng)。根據(jù)工程需要，可沿沉船布置多對(duì)不同規(guī)格的鋼質(zhì)浮筒，以提供沉船打撈所需的抬浮力。

綜合以上特點(diǎn)，鋼質(zhì)浮筒在沉船打撈(特別是人性化打撈)中有較高的適用性。

[1] 交通運(yùn)輸部救助打撈局,《中國(guó)救撈志》編纂委員會(huì).中國(guó)救撈志[M]. 北京：人民交通出版社, 2012：416-424.

[2] 聶亮冰. 南海Ⅰ號(hào)打撈工程方案選優(yōu)與實(shí)施控制[D].廣州：華南理工大學(xué),2010.

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[5] 黃祥科,姜培齋. 浮筒折線起浮打撈沉船方案設(shè)計(jì)[C]∥中國(guó)航海學(xué)會(huì)救助打撈專業(yè)委員會(huì).救撈專業(yè)委員會(huì)2006年學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集,2006:5.

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

[7] 叢培珊,畢遠(yuǎn)濤. “遼漁18”沉船打撈工程的實(shí)施[J]. 航海技術(shù),2006(5):21-23.

[8] 葉似虬,張洪林,徐志成,等. 大型滾裝船“大舜”輪打撈成功[J]. 中國(guó)航海,2000(2):18-23.

[9] 王祖溫. 救助打撈裝備現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào),2013(20):91-100.

ApplicationofSteelPontooninHumanizedSalvageofShipWreck

WANGJian

(Shanghai Salvage, Ministry of Transport, Shanghai 200090, China)

Humanized salvage of the wreck is the international trend when dealing with a sunken ship. The project of SEWOL salvage, an example of humanized salvage, is introduced, about the steel pontoon part in perticular. The main principle and feature of steel pontoon is briefly introduced. The successful application procedure of steel pontoons in SEWOL salvage project is explained, covering corresponding measure to geology of macadam, accurate control of lashing wire installation, installation of steel pontoon, inflation, and the solution to prevent sideslip. Advice for different conditions during the whole progress of steel pontoon installation is given.

wreck salvage; geology of macadam; lashing wire installation; pontoon installation; inflation; sideslip

2017-10-13

王 健 (1988—)，男，山東菏澤人，工程師，碩士，研究方向?yàn)榕灤戎c打撈等。E-mail: wangj@coes.cn

1000-4653(2018)01-0088-04

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