“世越號”打撈工程水下圍網設計及安裝工藝

劉雨　唐繼蔚　陳世海

摘 要：在“世越號”打撈工程中，為保護沉船原姿態(tài)和失蹤者遺體，上海打撈局提出了一系列人性化的作業(yè)方案，其中在打撈工程中首次設計并成功應用模塊化安裝的水下安全圍網，大大提高了作業(yè)效率，及時有效的防止了失蹤者遺體或遺物的流失。

關鍵詞：世越號；沉船打撈；水下圍網；安裝工藝

中圖分類號：U676.6 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）07-0013-03

2014年4月16日，韓國大型渡輪“世越號”在全羅南道珍島郡近海沉沒，事故造成304人遇難（包括失蹤者）、142人受傷，至今仍有9人下落不明，舉世震驚。

沉船船長145米，寬22米，型深14米?？沾亓?113噸，最大裝載重量3794噸，最大排水量9907噸。難船沉沒后左傾約90°側躺于海底，部分上層建筑塌陷損壞。事故海域平均水深約44m，最大流速超過4節(jié)。海底掃測調查模擬照片如下：

根據(jù)韓國方面要求，需要將遇難船保持原沉沒姿態(tài)整體打撈出水，并采取全面嚴格的防護措施防止遇難者遺體在打撈過程中流失。

出于人性化考慮并結合韓方的特殊要求，上海打撈局在本次工程中除了對沉船本身的門窗及開口部位安裝安全網進行封堵之外，還創(chuàng)造性地設計出一種可模塊化高效安裝的安全圍網，作為整個打撈區(qū)域進一步地防護措施圍繞在“世越號”沉船周圍。在實際施工階段，主作業(yè)船“深潛號”僅用半個月時間就高質量的完成了共36塊總長約720米長的水下安全圍網的安裝作業(yè)，得到了業(yè)主和遇難者家屬的充分肯定和高度認可。

1 設計方案介紹

統(tǒng)籌考慮作業(yè)船舶起拋錨、后續(xù)鋼梁穿引、沉船船艉泥面開溝以及遺體流失范圍等多種因素，最終確定安全圍網范圍為邊長200米、寬160米的矩形區(qū)域，共由26個長21m的安全網模塊連接組成包圍在沉船四周，其中沉船甲板側和船底側各10個安全網模塊，船艏側和船艉側各8個安全網模塊。此外，現(xiàn)場海流為往復流，海面最大流速為4節(jié)，流向與沉船艏向基本垂直。具體的安全圍網布置情況如下圖所示。

每個安全網模塊水中重為8.8噸，高度為3米，主要由水泥墩塊底座（帶鋼結構支撐）、鋼結構框架、鍍鋅鋼絲網及配重鏈條組成。模塊設計圖及制造組裝后的照片如圖4所示。

安全圍網的設計既要盡可能減小了對現(xiàn)場作業(yè)船舶拋錨布場的影響，還需要抵抗打撈現(xiàn)場海底最大流速沖擊，又要保證能夠有效阻止遇難者遺骨隨流漂失。因此需要對安全網的在海底的穩(wěn)定性和遇難者遺骨的漂流情況進行分析校核。

1.1 安全圍網坐底穩(wěn)定性校核

根據(jù)Trondheim （2005）， “Current forces on Net Structure”，網狀結構物的流載荷可用以下公式計算：

其中：海水密度 =1025kg/m3；水流沖擊角 α= 90°；密實度比 Sn= 0.243，根據(jù)圖6選取拖曳力系數(shù)Cd= 0.35；安全網模塊受流面積 A=64.5m2；最大海底水流流速u=163cm/s（流速變化較慢，假定為恒定值）。

安全網模塊的穩(wěn)定性分析結果如下表所示，表明安全圍網模塊設計具有足夠的坐底穩(wěn)定性，符合設計要求。

1.2 遺骨漂流距離分析

根據(jù)“世越號”打撈方案，只有沉船左舷的部分門窗和開口在船艏起吊之前無法進行封堵，而沉船船艏需要被起吊離底約10m高。因此，設定遺骨可能的掉落最大高度為距海底10m。

根據(jù)莫里森流載荷計算公式及牛頓第二定律建立的物體在水中受穩(wěn)定的水流沖擊數(shù)學模型如下：

其中： 、、-分別為物體垂向、橫向運動速度和流速；、、-分別為物體垂向、橫向流載荷和浮力；-海水密度，1025kg/m3；-物體排水體積；、-分別為垂向和橫向受流面積；-流載荷拖曳力系數(shù)；、-分別為垂向和橫向漂移距離。

假定在最大4節(jié)流速、掉落高度10米的情況下，取不同物體形狀及密度，不同工況的計算結果如表2所示，漂流距離計算結果遠遠小于圍網與沉船之間的距離，滿足設計要求。

2 施工過程

上海打撈局“深潛號”是本次安全圍網安裝的作業(yè)船舶，該船裝備有DP2級動力定位系統(tǒng)、140T的升沉補償?shù)鯔C及空氣潛水設備，可以靈活穩(wěn)定地進行水下圍網安裝作業(yè)。整個安全圍網的安裝施工主要分為以下幾個階段：

2.1 安全圍網模塊吊放

為提高安全圍網模塊吊放效率和安裝精度，設計制作了一根長35米的吊梁，兩端安裝有水下定位信標，可滿足兩組安全網模塊同時精準吊裝到位?！吧顫撎枴眳⒄招艠酥甘疚恢酶鶕?jù)設計方案將安全圍網模塊吊放到海底，并由潛水員水下解除吊裝索具，如圖8所示。

2.2 安全圍網模塊水下連接

每兩個安全圍網模塊之間設置重疊區(qū)域，并用綁扎帶連接緊固，有效增強了安全圍網的整體結構強度，可以抵御快流、臺風等惡劣天氣的影響。

2.3 完成所有安全網模塊的吊放安裝

“深潛號”根據(jù)現(xiàn)場其他作業(yè)船舶的方位和拋錨形式，結合現(xiàn)場水流情況，通過靈活的調整船位及安全圍網安裝順序，僅歷時15天就順利完成全部36塊安全圍網模塊的吊放安裝。

2.4 完工后調查

安全圍網模塊全部安裝到位后，首先需要由潛水員對完工細節(jié)狀態(tài)進行水下調查確認，包括安全網模塊編號確認、網面完整性檢查、連接綁扎帶是否牢固等，保證整個圍網的完整性。

其次，還采用掃測聲吶對安全圍網的整體安裝狀態(tài)進行掃測確認?！吧顫撎枴卑凑請D12標識的路徑分別對安全圍網的四個角和四條邊進行掃測。掃測結果如圖13所示，安全圍網連續(xù)封閉、沒有缺口、擺放規(guī)整達到設計要求。

3 結論

在安全圍網設計時考慮了多種因素的影響，圍網的結構尺寸和安裝范圍不僅滿足結構的坐底穩(wěn)性、遺骨漂流范圍的要求，而且還考慮了對現(xiàn)場作業(yè)船舶拋錨布場及后續(xù)施工的影響，并通過模塊化設計和組合吊裝的方法，提高了安裝效率和安裝質量，縮短了工期。

在完成沉船打撈后的沉船區(qū)域后掃測階段中，發(fā)現(xiàn)水下安裝了一年之久的安全圍網仍然保持了比較好的完整性，表明安全圍網的設計科學合理、牢固穩(wěn)定，同時也極為便利的限定了后掃測范圍。通過潛水員海底探摸，在安全圍網內發(fā)現(xiàn)多個疑似遺骸和遺物，可知安全圍網在整個打撈作業(yè)期間確實對防止遺骨和遺物的流失起到重要作用。

安全圍網的使用在整個世界打撈史上尚屬首次，是上海打撈局針對“世越號”打撈工程所提出的一套創(chuàng)新設計與施工方案，安全圍網在原先封窗防護基礎上又提供一層保障，如此嚴密的防流失措施，體現(xiàn)了本次人性化打撈精神，且得到了韓國政府和遇難者家屬的充分肯定和高度認可。

參考文獻：

[1] A Fredheim， Current Forces on Net Structure[C]. Norway： Trondheim， 2005.

[2] 黃祥鹿， 陸鑫森， 海洋工程流體力學及結構動力響應[M].上海交通大學出版社， 1992.