“世越號(hào)”雙駁抬吊方案設(shè)計(jì)

金桐君 蔣 巖 王偉平 陳世海

“世越號(hào)”雙駁抬吊方案設(shè)計(jì)

金桐君 蔣 巖 王偉平 陳世海

“世越號(hào)”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(hào)”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(shí)為應(yīng)對(duì)該施工海域水深和海況條件，在每一套提升系統(tǒng)當(dāng)中創(chuàng)造性地加入400噸的升沉補(bǔ)償緩沖油缸。對(duì)整個(gè)“世越號(hào)”雙駁船抬吊施工要點(diǎn)進(jìn)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(hào)”打撈；升沉補(bǔ)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(dú)使用，也可以聯(lián)合起來使用。本次需要打撈的“世越號(hào)”船舶類型為大型渡輪，沉沒地點(diǎn)在全羅南道珍島郡近海，該船長(zhǎng)145米，寬22米，型深14米?？沾亓? 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(diǎn)：首先業(yè)主對(duì)打撈的要求很高，業(yè)主就“世越號(hào)”的打撈作業(yè)在招標(biāo)書當(dāng)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(zhǎng)寬高為145米×22米×14米；重量重，預(yù)估離底重量為8 000噸，實(shí)際離底重量為8 500噸，實(shí)際最大出水重量達(dá)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(hào)”沉船上層建筑左舷塌陷，浸沒在海水中兩年多時(shí)間的腐蝕，造成船舶本身強(qiáng)度受到了一定的破壞和折損。最后，實(shí)施打撈作業(yè)的海域水深較大，風(fēng)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(bǔ)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(yīng)對(duì)變重心、變重量的整體打撈作業(yè)，同時(shí)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(hào)”結(jié)構(gòu)破壞的風(fēng)險(xiǎn)。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(duì)打撈作業(yè)的影響。

一、雙駁抬吊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

“世越號(hào)”打撈所采用的雙駁抬吊方法是將一對(duì)駁船并行對(duì)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(duì)稱布置33套帶升沉補(bǔ)償能力的液壓鋼絞線提升系統(tǒng)。同時(shí)事先在“世越號(hào)”左舷底部的相應(yīng)位置布置33根托底鋼梁，每根鋼梁兩端都設(shè)置有吊點(diǎn)。潛水員在水下在托底鋼梁的66個(gè)吊點(diǎn)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(yīng)用到雙駁抬吊打撈作業(yè)當(dāng)中在國(guó)內(nèi)雖屬少見，但是也曾經(jīng)使用過。但是在“世越號(hào)”打撈工程中對(duì)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(gè)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(bǔ)償系統(tǒng)，對(duì)“世越號(hào)”受風(fēng)浪流影響產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)載荷起緩沖作用。這在國(guó)內(nèi)的打撈工程當(dāng)中屬于首次。緩沖系統(tǒng)的作用原理如下所示：

（1）當(dāng)抬浮駁受到風(fēng)浪流作用向上抬升時(shí)，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(shí)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(yīng)對(duì)抬浮駁上升示意圖

（2）當(dāng)抬浮駁受到風(fēng)浪流作用向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，液壓油通過高壓油管回到緩沖油缸，緩沖油缸伸長(zhǎng)。被吊沉船高度基本保持不變，同時(shí)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(zhǎng)應(yīng)對(duì)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(dāng)中“世越號(hào)”需要提升距離在35米左右，“世越號(hào)”提升的高度就是提升系統(tǒng)中錨頭的行進(jìn)距離?？紤]到提升設(shè)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(hào)”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(shí)兩條抬浮駁船的尺寸應(yīng)保持一致或者盡量接近。

接下來根據(jù)沉船的預(yù)估重量、重心確定布置托底鋼梁的數(shù)量，“世越號(hào)”的預(yù)估離底重量是8 000噸，預(yù)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(duì)鋼梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證鋼梁具有足夠的強(qiáng)度和剛度。同時(shí)在抬浮駁甲板對(duì)應(yīng)位置上面布置提升設(shè)備。根據(jù)提升設(shè)備的布置和最大設(shè)計(jì)載荷進(jìn)行抬浮駁整體及局部強(qiáng)度校核，提升設(shè)備連接支座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，起吊鋼絲上甲板處滾輪支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)施工海域的海況條件進(jìn)行錨泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)，確定駁船加裝的錨機(jī)以及配套設(shè)備的布置。

按照設(shè)計(jì)的設(shè)備布置圖完成兩條駁船的設(shè)備裝船，提升系統(tǒng)的組裝、陸上試?yán)?，最后?duì)提升系統(tǒng)進(jìn)行單機(jī)調(diào)試、聯(lián)機(jī)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(chǎng)，按照設(shè)計(jì)錨位圖對(duì)兩條抬浮駁船進(jìn)行拋錨布場(chǎng)。

二、雙駁抬吊打撈法施工要點(diǎn)

由于韓國(guó)政府在打撈招標(biāo)書上面明確要求“世越號(hào)”的打撈需要保持左傾90°的沉沒姿態(tài)進(jìn)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(diǎn)上面。是否設(shè)置托底鋼梁是基于沉船的打撈狀態(tài)。像“世越號(hào)”這樣需要以左傾90°的姿態(tài)進(jìn)行提升，設(shè)置托底鋼梁比較合適。如果沉船以正浮狀態(tài)進(jìn)行提升可以直接穿引大鋼纜作為起吊鋼絲，不需要再設(shè)置托底鋼梁。

1.起吊鋼絲預(yù)埋

“世越號(hào)”總共需要安裝33套（66根）起吊鋼絲，綜合考慮之后，“世越號(hào)”工程采取起吊鋼絲預(yù)埋的方式，即預(yù)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(gè)小吊架連在一起，預(yù)先放置在海底。預(yù)先將起吊鋼絲下端和鋼梁進(jìn)行連接，同時(shí)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(chǎng)的情況下完成所有起吊鋼絲的下端連接。

起吊鋼絲的預(yù)埋將本來需要連續(xù)進(jìn)行的工作分成可以不同時(shí)間進(jìn)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(gè)階段。對(duì)氣象窗口的要求大幅降低。

小吊架的應(yīng)用使預(yù)先連接的起吊鋼絲變得有條理，使起吊鋼絲不會(huì)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(shí)間。

2.防撞靠墊的安裝

為了防止“世越號(hào)”提升出水之后，由于兩條抬浮駁和“世越號(hào)”的相互撞擊對(duì)設(shè)備和結(jié)構(gòu)造成損壞，需要在抬浮駁和“世越號(hào)”之間安裝若干防撞靠墊?！笆涝教?hào)”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(hào)”船底側(cè)布置了2個(gè)橡皮浮筒和2個(gè)輪胎靠墊，在甲板側(cè)布置了3個(gè)橡皮浮筒和3個(gè)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(hào)”上面的布置圖。

圖4 防撞靠墊在“世越號(hào)”上面的布置圖

3.太陽甲板障礙物的水下割除

在“世越號(hào)”正式抬吊之前需要對(duì)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(jìn)行割除。突出的結(jié)構(gòu)物包括風(fēng)斗、桅桿、銘牌、燈架、架子、欄桿、煙囪等。

4.“世越號(hào)”起浮的姿態(tài)監(jiān)控

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

圖5為姿態(tài)測(cè)量設(shè)備布置圖。

圖5 姿態(tài)測(cè)量設(shè)備布置圖

5.沉船開排水孔

“世越號(hào)”打撈需要提升“世越號(hào)”出水13.5米左右。在“世越號(hào)”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(hào)”的重量沒有顯著增加。所以在“世越號(hào)”提升之前需要潛水員在所有艙室內(nèi)的低位位置進(jìn)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(huì)發(fā)生單向扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，起吊鋼絲的扭轉(zhuǎn)會(huì)帶動(dòng)錨頭的旋轉(zhuǎn)進(jìn)而帶動(dòng)多股鋼絞線的扭轉(zhuǎn)，影響液壓鋼絞線提升油缸的運(yùn)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(duì)提升索具分步進(jìn)行30%加載，完成所有提升索具的預(yù)緊。正式提升時(shí)按照50% 、60%、80% 、90%、100%的設(shè)計(jì)載荷同步加載。到接近100%載荷前后，部分點(diǎn)開始持續(xù)上升，部分點(diǎn)依然不動(dòng)。對(duì)于上升的點(diǎn)暫停加載，對(duì)不動(dòng)的這些點(diǎn)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(rèn)沉船整體離開海床足夠距離之后，對(duì)蓄能器進(jìn)行補(bǔ)油，整體緩沖油缸的負(fù)載區(qū)間。此后保持載荷進(jìn)行同步提升，在提升過程當(dāng)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(hào)”離底到出水的過程中，抬吊力慢慢增加會(huì)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(dāng)?shù)耐狻鞍恕弊肿藨B(tài)。隨著“世越號(hào)”慢慢離底，駁船慢慢內(nèi)傾，“世越號(hào)”離底時(shí)兩駁船呈成小角度內(nèi)傾姿態(tài)。在實(shí)際作業(yè)過程當(dāng)中，可以根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行調(diào)載，原則上保持抬浮駁縱傾不變，對(duì)整個(gè)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(hào)”提升過程當(dāng)中需要根據(jù)測(cè)量的沉船最底部——托底鋼梁底部的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整。需要進(jìn)行調(diào)整的姿態(tài)有三種：?jiǎn)胃摿旱臋M傾，沉船最底部的整體橫傾，沉船最底部的整體縱傾。對(duì)這三種姿態(tài)的調(diào)整如下所述：

（1）針對(duì)單根鋼梁的橫傾，調(diào)整方法是在同步提升的過程當(dāng)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(duì)起吊鋼絲的受力分配造成較大影響。

（2）針對(duì)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(dòng)。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(huì)造成起吊鋼絲的受力分配變化。

（3）針對(duì)沉船最底部的整體縱傾，調(diào)整方法是同步進(jìn)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(huì)造成起吊鋼絲受力分配的變化。

10.“世越號(hào)”出水帶纜

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

11.提升到位后沉船深度最終確認(rèn)

在“世越號(hào)”抬吊到位之后需要對(duì)所有33根鋼梁兩端的底部深度進(jìn)行測(cè)量，確保后續(xù)“世越號(hào)”進(jìn)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(cè)量進(jìn)行換算，換算公式如下：

鋼梁端部底部深度=起吊鋼絲長(zhǎng)度-起吊鋼絲在甲板上距離（實(shí)測(cè)）+修正值

圖7 “世越號(hào)”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(diǎn)布置圖等因素。

根據(jù)這種方式計(jì)算出所有33根鋼梁66個(gè)端點(diǎn)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(gè)點(diǎn)的底部深度代表了整個(gè)“世越號(hào)”的最深深度。為了保險(xiǎn)起見，實(shí)際提升“世越號(hào)”的高度能使得鋼梁66個(gè)端點(diǎn)處的底部深度離開半潛船至少有2米的空當(dāng)。

三、結(jié)束語

本文闡述了帶升沉補(bǔ)償功能的雙駁抬吊打撈方案應(yīng)用于“世越號(hào)”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(xué)技術(shù)的進(jìn)步，液壓鋼絞線同步提升技術(shù)、升沉補(bǔ)償系統(tǒng)逐步加入到雙駁抬吊打撈方法當(dāng)中，使整體打撈的噸位、打撈的可靠性、打撈應(yīng)用的環(huán)境條件都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)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(yùn)輸部上海打撈局技術(shù)開發(fā)中心，工程師。

蔣巖（1962—），男，交通運(yùn)輸部上海打撈局，副局長(zhǎng)/總工程師，碩士。

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

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