鋼質(zhì)浮筒在沉船人性化打撈中的應用

王 健

(交通運輸部 上海打撈局， 上海 200090)

鋼質(zhì)浮筒在沉船人性化打撈中的應用

王 健

(交通運輸部 上海打撈局， 上海 200090)

以人性化打撈某沉船為例，通過對鋼質(zhì)浮筒的主要參數(shù)和特點進行說明作為引入點，介紹鋼質(zhì)浮筒在該工程中成功應用的施工方法，包括：沉船下方碎石地質(zhì)的應對措施、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。針對不同打撈參數(shù)給出參考意見，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)，本著對遇難生命的尊重、對海洋環(huán)境保護的需要，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，越來越多的沉船事故處理要求對沉船進行人性化打撈。[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的初始狀態(tài)。鋼質(zhì)浮筒在人性化打撈某沉船過程中具有重要作用。這里以某沉船打撈工程為實例，介紹鋼質(zhì)浮筒的成功應用。

1 鋼質(zhì)打撈浮筒簡介

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)見表1。鋼質(zhì)浮筒結(jié)構(gòu)圖見圖2。

1.2 打撈浮筒特點

浮筒的名義浮力是浮筒的設計浮力，即理論上最大可提供的浮力。由于浮筒在使用過程中存在充氣不足、內(nèi)部泥沙淤積等問題，通常在浮筒起浮計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道浮筒鋼絲的設計位置中，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沉船的位置，而這將直接決定浮筒浮力對沉船穩(wěn)性的影響、浮筒浮力對沉船船頭起吊力矩貢獻的大小及2只浮筒之間受力是否平衡。浮筒鋼絲設計位置示意見圖3。

沉船下方碎石地質(zhì)的應對措施有以下3種。

圖3 浮筒鋼絲設計位置示意

1) 嘗試使用非開挖設備進行鋼絲穿引。利用水下攻泥器，通過鉆頭鉆進的方式將鋼絲穿引過沉船下方，但因沉船下方的泥質(zhì)均為大小不一的石頭，同時受鉆進阻力及大石頭障礙物的影響，鉆頭無法鉆進到設計距離。

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粗鋼絲往船尾方向破開沉船下方泥石朝船尾方向移動。在該案例中，使用的是2臺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雜及擔心往復抽拉粗鋼絲可能會破壞沉船船體外板結(jié)構(gòu)，未能取得理想效果。[7-8]

3) 采用細鋼絲帶引大鋼絲的方式。在該案例中使用預留細鋼絲帶引大鋼絲，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。

首先將細鋼絲穿引至大浮筒鋼絲設計位置。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)空間等因素準備適當長度的細鋼筋，將鋼筋前端打磨成錐形，并將細鋼絲與鋼筋固定到一起。細鋼筋和細鋼絲的粗細需根據(jù)實際工程施工情況確定：若沉船下方為非黏性土地質(zhì)，建議細鋼筋直徑不超過6～8 mm；若沉船下方為碎石類地質(zhì)，建議細鋼筋與細鋼絲直徑之和不超過碎石厚度。

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

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

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留2根1英寸鋼絲繩，將計劃放置在船底側(cè)的鋼質(zhì)浮筒從運輸駁船上起吊之后，放置在固定浮筒鋼絲的施工母船附近。起吊時注意浮筒的方向性：浮筒有護木的一側(cè)朝向沉船船底方向，浮筒安裝到位之后，護木在沉船與鋼質(zhì)浮筒之間，當浮筒隨海流擺動時起到緩沖浮筒和沉船撞擊力的作用，保護浮筒和沉船結(jié)構(gòu)。

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

(3) 按照以上步驟完成另外2根浮筒鋼絲(3號和4號)的穿引、連接和固定。連接示意見圖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，浮筒放氣進水，根據(jù)浮筒吊放鋼絲上的標記及安裝在浮筒上的USBL信標信號，判斷浮筒下放深度和水下姿態(tài)。不斷調(diào)整吊放鋼絲，使浮筒沉放到設計位置。

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根穿過不同纜孔的浮筒鋼絲通過卸扣連接成封閉的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。借助原來預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浮筒的4個纜孔。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。將穿過纜孔的6英寸鋼絲帶緊，套樁浮筒排氣進水下沉。根據(jù)浮筒吊放鋼絲上的標記及安裝在浮筒上的USBL信標信號，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，使浮筒沉放到設計位置。在沉放過程中，12英寸鋼絲由6英寸鋼絲拖帶穿引過套樁浮筒的4個纜孔。

(3) 套樁頭。套樁浮筒沉放到位之后，潛水作業(yè)將4根浮筒鋼絲按照設計要求分別套入對應樁頭。

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，將浮筒提升到設計高度。同時，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計位置正上方。通過測量繩、6英寸吊放鋼絲標識，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。

在浮筒提升至設計位置之后，浮筒開始充氣。先充甲板側(cè)浮筒的2個邊艙，使浮筒保持平衡；再充浮筒中間艙，使浮筒浮力逐漸增大。當船底側(cè)浮筒吊放鋼絲受力增大時，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2個浮筒的吊放鋼絲受力基本一致時，同時給2個浮筒充氣，直至吊放鋼絲不再受力，即達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，浮筒在沉船抬浮過程中除提供垂直向上的浮力以外，還會產(chǎn)生一個與沉船平行的分力，該分力會帶動浮筒移動，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(見圖6)，在抬浮過程中抵消側(cè)滑力，保持浮筒在沉船抬浮前后相對沉船的位置不變。

在完成防滑鋼絲繩連接之后，回收浮筒吊放鋼絲，繼續(xù)對2個浮筒進行充氣：先充甲板側(cè)浮筒的2個邊艙，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)浮筒充氣過程中，當船底側(cè)浮筒吊放鋼絲受力略有增大時，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，浮力的大小與排開水的體積成正比關系，而浮筒實際排水體積與水下鋼質(zhì)浮筒的浮態(tài)有關。因此，可通過調(diào)整4道浮筒鋼絲的長度和配置特定長度的防滑鋼絲繩將浮筒調(diào)整至設計狀態(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

2只500 t規(guī)格鋼質(zhì)浮筒被成功應用于韓國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。通過工程實例，總結(jié)出鋼質(zhì)浮筒在沉船打撈中的應用特點為：

1) 經(jīng)濟性好。在沉船人性化打撈或其他類似船舶的長條形結(jié)構(gòu)物打撈工程中，僅完成本文所述的4個施工步驟，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骨材的結(jié)構(gòu)特點一致，且該浮力相對沉船重心位置可精準調(diào)整(即浮力力矩可調(diào)整)，在一定程度上對打撈穩(wěn)性的控制更有利。

3) 靈活性強。根據(jù)工程需要，可沿沉船布置多對不同規(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，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。

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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，研究方向為艦船救助與打撈等。E-mail: wangj@coes.cn

1000-4653(2018)01-0088-04

U676.6

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