對(duì)氣囊頂升修復(fù)海損船工藝的研究*

張 華，賀吉權(quán)，周一洲

(1.舟山市船舶檢驗(yàn)中心，浙江 舟山 316000；2.舟山萬(wàn)達(dá)船舶設(shè)計(jì)有限公司，浙江 舟山 316021)

海損船修理對(duì)船廠來(lái)說(shuō)并不陌生，所謂海損，就是船舶遭遇碰撞、擱淺、風(fēng)浪打擊或者因?yàn)榇白陨碓O(shè)備故障、操作不當(dāng)而造成的船舶結(jié)構(gòu)變形、損壞、翻沉、設(shè)備損壞等海上航運(yùn)事故。

本文所述的海損修理，為某一散貨船由于在重載航行的情況下船底觸碰礁石擱淺，使得貨艙船底區(qū)域大范圍破損造成部分貨艙進(jìn)水。落潮后該船結(jié)構(gòu)在自身重力、貨物壓力以及破損進(jìn)水后多種外力的作用下，舷側(cè)及主甲板區(qū)域板架出現(xiàn)明顯的褶皺、裂紋，損壞變形程度超過(guò)船級(jí)社允許的極限要求[1]。

由于航運(yùn)市場(chǎng)的需要以及船東方營(yíng)運(yùn)合約的雙重要求，如何在極短的時(shí)間內(nèi)完成該船損毀區(qū)域以及變形區(qū)域的更換修理，并使船舶恢復(fù)至合理的狀態(tài)，滿(mǎn)足船級(jí)社的相關(guān)要求，使用正確合理的修理方法及工藝，是擺在修理工程師面前急需解決的難題。

1 概述

船舶類(lèi)型：散貨船，國(guó)際航線(xiàn)，入CCS船級(jí)社。船舶主尺度：總長(zhǎng)Loa為225 m；型寬B為32.26 m；型深D為19.30 m；滿(mǎn)載吃水d為14.02 m。

本船在航行過(guò)程中由于船底觸碰礁石，船中位置擱淺于礁石上。落潮后，受擱淺影響，船舶實(shí)際吃水降低，浮力減小，由于船舶重載，船只在船中位置受重力影響，除擱淺區(qū)域雙層底破損外，相鄰其他區(qū)域舷側(cè)板架出現(xiàn)嚴(yán)重的褶皺、裂紋，部分船板破裂后導(dǎo)致其他相鄰艙室進(jìn)水，進(jìn)一步加劇了變形和損壞[2]。

2 本次修理的內(nèi)容和目標(biāo)

本次船舶修理的內(nèi)容：1)海損損毀區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)修復(fù)；2)海損變形損壞區(qū)域修理。目標(biāo)：修理完成后，實(shí)現(xiàn)船舶各項(xiàng)狀態(tài)性能指標(biāo)達(dá)到船級(jí)社的相關(guān)要求。

為保證修理施工能夠有條不紊地進(jìn)行，并為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)提供足夠的技術(shù)支持和理論依據(jù)，也為質(zhì)量檢驗(yàn)部門(mén)提供驗(yàn)收參考，在船舶修理之前針對(duì)該海損船的特點(diǎn)制定了相應(yīng)的工藝技術(shù)文件，作為非常規(guī)工程生產(chǎn)、設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)性文件，并在具體施工中加以貫徹執(zhí)行。

為充分提高船塢使用效率，同時(shí)考慮該船海損的特殊性，在修理過(guò)程中采用兩次進(jìn)塢的方式完成對(duì)船舶的修復(fù)。

1)海損船到達(dá)廠區(qū)后，立即布置安排船舶第一次進(jìn)塢。待船舶坐墩、船塢完成排水后，首先對(duì)船舶水線(xiàn)以下?lián)p毀區(qū)域，包括對(duì)連帶的區(qū)域進(jìn)行全面勘驗(yàn)，確定具體的修理?yè)Q新范圍，以及制定結(jié)構(gòu)換新時(shí)相應(yīng)的臨時(shí)加強(qiáng)措施。其次勘驗(yàn)主甲板/船底板，通過(guò)望光檢查[3]評(píng)估船體整體受損變形狀態(tài)(考慮到船舶在進(jìn)塢坐墩后和在海中自由漂浮的受力作用不同，造成在修理時(shí)船舶中拱的數(shù)據(jù)會(huì)有差異，因此實(shí)際施工時(shí)的具體施工定位以第二次進(jìn)塢后的測(cè)量數(shù)據(jù)為依據(jù))。

第一次進(jìn)塢勘驗(yàn)的結(jié)果將作為修理區(qū)域進(jìn)行生產(chǎn)策劃，包括海損換新區(qū)域施工人員安排、材料準(zhǔn)備以及結(jié)構(gòu)分段生產(chǎn)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。

2)換新分段在內(nèi)場(chǎng)制作完成后，安排船舶第二次進(jìn)塢，進(jìn)行甲板望光測(cè)量，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果實(shí)施修理恢復(fù)。先對(duì)海損區(qū)域的鋼結(jié)構(gòu)完成拆舊、換新修復(fù)，換新工作完成后利用氣囊頂升[4]，對(duì)船舶在擱淺過(guò)程中船體造成的褶皺變形損壞進(jìn)行整體修復(fù)矯正。

動(dòng)火修理前，修理區(qū)域以及相鄰范圍內(nèi)的艙室進(jìn)行測(cè)氧測(cè)爆，并組織各相關(guān)部門(mén)人員對(duì)本次作業(yè)區(qū)域和分布進(jìn)行詳細(xì)了解，做好材料和設(shè)備以及工作的準(zhǔn)備工作。換新分段在內(nèi)場(chǎng)制作完成后[5]，在經(jīng)過(guò)品管部門(mén)和船級(jí)社、船東檢驗(yàn)合格后，再吊裝至船塢內(nèi)進(jìn)行搭載施工。作業(yè)過(guò)程中不嚴(yán)禁進(jìn)行背水焊接和切割等施工。

3 塢內(nèi)修復(fù)

海損區(qū)域的鋼結(jié)構(gòu)按分期任務(wù)確保一次性修復(fù)。船舶鋼結(jié)構(gòu)海損區(qū)域的修復(fù)按區(qū)域分兩大期進(jìn)行分期施工，具體如圖1所示。

每一期的施工又分為拆舊與換新2個(gè)階段分期工作。在階段分期施工過(guò)程中，拆舊后待修復(fù)區(qū)域保留部分結(jié)構(gòu)，做好臨時(shí)支承加強(qiáng)措施，確保在施工過(guò)程中船體主結(jié)構(gòu)有足夠的支承力，不至于產(chǎn)生新的形變及損毀。

在第一大期工程(即：NO.1-2貨艙的船底區(qū)域結(jié)構(gòu)換新修復(fù)，焊接全部完成)結(jié)束后，利用氣囊對(duì)升船體進(jìn)行頂升，對(duì)在海損中褶皺變形的船體結(jié)構(gòu)通過(guò)調(diào)整部分氣囊氣壓的方法以及利用自身重力作用，準(zhǔn)確控制構(gòu)件形變矯正恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)修復(fù)后的狀態(tài)滿(mǎn)足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)(規(guī)范要求)的目標(biāo)。第一大期工程完成后進(jìn)行第二大期修復(fù)工程。

圖2所示為氣囊及氣囊的墊包(沙包)布置示意圖。按照計(jì)算，該區(qū)域總共布置直徑1.8 m×20 m船用氣囊10個(gè)，為確保氣囊的充氣頂升行程滿(mǎn)足施工需要[6]，在塢底布置鋪墊砂包，砂包高度為300 mm。

頂升作業(yè)前，為確保頂升過(guò)程中板材有足夠的形變量，在換新分段合攏位置船底板、內(nèi)底板、下邊柜斜坡板處僅施點(diǎn)焊作為連接固定；外板從基線(xiàn)起6.57 m往上包括主甲板，在原鋼板對(duì)接縫處左右對(duì)稱(chēng)作環(huán)形割開(kāi)，確保在頂升修正時(shí)船舶形變保持左右一致。同時(shí)對(duì)割開(kāi)構(gòu)件及未完全連接的構(gòu)件做有效的彈性加強(qiáng)。

頂升作業(yè)期間，參與現(xiàn)場(chǎng)的所有操作人員由總指揮統(tǒng)一指派工作，并及時(shí)向參與總調(diào)度的各負(fù)責(zé)人員通報(bào)反饋現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況[7]，所有人員不得私自、盲目作業(yè)；總調(diào)度相關(guān)人員按分工負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)巡查、監(jiān)督工作、收集并分析頂升施工過(guò)程中的數(shù)據(jù)，向總指揮匯報(bào)以便于及時(shí)作出正確的操作指令。

待所有準(zhǔn)備工作就位后，根據(jù)第一次進(jìn)塢勘驗(yàn)后制定的施工計(jì)劃，對(duì)氣囊統(tǒng)一進(jìn)行充氣頂升作業(yè)[8]。頂升施工過(guò)程中，氣囊的充放氣頂升操作由專(zhuān)業(yè)廠家工程師按總指揮的要求落實(shí)執(zhí)行。

根據(jù)第二次進(jìn)塢測(cè)量的下垂具體數(shù)據(jù)，以船中位置作為全船頂升作業(yè)的參照點(diǎn)，對(duì)船體變形構(gòu)件進(jìn)行頂升矯正。

頂升作業(yè)過(guò)程中，當(dāng)船首頂升高度到達(dá)150 mm時(shí)，進(jìn)行如下作業(yè)：1)觀察船體結(jié)構(gòu)是否有異常變化，特別是發(fā)生褶皺變形區(qū)域的外板等結(jié)構(gòu)；2)觀察測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)變化是否同步，具體位置為首部點(diǎn)、貨艙區(qū)各艙間橫艙壁處甲板及底板。

往復(fù)上述操作直至首部頂升高度達(dá)到要求距離后，安排對(duì)頂升區(qū)域進(jìn)行布墩，同時(shí)觀察船舶狀態(tài)，對(duì)頂升后修復(fù)的船體結(jié)構(gòu)平整度進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，確保頂升結(jié)果滿(mǎn)足要求。待塢墩布置好后，對(duì)氣囊進(jìn)行泄氣直至頂升區(qū)域艙底板坐墩，再次測(cè)量主甲板與船底板的平整度，滿(mǎn)足船級(jí)社的相關(guān)要求。

第一大期施工范圍內(nèi)船體完成頂升后，開(kāi)始第二大期(具體范圍見(jiàn)圖1)修復(fù)施工。完成全船結(jié)構(gòu)的整體修復(fù)后，進(jìn)行完工試驗(yàn)[9]：1)按照船級(jí)社規(guī)范要求進(jìn)行焊接無(wú)損檢測(cè)；2)對(duì)修復(fù)區(qū)域壓載艙室進(jìn)行水壓試驗(yàn)，風(fēng)暴壓載貨艙內(nèi)壓水到貨艙口高度，對(duì)燃油艙進(jìn)行壓氣試驗(yàn)，氣體壓強(qiáng)為0.025 MPa，保壓30 min，壓降不超過(guò)5%；3)壓載系統(tǒng)管系密性試驗(yàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

在本船船體修理校正的工藝環(huán)節(jié)中，采用氣囊頂升修正船體在海損中變形的施工方法，替代常規(guī)的破損鋼結(jié)構(gòu)修復(fù)后，船塢內(nèi)放水利用海水浮力修復(fù)海損變形的常規(guī)做法，在很大程度上降低了施工的難度，節(jié)省了生產(chǎn)成本，縮短了船舶的修理周期。在船東和船級(jí)社驗(yàn)船師的現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證下，圓滿(mǎn)地完成了針對(duì)因該船舶海損造成中拱后船頭下垂嚴(yán)重變形的頂升恢復(fù)工作，并滿(mǎn)足了船級(jí)社的相關(guān)要求。

整個(gè)施工過(guò)程中，對(duì)理論數(shù)據(jù)的反復(fù)核算、與驗(yàn)船師不間斷地溝通協(xié)商以及現(xiàn)場(chǎng)的整體協(xié)調(diào)是本次修理工作圓滿(mǎn)完成的關(guān)鍵。事實(shí)證明，在新工藝的推行實(shí)踐過(guò)程中，理論數(shù)據(jù)和前期的技術(shù)準(zhǔn)備是非常重要的，尤其是對(duì)頂升區(qū)域船體重量的預(yù)估、頂升氣囊型號(hào)的選擇、氣囊頂升行程的計(jì)算和氣囊數(shù)量的確定。頂升過(guò)程中相關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)量以及準(zhǔn)確反饋至關(guān)重要。通過(guò)每一次頂升操作，每一組現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確測(cè)量及反饋，確保了整個(gè)校正工作的圓滿(mǎn)完成。

但是也存在著不足：現(xiàn)場(chǎng)氣囊頂升的時(shí)間需要同步，由于設(shè)備和人員操作的原因，在頂升過(guò)程中還存在臨時(shí)調(diào)整協(xié)調(diào)的現(xiàn)象；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的結(jié)構(gòu)件檢查不夠仔細(xì)，在頂升過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)局部構(gòu)件碰觸、卡牢卡死現(xiàn)象。在今后同類(lèi)型海損修理項(xiàng)目中，還需要有相應(yīng)的管理措施對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)處理和具體情況的預(yù)判進(jìn)行及時(shí)有效地處理。

使用氣囊頂升的工藝修復(fù)海損船舶中拱的校正是一次創(chuàng)新嘗試，開(kāi)創(chuàng)了海損船鋼結(jié)構(gòu)分段變形矯正修理的新思路和新方向，對(duì)后續(xù)同類(lèi)型船舶修理造成了較為深遠(yuǎn)的影響。