“世越号”打捞用橡胶浮筒水下安装方法

，，，，，

(交通运输部上海打捞局，上海 200090)

在沉船打捞过程中，浮力的利用对于沉船起浮至关重要[1- 4]。浮力的产生既可以利用沉船自身的舱室排水来产生内浮力，也可以使用外部浮体来产生外部浮力。内浮力主要是通过封舱或者直接向沉船未破损舱室中进行充气或者抽水的方法产生，如果沉船内部舱室由于破损太严重无法产生内浮力，则需要考虑使用其他浮体来提供外部浮力[5]。外部浮力的主要提供方式包括使用钢制浮筒、橡胶浮筒以及内置浮体。现有的钢制浮筒按照所提供外浮力规格，分别为2 500、5 000、8 000以及12 000 kN等，使用方法也多有研究[6- 8]。橡胶浮筒根据需要可以制成不同规格，内置浮体主要包括内置气囊及其他浮性材料[9]。在“世越号”打捞工程中，根据舱室的浮力测试情况，决定在船艏起吊阶段同时采用钢制浮筒、内置气囊及外置橡胶浮筒在沉船船艏起吊过程中为沉船提供外浮力，见图1。钢制浮筒、内置气囊及外置橡胶浮筒的安装方法及使用方法各有区别，结合“世越号”船艏起吊阶段的施工情况，主要对橡胶浮筒的安装和使用方法进行总结。

图1 橡胶浮筒及内置气囊安装位置示意

1 橡胶浮筒简介

1.1 工作原理

“世越号打捞工程”中所使用的橡胶浮筒是用挂胶帘子布做骨架材料制成的橡胶密闭容器，充入高压气体后形成具有高承载能力的弹性体。放置于水下的橡胶浮筒在内充压缩空气后，通过排开一定的体积水产生浮力，对连接其上的物体起到助浮的作用。

1.2 浮筒结构

橡胶浮筒2端都设置了充气嘴，其外形见图2及图3。筒体1为整体缠绕的帘子布层3和外层胶片2的硫化成型。2端的气嘴4包含有气嘴体61、护腕63和紧固螺母62。

图2 橡胶浮筒整体结构示意

图3 橡胶浮筒气嘴结构示意

1.3 主要参数

本次沉船抬吊过程中，所使用的橡胶浮筒主要包括直径3.5 m、总长23 m和直径3.5 m、总长17 m两种规格。其中23 m规格的橡胶浮筒有效长度为20.1 m，总长度为22.6 m，理论排水量为214.3 t。17 m规格的橡胶浮筒有效长度16.9 m，总长度为19.7 m，理论排水量为186.7 t。两种规格的橡胶浮筒均配备有弹簧式安全阀，安全阀的工作压力为0.09 MPa。

1.4 浮力计算

本次打捞工程中根据沉船船体结构以及橡胶浮筒尺寸，总计配置7只橡胶浮筒，其中5只橡胶浮筒与沉船船体相连，2只橡胶浮筒与钢制打捞浮筒相连，具体布置位置如图4所示。

根据橡胶浮筒尺寸及布置位置，在船艏起吊阶段橡胶浮筒的浮力配置计算如表1所示。其中根据橡胶浮筒的结构型式，23 m规格的橡胶浮筒气体充满状态下的工作排水量按照200 t计算，由于5只23 m规格的橡胶浮筒均配置在沉船右舷舷侧，因此充气条件较好，充气百分比按照100%计算。17 m规格的橡胶浮筒气体充满状态下的工作排水量按照165 t计算，由于2只17 m规格的橡胶浮筒均配置在钢制打捞浮筒上，充气状态受钢制浮筒的浮态影响较大，因此这两只橡胶浮筒的充气百分比按照75%计算。根据计算，7只橡胶浮筒按照设计位置进行安装和充气后，能够提供总计12 790 kN的浮力，所提供的纵向翻转力矩为988 010 kN·m，横向翻转力矩为178 800 kN·m，是船艏起吊作业中外浮力建立的重要组成部分。

2 橡胶浮筒安装方法

2.1 橡胶浮筒充气组件安装

由于制造和运输的原因，橡胶浮筒在出厂后，经过折叠捆扎包装，并且充气组件并未安装，在运输至现场后，需要组装充气组件。充气组件的结构如图5所示，该充气组件主要包括3个阀件(安全阀、球阀及止回阀)、阀体、保护罩以及充气法兰。各部分在图中已经明确标示出。止回阀主要用于充气，同时可防止充气过程中因充气管泄露或破裂而引起气体外泄，球阀可用于充放气，安全阀保证浮筒内气体高于设定压力后气体能排出，从而保证浮筒的使用安全。

表1 橡胶浮筒浮力配置计算

图4 橡胶浮筒布置示意

图5 充气组件组成结构示意

橡胶浮筒整包运输至船上后，需要使用甲板机械及吊机，将橡胶浮筒拆包展开，以便于安装充气组件，见图6所示。工程人员按照充气组件安装说明，依次将压盘、阀体、阀件、保护罩等安装至橡胶浮筒两侧，用于后期橡胶浮筒的充气。

图6 展开橡胶浮筒

2.2 橡胶浮筒甲板充气测试及整理

橡胶浮筒安装好充气组件后，需要进行甲板充气测试。充气测试需要将橡胶浮筒充气至完全饱满状态，以便检查充气组件安装的效果，同时也可以对橡胶外部的网套进行调整。工程人员将橡胶浮筒一端的阀门关闭，另一端的止回阀连接充气管进行充气。安全阀的工作压力为0.09 MPa，为保障充气测试中的作业安全，当橡胶浮筒的内压升高至0.05 MPa后，即停止充气，并检查充气组件及浮筒外表面是否存在因充气组件安装不正确或者浮筒外表面破损而引起的泄漏点。如果没有发现泄漏点，则对橡胶浮筒外部的网套进行调整和加固，见图7所示。

图7 加固橡胶浮筒网套

完成充气检查工作后，工程人员对橡胶浮筒进行放气，并使用真空泵将橡胶浮筒中残余的空气抽出，以减少橡胶浮筒吊放入水后的浮力。橡胶浮筒抽真空后，使用甲板机械将橡胶浮筒沿长边方向进行折叠并使用尼龙绳进行捆扎。至此，橡胶浮筒已具备下水连接安装的条件，等待合适的作业窗口，即可将其吊放下水进行连接安装并充气。

2.3 橡胶浮筒水下连接

在合适的安装窗口到来时，可将橡胶浮筒吊放入水，进行水下连接。橡胶浮筒的水下固定点为提前固定在沉船右舷强肋位上的橡胶浮筒系固钢丝，见图8所示。

图8 橡胶浮筒系固钢丝

这些系固钢丝按照如图9所示的方式，由潜水员按照设计位置进行连接。每只橡胶浮筒根据规格配备一定数量的系固钢丝，其中23 m规格的橡胶浮筒配备6根系固钢丝，17 m规格的橡胶浮筒配备5根系固钢丝。

橡胶浮筒吊放入水前，将一根充气管线提前连接至橡胶浮筒靠近船舷端，检查确认橡胶浮筒两端止回阀以及球阀状态，检查确认吊装绑扎绳数量及位置。在完成上述检查工作后，即可将橡胶浮筒吊放至作业船舷外，待流速减小至0.6 m/s左右时，将橡胶浮筒缓慢下放至预定安装位置附近；待流速下降至0.5 m/s左右时，两名潜水员入水，从橡胶浮筒两侧同时开始吊带卸扣与系固钢丝的连接工作。当全部系固钢丝与橡胶浮筒完成连接后，潜水员连接另外一根充气管线至橡胶浮筒的远离船舷端。至此，橡胶浮筒的水下连接工作已经全部完成，具备了水下充气条件。

图9 橡胶浮筒系固钢丝连接方式

2.4 橡胶浮筒水下充气

当橡胶浮筒的系固钢丝以及两根充气管线均连接到位后，即可开始橡胶浮筒的充气工作。充气工作开始前，割除吊梁中部与橡胶浮筒连接的绑扎绳，连接吊梁与橡胶浮筒两端的绑扎绳暂时不割。中部绑扎绳割除完毕后，提升吊梁，将橡胶浮筒的两端拎高。橡胶浮筒两端拎高后，两侧充气管同时充入少量的气体，通过连接在充气管端部的测深管，测得两侧充气组件的深度。

如果两侧充气组件深度相差不大，通过两侧的充气管线，继续向橡胶浮筒内部充气，当充气组件的深度基本稳定后，即可割除连接在橡胶浮筒两端的绑扎绳，回收吊梁。

如果两侧充气组件深度相差较大，则表示橡胶浮筒在水下的浮态不正常，需要立即停止充气，并将已充入的气体通过充气管线排出，同时通过吊梁调节两端充气组件的相对深度。调节完毕后，继续进行橡胶浮筒的充气工作。

吊梁回收出水后，继续进行橡胶浮筒的充气工作，根据连接至橡胶浮筒两端的测深管，实时监控橡胶浮筒的浮态。如果两端深度相差不大，则两端同时充气；如果两端深度相差较大，则向深度较大的那一端充气，使两端深度接近。

通过测深管测得橡胶浮筒的深度，与充气作业时水深以及橡胶浮筒安装位置的水深进行比较，即可计算出橡胶浮筒内部的气体压强。当橡胶浮筒内部气体压强接近安全阀工作压力时，停止对橡胶浮筒进行充气，潜水员入水，对橡胶浮筒姿态及标志点深度进行测量，并回收充气管线，橡胶浮筒充气工作完成。

3 结论

1)橡胶浮筒安装前的折叠方式对于安装成功与否影响较大。橡胶浮筒属于硬质橡胶，在水下经过多次折叠之后不容易展开。为此，在橡胶浮筒下水前，需要将橡胶浮筒沿长边正面两侧向中心翻折一次后，再沿长边反面两侧向中心翻折一次，将橡胶浮筒折成长条状。通过这种折叠方式，既可保证橡胶浮筒在下放过程中，能够顺利吊放到位而不至于受到水流的影响，同时也可保证橡胶浮筒能够在水下通过充气顺利展开。

2)橡胶浮筒的网套及吊带的设计和配置形式是保障橡胶浮筒水下浮态及使用安全的重要手段。在设计网套和吊带时，应该考虑到水下充气过程中浮筒有可能存在一端先漂浮，而另一端未漂浮的状态。这种状态要求网套的网眼要足够细密，以防止橡胶浮筒在未充满气且倾斜的状态下从网眼中窜出。同时，吊带的设计上也要考虑到这种不均衡的状态时，吊带局部受力过大而可能断裂，因而吊带应具备较大的安全系数，以应对这种受力不均衡的状态。

3)橡胶浮筒水下充气应尽量保证橡胶浮筒两端深度接近，避免出现两端深度差过大。通过使用吊梁，将橡胶浮筒两端提前拎高，再进行充气。这样气体先在橡胶浮筒的两端蓄积，然后随着充气量的加大，慢慢向橡胶浮筒中部蓄积。按照这种充气方式，如果浮筒的浮态不理想，可以通过放气的方式进行调节。

[1] 孙树民,李悦.钢质沉船打捞方法综述[J].广东造船,2006(1):22- 27.

[2] 吴建成,孙树民,张永强.“南海Ⅰ号”古沉船整体打捞技术操作[J].船海工程,2008,37(4):65- 68.

[3] 孔维达,胡敏.“南海Ⅰ号”整体起浮方案的设计与施工工艺[J].船海工程,2009(4):148- 150.

[4] 孙鲁闽.我国海上起重打捞作业及其基础装备大型起重船的发展[J].船舶工程,2013(1):5- 8.

[5] 刘汉明,臧海鹏.沉船打捞技术设计与分析[M].青岛：中国海洋大学出版社,2011.

[6] 黄祥科,王培华.封舱抽水结合浮筒抬浮打捞方头沉船——打捞“津航浚305”链斗挖泥船[C].中国航海学会救捞专业委员会2003年学术交流会，2003.

[7] 黄祥科,姜培斋.浮筒折线起浮打捞沉船方案设计[C].中国航海学会救捞专业委员会2006年学术交流会，2006.

[8] 李峰,刘祖源.浮筒布置的计算机辅助设计[J].交通信息与安全,1996(1):45- 49.

[9] 于军,周绪强.PVC球自动填充在沉船打捞工程中的应用[C].中国航海学会救捞专业委员会2009年年会暨救捞发展论坛，2009.