钢质浮筒在沉船人性化打捞中的应用

王 健

(交通运输部 上海打捞局， 上海 200090)

钢质浮筒在沉船人性化打捞中的应用

王 健

(交通运输部 上海打捞局， 上海 200090)

以人性化打捞某沉船为例，通过对钢质浮筒的主要参数和特点进行说明作为引入点，介绍钢质浮筒在该工程中成功应用的施工方法，包括：沉船下方碎石地质的应对措施、浮筒钢丝穿引精度控制、钢质浮筒沉放步骤、浮筒充气要求及防止浮筒侧滑的解决办法。针对不同打捞参数给出参考意见，为后续沉船打捞和类似工程提供依据及借鉴。

沉船打捞； 碎石地质； 浮筒钢丝穿引； 浮筒套桩； 浮筒充气； 浮筒侧滑

在世界范围内，本着对遇难生命的尊重、对海洋环境保护的需要，并出于一定的政治考量亦或是为后续事故调查取证考虑，越来越多的沉船事故处理要求对沉船进行人性化打捞。[1-2]这里所述“人性化打捞”是指在打捞沉船过程中，不仅需保证沉船本体结构的完整性，而且要保持沉船遇难时的初始状态。钢质浮筒在人性化打捞某沉船过程中具有重要作用。这里以某沉船打捞工程为实例，介绍钢质浮筒的成功应用。

1 钢质打捞浮筒简介

1.1 打捞浮筒主要参数

依据所提供浮力的大小，可将钢质打捞浮筒分为100 t打捞浮筒、250 t打捞浮筒、500 t打捞浮筒(见图1)、800 t打捞浮筒及1 200 t打捞浮筒。案例中使用的是2只500 t钢质打捞浮筒。各浮筒除了浮力不同，基本结构和作用都类似。各规格浮筒主要参数见表1。钢质浮筒结构图见图2。

1.2 打捞浮筒特点

浮筒的名义浮力是浮筒的设计浮力，即理论上最大可提供的浮力。由于浮筒在使用过程中存在充气不足、内部泥沙淤积等问题，通常在浮筒起浮计算中取舷边浮筒的有效浮力为其名义浮力的95%；取控制浮筒的有效浮力为其名义浮力的90%。浮筒垂向位置配置得越高，浮心越高，沉船的稳性越好。因此，可根据整体打捞稳性的要求确定浮筒配置的高度。[3-6]

2 施工工艺

2.1 浮筒钢丝穿引

2只500 t钢质浮筒共需4根双股钢丝绳固定，单股钢丝的直径约为90 mm。在4道浮筒钢丝的设计位置中，偏艉部的2道安装位置船体已入泥，需在沉船与碎石之间穿引浮筒钢丝。浮筒钢丝的穿引精度直接决定浮筒相对沉船的位置，而这将直接决定浮筒浮力对沉船稳性的影响、浮筒浮力对沉船船头起吊力矩贡献的大小及2只浮筒之间受力是否平衡。浮筒钢丝设计位置示意见图3。

沉船下方碎石地质的应对措施有以下3种。

图3 浮筒钢丝设计位置示意

1) 尝试使用非开挖设备进行钢丝穿引。利用水下攻泥器，通过钻头钻进的方式将钢丝穿引过沉船下方，但因沉船下方的泥质均为大小不一的石头，同时受钻进阻力及大石头障碍物的影响，钻头无法钻进到设计距离。

2) 尝试采用水面抽拉方法穿引钢丝。在沉船船头未入泥位置穿引粗钢丝之后，施工母船移动到沉船船尾附近位置使粗钢丝形成往沉船船尾的张角，随后利用船舶甲板绞车设备不停地抽拉粗钢丝。该方法的理论依据是，绞车提供的张力带动粗钢丝往船尾方向破开沉船下方泥石朝船尾方向移动。在该案例中，使用的是2台30 t绞车，考虑摩擦损耗等因素提供的有效后张力≥40 t，但终因沉船下方泥石情况太复杂及担心往复抽拉粗钢丝可能会破坏沉船船体外板结构，未能取得理想效果。[7-8]

3) 采用细钢丝带引大钢丝的方式。在该案例中使用预留细钢丝带引大钢丝，并结合水下定位技术的方法，不仅可保证钢丝穿引精度，还能提高施工效率。

首先将细钢丝穿引至大浮筒钢丝设计位置。具体施工步骤如下：

(1) 在作业之前，根据需要穿引的距离、沉船入泥情况及潜水作业空间等因素准备适当长度的细钢筋，将钢筋前端打磨成锥形，并将细钢丝与钢筋固定到一起。细钢筋和细钢丝的粗细需根据实际工程施工情况确定：若沉船下方为非黏性土地质，建议细钢筋直径不超过6～8 mm；若沉船下方为碎石类地质，建议细钢筋与细钢丝直径之和不超过碎石厚度。

(2) 在水面潜水系统支持下，2名潜水员携带USBL信标入水，2人分别抵达浮筒钢丝设计位置甲板侧和船底侧的沉船着泥点。利用水下定位技术，将接收到的潜水员信标声波信号转换成数字信息，给出潜水员实时的水下位置。潜水监督引导潜水员到达准确的浮筒钢丝设计位置；同时，潜水员通过周围沉船结构物明显标识判断校核位置是否精准。当2名潜水员确认位置精准时，第3名潜水员携带固定有细钢丝的钢筋入水，辅助钢筋从定位位置穿进沉船和海床下方。细钢筋由于自身轴向上的刚性和径向上的韧性，会随船体外板从沉船和泥石中穿过，到达甲板侧。甲板侧潜水员将伸出的钢筋全部抽拉出沉船下方，并将细钢筋提升出水。固定到钢筋上的细钢丝一端跟随钢筋穿引过沉船下方到达水面，完成细钢丝穿引。

随后进行浮筒固定钢丝的穿引。甲板组将细钢丝的一端与直径为18 mm的钢丝连接，细钢丝另一端与绞车相连。启动绞车，直径为18 mm的钢丝跟随细钢丝穿引过沉船下方。按照该方法，用直径为18 mm的钢丝抽引直径为32 mm的钢丝，依次进行钢丝替换穿引，直至将浮筒钢丝抽引穿过沉船下方。

2.2 浮筒沉放

2.2.1 船底侧浮筒沉放

(1) 浮筒起吊。浮筒钢丝穿引到位之后，将钢丝一端固定在施工母船船旁。浮筒起吊之前在缆孔中预留2根1英寸钢丝绳，将计划放置在船底侧的钢质浮筒从运输驳船上起吊之后，放置在固定浮筒钢丝的施工母船附近。起吊时注意浮筒的方向性：浮筒有护木的一侧朝向沉船船底方向，浮筒安装到位之后，护木在沉船与钢质浮筒之间，当浮筒随海流摆动时起到缓冲浮筒和沉船撞击力的作用，保护浮筒和沉船结构。

(2) 浮筒钢丝卸扣连接。浮筒固定到船旁之后，打开浮筒放气阀并同步放松浮筒吊放钢丝及系固钢丝，浮筒进水下沉至其吃水线到达缆孔下方，关闭放气阀。借助预留在浮筒缆孔中的小钢丝，将套桩浮筒钢丝穿引过浮筒缆孔。将抽出的1号浮筒钢丝和2号浮筒钢丝端头通过卸扣连接好，放松浮筒钢丝，连接卸扣滑入外当缆孔内，进入缆孔2 m。

(3) 按照以上步骤完成另外2根浮筒钢丝(3号和4号)的穿引、连接和固定。连接示意见图4。

图4 浮筒钢丝连接示意

(4) 沉放到位。完成浮筒钢丝穿引之后，分别连接充气管线至浮筒各抬浮舱。浮筒钢丝甲板侧端头抽紧带力之后，浮筒放气进水，根据浮筒吊放钢丝上的标记及安装在浮筒上的USBL信标信号，判断浮筒下放深度和水下姿态。不断调整吊放钢丝，使浮筒沉放到设计位置。

船底侧浮筒沉放到位之后，安装甲板侧浮筒。与船底侧浮筒的不同之处在于：船底侧浮筒的固定钢丝是2根穿过不同缆孔的浮筒钢丝通过卸扣连接成封闭的U型，起到固定浮筒的作用；而甲板侧浮筒通过将双股浮筒钢丝套在浮筒自身桩头结构上完成钢丝与浮筒的连接，起到固定浮筒的作用。这里套桩浮筒为位于甲板侧的浮筒。

2.2.2 套桩浮筒的沉放

(1) 套桩浮筒起吊及钢丝穿引。将另外一个钢质浮筒吊放至固定甲板侧浮筒钢丝端头的船旁。借助原来预留在浮筒缆孔中的小钢丝将与浮筒钢丝连接的6英寸钢丝分别穿引过浮筒的4个缆孔。与船底侧浮筒类似，浮筒上方吊耳上生2根6英寸吊放钢丝。

(2) 浮筒沉放到位。将穿过缆孔的6英寸钢丝带紧，套桩浮筒排气进水下沉。根据浮筒吊放钢丝上的标记及安装在浮筒上的USBL信标信号，判断浮筒的下放深度和水下姿态。不断调整4根6英寸钢丝及浮筒吊放钢丝，使浮筒沉放到设计位置。在沉放过程中，12英寸钢丝由6英寸钢丝拖带穿引过套桩浮筒的4个缆孔。

(3) 套桩头。套桩浮筒沉放到位之后，潜水作业将4根浮筒钢丝按照设计要求分别套入对应桩头。

2.3 浮筒充气

在完成套桩头之后，连接套桩浮筒充气管线至浮筒各抬浮舱室。利用浮筒吊放钢丝，将浮筒提升到设计高度。同时，调整船位，使两侧浮筒吊放钢丝入水位置分别位于浮筒设计位置正上方。通过测量绳、6英寸吊放钢丝标识，并结合差分全球定位系统(Differential Global Positioning System, DGPS)，判断浮筒水下深度及位置。

在浮筒提升至设计位置之后，浮筒开始充气。先充甲板侧浮筒的2个边舱，使浮筒保持平衡；再充浮筒中间舱，使浮筒浮力逐渐增大。当船底侧浮筒吊放钢丝受力增大时，停止给甲板侧浮筒充气，转而给船底侧浮筒充气，使其慢慢产生浮力。当2个浮筒的吊放钢丝受力基本一致时，同时给2个浮筒充气，直至吊放钢丝不再受力，即达到浮筒自身浮力等于重力的状态。沉船抬浮后钢质浮筒受力见图5。

图5 沉船抬浮后钢质浮筒受力示意

2.4 安装防滑钢丝绳

钢质浮筒安装于沉船艏部，船体线型呈一定的V字形，浮筒在沉船抬浮过程中除提供垂直向上的浮力以外，还会产生一个与沉船平行的分力，该分力会带动浮筒移动，造成浮筒滑脱。因此，为抵消该侧滑力，需在浮筒上安装与沉船平行的防滑钢丝绳(见图6)，在抬浮过程中抵消侧滑力，保持浮筒在沉船抬浮前后相对沉船的位置不变。

在完成防滑钢丝绳连接之后，回收浮筒吊放钢丝，继续对2个浮筒进行充气：先充甲板侧浮筒的2个边舱，使浮筒保持平衡；再充浮筒中间舱，使浮筒的浮力逐渐增大。在甲板侧浮筒充气过程中，当船底侧浮筒吊放钢丝受力略有增大时，停止充气，转而给船底侧浮筒充气。若吊放钢丝处于不受力状态，则继续给甲板侧浮筒充气，直至两侧浮筒完成充气。根据阿基米德原理，浮力的大小与排开水的体积成正比关系，而浮筒实际排水体积与水下钢质浮筒的浮态有关。因此，可通过调整4道浮筒钢丝的长度和配置特定长度的防滑钢丝绳将浮筒调整至设计状态，从而提供不同的浮力，以满足不同打捞工程的要求。[9]

图6 防滑钢丝绳产生防滑力防止浮筒侧滑

3 结束语

2只500 t规格钢质浮筒被成功应用于韩国某沉船船头起吊阶段的施工中，可为后续沉船整体打捞出水提供借鉴。通过工程实例，总结出钢质浮筒在沉船打捞中的应用特点为：

1) 经济性好。在沉船人性化打捞或其他类似船舶的长条形结构物打捞工程中，仅完成本文所述的4个施工步骤，最多可为打捞物提供均匀分布的9.8×106N浮力。

2) 可行性高。沿浮筒钢丝均匀分布的浮力与船舶强骨材的结构特点一致，且该浮力相对沉船重心位置可精准调整(即浮力力矩可调整)，在一定程度上对打捞稳性的控制更有利。

3) 灵活性强。根据工程需要，可沿沉船布置多对不同规格的钢质浮筒，以提供沉船打捞所需的抬浮力。

综合以上特点，钢质浮筒在沉船打捞(特别是人性化打捞)中有较高的适用性。

[1] 交通运输部救助打捞局,《中国救捞志》编纂委员会.中国救捞志[M]. 北京：人民交通出版社, 2012：416-424.

[2] 聂亮冰. 南海Ⅰ号打捞工程方案选优与实施控制[D].广州：华南理工大学,2010.

[3] 曾广会,刘汉明. 沉船直线打捞法中浮筒充气方案计算机辅助设计研究[C]∥ 中国航海学会救助打捞专业委员会.救捞专业委员会2004年学术交流会论文集，2004:4.

[4] 黄祥科,姜培斋,李宁. 控制浮筒提高沉船水下稳性研究[C]∥交通运输部救捞局、中国航海学会救助打捞专业委员会、中国潜水与打捞行业协会.第五届中国国际救捞论坛论文集,2008:4.

[5] 黄祥科,姜培斋. 浮筒折线起浮打捞沉船方案设计[C]∥中国航海学会救助打捞专业委员会.救捞专业委员会2006年学术交流会论文集,2006:5.

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

[7] 丛培珊,毕远涛. “辽渔18”沉船打捞工程的实施[J]. 航海技术,2006(5):21-23.

[8] 叶似虬,张洪林,徐志成,等. 大型滚装船“大舜”轮打捞成功[J]. 中国航海,2000(2):18-23.

[9] 王祖温. 救助打捞装备现状与发展[J]. 机械工程学报,2013(20):91-100.

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，山东菏泽人，工程师，硕士，研究方向为舰船救助与打捞等。E-mail: wangj@coes.cn

1000-4653(2018)01-0088-04

U676.6

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