改造水囊进行沉船拖带的方法综述

王炜 张超 中交广州航道局有限公司

1.研究背景

随着全球经济一体化的发展和中国“一带一路”倡议的推进，我国越来越多的企业开始“走出国门”，参与到各行各业的国际业务中，港口承建便是其中之一，非洲港口的承建在我国企业承建的国际港口业务中占有很大比例。

在建设非洲区域内的港口时，由于非洲区域内大部分国家的发展程度较低，这些国家的政府部门目前对于社会的管理还不是很到位，同样对于船舶的管理也不是很到位，导致一些钢结构的渔船沉没在航道内，严重影响船舶的安全航行。

文章以加纳特码新集装箱码头工程项目为例，介绍如何利用水囊、空气压缩机、水下焊机及拖轮等材料设备将沉船浮起并拖出施工区，保证施工安全码头建好后能正常运营。

2.工程概况

加纳特码新集装箱码头工程位于非洲几内亚湾北部加纳港口城市特码（Tema）市，在特码老港的西侧。在该海域经常有大量的渔船抛锚，甚至一些渔船因为设备老旧、没有使用的价值，处理需要花费不小的费用，因此被船东遗弃，这些渔船随着年久失修加上长年海水海风的腐蚀，渔船逐渐锈蚀进水并发生沉没。港口施工期间使用多波束对施工区域进行扫海时发现有船形状的浅点，接着让潜水员对该处浅点进行了水下探摸，得知为一渔船，长度在60m左右，重量约为200～300t，沉船顶部水深-10m，所在位置的航道设计通航水深-18.7m，沉船的沉没时间已较为久远，船体已被锈蚀，而且沉船内部已淤积了一定量的淤泥，加之附近海域的风浪条件为典型的大西洋海况，风浪涌浪较大，这些不利因素加大了沉船拖带难度。

3.方法介绍

目前打捞钢质沉船的方法主要有：封舱抽水打捞、封舱充气抽水打捞、压气排水打捞、船舶抬撬打捞、浮筒抬浮打捞、泡沫塑料打捞、浮吊打捞等。这些打捞方法可以单独使用，也可以联合起来使用。根据潜水员探摸的得到的情况，船体腐蚀较为严重，无法形成密闭的环境，封舱抽水打捞、压力排水打捞等打捞方法不适用。另外，因为工程所在的非洲国家物资匮乏，这些方法所需要到的设备在该国都没有，需要从国外进口，这将增加不少的工程成本。因本工程只需将沉船拖出影响航道施工及船舶航行安全范围即可，所以如何把船舶吊重实验用的水囊改造成气囊，利用气囊在水下产生浮力将沉船浮起然后使用拖轮拖出施工区，并以较低的成本完成施工，这是一个值得研究的课题。

4.施工准备及步骤

4.1 使用设备及材料

将船舶吊重实验用水囊改造成的气囊；空气压缩机，为气囊充气；发电机，为空气压缩机提供电能；氧气瓶，为潜水员提供氧气；焊机，对沉船进行切割（由于水囊数量有限，经过计算，水囊产生的浮力不足以使沉船整体浮起，需要将沉船切割）；交通船，水上交通及作业时使用；拖轮，拖带沉船使用；潜水泵，抽沉船内淤泥使用；潜水设备、卸扣若干；锚标一个，缆绳、水下焊条若干。

4.2 施工步骤

（1）改造水囊：为了便于安装及充气，将水囊进行了改造，使其满足施工的需求。

（2）标记沉船位置：因为海上无固定参照物，为方便施工，需要对沉船的位置进行标记。具体步骤是根据扫海测得的沉船坐标，然后使用RTK定位出沉船具体方位，并用锚标做好标记。

（3）清理淤泥：为减轻沉船重量以及方便切割，使用潜水泵并配合潜水员将沉船内部和沉船边上的淤泥抽走。

（4）检查残油：为避免切割时发生危险，同时避免燃料油泄漏对环境造成污染，需要对沉船油舱及各油管管路进行检查，在确认该沉船的油舱无残留的燃料油和油管中没有存油后便开始下一步的施工。

（5）水下切割：在经过检查确认沉船油舱内无残油后，潜水员便根据计算好的长度对沉船进行水下切割，使用到的设备材料为焊机和水下焊条。

（6）船体打孔：为了将气囊与沉船连上，使气囊产生的浮力作用与沉船，潜水员在完成船体切割后便在腐蚀程度较小，能够承受较大拉力的船体处打孔，并且要能穿进卸扣。

（7）安装气囊：使用卸扣将气囊连接上与上一步完成船舶孔洞中。因为未充气的气囊也具有一定的的浮力，因此可以先将卸扣装上气囊，利用卸扣的重力将气囊沉下水。

（8）气囊加压：待气囊全部安装就位后就使用空气压缩机对气囊进行加压，加压时拖轮需要在距离沉船两百米的位置待命，以避免气囊在短时间内产生的浮力大于沉船的重量然后浮起，但无牵制力，气囊因而受风浪影响带着沉船发生不受控制的漂浮，导致安全事故的发生，同时拖轮待命在一定的距离处不至于影响水下施工。加压的同时潜水员需要不时下水观察气囊充气情况，待沉船快要浮起时潜水员就将拖带缆绳系上沉船，避免过早系上影响施工及发生危险。

（9）沉船拖带：待沉船浮起后拖轮立即将浮起的沉船拖至指定的位置下沉，该位置为预先在拖轮导航设备上标记好的位置。在拖带的过程中拖轮的航行速度不宜过快，最好是控制在2～3节，避免航速过快使海水对气囊产生较大的阻力导致气囊破坏。

（10）泄压：在沉船拖至指定位置后，潜水员下水将气囊泄压，泄压的速度不宜过快，待沉船下沉至海床后将沉船上的气囊卸下，安装至切割好的下一块沉船上。

如此往复操作，将全部沉船拖至指定区域。

4.3 安全注意事项

（1）所有潜水员必须持有在有效期内的合格证件；潜水员施工前要确保身体状况良好，没有生病，同时没有饮用过酒精类饮品；潜水设备必须是合格的能正常使用的。

（2）提前知悉天气预报以及要时刻关注现场天气，如果天气情况较差需停止施工。

（3）现场配备专人配合潜水员施工，并确保施工过程没有无关船舶进入施工区。

（4）拖轮及交通船工作时要确保与潜水员有足够的安全距离。

（5）拖轮拖带过程中人员不宜距离太近，避免缆绳断裂造成安全事故。

潜水施工属于高危工作，稍有松懈便会发生事故，而且大部分事故的发生往往是人的因素，因此需要特别加强安全意识和隐患排查，在潜水施工前要做好充分准备以及过程中要时刻保持高度警惕。

5.改进思路

在加压过程中有气囊因为压力过大，同时难以使气囊的产生的浮力刚好使沉船悬浮于水中，因此一旦气囊产生的总浮力大于沉船的重量就会立即浮到水面，浮上水面的气囊由于没有了水的压力，而且在水下有的气囊施加的压力已经大过气囊在空气中能够承受的压力，因此浮上水面后气囊就会发生破坏。

根据克拉伯龙方程PV=nRT（其中P表示压强、V表示气体体积、n表示物质的量、T表示绝对温度、R表示气体常数）得知，如果气囊外部压强增大到一定程度，气囊体积就会缩小，相当于气囊内部分的压力会与外界压力抵消掉，因此气囊在水下的所能承受的压力会随着水深的加大而增加，那么如果在一定水深的位置给气囊加压至一定强度，当气囊浮上水面甚至是水深减小到一定程度时，气囊外部压力减小，此时气囊本身所承受的压力变大，如果承受的压力超出气囊所能承受的范围，就会造成气囊的爆裂。

所以下一步将研究在气囊在拖移或打捞沉船的施工中如何把气囊的浮力最大限度发挥出来的同时而没有爆裂。例如可在气囊上加装压力表，并对气囊做承压实验，了解气囊所能承受的最大压力，这样可以在水下加压时控制压力强度，保证气囊在浮上水面后仍然能够完好无损。

6.结语

沉船对于疏浚施工及船舶航行安全的影响不言而喻，本工程中，在设备资源有限的情况下积极开拓了思维，开拓性地将船舶吊重实验用的水囊进行改造并应用到沉船处理中，在充分利用资源完成目标的同时节约了成本。