陳世海 王偉平 蔣 巖

“世越號(hào)”打撈工程的設(shè)計(jì)與實(shí)施

陳世海 王偉平 蔣 巖

“世越號(hào)”打撈工程舉世矚目，是上海打撈局迄今完成的難度最大、耗時(shí)最長(zhǎng)、投入船舶設(shè)備和人力資源最多的一項(xiàng)打撈工程。工程中創(chuàng)新使用了專用抽油吸頭、內(nèi)置氣囊、橡膠浮筒、托底鋼梁、水下開(kāi)溝犁、帶升沉補(bǔ)償?shù)匿摻g線液壓提升系統(tǒng)、沉船整體SPMT滾卸上岸等新技術(shù)、新工藝、新設(shè)計(jì)，可為今后同類工程提供借鑒。對(duì)“世越號(hào)”打撈的設(shè)計(jì)和施工中相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行較為詳細(xì)的介紹。

“世越號(hào)”；沉船打撈；雙駁抬吊；升沉補(bǔ)償；半潛船起浮；SPMT滾卸

一、概述

1.背景

2014年4月16日，韓國(guó)大型渡輪“世越號(hào)”在全羅南道珍島郡近海沉沒(méi)，事故造成304人遇難（包括失蹤者）、142人受傷，舉世震驚。圖1為“世越號(hào)”沉沒(méi)地點(diǎn)。

圖1 “世越號(hào)”沉沒(méi)位置

難船沉沒(méi)后左傾約90°側(cè)躺于海底，尾部部分上層建筑損壞塌陷。圖2為海底掃測(cè)調(diào)查得到的“世越號(hào)”海底姿態(tài)。

圖2 “世越號(hào)”海底姿態(tài)

2015年4月22日，韓國(guó)政府決定重啟“世越號(hào)”打撈工作，同年5月22日，“世越號(hào)”沉船打撈項(xiàng)目開(kāi)始國(guó)際公開(kāi)招標(biāo)。2015年8月4日，上海打撈局憑借卓有成效的技術(shù)設(shè)計(jì)，以“鋼梁托底、整體起浮、吊裝上岸”的人性化方案，經(jīng)過(guò)多輪技術(shù)澄清，最終從Titan、Smit、Svitzer等國(guó)際一流打撈承包商中脫穎而出，獲得商業(yè)打撈合同。8月12日，主作業(yè)船“大力號(hào)”率隊(duì)出征，開(kāi)始了歷時(shí)600多天的“世越號(hào)”打撈工程。

2.沉船基本資料

船型：滾裝客船；總長(zhǎng)：145.61米；型寬：22米；型深：14米；空船重量：6 113噸；載重量：3 794噸；失事時(shí)載貨：2 300噸；事故海域平均水深約44米，最大流速超過(guò)4節(jié)。

3.打撈要求

為了最大程度保護(hù)遇難者遺骸，進(jìn)行事故原因調(diào)查，韓國(guó)海洋水產(chǎn)部（MOF）對(duì)“世越號(hào)”的打撈提出了苛刻的要求：

（1）將沉船保持原沉沒(méi)姿態(tài)整體打撈出水，起浮后將沉船放置于碼頭上。

（2）采取全面嚴(yán)格的防護(hù)措施防止遇難者遺骸在打撈過(guò)程中損壞或流失。

（3）打撈作業(yè)過(guò)程中對(duì)船體結(jié)構(gòu)的損傷最小化。對(duì)沉船任何部位的切割均需MOF批準(zhǔn)后方可進(jìn)行。

（4）整體起浮沉船前，需將沉船內(nèi)所有油污清除干凈。包括已經(jīng)泄漏至C、D甲板貨艙內(nèi)的重油。

二、技術(shù)方案設(shè)計(jì)

沉船整體打撈方法眾多[1]，但通常都需要將沉船扳正，然后采用封艙充氣、浮筒、浮吊等手段打撈出水至正浮狀態(tài)進(jìn)行進(jìn)一步的處理和移交，像“世越號(hào)”這樣原狀態(tài)整體起浮尚屬首次。合同簽訂后“大力號(hào)”即被調(diào)遣至沉船現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)始預(yù)調(diào)查和抽油作業(yè)，設(shè)計(jì)工作與施工同步進(jìn)行，方案隨著施工的進(jìn)展根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

1.投標(biāo)方案

根據(jù)招標(biāo)書(shū)的要求，上海打撈局充分考慮MOF的訴求，制訂出了“鋼梁托底、全面封網(wǎng)、整體起浮、吊裝上岸”的人性化方案。其總體思路如下：

①前期調(diào)查；②清除殘油，并安裝安全網(wǎng)；③吊首安裝中間托底鋼梁，然后開(kāi)溝安裝剩余托底鋼梁；④用大型浮吊通過(guò)吊架與托底鋼梁連接將沉船吊起至9米出水，裝進(jìn)浮船塢或半潛船；⑤浮船塢或半潛船將沉船完全起浮，完成清污后運(yùn)至指定碼頭；⑥吊裝上岸，使用大型浮吊將沉船吊上岸存放，完成交船。

2.方案變更

由于沉船船尾區(qū)域海底發(fā)現(xiàn)大片礁石區(qū)，與韓方提供的資料有重大差異，導(dǎo)致吊首后船尾鋼梁的安裝延長(zhǎng)了4個(gè)月，直至2016年底才完成。而浮吊船整體起吊的原打撈方案是為夏季作業(yè)所設(shè)計(jì)，需要較長(zhǎng)的天氣窗口，因此，受季節(jié)性作業(yè)窗口影響，并綜合考慮作業(yè)成本及可行性，起浮方案由原先的浮吊船起吊變更為駁船抬吊方式，沉船出水高度由9米增大至13.5米，原浮船塢起浮沉船方案也相應(yīng)變更為大型半潛船起浮方案。針對(duì)當(dāng)?shù)亓骷庇看蟮乃奶攸c(diǎn)，完成升沉補(bǔ)償系統(tǒng)的研發(fā)，確保沉船能安全平穩(wěn)起浮。在全部托底鋼梁安裝完成后，主要步驟如下：

（1）雙駁抬吊。雙駁現(xiàn)場(chǎng)拋錨后，撿起預(yù)先與托底鋼梁連接并放置于海底的起吊鋼絲，連接至鋼絞線提升系統(tǒng)，提升系統(tǒng)將沉船吊起至13.5米出水。原浮吊方案中沉船首尾使用的起吊鋼絲也改成托底鋼梁，根據(jù)估計(jì)的最大抬吊力及托底鋼梁安全負(fù)荷確定一共使用33根托底鋼梁。

（2）移位起浮。用拖輪將船組移位，并絞進(jìn)預(yù)先沉放的半潛船甲板內(nèi)，轉(zhuǎn)移重量后抬浮駁撤離，半潛船將沉船完全起浮并清污后運(yùn)至指定碼頭。

（3）滾卸上岸。使用自行式模塊運(yùn)輸車(chē)（SPMT）將沉船滾卸至碼頭堆場(chǎng)存放，完成交船。

3.吊首作業(yè)方案

吊首完成托底鋼梁的安裝是整個(gè)工程最關(guān)鍵的工作，是工程成功的前提和基礎(chǔ)。吊首方案需要解決如下幾個(gè)問(wèn)題：內(nèi)外浮力的配置、起吊鋼絲的布置、船首系固、托底鋼梁安裝。

（1）內(nèi)外浮力的配置

根據(jù)重量計(jì)算分析，“世越號(hào)”沉船水下總重量約為8 000噸，必須進(jìn)行減重才能完成吊首作業(yè)。首先考慮的是利用船體本身的密閉艙室進(jìn)行充氣，但預(yù)調(diào)查階段對(duì)沉船艙室進(jìn)行充氣檢查后發(fā)現(xiàn)只有10個(gè)艙可用，只能提供約1 400噸浮力，并且這些艙室主要位于船底。為了減小船首起吊吊力、船體梁所受彎矩和剪力以及沉船艙室充氣后船體向甲板側(cè)的翻轉(zhuǎn)，需要為沉船合理配置足夠的外浮力。結(jié)合船體內(nèi)外空間及結(jié)構(gòu)情況，在船體上安裝附加的內(nèi)置氣囊、外置橡膠浮筒、鋼制打撈浮筒等提供額外的浮力。表1為最終的浮力的配置及安裝位置情況，圖3、圖4為氣囊、浮筒的布置圖。

內(nèi)置氣囊和外置橡膠浮筒均是為本次工程特別研發(fā)定制的，采用了新加工制造工藝和安裝應(yīng)用工藝。內(nèi)置氣囊為了達(dá)到防穿刺和防磨效果，采用了DSM防彈衣材質(zhì)+聚脲涂層，并配備了安全閥。橡膠浮筒囊體采用12層橡膠纖維層壓制硫化而成，囊體兩端配置有充氣及安全閥組。橡膠囊體強(qiáng)度高，耐磨性好。這些措施一共提供了約4 200噸浮力，“大力號(hào)”只需使用約1 200噸吊力即可將船首吊起。經(jīng)計(jì)算，吊點(diǎn)處船體強(qiáng)度可滿足要求。

表1 浮力配置

圖3 船體內(nèi)置氣囊布置圖

圖4 船體外置橡膠浮筒及打撈浮筒布置圖

（2）船首系固系統(tǒng)

“世越號(hào)”受橫流作用，船首吊起后如不加約束沉船將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因此必須設(shè)計(jì)系固系統(tǒng)將船首固定。根據(jù)在小汛期間施工時(shí)的海況條件，沉船將受到最大2節(jié)橫向水流作用，經(jīng)計(jì)算系固系統(tǒng)需承受200噸的作用力。因此按安全負(fù)荷250噸進(jìn)行系固系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

單側(cè)系固系統(tǒng)依次由2只250噸重力錨、60米錨鏈、平衡鋼絲、300噸鏈?zhǔn)綇埦o器、150米錨鏈、250米鋼絲、80米鋼絲組成。各部分之間由卸扣連接起來(lái)，150米錨鏈穿進(jìn)鏈?zhǔn)綇埦o器。

重力錨為系固系統(tǒng)的海底錨固點(diǎn)。在離船首約450米處，“大力號(hào)”用抓斗挖坑將重力錨埋入，因底質(zhì)堅(jiān)硬挖深只有2米，故采用2只250噸重力錨并聯(lián)方式確保安全。60米錨鏈一頭連接重力錨眼板，另一頭通過(guò)平衡鋼絲與300噸鏈?zhǔn)綇埦o器連接。80米鋼絲捆住“世越號(hào)”船首后與250米鋼絲連接。整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)300噸鏈?zhǔn)綇埦o器收緊。圖5為船首系固系統(tǒng)組成圖。

圖5 船首系固系統(tǒng)組成圖

（3）起吊鋼絲布置

內(nèi)外浮力配置后，吊首所需吊力為1 200噸，設(shè)計(jì)使用4道吊首鋼絲，平均每根承受300噸吊力。其中2道穿過(guò)沉船錨鏈孔，2道繞過(guò)船首下方。另外設(shè)計(jì)1道扶正鋼絲繞在沉船船首吊機(jī)底座上，掛“大力號(hào)”副鉤，用于減小沉船橫傾。在沉船左舷邊、起吊鋼絲及浮筒鋼絲繞過(guò)點(diǎn)安裝護(hù)角以防止鋼絲勒進(jìn)船體。經(jīng)強(qiáng)度計(jì)算，沉船結(jié)構(gòu)、起吊鋼絲符合規(guī)范要求。起吊鋼絲布置如圖6所示。

圖6 起吊鋼絲布置

（4）托底鋼梁安裝

“大力號(hào)”將沉船船首吊起10米高，中間18根托底鋼梁從沉船下方的空間穿過(guò)。此工作需要在沉船兩側(cè)各布置一條船配合完成。18根托底鋼梁通過(guò)桁架結(jié)構(gòu)連接為一體，預(yù)先由“大力號(hào)”吊入水中放置于沉船船底側(cè)海底設(shè)計(jì)位置。

“深潛號(hào)”錨泊在沉船甲板一側(cè)，潛水員連接“深潛號(hào)”3根拖纜至鋼梁組上，中間拖纜將梁組從沉船下方穿拖至預(yù)定位置，另兩根拖纜用于控制、調(diào)整梁組首向。圖7為吊首穿鋼梁的布置。梁組水下定位采用USBL，潛水員進(jìn)行水下確認(rèn)。

圖7 吊首安裝中部托底鋼梁

4.雙駁抬吊方案

本次雙駁抬吊方案選擇陸上成熟的鋼絞線液壓同步提升技術(shù)，此提升方式在打撈中使用較少?？紤]駁船改造和操作安全性，液壓千斤頂水平固定在甲板上，沉船起吊鋼絲通過(guò)安裝于抬浮駁舷邊的滾輪后與提升系統(tǒng)的錨頭連接，液壓千斤頂收緊鋼絞線帶動(dòng)起吊鋼絲將沉船吊起。抬吊系統(tǒng)各部分的連接及布置見(jiàn)圖8。

圖8 雙駁抬吊系統(tǒng)布置圖

（1）抬浮駁的選擇

根據(jù)作業(yè)要求確定抬浮駁的主尺度和甲板強(qiáng)度，然后在市場(chǎng)上選擇合適的抬浮駁。

①長(zhǎng)度：“世越號(hào)”總長(zhǎng)145米，首尾托底鋼梁吊點(diǎn)間距100米，考慮抬浮駁首尾要布置錨機(jī)、發(fā)電機(jī)、潛水設(shè)備等，抬浮駁長(zhǎng)度要不小于130米。

②寬度：現(xiàn)場(chǎng)水深44米，提升沉船出水13.5米時(shí)的總提升高度約35米，也即鋼絞線底錨在甲板上的行程為35米，加上滾輪支架、底錨、反力架、緩沖油缸、提升油缸等占用的空間及提升余量，抬浮駁船寬需要55米以上。

③干舷：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)涌浪，不小于3米。

④甲板強(qiáng)度：滾輪支架、反力架安裝于兩相鄰肋位中間時(shí)，甲板強(qiáng)度能滿足規(guī)范要求，無(wú)須進(jìn)行艙內(nèi)加強(qiáng)。

最終選擇的抬浮駁主尺度分別為140米（L）×56米（B）×8.8米（D）和152.5米（L）×60米（B）×11.5米（D），經(jīng)核算甲板強(qiáng)度符合要求。

（2）抬浮駁甲板布置

兩艘抬浮駁上根據(jù)托底鋼梁實(shí)際位置各安裝33套鋼絞線液壓提升設(shè)備及升沉補(bǔ)償系統(tǒng)。提升油缸額定負(fù)荷350噸，緩沖油缸額定負(fù)荷200噸，每個(gè)提升油缸配兩個(gè)緩沖油缸，兩只緩沖油缸并排固定于反力架上，提升油缸通過(guò)平衡塊與緩沖油缸連接，鋼絞線從兩只緩沖油缸之間穿過(guò)。在抬浮駁首尾甲板上各安裝4臺(tái)錨絞車(chē)，形成8點(diǎn)錨泊能力。抬浮駁甲板布置見(jiàn)圖9，另一艘基本對(duì)稱布置。

（3）升沉補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖9 抬浮駁甲板布置圖

為了減小風(fēng)浪作用下船舶運(yùn)動(dòng)對(duì)提升系統(tǒng)的影響，在提升油缸底部增加一套緩沖裝置，能夠補(bǔ)償船舶運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的載荷變化。液壓緩沖系統(tǒng)主要由緩沖油缸、蓄能器組、閥組以及補(bǔ)油系統(tǒng)組成。蓄能器組由6或8個(gè)100 L蓄能器組成。其基本原理見(jiàn)圖10。

圖10 升沉補(bǔ)償系統(tǒng)原理圖

當(dāng)由于風(fēng)浪作用駁船運(yùn)動(dòng)，提升力增大時(shí)，緩沖油缸內(nèi)受壓增大，油液通過(guò)節(jié)流閥組緩慢充入蓄能器，從而起到緩沖作用；當(dāng)提升力減小時(shí)，緩沖油缸內(nèi)壓力變低，液壓泵站及蓄能器內(nèi)油液繞過(guò)緩沖閥組迅速充入緩沖油缸內(nèi)；由于蓄能器的作用，使得緩沖油缸內(nèi)壓力變化較小，提升力變化不大。

根據(jù)托底鋼梁受力進(jìn)行緩沖油缸設(shè)計(jì)，綜合考慮提升能力及造價(jià)，選用緩沖油缸的規(guī)格為：額定載荷200噸，最高載荷252噸，行程1 100毫米。工作初始行程設(shè)在550毫米處。沉船被提升出水后重量增大，通過(guò)補(bǔ)油方式提高緩沖油缸的工作壓力，使其平衡位置行程處于總行程的一半。圖11為提升系統(tǒng)連接情況。

5.移位、半潛船起浮

沉船被提升到出水13.5米后，整體拖帶移位到半潛船旁，使用半潛船上絞車(chē)將船組拖絞進(jìn)甲板內(nèi)，然后將沉船重量轉(zhuǎn)移至半潛船，抬浮駁撤離后，半潛船按設(shè)計(jì)排載程序?qū)⒊链鸶〕鏊?/p>

圖11 提升系統(tǒng)連接

（1）移位

移位采用拖輪進(jìn)行，主要考慮如下問(wèn)題：

①兩艘抬浮駁與沉船連成整體。抬浮駁抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)連接起吊鋼絲前，預(yù)先在抬浮駁內(nèi)舷側(cè)安裝橡膠浮筒。在沉船被提升出水后，將橡膠浮筒充氣作為靠把使用。沉船提升到位后，沉船與兩艘抬浮駁之間用強(qiáng)力纜和鋼絲繩帶緊，兩艘抬浮駁之間在首尾各帶2根纜。全部纜繩帶妥后，再對(duì)橡膠浮筒充氣。

②拖航時(shí)間及路線的選擇。沉船東側(cè)水流速度較慢，半潛船沉放點(diǎn)選擇在現(xiàn)場(chǎng)東面1.7海里處?？紤]漲潮時(shí)間較長(zhǎng)，而此時(shí)從現(xiàn)場(chǎng)到半潛船右舷距離最短，同時(shí)船組轉(zhuǎn)向角度也小。如圖12所示。

圖12 半潛船沉放位置圖

③起錨順序與拖輪的配置。移位使用9 000千瓦三用拖輪“華銘”主拖，船組4角各帶一艘全回轉(zhuǎn)拖輪輔助，另備1艘全回轉(zhuǎn)拖輪機(jī)動(dòng)?！叭A銘”3根拖纜分別帶至2艘抬浮駁及沉船船尾。

（2）進(jìn)檔

進(jìn)檔過(guò)程主要使用半潛船首樓及尾浮箱上的絞車(chē)拖絞完成，拖輪進(jìn)行輔助。由于選擇的抬浮駁較大（大抬浮駁長(zhǎng)152.5米），而半潛船甲板凈長(zhǎng)才158.4米，前后間隙很小。同時(shí)，整個(gè)抬浮船組寬近150米，船組進(jìn)入半潛船甲板后不能發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

①帶纜、移纜方案進(jìn)行反復(fù)推演，保證進(jìn)檔過(guò)程船組縱向位置及首向基本無(wú)變化。

②定位采用DGPS系統(tǒng)，各船舶均可實(shí)時(shí)監(jiān)控。

③在半潛船首樓后安裝專門(mén)的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，使船組貼著導(dǎo)向架橫向移動(dòng)，避免船組縱向運(yùn)動(dòng)。

④在半潛船首樓后、浮箱前安裝護(hù)木、輪胎等防撞。

（3）起浮

沉船進(jìn)檔到位后，先進(jìn)行重量的轉(zhuǎn)移。重量轉(zhuǎn)移采取半潛船排載、抬浮駁壓載交替進(jìn)行的方式，即半潛船排載將沉船托起，抬浮駁壓載將沉船放下，半潛船再排載，抬浮駁再壓載……如此交替進(jìn)行直到提升鋼絲完全松弛。此過(guò)程中，半潛船、抬浮駁均保持縱傾不變。然后將提升鋼絲拆除放置于半潛船甲板，拆除沉船、抬浮駁間的纜繩，拖輪將抬浮駁拖走。

由于沉船基本無(wú)浮力，重量為估算可能會(huì)有一定誤差，半潛船起浮過(guò)程經(jīng)自由液面修正后的初穩(wěn)性高應(yīng)不小于0.5米，確保起浮過(guò)程安全。起浮過(guò)程調(diào)載方案的設(shè)計(jì)及穩(wěn)性校核采用GHS進(jìn)行，根據(jù)計(jì)算，在半潛船原尾浮箱間增加4只浮箱以保證起浮過(guò)程中穩(wěn)性滿足要求。

6.滾卸上岸方案

綜合考慮費(fèi)用、改造難度、操作便利性、對(duì)碼頭的要求、效率等因素，決定采用SPMT滾卸上岸方式。滾卸方案設(shè)計(jì)工作有：

（1）碼頭的選擇與準(zhǔn)備。根據(jù)半潛船吃水、干舷、潮位、碼頭水深、標(biāo)高、碼頭承載能力等因素從MOF指定的幾個(gè)碼頭中進(jìn)行選擇，經(jīng)過(guò)考察確定木浦新港碼頭。然后按MOF要求的沉船存放位置，制訂上岸路線及改造方案。

（2）SPMT布置。根據(jù)半潛船船體結(jié)構(gòu)在其甲板上縱向布置3根長(zhǎng)110米、高1.4米的支撐鋼軌，鋼軌高度根據(jù)SPMT小車(chē)操作高度確定。最終，根據(jù)完全起浮后沉船的重量，在鋼軌之間的空間內(nèi)各布置3列80軸SPMT小車(chē)，鋼軌外兩側(cè)各布置60軸SMPT小車(chē)。SPMT布置如圖13、14所示。

圖13 支撐鋼軌及SPMT布置圖

圖14 SPMT平面布置圖

（3）錨泊方案。滾卸過(guò)程半潛船船尾頂靠碼頭，在半潛船兩舷甲板上分別加裝3臺(tái)35噸/50噸絞車(chē)用于帶纜。同時(shí)，半潛船拋2只船錨，并用首樓上的移貨絞車(chē)帶纜至碼頭。經(jīng)計(jì)算可滿足滾卸天氣條件下的作業(yè)要求。

（4）調(diào)載方案。根據(jù)半潛船調(diào)載能力、潮位變化曲線確定合適的滾卸時(shí)間窗口，小汛期間落潮時(shí)滾卸，按確定的日期制訂調(diào)載方案，保證滾卸過(guò)程半潛船甲板與碼頭始終保持在要求的高差范圍內(nèi)（±50毫米）。

7.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算分析

為了對(duì)相關(guān)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行充分的科學(xué)論證，選擇合適的作業(yè)海況，保證關(guān)鍵作業(yè)萬(wàn)無(wú)一失，應(yīng)用Ansys、GHS、Orcaflex、Moses等多種計(jì)算分析軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)和方案設(shè)計(jì)，并通過(guò)載荷和模型試驗(yàn)對(duì)其中的關(guān)鍵部分進(jìn)行了驗(yàn)證和校核。

主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算工作有：

①現(xiàn)場(chǎng)施工船舶的系泊系統(tǒng)分析，特別是抬浮駁的錨泊計(jì)算。

②結(jié)構(gòu)及裝置設(shè)計(jì)，如托底鋼梁、打撈吊架、內(nèi)置氣囊、橡膠浮筒、船首系固系統(tǒng)、重力錨、支撐鋼軌、滾輪支架和反力架等。

③船舶改造，如抬浮駁、半潛船等。

④重量、吊力、穩(wěn)性和強(qiáng)度計(jì)算，主要有沉船重量重心及吊力計(jì)算（船首起吊和整體抬吊各階段），沉船船體強(qiáng)度分析（船首起吊、整體抬吊、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程），抬浮駁調(diào)載及浮態(tài)計(jì)算，半潛船起浮調(diào)載及穩(wěn)性分析，半潛船滾卸過(guò)程調(diào)載計(jì)算，半潛船甲板強(qiáng)度計(jì)算，半潛船運(yùn)輸沉船綁扎設(shè)計(jì)等。

⑤船舶運(yùn)動(dòng)耦合分析，主要是船首起吊和整體抬吊過(guò)程的動(dòng)態(tài)分析。

8.定位與監(jiān)測(cè)方案

船首起吊和整體抬吊過(guò)程中，需要對(duì)沉船的坐標(biāo)位置及首向、縱橫傾等姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以準(zhǔn)確安裝托底鋼梁，方便作業(yè)人員對(duì)起吊作業(yè)進(jìn)行有效及時(shí)的控制和調(diào)整，保證施工安全。本工程結(jié)合多種定位及測(cè)量手段，組成一套高精度、高冗余度的定位及姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，編制實(shí)時(shí)仿真模擬程序?qū)⒄麄€(gè)起吊狀態(tài)及關(guān)鍵數(shù)據(jù)直觀地顯示在監(jiān)控器上。

沉船水下定位系統(tǒng)主要為一套WMT超短基線定位信標(biāo)，安裝在托底鋼梁和沉船右舷；沉船水上定位系統(tǒng)為Veripos LD4 DGPS定位設(shè)備，定位精度可達(dá)分米級(jí)。這兩套定位系統(tǒng)用于沉船平面及水深位置測(cè)量。

姿態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括一套Octans 3000光纖羅經(jīng)和姿態(tài)傳感器、水下無(wú)線傳輸設(shè)備、深度傳感器、水下電池組和電纜等，首向精度達(dá)0.1°，姿態(tài)精度達(dá)0.01°，安裝在沉船右舷，用于實(shí)時(shí)測(cè)量沉船的首向、橫傾、縱傾等數(shù)據(jù)。

托底鋼梁姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)：11套傾斜儀安裝在11組梁上，用以監(jiān)控整體抬吊過(guò)程中的鋼梁姿態(tài)。

三、施工要點(diǎn)

整個(gè)工程大致可分為預(yù)調(diào)查及抽油、吊首及鋼梁安裝、雙駁抬吊及起浮、滾卸上岸等四個(gè)階段。施工作業(yè)主要由“大力號(hào)”完成，“深潛號(hào)”“聚力號(hào)”“滬救撈62號(hào)”等配合完成部分作業(yè)任務(wù)，外租的抬浮駁、半潛船完成起浮、運(yùn)輸、滾卸作業(yè)。具體操作則主要由我局人員完成。起浮階段現(xiàn)場(chǎng)有工程船、拖輪、清污船等大小船舶15艘。

1.預(yù)調(diào)查

預(yù)調(diào)查工作主要包括以下內(nèi)容：

①采用多波束、側(cè)掃聲吶、3D聲吶掃測(cè)、潛水員探摸測(cè)量沉船在水下的位置、姿態(tài)、外形及破損情況；②沉船附近巖土采樣，并進(jìn)行地質(zhì)分析；③C和D甲板內(nèi)的貨物堆積和分布情況；④測(cè)量貨艙內(nèi)、上層建筑內(nèi)淤泥沉積情況；⑤測(cè)量典型位置的船板厚度；⑥內(nèi)部居住艙室的大致?lián)p壞和分布情況；⑦舷窗破損情況；⑧確定各油艙殘油數(shù)量。

2.抽油

經(jīng)潛水員對(duì)油艙殘油量的探測(cè)，發(fā)現(xiàn)油艙內(nèi)所剩余殘油不多，大部分殘油都從油艙泄漏到了C、D兩層汽車(chē)甲板艙內(nèi)。油艙內(nèi)的剩余殘油采用傳統(tǒng)抽油方法完成，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)流速大的特點(diǎn)，抽油法蘭底座采用水下焊接的方式固定于沉船外板上，防止抽油過(guò)程中法蘭松脫造成漏油。貨艙內(nèi)的燃油由潛水員攜帶抽油管進(jìn)入艙內(nèi)一個(gè)肋位一個(gè)肋位地進(jìn)行掃除作業(yè)。

3.沉船安裝防護(hù)網(wǎng)

對(duì)沉船上所有門(mén)窗等開(kāi)口使用安全網(wǎng)進(jìn)行封閉。在潛水員預(yù)調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，沉船右舷大部分窗戶的玻璃已被敲碎；船尾左舷窗戶由于船體被壓扁無(wú)法接近；大部分船首窗戶完好；只有部分左舷窗戶潛水員可以到達(dá)進(jìn)行封窗作業(yè)。

4.水下圍網(wǎng)安裝

水下圍網(wǎng)安裝由“深潛號(hào)”完成，在甲板上將兩組安全網(wǎng)組裝在一起，使用吊梁一次將兩組安全網(wǎng)根據(jù)吊梁兩端的信標(biāo)定位吊裝到位。如圖15所示。

每?jī)山M安全圍網(wǎng)模塊之間設(shè)置重疊區(qū)域，潛水員水下用綁扎帶連接緊固。全部36塊安全圍網(wǎng)模塊吊放安裝到位后將沉船圍起來(lái)并留出后續(xù)作業(yè)空間，圖16為安全圍網(wǎng)總體布置。

5.吊首

在完成抽油、安全網(wǎng)及圍網(wǎng)安裝后即進(jìn)行抬吊船頭安裝中部18根托底鋼梁作業(yè)。

（1）艙室充氣檢查

對(duì)選定的首尖艙、壓載艙、空艙、尾尖艙等21個(gè)艙室進(jìn)行氣密性測(cè)試，在各艙室的低位開(kāi)充氣孔，將透氣帽拆除更換成盲板法蘭封堵透氣孔，然后充氣檢查各艙的氣密性，檢查結(jié)果只有10個(gè)艙可用，共能提供約1 400噸浮力。

（2）右舷開(kāi)安裝孔

內(nèi)置氣囊經(jīng)折疊后仍然需要1 400毫米×1 600毫米的安裝孔才能放入C、D甲板貨艙內(nèi)，另一端開(kāi)700毫米×700毫米的孔用于拖拉鋼絲展開(kāi)內(nèi)置氣囊。內(nèi)置氣囊的布置及安裝孔位置如圖17所示。橡膠浮筒用鋼絲固定于沉船右舷強(qiáng)肋骨上，在肋骨設(shè)計(jì)固定點(diǎn)兩側(cè)外板上也要開(kāi)250毫米×250毫米的孔，系固鋼絲兜過(guò)肋骨后作為吊點(diǎn)與橡膠浮筒上的強(qiáng)力吊帶連接。

圖15 安全圍網(wǎng)模塊吊裝示意圖

圖16 安全圍網(wǎng)總布置圖

圖17 內(nèi)置氣囊及舷側(cè)外板開(kāi)孔布置圖

（3）內(nèi)外障礙物清除

為安裝內(nèi)置氣囊、打撈浮筒等，將C、D甲板貨艙內(nèi)及首部甲板上的突出物如通風(fēng)筒、絞車(chē)、舷墻等割除。處于打開(kāi)狀態(tài)的左舷減搖鰭影響托底鋼梁從沉船左舷下穿過(guò)，也必須割除。左舷減搖鰭完全插入海底泥石中，經(jīng)過(guò)艱難的除泥作業(yè)后，左舷減搖鰭最終被切除吊起。

（4）過(guò)底鋼絲安裝

在沉船首部左舷下安裝用于托底鋼梁拖拉、浮筒固定、首部系固、船首起吊等一共12道鋼絲。并在C甲板左舷舷邊浮筒鋼絲和起吊鋼絲受力處安裝護(hù)角，在船底鋼絲受力處安裝護(hù)板，防止鋼絲受力后切入船體。

（5）船首系固系統(tǒng)安裝

“大力號(hào)”先用抓斗在“世越號(hào)”首部南北兩側(cè)450米處分別挖出2米深的坑，將250噸重力錨（帶60米錨鏈）放入坑內(nèi)，每坑各放兩只重力錨。然后進(jìn)行預(yù)拉，預(yù)拉力150噸?！按罅μ?hào)”將捆綁鋼絲繞過(guò)“世越號(hào)”船首連接好后將鋼絲頭放置于海底，“深潛號(hào)”撿起捆綁鋼絲與系泊鋼絲連接，然后將250米系泊鋼絲及150米系泊鏈沿設(shè)計(jì)路徑鋪在海底。之后“深潛號(hào)”將兩只重力錨的短鏈撿起，錨鏈頭拉上甲板，鏈?zhǔn)綇埦o器通過(guò)平衡鋼絲與兩只重力錨的短鏈連接，然后將鏈?zhǔn)綇埦o器放入海底，最后將系泊鏈穿入張緊器，啟動(dòng)張緊器收緊系泊纜至設(shè)計(jì)預(yù)張力。安裝好用MS1000聲吶檢查整個(gè)系泊系統(tǒng)情況。

（6）內(nèi)置氣囊安裝

圖18 橡膠浮筒及打撈浮筒布置圖

在甲板上將氣囊折疊成不超過(guò)1米寬的長(zhǎng)條，裝上配重鏈捆扎好，配重鏈一端通過(guò)起吊短鋼絲與吊鉤連接，另一端與穿過(guò)“世越號(hào)”右舷安裝位置的拖拉孔、安裝孔的牽引鋼絲連接，牽引鋼絲另一頭連上絞車(chē)。吊機(jī)將氣囊吊入水中，在潛水員的輔助下穿過(guò)安裝孔放入貨艙內(nèi)，同時(shí)甲板絞車(chē)收緊牽引鋼絲將氣囊拖拉至設(shè)計(jì)位置。潛水員進(jìn)入艙內(nèi)將氣囊固定于船體內(nèi)，然后將配重鏈解開(kāi)回收。在“世越號(hào)”右舷上安裝充氣管路和分配器，每四個(gè)相鄰氣囊通過(guò)一個(gè)安裝孔放入船體內(nèi)，安裝孔附近固定一只分配器，四只氣囊充氣管連至分配器上的充氣接口。氣囊安裝好后，充氣20%左右將氣囊展開(kāi)。在吊首作業(yè)之前再將氣囊全部充滿。

（7）打撈浮筒安裝

“大力號(hào)”與“滬救撈62號(hào)”配合將一對(duì)500噸浮筒安裝在“世越號(hào)”船首設(shè)計(jì)位置，甲板側(cè)和船底側(cè)各1只。其中船底側(cè)浮筒由于位于沉船龍骨上方處于自由懸浮狀態(tài)，海底閥高于浮筒最低點(diǎn)，損失部分浮力，在該浮筒上另行連接了一只橡膠浮筒以平衡兩側(cè)浮筒受力。

（8）橡膠浮筒安裝

橡膠浮筒在甲板上充氣檢查后放氣，用真空泵將橡膠浮筒中殘余的空氣抽出，并將其沿長(zhǎng)邊方向進(jìn)行折疊并使用尼龍繩進(jìn)行捆扎。橡膠浮筒系固鋼絲提前固定在沉船右舷強(qiáng)肋骨上。在預(yù)定吊首作業(yè)之前幾天將橡膠浮筒吊放入水，兩名潛水員入水，從橡膠浮筒兩端同時(shí)進(jìn)行吊帶卸扣與系固鋼絲的連接工作。當(dāng)全部系固鋼絲與橡膠浮筒完成連接后，在潛水員的監(jiān)測(cè)下對(duì)橡膠浮筒充氣。圖18為橡膠浮筒及打撈浮筒總體布置。

（9）吊首、安裝托底鋼梁

“滬救撈62號(hào)”與“大力號(hào)”配合將起吊鋼絲連接好并掛至大力號(hào)主鉤。掛鉤完成后對(duì)內(nèi)置氣囊、沉船可用艙室進(jìn)行充氣，同時(shí)“深潛號(hào)”和“滬救撈62號(hào)”移船進(jìn)行拖托底鋼梁的準(zhǔn)備工作。“大力號(hào)”將“世越號(hào)”船首吊起一定角度后，“深潛號(hào)”和“滬救撈62號(hào)”完成托底鋼梁拖拉鋼絲與托底鋼梁的連接。之后，“大力號(hào)”將“世越號(hào)”船首吊起至5度，“深潛號(hào)”與“滬救撈62號(hào)”配合將18根托底鋼梁拖進(jìn)“世越號(hào)”左舷下方設(shè)計(jì)位置。經(jīng)潛水員檢查確認(rèn)托底鋼梁位置后，“大力號(hào)”緩緩將“世越號(hào)”船首下放，將“世越號(hào)”擱坐于托底鋼梁上。最后拆除回收橡膠浮筒、打撈浮筒及工索具。

6.首尾托底鋼梁安裝

中間18根托底鋼梁安裝完成后，還剩尾部10根、首部5根共15根托底鋼梁需要安裝?！笆涝教?hào)”擱坐于中間18根托底鋼梁后，其尾部左舷與海底間隙較小，隨著時(shí)間的推移托底鋼梁逐步陷入泥中，間隙越來(lái)越小，必須使用開(kāi)溝工具在海底開(kāi)出溝槽才能安裝托底鋼梁。首尾托底鋼梁的安裝主要由“大力號(hào)”與“深潛號(hào)”配合開(kāi)溝安裝。

（1）尾部托底鋼梁安裝

“大力號(hào)”“深潛號(hào)”分別錨泊于沉船兩側(cè)，通過(guò)甲板絞車(chē)拖動(dòng)開(kāi)溝犁在沉船下方海底開(kāi)出寬2米、深約1米的溝槽（后期改進(jìn)開(kāi)溝犁后一次開(kāi)出4米寬溝槽，可同時(shí)安裝兩根托底鋼梁）。然后“大力號(hào)”將托底鋼梁吊放至海底沉船船底外側(cè)，鋼梁兩端拖拉鋼絲分別連接至“大力號(hào)”和“深潛號(hào)”的甲板絞車(chē)，“大力號(hào)”與“深潛號(hào)”配合將其拖拉至設(shè)計(jì)位置，托底鋼梁兩端分別安裝USBL信標(biāo)進(jìn)行水下定位。潛水員確認(rèn)托底鋼梁安裝到位后，使用鋼絲和手扳葫蘆將托底鋼梁固定至沉船船體上防止托底鋼梁受水流作用移動(dòng)、脫出甚至漂走。圖19為開(kāi)溝時(shí)“大力號(hào)”與“深潛號(hào)”布置。

（2）首部托底鋼梁安裝

首部5根托底鋼梁分成兩組進(jìn)行安裝：后2根在甲板上拼裝成一組，前3根拼裝成另一組。沉船船首離底間隙較大，無(wú)須開(kāi)溝托底鋼梁即可直接穿過(guò)?！按罅μ?hào)”“深潛號(hào)”拋錨在“世越號(hào)”船首兩側(cè)，“大力號(hào)”將一組梁吊放至船底側(cè)海底，兩船配合將托底鋼梁拖拉至設(shè)計(jì)位置，然后潛水員水下安裝甲板側(cè)擋塊，最后將托底鋼梁提起固定至沉船船體上。

圖19 開(kāi)溝布置圖

（3）托底鋼梁上安全網(wǎng)安裝

在沉船上層建筑下方托底鋼梁之間的間隙處需安裝安全網(wǎng)以防止遺骨掉落，拼成組的梁之間在甲板上安裝安全網(wǎng)，其他間隙處的安全網(wǎng)由潛水員水下安裝。圖20為托底鋼梁間安全網(wǎng)位置。

7.雙駁抬吊

雙駁抬吊包括抬浮駁改造、起吊鋼絲預(yù)埋、沉船開(kāi)排水孔、重力錨預(yù)埋等準(zhǔn)備工作，抬浮駁抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行錨泊測(cè)試，在合適的氣象窗口完成抬吊作業(yè)，將沉船右舷抬出水面13.5米。

（1）抬浮駁改造

兩艘抬浮駁按設(shè)計(jì)安裝鋼絞線液壓提升設(shè)備及升沉補(bǔ)償系統(tǒng)、絞車(chē)、發(fā)電機(jī)、液壓泵站、纜樁等。完成鋼絞線、提升底錨、蓄能器、液壓管線、泵站、控制線路等的連接后進(jìn)行聯(lián)調(diào)、拉力和功能測(cè)試。

（2）現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備工作

現(xiàn)場(chǎng)“大力號(hào)”與“深潛號(hào)”一起完成如下準(zhǔn)備工作：檢查托底鋼梁狀態(tài)，割除沉船頂甲板上的障礙物，放置抬浮駁錨泊使用的4只250噸重力錨至設(shè)計(jì)位置，連接起吊鋼絲至托底鋼梁并將起吊鋼絲另一端分組連接到小吊架后放置于海底。

圖20 托底鋼梁間安全網(wǎng)

（3）抬吊前準(zhǔn)備

兩艘抬浮駁改造完成后拖至現(xiàn)場(chǎng)按設(shè)計(jì)錨泊方案進(jìn)行拋錨布場(chǎng)。布場(chǎng)情況如圖21所示。

圖21 抬浮駁布場(chǎng)圖

其中3#、5#、4′#、2′#錨位采用250噸重力錨以應(yīng)對(duì)橫流作用。

兩駁完成拋錨后，“滬救撈62號(hào)”靠泊兩抬浮駁中間將起吊鋼絲用小吊架吊起至抬浮駁甲板，甲板人員連接起吊鋼絲至鋼絞線底錨。全部鋼絲繩連接完畢后，檢查起吊鋼絲走向及吊點(diǎn)位置狀態(tài)。潛水員在沉船右舷安裝姿態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及USBL信標(biāo)，在托底鋼梁一端安裝角度傳感器，用于監(jiān)控抬吊過(guò)程沉船和托底鋼梁的姿態(tài)。全部準(zhǔn)備工作完成后進(jìn)行試吊測(cè)試。

（4）提升

根據(jù)天氣情況確定起吊日期，根據(jù)當(dāng)日潮位確定起吊時(shí)間，在低潮時(shí)將沉船起吊離底。預(yù)緊起吊鋼絲后抬浮駁反向壓載，調(diào)載完成后預(yù)緊剩余起吊鋼絲等待潮位，等待期間調(diào)整鋼絞線保持預(yù)張力。到計(jì)劃時(shí)間后全部鋼絞線同時(shí)逐步加載至50%、70%、100%設(shè)計(jì)載荷直至沉船離底。沉船離底2米后調(diào)整抬浮駁橫傾。然后繼續(xù)提升沉船至沉船右舷出水與抬浮駁甲板平齊，兩駁帶纜至沉船，檢查沉船左舷下有無(wú)突出物，潛水員將翻開(kāi)懸掛的左舷尾部跳板割除，繼續(xù)提升沉船至右舷出水13.5米。調(diào)整兩條抬浮駁縱傾使“世越號(hào)”基本無(wú)縱傾，測(cè)量每根起吊鋼絲的出水長(zhǎng)度，計(jì)算每根托底鋼梁兩端底部高度，確保梁底部與半潛船上鋼軌上表面間隙不小于2米。

沉船右舷出水一定高度后油污流出，被圍油欄圍在兩艘抬浮駁之間，提升過(guò)程中使用吸油棉將其清除干凈。

8.半潛船起浮運(yùn)輸

（1）半潛船改造

半潛船改造包括如下內(nèi)容：

①原船尾浮箱間增加4只浮箱。

②甲板上安裝3道110米長(zhǎng)、1.4米高鋼軌。

③首樓后安裝導(dǎo)向架及防撞塊。

④兩舷及尾浮箱間安裝帶鋼絲網(wǎng)及吸油棉的圍油欄桿。

⑤尾浮箱前及首樓后安裝防撞護(hù)木及輪胎。

改造好后，半潛船航行至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試沉放等準(zhǔn)備工作。圖22為半潛船改造完成后照片。

圖22 半潛船改造完成后情況

（2）拖航移位

半潛船在東南方向1.7海里處預(yù)先沉放至設(shè)計(jì)吃水26米。沉船抬吊至設(shè)計(jì)高度后，將大馬力三用拖輪“華銘”輪三根拖纜分別帶到兩艘抬浮駁和“世越號(hào)”尾部，4條全回轉(zhuǎn)港作拖輪輔助帶拖帶纜至船隊(duì)4角。圖23為拖帶布置圖。當(dāng)流速和流向滿足要求后，起錨將整個(gè)船隊(duì)從“世越號(hào)”抬吊現(xiàn)場(chǎng)拖帶到半潛船右舷旁30米處。

圖23 拖帶布置圖

（3）進(jìn)檔起浮

半潛船首尾絞車(chē)帶強(qiáng)力纜至抬浮駁首尾，使用絞車(chē)將船隊(duì)慢慢拖絞進(jìn)半潛船，拖輪輔助。當(dāng)“世越號(hào)”船底側(cè)抬浮駁尾部靠上半潛船首樓后導(dǎo)向架后，整個(gè)船隊(duì)順導(dǎo)向架朝半潛船左舷移動(dòng)，直到設(shè)計(jì)位置。拖絞過(guò)程中根據(jù)情況不斷調(diào)整絞纜和拖絞點(diǎn)，拖輪拖纜逐步解脫。圖24為帶妥絞纜準(zhǔn)備進(jìn)檔，圖25為進(jìn)檔到位后照片。

經(jīng)潛水員檢查確認(rèn)位置后，半潛船排載起浮使托底鋼梁擱坐于鋼軌上。抬浮駁將“世越號(hào)”重量完全轉(zhuǎn)移給半潛船。解開(kāi)“世越號(hào)”與抬浮駁間纜繩，解開(kāi)抬吊鋼絲與鋼絞線底錨的連接，將起吊鋼絲放置于半潛船甲板，然后將抬浮駁拖離。半潛船按設(shè)計(jì)排載程序起浮。圖26為半潛船將沉船完全起浮后的照片。進(jìn)行清污作業(yè)和綁扎后，半潛船在韓國(guó)海警船舶護(hù)航下駛?cè)肽酒中赂劭客状a頭。

9.滾卸上岸

（1）準(zhǔn)備工作

滾裝前的準(zhǔn)備工作主要有：

①考察碼頭上岸區(qū)域，確認(rèn)靠墊、纜樁、碼頭強(qiáng)度、地面平整度等滿足滾裝要求，清除滾裝路線上障礙物。

②記錄碼頭潮位，與潮汐表進(jìn)行對(duì)比，確定合適滾裝時(shí)間。經(jīng)過(guò)分析4月3—10日為安全窗口。

③半潛船甲板上加裝6臺(tái)錨絞車(chē)用于滾裝過(guò)程帶纜。

④SPMT調(diào)遣至滾裝碼頭進(jìn)行連接調(diào)試。

（2）甲板淤泥清理

半潛船起浮之后“世越號(hào)”內(nèi)大量淤泥泄漏至半潛船甲板，甲板鋼軌之間淤泥最厚處超過(guò)40厘米。將淤泥全部裝袋吊至碼頭交由MOF進(jìn)一步處理。

（3）滾卸

圖24 進(jìn)檔示意圖

圖25 進(jìn)檔到位

圖26 起浮之后

準(zhǔn)備工作完成之后，半潛船轉(zhuǎn)向船尾靠碼頭，根據(jù)錨泊設(shè)計(jì)帶好所有纜繩，首部拋兩只船錨。安裝好上岸跳板，所有SPMT小車(chē)開(kāi)上船，小車(chē)上進(jìn)行墊板補(bǔ)償高差。進(jìn)行試舉確認(rèn)“世越號(hào)”重量和重心位置，根據(jù)試舉結(jié)果最終確定小車(chē)的配置方式。根據(jù)工期選擇4月9日下午的高平潮時(shí)間13：00開(kāi)始上岸。上午將沉船移動(dòng)約51米至半潛船尾部等待。17：35最后一個(gè)SPMT車(chē)輪上岸，繼續(xù)在碼頭移動(dòng)。隨后碼頭的支撐軌道安裝完畢，小車(chē)將“世越號(hào)”下放至鋼軌上后從沉船下開(kāi)出，完成滾卸作業(yè)。圖27為“世越號(hào)”上岸后擺放照片。

圖27 “世越號(hào)”岸上擺放狀態(tài)

10.后調(diào)查

沉船起浮運(yùn)走后，“深潛號(hào)”在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行水下圍網(wǎng)內(nèi)海底檢查，查找遺落于海底的遺骨、遺物。整個(gè)圍網(wǎng)內(nèi)200米×160米的區(qū)域劃分為20米×40米的小塊進(jìn)行潛水員目視檢查。沉船尾部區(qū)域有兩塊潛水員使用鏟子翻泥檢查。最后使用MS1000測(cè)掃聲吶對(duì)整個(gè)區(qū)域進(jìn)行掃描。圖28為海底檢查區(qū)域分塊情況。

四、工程施工難點(diǎn)及解決辦法

此打撈工程規(guī)模大，難點(diǎn)多，深度大，海洋環(huán)境惡劣且復(fù)雜多變?！笆涝教?hào)”在水下浸泡2年左右，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較弱，韓方又提出了十分苛刻的“三不”要求，即不得改變沉沒(méi)姿態(tài)、不得破壞船體結(jié)構(gòu)和不得讓船內(nèi)遺體流失。工程主要難點(diǎn)如下：

圖28 海底檢查區(qū)域分塊

① 環(huán)境條件惡劣，底質(zhì)條件差?！笆涝教?hào)”沉沒(méi)于韓國(guó)西南海域，海域環(huán)境可以用“水深、流急、風(fēng)大、浪高”來(lái)概括，平均水深44米，最大流速超過(guò)4節(jié)。這些導(dǎo)致有效作業(yè)時(shí)間短，施工工期長(zhǎng)。經(jīng)勘測(cè)和探摸，作業(yè)人員發(fā)現(xiàn)沉船沉沒(méi)海域海底地質(zhì)堅(jiān)硬，局部為片巖。堅(jiān)硬的底質(zhì)給尾部托底鋼梁的安裝造成極大的困難。

②船體龐大，重量重心難以確定，船體結(jié)構(gòu)受損腐蝕?！笆涝教?hào)”渡輪船長(zhǎng)145米，寬22米，型深14米，加上上層建筑總高約27米。13.5米出水時(shí)打撈重量超過(guò)11 000噸，完全出水總重量超過(guò)15 000噸。根據(jù)韓方提供的信息，“世越號(hào)”離港時(shí)裝載了2 271噸貨物，包括140輛轎車(chē)、32輛卡車(chē)、4輛重型機(jī)械以及1 000噸材料物資。

③打撈方式受限。為了盡可能地保護(hù)好遇難者遺體，業(yè)主要求必須不破壞船體結(jié)構(gòu)，保持沉船沉沒(méi)時(shí)的原始狀態(tài)整體打撈。

1.抽油作業(yè)

在完成預(yù)調(diào)查工作之后，于2015年9月至10月，經(jīng)過(guò)潛水員的探摸，除了9個(gè)油艙中有殘油需要回收，潛水員還發(fā)現(xiàn)2個(gè)重油艙的大部分重油都已經(jīng)泄漏到2個(gè)裝運(yùn)汽車(chē)的貨艙中，分布范圍極廣。根據(jù)韓方的最初估計(jì)，9個(gè)能夠抽取的船底油艙共有約171立方米殘油，但經(jīng)過(guò)潛水員檢查發(fā)現(xiàn)9個(gè)油艙內(nèi)合計(jì)只剩余24.1立方米殘油。C、D甲板貨艙內(nèi)油層厚度10～20厘米，殘油量合計(jì)大約為87立方米。由于沉船是左舷側(cè)躺在海底，因此殘油都漂浮在貨艙右舷，并被間距700毫米的肋骨分割，給殘油的回收帶來(lái)了極大的困難，只能在肋骨空檔內(nèi)逐一清理。

油艙內(nèi)殘油采用傳統(tǒng)的開(kāi)孔抽油工藝進(jìn)行回收。C、D甲板貨艙內(nèi)油層則由潛水員攜抽油管進(jìn)入艙室逐檔回收，抽油管端部為特制的吸油頭，成功解決了貨艙內(nèi)油層的回收難題。

2.吊首作業(yè)

根據(jù)重量計(jì)算分析，“世越號(hào)”沉船水下總重量約為8 000噸。為了起吊船首，穿引船體中前部位的鋼梁，需要增加浮力，以減小“世越號(hào)”船首起吊所需吊力，減小沉船船體結(jié)構(gòu)受力防止結(jié)構(gòu)破損，防止起吊過(guò)程中船體發(fā)生大的翻轉(zhuǎn)。由于沉船長(zhǎng)時(shí)間受海水侵蝕，艙室氣密性受損，將排氣管等封堵后經(jīng)檢查21個(gè)可用艙室中僅有10個(gè)艙室可保持穩(wěn)定浮力。因此必須采用其他手段增加額外的浮力。在C、D甲板貨艙內(nèi)安裝27只內(nèi)置氣囊提供約850噸浮力，右舷上安裝7只橡膠浮筒提供1 400噸浮力，船首兩側(cè)安裝1對(duì)500噸打撈浮筒提供830噸浮力，最終吊首實(shí)際吊力約1 200噸，與計(jì)算結(jié)果吻合。

在吊首作業(yè)期間，沉船受橫流作用，必須將吊起的船首進(jìn)行系固，避免船體移位而導(dǎo)致鋼梁無(wú)法安裝到位。根據(jù)計(jì)算，單側(cè)系固鋼絲受力約200噸，如何提供如此大的系固力也是一個(gè)難點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)底質(zhì)情況設(shè)計(jì)了250噸重力錨，在設(shè)計(jì)位置挖坑植入，經(jīng)試驗(yàn)，可承受200多噸的拉力。解決海底錨固點(diǎn)后，用300噸鏈?zhǔn)綇埦o器、錨鏈、鋼絲組成船首系固系統(tǒng)圓滿解決此問(wèn)題。

3.尾部托底鋼梁安裝

起吊船首完成中部18根托底鋼梁安裝，沉船放置于托底鋼梁上之后，沉船左舷與海底最大間隙僅0.5米，尾部則幾乎緊貼海底。必須在海底挖出寬2米、深1米的溝槽才能將截面大小為1.8米×0.9米的托底鋼梁穿過(guò)去。而海底表層為碎石黏土混合物，局部為片巖，開(kāi)溝極為困難。

尾部清泥嘗試了許多水下除泥工具，如非接觸式挖溝機(jī)、大口徑吸泥管、水下爬行式吸泥設(shè)備等，效果均不理想。為了提高船尾區(qū)域的清泥效率，現(xiàn)場(chǎng)人員24小時(shí)不間斷作業(yè)，不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)開(kāi)溝犁。每次開(kāi)溝后，都要對(duì)開(kāi)溝效果進(jìn)行檢查，再進(jìn)行改進(jìn)。先后制造了不同尺寸的9代13款開(kāi)溝犁，最后終于將船尾10根鋼梁安裝至設(shè)計(jì)位置。后期設(shè)計(jì)出4米寬雙向開(kāi)溝犁，開(kāi)出的溝槽可以一次安裝兩根托底鋼梁，極大地提高了施工效率。圖29為第9代開(kāi)溝犁照片。

圖29 第9代開(kāi)溝犁

4.提升方案及作業(yè)

“世越號(hào)”沉入海底近3年，貨物的移位、結(jié)構(gòu)艙室的損毀、淤積等不可準(zhǔn)確預(yù)知的因素導(dǎo)致其重量、重心位置難以準(zhǔn)確估算。通過(guò)索具連接在一起的多體結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)耦合分析也難以準(zhǔn)確進(jìn)行。而因施工時(shí)間被限制在冬春季節(jié)，現(xiàn)場(chǎng)流急、涌大，提升系統(tǒng)和錨泊系統(tǒng)必然會(huì)承受很大的動(dòng)載荷。

為了準(zhǔn)確知道整個(gè)系統(tǒng)的耦合響應(yīng)，使用Moses對(duì)提升、移位過(guò)程進(jìn)行大量的計(jì)算分析，在上海交大的海洋工程水池進(jìn)行了相應(yīng)的模型試驗(yàn)。然后根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)計(jì)算模型的水動(dòng)力參數(shù)、運(yùn)動(dòng)阻尼、托底鋼梁運(yùn)動(dòng)等方面進(jìn)行了校正。再利用校正過(guò)的計(jì)算模型依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的海況數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行錨泊、提升、升沉補(bǔ)償系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及作業(yè)海況的選擇，同時(shí)對(duì)作業(yè)過(guò)程中“世越號(hào)”整體強(qiáng)度也進(jìn)行了分析。

兩艘抬浮駁均使用8點(diǎn)錨泊，在受流方向使用了4只250噸重力錨，另外使用了8只12噸大抓力錨，剩下四點(diǎn)采用9噸+7噸串聯(lián)錨（12噸錨數(shù)量不足），確保錨泊安全。提升系統(tǒng)采用350噸液壓油缸，共可提供23 100噸起吊力。升沉補(bǔ)償系統(tǒng)根據(jù)受力情況選用足夠大的蓄能器，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。升沉補(bǔ)償系統(tǒng)緩沖了抬浮駁運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的動(dòng)態(tài)沖擊力，均衡提升過(guò)程中提升系統(tǒng)受力，為“世越號(hào)”平穩(wěn)起浮發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

5.進(jìn)檔起浮

進(jìn)檔起浮主要需要解決兩方面的問(wèn)題：

（1）考慮護(hù)舷等結(jié)構(gòu)，抬浮船組進(jìn)檔后大抬浮駁首尾與半潛船首樓、尾浮箱的間隙分別僅有2.6米、2.7米，極易發(fā)生碰撞導(dǎo)致事故。

應(yīng)對(duì)措施：抬浮駁改造時(shí)，提升系統(tǒng)按照兩艘抬浮駁與沉船提升出水后尾部基本平齊布置，在半潛船首樓后2.4米處甲板上從船中向左舷安裝高16米、長(zhǎng)21米的水平導(dǎo)向架，進(jìn)檔時(shí)小抬浮駁先被絞入，等小抬浮駁尾部過(guò)半潛船船中后靠著導(dǎo)向架將抬浮駁組絞至設(shè)計(jì)位置；另外，在半潛船尾浮箱前面裝護(hù)木，右舷首樓后與尾浮箱前裝橡膠輪胎防撞。

（2）“世越號(hào)”各艙室處于通海狀態(tài)，提升出水13.5米后基本沒(méi)有浮力，經(jīng)計(jì)算半潛船裝載“世越號(hào)”起浮至尾甲板接近水面時(shí)初穩(wěn)性接近0，無(wú)法完成起浮作業(yè)。

應(yīng)對(duì)措施：在原船尾浮箱間加裝4只浮箱，并加大起浮過(guò)程首傾值至11米，起浮過(guò)程最小初穩(wěn)性高提高至0.55米。最終安全將“世越號(hào)”起浮。

五、結(jié)語(yǔ)

“世越號(hào)”沉船打撈工程是上海打撈局完成的難度最大、耗時(shí)最長(zhǎng)、投入船舶設(shè)備和人力資源最多的一項(xiàng)打撈工程。作為國(guó)際競(jìng)標(biāo)執(zhí)行的打撈工程，其成功實(shí)施，在國(guó)際上展現(xiàn)了我國(guó)救撈形象。工程中創(chuàng)新使用的專用抽油吸頭、安全網(wǎng)及防流失圍網(wǎng)、內(nèi)置氣囊、橡膠浮筒、托底鋼梁、水下開(kāi)溝犁、帶升沉補(bǔ)償?shù)匿摻g線液壓提升系統(tǒng)、沉船整體SPMT滾卸上岸等新技術(shù)、新工藝、新設(shè)計(jì)得到了實(shí)際驗(yàn)證，可為其他打撈工程提供借鑒，推動(dòng)打撈技術(shù)的進(jìn)步。

[1]姚根福.海上救助與打撈[M].大連：大連海運(yùn)學(xué)院出版社,1994.

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【注】對(duì)純技術(shù)類文章，本刊只刊登新技術(shù)、新工藝的分析和介紹，典型和疑難問(wèn)題的處理方法和經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)操作和技術(shù)管理方面有價(jià)值的總結(jié)，以及對(duì)行業(yè)具有重要應(yīng)用價(jià)值的研究成果和解決方案。

10.16176/j.cnki.21-1284.2017.10.002

陳世海（1972—），男，交通運(yùn)輸部上海打撈局技術(shù)中心總經(jīng)理，高級(jí)工程師，碩士。

王偉平（1960—），男，交通運(yùn)輸部上海打撈局工程船隊(duì)書(shū)記，高級(jí)工程師，碩士，“世越號(hào)”打撈工程施工總監(jiān)。

蔣巖（1962—），男，交通運(yùn)輸部上海打撈局副局長(zhǎng)，“世越號(hào)”打撈工程項(xiàng)目經(jīng)理，碩士，正高。