“世越号”双驳抬吊方案设计

金桐君 蒋 岩 王伟平 陈世海

“世越号”双驳抬吊方案设计

金桐君 蒋 岩 王伟平 陈世海

“世越号”的打捞采用双驳抬吊的方案，成功地将沉没于44米水深的“世越号”从海底提升至出水13.5米位置，为后续的沉船成功上半潜船创造了条件。同时为应对该施工海域水深和海况条件，在每一套提升系统当中创造性地加入400吨的升沉补偿缓冲油缸。对整个“世越号”双驳船抬吊施工要点进行阐释，为以后类似的打捞工程提供借鉴作用。

双驳抬吊；“世越号”打捞；升沉补偿；缓冲系统

大型沉船的打捞需要综合考虑各种因素，选择最合适的打捞方法。目前世界上传统的打捞方法有封舱抽水打捞、封舱充气抽水打捞、压气排水打捞、船舶抬撬（抬吊）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。本次需要打捞的“世越号”船舶类型为大型渡轮，沉没地点在全罗南道珍岛郡近海，该船长145米，宽22米，型深14米。空船重量6 113吨，载货约2 300吨。难船沉没后左舷侧躺于海底，事故海域平均水深约44米，最大流速超过4节。该沉船的打捞存在客观上和主观上的诸多难点：首先业主对打捞的要求很高，业主就“世越号”的打捞作业在招标书当中明确要求打捞需要保持沉船的原始姿态不变，不能破坏船体的主体结构。其次，沉船的尺寸大，长宽高为145米×22米×14米；重量重，预估离底重量为8 000吨，实际离底重量为8 500吨，实际最大出水重量达到11 500吨；重量重心不确定，由于载货情况和淤积泥沙状况的不确定，沉船的重量和重心不能确定。另外，由于“世越号”沉船上层建筑左舷塌陷，浸没在海水中两年多时间的腐蚀，造成船舶本身强度受到了一定的破坏和折损。最后，实施打捞作业的海域水深较大，风浪流较大，增加了打捞难度。上海打捞局在综合考虑该沉船的现有状态、所处的客观条件和业主的打捞要求等各种因素之后决定采用带升沉补偿的双驳抬吊方法作为主要的打捞方法。该方法能很好地克服上述的困难，尤其能够应对变重心、变重量的整体打捞作业，同时能够在更宽区域内更加均匀布置更多吊索，降低了“世越号”结构破坏的风险。另外，该双驳抬吊系统中加入了缓冲系统，能够很好地改善恶劣海况对打捞作业的影响。

一、双驳抬吊系统设计

“世越号”打捞所采用的双驳抬吊方法是将一对驳船并行对称布置在沉船两舷的水面上，把沉船夹在中间，在两条抬浮驳上面各对称布置33套带升沉补偿能力的液压钢绞线提升系统。同时事先在“世越号”左舷底部的相应位置布置33根托底钢梁，每根钢梁两端都设置有吊点。潜水员在水下在托底钢梁的66个吊点处各连接1根起吊钢缆，上端和提升系统的锚头连接。最后通过液压钢绞线提升系统的同步牵引将沉船逐步提升出水。图1为双驳抬吊系统布置图。

图1 双驳抬吊系统布置图

钢绞线同步提升系统应用到双驳抬吊打捞作业当中在国内虽属少见，但是也曾经使用过。但是在“世越号”打捞工程中对该打捞方法又做了优化。在钢绞线提升油缸后面串联两个缓冲油缸，蓄能器通过高压油管和缓冲油缸连接组成升沉补偿系统，对“世越号”受风浪流影响产生的动态载荷起缓冲作用。这在国内的打捞工程当中属于首次。缓冲系统的作用原理如下所示：

（1）当抬浮驳受到风浪流作用向上抬升时，液压油通过高压油管回到蓄能器，缓冲油缸收缩。被吊沉船高度基本保持不变；同时每道索具的提升力基本保持不变。该过程如图2所示。

图2 缓冲油缸压缩应对抬浮驳上升示意图

（2）当抬浮驳受到风浪流作用向下运动时，液压油通过高压油管回到缓冲油缸，缓冲油缸伸长。被吊沉船高度基本保持不变，同时每道索具提升力基本保持不变。该过程如图3所示。

图3 缓冲油缸伸长应对抬浮驳下降示意图

采用双驳船抬吊打捞方法，首先需要根据提升高度确定采用双驳船的最小船宽值。此次打捞工程当中“世越号”需要提升距离在35米左右，“世越号”提升的高度就是提升系统中锚头的行进距离。考虑到提升设备本身占用船宽距离12米，起吊钢丝和锚头链接需要5米宽度的施工区域，抬浮驳船由于潮差上下深沉需要留出3米余量，所有相加抬浮驳的船宽值至少需要55米。最后确定了抬吊“世越号”的抬浮驳为招商重工1#和招商重工3#，两条船舶的主尺度分别是：招商重工1#为140米×56米×8.8米；招商重工3#为152.5米×60米×11.5米。在采用双驳抬吊方法时两条抬浮驳船的尺寸应保持一致或者尽量接近。

接下来根据沉船的预估重量、重心确定布置托底钢梁的数量，“世越号”的预估离底重量是8 000吨，预估最大提升重量为9 660吨，根据沉船的总布置图确定在水下布置33道托底钢梁。对钢梁进行结构设计，保证钢梁具有足够的强度和刚度。同时在抬浮驳甲板对应位置上面布置提升设备。根据提升设备的布置和最大设计载荷进行抬浮驳整体及局部强度校核，提升设备连接支座的结构设计，起吊钢丝上甲板处滚轮支架的结构设计。根据施工海域的海况条件进行锚泊系统设计，确定驳船加装的锚机以及配套设备的布置。

按照设计的设备布置图完成两条驳船的设备装船，提升系统的组装、陆上试拉，最后对提升系统进行单机调试、联机调试。完成装船之后由拖轮将两条抬浮驳拖到施工现场，按照设计锚位图对两条抬浮驳船进行抛锚布场。

二、双驳抬吊打捞法施工要点

由于韩国政府在打捞招标书上面明确要求“世越号”的打捞需要保持左倾90°的沉没姿态进行整体提升，所以在沉船左舷底部穿引布置了33道钢梁。起吊钢丝连接在托底钢梁的吊点上面。是否设置托底钢梁是基于沉船的打捞状态。像“世越号”这样需要以左倾90°的姿态进行提升，设置托底钢梁比较合适。如果沉船以正浮状态进行提升可以直接穿引大钢缆作为起吊钢丝，不需要再设置托底钢梁。

1.起吊钢丝预埋

“世越号”总共需要安装33套（66根）起吊钢丝，综合考虑之后，“世越号”工程采取起吊钢丝预埋的方式，即预先将起吊钢丝的下端和钢梁吊耳连好，并且按照4至6根起吊钢丝一组将起吊钢丝上端和一个小吊架连在一起，预先放置在海底。预先将起吊钢丝下端和钢梁进行连接，同时所有起吊钢丝分组和若干小吊架连在一起，暂放在海底有以下好处：

不需要在抬浮驳到场的情况下完成所有起吊钢丝的下端连接。

起吊钢丝的预埋将本来需要连续进行的工作分成可以不同时间进行的工作。将起吊钢丝的下端连接、起吊钢丝的上端连接、沉船提升的连续作业分解成起吊钢丝的下端连接和起吊钢丝的上端连接、沉船提升两个阶段。对气象窗口的要求大幅降低。

小吊架的应用使预先连接的起吊钢丝变得有条理，使起吊钢丝不会互相缠绕、扭转，也节省了之后起吊钢丝的回收和上端连接的作业时间。

2.防撞靠垫的安装

为了防止“世越号”提升出水之后，由于两条抬浮驳和“世越号”的相互撞击对设备和结构造成损坏，需要在抬浮驳和“世越号”之间安装若干防撞靠垫。“世越号”工程采用了可充式橡皮浮筒和轮胎靠垫作为防撞装置。在“世越号”船底侧布置了2个橡皮浮筒和2个轮胎靠垫，在甲板侧布置了3个橡皮浮筒和3个轮胎靠垫。这些装置需要避开沉船的突出结构物，布置在沉船平坦部位。图4为防撞靠垫在“世越号”上面的布置图。

图4 防撞靠垫在“世越号”上面的布置图

3.太阳甲板障碍物的水下割除

在“世越号”正式抬吊之前需要对右舷顶部以下13.5米的区域突出太阳甲板1米及以上的障碍物进行割除。突出的结构物包括风斗、桅杆、铭牌、灯架、架子、栏杆、烟囱等。

4.“世越号”起浮的姿态监控

“世越号”提升过程当中需要持续对托底钢梁底部和沉船进行姿态监控，确保“世越号”后续进入半潜船具有足够的净空高度。在“世越号”工程当中采取了以下几种测量方法：在11根钢梁上布置11个水下重力式倾斜仪，测量钢梁的横向倾角；在沉船右舷顶部布置了1个姿态仪，测量沉船顶部的纵向和横向姿态。

图5为姿态测量设备布置图。

图5 姿态测量设备布置图

5.沉船开排水孔

“世越号”打捞需要提升“世越号”出水13.5米左右。在“世越号”出水之后需要将舱室出水部分的水尽快排出舱外才能使“世越号”的重量没有显著增加。所以在“世越号”提升之前需要潜水员在所有舱室内的低位位置进行开排水孔作业。

6.防扭转装置安装

起吊钢丝在受力情况下会发生单向扭转的现象，起吊钢丝的扭转会带动锚头的旋转进而带动多股钢绞线的扭转，影响液压钢绞线提升油缸的运转。

在锚头上加装防旋转装置即可解决扭转的问题。该装置如图6所示。

图6 防锚头旋转装置

7.提升作业

在正式提升前对提升索具分步进行30%加载，完成所有提升索具的预紧。正式提升时按照50% 、60%、80% 、90%、100%的设计载荷同步加载。到接近100%载荷前后，部分点开始持续上升，部分点依然不动。对于上升的点暂停加载，对不动的这些点继续加载，载荷增加到105%、110%、115%，直到沉船开始整体离开海床，确认沉船整体离开海床足够距离之后，对蓄能器进行补油，整体缓冲油缸的负载区间。此后保持载荷进行同步提升，在提升过程当中监控缓冲油缸的状态，保持缓冲油缸的活塞杆接近于一半的行程处（使缓冲系统处于最大的功能）。

8.驳船调载

采用双驳抬吊打捞方法，从“世越号”离底到出水的过程中，抬吊力慢慢增加会造成两条抬浮驳船往内侧倾斜。所以在抬吊作业之前需要调载使两条抬浮驳船呈适当的外“八”字姿态。随着“世越号”慢慢离底，驳船慢慢内倾，“世越号”离底时两驳船呈成小角度内倾姿态。在实际作业过程当中，可以根据需要随时进行调载，原则上保持抬浮驳纵倾不变，对整个抬吊系统的受力分布不产生较大影响。

9.姿态调整

在“世越号”提升过程当中需要根据测量的沉船最底部——托底钢梁底部的姿态进行调整。需要进行调整的姿态有三种：单根钢梁的横倾，沉船最底部的整体横倾，沉船最底部的整体纵倾。对这三种姿态的调整如下所述：

（1）针对单根钢梁的横倾，调整方法是在同步提升的过程当中保持高侧的钢绞线不提升，只提升低侧的钢绞线，通过这种方式逐步将单根钢梁的横倾调平，而不对起吊钢丝的受力分配造成较大影响。

（2）针对沉船最底部的整体横倾，一种调整方法是在单条驳船上同步提升，另外一条驳船保持不动。另外一种调整方法是通过两条抬浮驳船的横倾调载。此方法也不会造成起吊钢丝的受力分配变化。

（3）针对沉船最底部的整体纵倾，调整方法是同步进行两驳船纵倾调载，注意两抬浮驳纵倾调载过程的同步，不同步会造成起吊钢丝受力分配的变化。

10.“世越号”出水带缆

在“世越号”出水至顶部和抬浮驳船甲板基本相平时，在“世越号”和抬浮驳之间、抬浮驳和抬浮驳之间进行初步带缆。“世越号”上的带缆系固方法是潜水员在“世越号”右舷强肋骨两侧开一对小孔，穿引短千斤通过这一对小孔，短千斤作为“世越号”的系固点。抬浮驳上面的系固选择在缆桩上面。在“世越号”继续提升时缆绳跟着慢慢释放，到最终提升位置时收紧缆绳。通过这种方式在驳船和“世越号”之间连接32根缆绳。图7为“世越号”出水带缆图。

11.提升到位后沉船深度最终确认

在“世越号”抬吊到位之后需要对所有33根钢梁两端的底部深度进行测量，确保后续“世越号”进半潜船具有足够的净空高度。每根钢梁两端底部的深度通过起吊钢丝在甲板上的距离测量进行换算，换算公式如下：

钢梁端部底部深度=起吊钢丝长度-起吊钢丝在甲板上距离（实测）+修正值

图7 “世越号”出水带缆图

其中，修正值需要考虑滚轮支架尺寸、托底钢梁吊点布置图等因素。

根据这种方式计算出所有33根钢梁66个端点底部的深度，在假定钢梁没有变形，并且钢梁底部处于水平状态的前提下，这66个点的底部深度代表了整个“世越号”的最深深度。为了保险起见，实际提升“世越号”的高度能使得钢梁66个端点处的底部深度离开半潜船至少有2米的空当。

三、结束语

本文阐述了带升沉补偿功能的双驳抬吊打捞方案应用于“世越号”打捞工程，成功将沉船从水深44米海底提升出水13.5米的案例。作为一种打捞方式，双驳抬吊早已有之，但是随着科学技术的进步，液压钢绞线同步提升技术、升沉补偿系统逐步加入到双驳抬吊打捞方法当中，使整体打捞的吨位、打捞的可靠性、打捞应用的环境条件都取得了长足的进步。

[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.

10.16176/j.cnki.21-1284.2017.09.005

金桐君（1983—），男，交通运输部上海打捞局技术开发中心，工程师。

蒋岩（1962—），男，交通运输部上海打捞局，副局长/总工程师，硕士。

王伟平（1960—），男，交通运输部上海打捞局工程船队，党委书记/高级工程师。

陈世海（1972—），男，交通运输部上海打捞局技术开发中心，总经理/高级工程师，硕士。