模块化浮箱在封闭水域沉物打捞工程中的应用

陶然

（中国港湾工程有限责任公司，北京 100027）

0 引言

沉船沉物打捞技术是海洋救捞工程行业的重要组成部分，对减少经济损失和避免海洋环境污染具有重要的意义[1]。对于在湖泊、水库等封闭水域内的抢险救灾和沉物打捞，采用模块化浮箱拼组水上施工平台或栈桥通道，具有较高的安全性和经济性[2]。本文依托某具体工程，介绍了采用模块化浮箱拼组成驳船搭载履带吊在封闭水域内进行沉物打捞的工作要点及细节，为类似工程提供借鉴。

1 沉物概况

某工程在封闭水域内的推填砂体上进行施工，由于砂体发生较大面积的坍塌滑坡造成施工设备及材料落水。虽然相比在深海进行的大型沉船打捞工程，本工程的沉物总重及水深并不大，但是打捞的具体实施方面仍存在以下难点：

1）由于沉物位于封闭水域内，打捞设备组织难度较大。

2）由于发生砂体坍塌滑坡已造成工程停工需尽快复工，若打捞工作不能及时完成，会造成整体工期延误。

3）沉物中的施工设备在进行水下切割时，油箱、油管容易发生泄漏造成污染。

4）对于沉物中的施工材料，打捞工作也应加强质量控制，尽可能实施整体打捞并保证材料的原始形态，以便复工后重复使用。

2 打捞方案

依据现有的打捞技术，主要的打捞方法可分为浮力打捞法、起重打捞法以及混合打捞法[3-5]。其中，混合打捞法通常多用于深海的大吨位沉船打捞。因此，本文重点对浮力打捞法和起重打捞法进行方案比选。

2.1 浮力打捞法

浮力打捞法作为最传统的打捞技术，其原理是利用浮筒排水或气囊充气后产生的浮力，使捆绑了浮筒或气囊的沉物克服自身重力和海底泥沙吸附力起浮，起浮过程受力稳定、安全风险较小。但是浮力打捞法存在工艺复杂、人员劳动强度高、打捞速度慢等缺点，同时仍需要浮吊或吊车的辅助配合。因此，现场实施前还需对气囊的尺寸、浮力等参数进一步评估验算。

2.2 起重打捞法

起重打捞法作为现代打捞的主流技术，其原理就是直接利用起重船上的大吨位起重机直接将沉物吊离海底。起重打捞法在工作程序方面具有简单、快捷的优点，但是在起吊及吊运过程中仍存在着一定的安全风险。

2.3 方案比选

结合沉物及现场的实际情况，经过对上述两种打捞方法的综合比较分析，考虑到由于沉物是施工设备和材料，基本都自身带有吊点，因此起重打捞法更具有可行性。

3 打捞设备

打捞设备的选型主要考虑两种方案：

1）在封闭水域外直接通过采用大型起重船进行打捞；

2）将小型起重船吊入封闭水域内进行打捞。

为保证施工材料的整体性，并尽可能减少潜水员的水下切割工作量，因此打捞设备的起重能力应保证达到80 t，而沉物距离封闭水域边界大约30～70 m，若在封闭水域外直接打捞则需大型起重船才能满足吊距和吊重的要求，即使采用稍小型起重船，仍需大型起重船或大型履带吊才能将其吊入封闭水域内实施打捞。以上这两种方案在经济性方面均不具备优势。

因此，结合项目周边可调遣的设备资源，通过技术经济分析，决定采用将模块化浮箱吊入封闭水域内拼组驳船，并建设一个临时码头用于履带吊上驳船组成浮吊实施打捞的方案。这种方案，虽然准备工作比较繁琐，但是实施的总体风险较小，且在经济性方面具有较大优势。

3.1 模块化浮箱

模块化浮箱最早始于军事交通工程保障，用于搭建行军便桥，20世纪60年代开始应用于民用工程，并在近年来得到了越来越广泛的应用，多用于工程施工前期的交通运输和物资装卸载以及突发自然灾害地区的抢险救灾[6-7]。

本次打捞工作采用的模块化浮箱共2种尺寸：其中40英尺浮箱（图1）长12.2 m、重约15 t；20英尺浮箱相当于半个40英尺浮箱，长6.1 m、重约8.2 t，宽度均为3.05 m。共15块40英尺浮箱和6块20英尺浮箱组成的驳船型长36.6 m、型宽18.3 m、型深2.2 m、空载吃水0.4 m，此外船艉处还装配有2根25 m长的支腿（图2）。

图1 40英尺模块化浮箱Fig.1 40’modular pontoon

图2 驳船组成平面图Fig.2 Formation layout of pontoon barge

浮箱间通过锁扣“舷缘横竖销交叉式”的刚性连接固定成一个整体，将抗拉、抗压和抗剪的功能合于一体，见图3。

3.2 浮吊组成

驳船上的起重设备采用400 t履带吊，在吊臂长36 m、吊距16 m的情况下，全回转起重能力可达60 t、固定起重能力可达90 t。经计算，由模块化浮箱驳船与履带吊组成的浮吊在空载状态下最小干舷高度为65 cm、最大倾角为0.8°；起重状态下最小干舷高度为30 cm、最大倾角为1.6°，并按规范校核，满足船舶的稳性要求。

图3 浮箱间的锁扣连接固定方式Fig.3 Locking system between pontoons

3.3 临时码头设计与施工

临时码头选址在滑坡区域附近砂基稳定的位置，用于履带吊上下驳船及沉物打捞后的卸货堆存。临时码头结构采用无锚板桩式[8-9]，便于施工与拆除。临时码头前沿线长20 m，前沿开挖后底标高为-1.2 m，可满足浮吊在起重状态下靠泊的吃水要求。前沿线板桩后方施打2列共6根支撑桩，并与前沿线的板桩通过顶梁焊接形成整体。

临时码头前沿线及翼墙采用AZ26的钢板桩，桩长9.2 m、顶标高为+1.2 m；支撑桩采用φ914 mm的钢管桩，桩长12 m、顶标高为+0.8 m；顶梁采用双拼HEB400型工字钢，焊缝按11 mm控制。经计算，临时码头最大弯矩为-104.4 kN·m、最大剪力为45.9 kN、最大位移为34.2 mm，满足码头结构稳定要求。

临时码头的钢板桩及钢管桩均采用液压振动锤直接振沉，沉桩过程中采用简易的型钢焊接作为导向架。

4 打捞准备

4.1 沉物测量探摸

通过对沉物区域进行多波束测量，基本确定了沉物位置，再由潜水员探摸沉物的水下姿态，并以此制定具体的打捞顺序及实施细节。

4.2 浮吊组装

首先将浮箱逐个吊入打捞区域内进行拼装，完成后由拖轮将其拖靠至临时码头并安装附属设施。履带吊通过搭设的跳板驶上驳船并将履带梁与甲板刚性固定，完成浮吊船的组装，见图4。

图4 浮吊船组装完成Fig.4 Completed assembly of crane barge

5 打捞实施

5.1 水下清砂

由于砂体发生坍塌滑坡时，沉物斜向落水，因此沉物在水下通常呈部分被砂覆盖、部分露出砂面的姿态。例如沉物中的施工材料钢板桩，长约25 m，若直接通过起重将其抬出砂面，极有可能造成钢板桩弯曲。因此，首先使用抽沙泵定点清砂后，再进行潜水确认，直至钢板桩整体都露出砂面，才开始实施打捞。

5.2 集油处理

对于需要进行液压油管切割的沉物，例如沉物中的液压振动锤及其配电柜，其连接的油管长达40 m，水下切割前需在水面设置围油栏，切割时采用集油器及时收集泄漏的液压油，并用吸油棉堵住油管切口。

5.3 沉物切割

沉物中履带吊的吊臂较长，水下拆卸操作不便，因此需要进行切割。综合考虑打捞水深及切割工作量等因素，需要将履带吊吊臂抬出水面后由施工人员在临水面切割。

5.4 起吊打捞

由于总体打捞方案是采用整体打捞尽可能减少水下切割，因此用链条作为吊具，并采用四点或捆绑式起吊。沉物中螺旋钻机的重心较高，因此在打捞过程中需缓慢起吊，并由潜水员不断调整，确保起吊的稳定。

6 打捞效果

本次打捞工作在不到30个工作日内完成了所有沉物的打捞，包括履带吊、螺旋钻机等大中型施工设备4台套和钢板桩等共计约120 t施工材料，以及相关船机设备的调遣与撤场、临时码头的搭建与拆除，未对工程后续的施工进度造成较大的影响。

7 结语

1）模块化浮箱具有连接可靠、拼组简便和承载力大等优点，可以有效地解决在封闭水域实施沉物打捞所面临的打捞设备组织困难的问题，具有推广借鉴价值；

2）起重打捞法作为目前最主流的打捞技术，具有快速、强力、可靠的优点，适用于各类的海上抢险救捞工作；

3）无锚板桩式临时码头具有结构简单、施工便捷、适用性强、安全经济等优点，可以为模块化浮箱起重驳船的装卸以及施工辅助设施的临时堆放提供可靠的保证；

4）在水库区、围堰区等封闭水域内的施工中，模块化浮箱的应用已经展示了较好的经济性和实用性，随着其安全性、耐久性以及耐波性的进一步提升，将得到更加广泛的应用。