“世越號”打撈用橡膠浮筒水下安裝方法

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(交通運輸部上海打撈局，上海 200090)

在沉船打撈過程中，浮力的利用對于沉船起浮至關(guān)重要[1- 4]。浮力的產(chǎn)生既可以利用沉船自身的艙室排水來產(chǎn)生內(nèi)浮力，也可以使用外部浮體來產(chǎn)生外部浮力。內(nèi)浮力主要是通過封艙或者直接向沉船未破損艙室中進行充氣或者抽水的方法產(chǎn)生，如果沉船內(nèi)部艙室由于破損太嚴(yán)重?zé)o法產(chǎn)生內(nèi)浮力，則需要考慮使用其他浮體來提供外部浮力[5]。外部浮力的主要提供方式包括使用鋼制浮筒、橡膠浮筒以及內(nèi)置浮體?，F(xiàn)有的鋼制浮筒按照所提供外浮力規(guī)格，分別為2 500、5 000、8 000以及12 000 kN等，使用方法也多有研究[6- 8]。橡膠浮筒根據(jù)需要可以制成不同規(guī)格，內(nèi)置浮體主要包括內(nèi)置氣囊及其他浮性材料[9]。在“世越號”打撈工程中，根據(jù)艙室的浮力測試情況，決定在船艏起吊階段同時采用鋼制浮筒、內(nèi)置氣囊及外置橡膠浮筒在沉船船艏起吊過程中為沉船提供外浮力，見圖1。鋼制浮筒、內(nèi)置氣囊及外置橡膠浮筒的安裝方法及使用方法各有區(qū)別，結(jié)合“世越號”船艏起吊階段的施工情況，主要對橡膠浮筒的安裝和使用方法進行總結(jié)。

圖1 橡膠浮筒及內(nèi)置氣囊安裝位置示意

1 橡膠浮筒簡介

1.1 工作原理

“世越號打撈工程”中所使用的橡膠浮筒是用掛膠簾子布做骨架材料制成的橡膠密閉容器，充入高壓氣體后形成具有高承載能力的彈性體。放置于水下的橡膠浮筒在內(nèi)充壓縮空氣后，通過排開一定的體積水產(chǎn)生浮力，對連接其上的物體起到助浮的作用。

1.2 浮筒結(jié)構(gòu)

橡膠浮筒2端都設(shè)置了充氣嘴，其外形見圖2及圖3。筒體1為整體纏繞的簾子布層3和外層膠片2的硫化成型。2端的氣嘴4包含有氣嘴體61、護腕63和緊固螺母62。

圖2 橡膠浮筒整體結(jié)構(gòu)示意

圖3 橡膠浮筒氣嘴結(jié)構(gòu)示意

1.3 主要參數(shù)

本次沉船抬吊過程中，所使用的橡膠浮筒主要包括直徑3.5 m、總長23 m和直徑3.5 m、總長17 m兩種規(guī)格。其中23 m規(guī)格的橡膠浮筒有效長度為20.1 m，總長度為22.6 m，理論排水量為214.3 t。17 m規(guī)格的橡膠浮筒有效長度16.9 m，總長度為19.7 m，理論排水量為186.7 t。兩種規(guī)格的橡膠浮筒均配備有彈簧式安全閥，安全閥的工作壓力為0.09 MPa。

1.4 浮力計算

本次打撈工程中根據(jù)沉船船體結(jié)構(gòu)以及橡膠浮筒尺寸，總計配置7只橡膠浮筒，其中5只橡膠浮筒與沉船船體相連，2只橡膠浮筒與鋼制打撈浮筒相連，具體布置位置如圖4所示。

根據(jù)橡膠浮筒尺寸及布置位置，在船艏起吊階段橡膠浮筒的浮力配置計算如表1所示。其中根據(jù)橡膠浮筒的結(jié)構(gòu)型式，23 m規(guī)格的橡膠浮筒氣體充滿狀態(tài)下的工作排水量按照200 t計算，由于5只23 m規(guī)格的橡膠浮筒均配置在沉船右舷舷側(cè)，因此充氣條件較好，充氣百分比按照100%計算。17 m規(guī)格的橡膠浮筒氣體充滿狀態(tài)下的工作排水量按照165 t計算，由于2只17 m規(guī)格的橡膠浮筒均配置在鋼制打撈浮筒上，充氣狀態(tài)受鋼制浮筒的浮態(tài)影響較大，因此這兩只橡膠浮筒的充氣百分比按照75%計算。根據(jù)計算，7只橡膠浮筒按照設(shè)計位置進行安裝和充氣后，能夠提供總計12 790 kN的浮力，所提供的縱向翻轉(zhuǎn)力矩為988 010 kN·m，橫向翻轉(zhuǎn)力矩為178 800 kN·m，是船艏起吊作業(yè)中外浮力建立的重要組成部分。

2 橡膠浮筒安裝方法

2.1 橡膠浮筒充氣組件安裝

由于制造和運輸?shù)脑颍鹉z浮筒在出廠后，經(jīng)過折疊捆扎包裝，并且充氣組件并未安裝，在運輸至現(xiàn)場后，需要組裝充氣組件。充氣組件的結(jié)構(gòu)如圖5所示，該充氣組件主要包括3個閥件(安全閥、球閥及止回閥)、閥體、保護罩以及充氣法蘭。各部分在圖中已經(jīng)明確標(biāo)示出。止回閥主要用于充氣，同時可防止充氣過程中因充氣管泄露或破裂而引起氣體外泄，球閥可用于充放氣，安全閥保證浮筒內(nèi)氣體高于設(shè)定壓力后氣體能排出，從而保證浮筒的使用安全。

表1 橡膠浮筒浮力配置計算

圖4 橡膠浮筒布置示意

圖5 充氣組件組成結(jié)構(gòu)示意

橡膠浮筒整包運輸至船上后，需要使用甲板機械及吊機，將橡膠浮筒拆包展開，以便于安裝充氣組件，見圖6所示。工程人員按照充氣組件安裝說明，依次將壓盤、閥體、閥件、保護罩等安裝至橡膠浮筒兩側(cè)，用于后期橡膠浮筒的充氣。

圖6 展開橡膠浮筒

2.2 橡膠浮筒甲板充氣測試及整理

橡膠浮筒安裝好充氣組件后，需要進行甲板充氣測試。充氣測試需要將橡膠浮筒充氣至完全飽滿狀態(tài)，以便檢查充氣組件安裝的效果，同時也可以對橡膠外部的網(wǎng)套進行調(diào)整。工程人員將橡膠浮筒一端的閥門關(guān)閉，另一端的止回閥連接充氣管進行充氣。安全閥的工作壓力為0.09 MPa，為保障充氣測試中的作業(yè)安全，當(dāng)橡膠浮筒的內(nèi)壓升高至0.05 MPa后，即停止充氣，并檢查充氣組件及浮筒外表面是否存在因充氣組件安裝不正確或者浮筒外表面破損而引起的泄漏點。如果沒有發(fā)現(xiàn)泄漏點，則對橡膠浮筒外部的網(wǎng)套進行調(diào)整和加固，見圖7所示。

圖7 加固橡膠浮筒網(wǎng)套

完成充氣檢查工作后，工程人員對橡膠浮筒進行放氣，并使用真空泵將橡膠浮筒中殘余的空氣抽出，以減少橡膠浮筒吊放入水后的浮力。橡膠浮筒抽真空后，使用甲板機械將橡膠浮筒沿長邊方向進行折疊并使用尼龍繩進行捆扎。至此，橡膠浮筒已具備下水連接安裝的條件，等待合適的作業(yè)窗口，即可將其吊放下水進行連接安裝并充氣。

2.3 橡膠浮筒水下連接

在合適的安裝窗口到來時，可將橡膠浮筒吊放入水，進行水下連接。橡膠浮筒的水下固定點為提前固定在沉船右舷強肋位上的橡膠浮筒系固鋼絲，見圖8所示。

圖8 橡膠浮筒系固鋼絲

這些系固鋼絲按照如圖9所示的方式，由潛水員按照設(shè)計位置進行連接。每只橡膠浮筒根據(jù)規(guī)格配備一定數(shù)量的系固鋼絲，其中23 m規(guī)格的橡膠浮筒配備6根系固鋼絲，17 m規(guī)格的橡膠浮筒配備5根系固鋼絲。

橡膠浮筒吊放入水前，將一根充氣管線提前連接至橡膠浮筒靠近船舷端，檢查確認(rèn)橡膠浮筒兩端止回閥以及球閥狀態(tài)，檢查確認(rèn)吊裝綁扎繩數(shù)量及位置。在完成上述檢查工作后，即可將橡膠浮筒吊放至作業(yè)船舷外，待流速減小至0.6 m/s左右時，將橡膠浮筒緩慢下放至預(yù)定安裝位置附近；待流速下降至0.5 m/s左右時，兩名潛水員入水，從橡膠浮筒兩側(cè)同時開始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，潛水員連接另外一根充氣管線至橡膠浮筒的遠(yuǎn)離船舷端。至此，橡膠浮筒的水下連接工作已經(jīng)全部完成，具備了水下充氣條件。

圖9 橡膠浮筒系固鋼絲連接方式

2.4 橡膠浮筒水下充氣

當(dāng)橡膠浮筒的系固鋼絲以及兩根充氣管線均連接到位后，即可開始橡膠浮筒的充氣工作。充氣工作開始前，割除吊梁中部與橡膠浮筒連接的綁扎繩，連接吊梁與橡膠浮筒兩端的綁扎繩暫時不割。中部綁扎繩割除完畢后，提升吊梁，將橡膠浮筒的兩端拎高。橡膠浮筒兩端拎高后，兩側(cè)充氣管同時充入少量的氣體，通過連接在充氣管端部的測深管，測得兩側(cè)充氣組件的深度。

如果兩側(cè)充氣組件深度相差不大，通過兩側(cè)的充氣管線，繼續(xù)向橡膠浮筒內(nèi)部充氣，當(dāng)充氣組件的深度基本穩(wěn)定后，即可割除連接在橡膠浮筒兩端的綁扎繩，回收吊梁。

如果兩側(cè)充氣組件深度相差較大，則表示橡膠浮筒在水下的浮態(tài)不正常，需要立即停止充氣，并將已充入的氣體通過充氣管線排出，同時通過吊梁調(diào)節(jié)兩端充氣組件的相對深度。調(diào)節(jié)完畢后，繼續(xù)進行橡膠浮筒的充氣工作。

吊梁回收出水后，繼續(xù)進行橡膠浮筒的充氣工作，根據(jù)連接至橡膠浮筒兩端的測深管，實時監(jiān)控橡膠浮筒的浮態(tài)。如果兩端深度相差不大，則兩端同時充氣；如果兩端深度相差較大，則向深度較大的那一端充氣，使兩端深度接近。

通過測深管測得橡膠浮筒的深度，與充氣作業(yè)時水深以及橡膠浮筒安裝位置的水深進行比較，即可計算出橡膠浮筒內(nèi)部的氣體壓強。當(dāng)橡膠浮筒內(nèi)部氣體壓強接近安全閥工作壓力時，停止對橡膠浮筒進行充氣，潛水員入水，對橡膠浮筒姿態(tài)及標(biāo)志點深度進行測量，并回收充氣管線，橡膠浮筒充氣工作完成。

3 結(jié)論

1)橡膠浮筒安裝前的折疊方式對于安裝成功與否影響較大。橡膠浮筒屬于硬質(zhì)橡膠，在水下經(jīng)過多次折疊之后不容易展開。為此，在橡膠浮筒下水前，需要將橡膠浮筒沿長邊正面兩側(cè)向中心翻折一次后，再沿長邊反面兩側(cè)向中心翻折一次，將橡膠浮筒折成長條狀。通過這種折疊方式，既可保證橡膠浮筒在下放過程中，能夠順利吊放到位而不至于受到水流的影響，同時也可保證橡膠浮筒能夠在水下通過充氣順利展開。

2)橡膠浮筒的網(wǎng)套及吊帶的設(shè)計和配置形式是保障橡膠浮筒水下浮態(tài)及使用安全的重要手段。在設(shè)計網(wǎng)套和吊帶時，應(yīng)該考慮到水下充氣過程中浮筒有可能存在一端先漂浮，而另一端未漂浮的狀態(tài)。這種狀態(tài)要求網(wǎng)套的網(wǎng)眼要足夠細(xì)密，以防止橡膠浮筒在未充滿氣且傾斜的狀態(tài)下從網(wǎng)眼中竄出。同時，吊帶的設(shè)計上也要考慮到這種不均衡的狀態(tài)時，吊帶局部受力過大而可能斷裂，因而吊帶應(yīng)具備較大的安全系數(shù)，以應(yīng)對這種受力不均衡的狀態(tài)。

3)橡膠浮筒水下充氣應(yīng)盡量保證橡膠浮筒兩端深度接近，避免出現(xiàn)兩端深度差過大。通過使用吊梁，將橡膠浮筒兩端提前拎高，再進行充氣。這樣氣體先在橡膠浮筒的兩端蓄積，然后隨著充氣量的加大，慢慢向橡膠浮筒中部蓄積。按照這種充氣方式，如果浮筒的浮態(tài)不理想，可以通過放氣的方式進行調(diào)節(jié)。

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