改造水囊進(jìn)行沉船拖帶的方法綜述

王煒 張超 中交廣州航道局有限公司

1.研究背景

隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的發(fā)展和中國(guó)“一帶一路”倡議的推進(jìn)，我國(guó)越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始“走出國(guó)門(mén)”，參與到各行各業(yè)的國(guó)際業(yè)務(wù)中，港口承建便是其中之一，非洲港口的承建在我國(guó)企業(yè)承建的國(guó)際港口業(yè)務(wù)中占有很大比例。

在建設(shè)非洲區(qū)域內(nèi)的港口時(shí)，由于非洲區(qū)域內(nèi)大部分國(guó)家的發(fā)展程度較低，這些國(guó)家的政府部門(mén)目前對(duì)于社會(huì)的管理還不是很到位，同樣對(duì)于船舶的管理也不是很到位，導(dǎo)致一些鋼結(jié)構(gòu)的漁船沉沒(méi)在航道內(nèi)，嚴(yán)重影響船舶的安全航行。

文章以加納特碼新集裝箱碼頭工程項(xiàng)目為例，介紹如何利用水囊、空氣壓縮機(jī)、水下焊機(jī)及拖輪等材料設(shè)備將沉船浮起并拖出施工區(qū)，保證施工安全碼頭建好后能正常運(yùn)營(yíng)。

2.工程概況

加納特碼新集裝箱碼頭工程位于非洲幾內(nèi)亞灣北部加納港口城市特碼（Tema）市，在特碼老港的西側(cè)。在該海域經(jīng)常有大量的漁船拋錨，甚至一些漁船因?yàn)樵O(shè)備老舊、沒(méi)有使用的價(jià)值，處理需要花費(fèi)不小的費(fèi)用，因此被船東遺棄，這些漁船隨著年久失修加上長(zhǎng)年海水海風(fēng)的腐蝕，漁船逐漸銹蝕進(jìn)水并發(fā)生沉沒(méi)。港口施工期間使用多波束對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行掃海時(shí)發(fā)現(xiàn)有船形狀的淺點(diǎn)，接著讓潛水員對(duì)該處淺點(diǎn)進(jìn)行了水下探摸，得知為一漁船，長(zhǎng)度在60m左右，重量約為200～300t，沉船頂部水深-10m，所在位置的航道設(shè)計(jì)通航水深-18.7m，沉船的沉沒(méi)時(shí)間已較為久遠(yuǎn)，船體已被銹蝕，而且沉船內(nèi)部已淤積了一定量的淤泥，加之附近海域的風(fēng)浪條件為典型的大西洋海況，風(fēng)浪涌浪較大，這些不利因素加大了沉船拖帶難度。

3.方法介紹

目前打撈鋼質(zhì)沉船的方法主要有：封艙抽水打撈、封艙充氣抽水打撈、壓氣排水打撈、船舶抬撬打撈、浮筒抬浮打撈、泡沫塑料打撈、浮吊打撈等。這些打撈方法可以單獨(dú)使用，也可以聯(lián)合起來(lái)使用。根據(jù)潛水員探摸的得到的情況，船體腐蝕較為嚴(yán)重，無(wú)法形成密閉的環(huán)境，封艙抽水打撈、壓力排水打撈等打撈方法不適用。另外，因?yàn)楣こ趟诘姆侵迖?guó)家物資匱乏，這些方法所需要到的設(shè)備在該國(guó)都沒(méi)有，需要從國(guó)外進(jìn)口，這將增加不少的工程成本。因本工程只需將沉船拖出影響航道施工及船舶航行安全范圍即可，所以如何把船舶吊重實(shí)驗(yàn)用的水囊改造成氣囊，利用氣囊在水下產(chǎn)生浮力將沉船浮起然后使用拖輪拖出施工區(qū)，并以較低的成本完成施工，這是一個(gè)值得研究的課題。

4.施工準(zhǔn)備及步驟

4.1 使用設(shè)備及材料

將船舶吊重實(shí)驗(yàn)用水囊改造成的氣囊；空氣壓縮機(jī)，為氣囊充氣；發(fā)電機(jī)，為空氣壓縮機(jī)提供電能；氧氣瓶，為潛水員提供氧氣；焊機(jī)，對(duì)沉船進(jìn)行切割（由于水囊數(shù)量有限，經(jīng)過(guò)計(jì)算，水囊產(chǎn)生的浮力不足以使沉船整體浮起，需要將沉船切割）；交通船，水上交通及作業(yè)時(shí)使用；拖輪，拖帶沉船使用；潛水泵，抽沉船內(nèi)淤泥使用；潛水設(shè)備、卸扣若干；錨標(biāo)一個(gè)，纜繩、水下焊條若干。

4.2 施工步驟

（1）改造水囊：為了便于安裝及充氣，將水囊進(jìn)行了改造，使其滿(mǎn)足施工的需求。

（2）標(biāo)記沉船位置：因?yàn)楹Ｉ蠠o(wú)固定參照物，為方便施工，需要對(duì)沉船的位置進(jìn)行標(biāo)記。具體步驟是根據(jù)掃海測(cè)得的沉船坐標(biāo)，然后使用RTK定位出沉船具體方位，并用錨標(biāo)做好標(biāo)記。

（3）清理淤泥：為減輕沉船重量以及方便切割，使用潛水泵并配合潛水員將沉船內(nèi)部和沉船邊上的淤泥抽走。

（4）檢查殘油：為避免切割時(shí)發(fā)生危險(xiǎn)，同時(shí)避免燃料油泄漏對(duì)環(huán)境造成污染，需要對(duì)沉船油艙及各油管管路進(jìn)行檢查，在確認(rèn)該沉船的油艙無(wú)殘留的燃料油和油管中沒(méi)有存油后便開(kāi)始下一步的施工。

（5）水下切割：在經(jīng)過(guò)檢查確認(rèn)沉船油艙內(nèi)無(wú)殘油后，潛水員便根據(jù)計(jì)算好的長(zhǎng)度對(duì)沉船進(jìn)行水下切割，使用到的設(shè)備材料為焊機(jī)和水下焊條。

（6）船體打孔：為了將氣囊與沉船連上，使氣囊產(chǎn)生的浮力作用與沉船，潛水員在完成船體切割后便在腐蝕程度較小，能夠承受較大拉力的船體處打孔，并且要能穿進(jìn)卸扣。

（7）安裝氣囊：使用卸扣將氣囊連接上與上一步完成船舶孔洞中。因?yàn)槲闯錃獾臍饽乙簿哂幸欢ǖ牡母×Γ虼丝梢韵葘⑿犊垩b上氣囊，利用卸扣的重力將氣囊沉下水。

（8）氣囊加壓：待氣囊全部安裝就位后就使用空氣壓縮機(jī)對(duì)氣囊進(jìn)行加壓，加壓時(shí)拖輪需要在距離沉船兩百米的位置待命，以避免氣囊在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的浮力大于沉船的重量然后浮起，但無(wú)牽制力，氣囊因而受風(fēng)浪影響帶著沉船發(fā)生不受控制的漂浮，導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，同時(shí)拖輪待命在一定的距離處不至于影響水下施工。加壓的同時(shí)潛水員需要不時(shí)下水觀察氣囊充氣情況，待沉船快要浮起時(shí)潛水員就將拖帶纜繩系上沉船，避免過(guò)早系上影響施工及發(fā)生危險(xiǎn)。

（9）沉船拖帶：待沉船浮起后拖輪立即將浮起的沉船拖至指定的位置下沉，該位置為預(yù)先在拖輪導(dǎo)航設(shè)備上標(biāo)記好的位置。在拖帶的過(guò)程中拖輪的航行速度不宜過(guò)快，最好是控制在2～3節(jié)，避免航速過(guò)快使海水對(duì)氣囊產(chǎn)生較大的阻力導(dǎo)致氣囊破壞。

（10）泄壓：在沉船拖至指定位置后，潛水員下水將氣囊泄壓，泄壓的速度不宜過(guò)快，待沉船下沉至海床后將沉船上的氣囊卸下，安裝至切割好的下一塊沉船上。

如此往復(fù)操作，將全部沉船拖至指定區(qū)域。

4.3 安全注意事項(xiàng)

（1）所有潛水員必須持有在有效期內(nèi)的合格證件；潛水員施工前要確保身體狀況良好，沒(méi)有生病，同時(shí)沒(méi)有飲用過(guò)酒精類(lèi)飲品；潛水設(shè)備必須是合格的能正常使用的。

（2）提前知悉天氣預(yù)報(bào)以及要時(shí)刻關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)天氣，如果天氣情況較差需停止施工。

（3）現(xiàn)場(chǎng)配備專(zhuān)人配合潛水員施工，并確保施工過(guò)程沒(méi)有無(wú)關(guān)船舶進(jìn)入施工區(qū)。

（4）拖輪及交通船工作時(shí)要確保與潛水員有足夠的安全距離。

（5）拖輪拖帶過(guò)程中人員不宜距離太近，避免纜繩斷裂造成安全事故。

潛水施工屬于高危工作，稍有松懈便會(huì)發(fā)生事故，而且大部分事故的發(fā)生往往是人的因素，因此需要特別加強(qiáng)安全意識(shí)和隱患排查，在潛水施工前要做好充分準(zhǔn)備以及過(guò)程中要時(shí)刻保持高度警惕。

5.改進(jìn)思路

在加壓過(guò)程中有氣囊因?yàn)閴毫^(guò)大，同時(shí)難以使氣囊的產(chǎn)生的浮力剛好使沉船懸浮于水中，因此一旦氣囊產(chǎn)生的總浮力大于沉船的重量就會(huì)立即浮到水面，浮上水面的氣囊由于沒(méi)有了水的壓力，而且在水下有的氣囊施加的壓力已經(jīng)大過(guò)氣囊在空氣中能夠承受的壓力，因此浮上水面后氣囊就會(huì)發(fā)生破壞。

根據(jù)克拉伯龍方程PV=nRT（其中P表示壓強(qiáng)、V表示氣體體積、n表示物質(zhì)的量、T表示絕對(duì)溫度、R表示氣體常數(shù)）得知，如果氣囊外部壓強(qiáng)增大到一定程度，氣囊體積就會(huì)縮小，相當(dāng)于氣囊內(nèi)部分的壓力會(huì)與外界壓力抵消掉，因此氣囊在水下的所能承受的壓力會(huì)隨著水深的加大而增加，那么如果在一定水深的位置給氣囊加壓至一定強(qiáng)度，當(dāng)氣囊浮上水面甚至是水深減小到一定程度時(shí)，氣囊外部壓力減小，此時(shí)氣囊本身所承受的壓力變大，如果承受的壓力超出氣囊所能承受的范圍，就會(huì)造成氣囊的爆裂。

所以下一步將研究在氣囊在拖移或打撈沉船的施工中如何把氣囊的浮力最大限度發(fā)揮出來(lái)的同時(shí)而沒(méi)有爆裂。例如可在氣囊上加裝壓力表，并對(duì)氣囊做承壓實(shí)驗(yàn)，了解氣囊所能承受的最大壓力，這樣可以在水下加壓時(shí)控制壓力強(qiáng)度，保證氣囊在浮上水面后仍然能夠完好無(wú)損。

6.結(jié)語(yǔ)

沉船對(duì)于疏浚施工及船舶航行安全的影響不言而喻，本工程中，在設(shè)備資源有限的情況下積極開(kāi)拓了思維，開(kāi)拓性地將船舶吊重實(shí)驗(yàn)用的水囊進(jìn)行改造并應(yīng)用到沉船處理中，在充分利用資源完成目標(biāo)的同時(shí)節(jié)約了成本。