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沉船打撈方法綜述

發布者:孫樹民,李悅 發布時間:2016/9/23 5:27:01 閱讀:次 【字體:

 鋼質沉船打撈方法綜述

孫樹民 李 悅

(華南理工大學交通學院)

摘 要:綜述了目前鋼質沉船打撈的常用方法,并對其主要特點及適用范圍作了介紹。

關鍵詞:沉船打撈 水下施工

目前打撈鋼質沉船的方法主要有: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使用,也可以聯合起來使用。

一 封艙抽水打撈法

封艙抽水打撈是應用最早、使用最廣泛的一種打撈沉船的方法,目前仍是打撈淺水中沉船的有效方法。另外,用抬撬等方法抬浮沉船,有的要擱淺,擱淺后如艙口或舷窗仍在水下,也要采用封艙抽水才能起浮。在某些地區或時期,因為沒有打撈浮筒等專用打撈設備,亦廣泛采用封艙抽水打撈法,因為這種打撈方法只需抽水泵等簡單工具,封補用的材料如木板、木枋、絨布、棉胎、水泥等易于籌集,而且操作人員只需具備封補知識,所以第二次世界大戰期間和戰后,中國、美國和原蘇聯等國大多采用本方法。

采用封艙抽水打撈法,船的銹蝕不能太嚴重,否則船體強度不夠,不能承受封艙抽水后的水壓。封艙抽水一般應封補浮力大又易封補的大艙,如果機艙頂部出水,機艙棚又能抵抗水壓,有時將其封補。有些貨船大艙抽水后的浮力足以起浮沉船,往往不考慮封補機艙。前尖艙、后尖艙和深油柜等艙柜,雖然封補的工作量不大,但因其浮力有限而且要布置抽水管、透氣管、抽水泵,不便于施工,一般不封補。

封艙分為密封式和沉井式兩種:

1 密封式封艙

密封式封艙是封艙的主要方法,它是用厚木板或木枋將艙口、門窗、通道或破洞等進行封補,封補時木材與木材并接處和木材與艙口、門窗等結合處,須用絨布包舊棉胎作為防漏墊料,出于棉胎、絨布在海水中浸泡時間較長時易于腐爛,也可用化纖絨布、毛毯、晴綸棉胎、閉孔型泡沫塑料等做封補材料。

對于風斗等通風口,一般用木板做封底,并用彎鉤螺栓鉤住封艙底板,然后澆混凝土于風斗中。混凝土中可加促凝劑,以便在一二天內有較大強度,如時間允許,盡可能在三天后等混凝土達到較高強度時再抽水。用混凝土澆堵風斗筒、通風口,比用木板加絨布、棉胎封補簡單,且水密性、強度等都比較好。

如果是數米長的大破洞,可用鋼板加扶強材封補,其方法是:先按洞形繪制樣板,開好螺孔,封板邊緣用水下粘結劑粘上防漏墊料(泡沫橡膠條或泡沫塑料條),然后吊到破洞口由潛水員安裝。

密封式封艙法要設透氣管并接到水面上,以便抽水時艙內有空氣補充。為了觀察艙內水位,可以接氣壓式水面計。

2 沉井式封艙

沉井式封艙也稱沉箱封艙,一般適用于沉船甲板在水面以下1m左右,否則工程量比密封式封艙要大。筑沉井的方法是:先在水面上建一井圈,井圈一般用木板橫向排列,其尺寸應使其能剛好套于艙口外。井圈下部加壓鐵,底部用棉胎、絨布或閉孔泡沫塑料等制成軟墊,以便于甲板水密。做好的井圈在潛水員協助下套入艙口,用彎鉤螺栓將其旋牢于艙口上,螺栓上部有橫擋木擱于井圈上面。

二 封艙充氣抽水打撈法

沉船甲板與水面的距離若超過2m,用前述的透氣管來封艙抽水,沉船的甲板可能因抵抗不住水壓力而被壓塌。如在艙內加撐柱,則可能因撐柱太多而無法施工。這時可向艙內充壓縮空氣,以增加甲板下的壓力,然后再抽水,這種抽水起浮沉船的方法,稱為封艙充氣抽水打撈法。

充氣抽水操作并不復雜,但需要有豐富經驗,不然容易發生事故。如果充氣不足就開始抽水,會把沉船甲板抽塌;但如果充氣太多,艙內壓力迅速增加而超過艙外壓力,會把封艙板上封補的墊料吹開,導致船艙漏水。

三 壓氣排水打撈法

壓氣排水打撈法是將壓縮空氣壓入船艙柜,排除艙柜內的水產生浮力起浮沉船,該方法適宜于打撈翻沉海底的油輪。如果沉船氣密性好且有縱隔艙,易于控制橫穩性,可不封艙或基本上不封艙,也不用抬船千斤(船底大鋼纜)和打撈浮筒,只需先把充氣管塞入艙內充氣,即可浮船。如果沉船的機艙等后部艙柜受損,難于在機艙中積儲空氣且沉船重量大,則要加諸如打撈浮筒抬尾部;如果海底是淤泥或流沙,煙囪、上層建筑等深埋入泥中,風浪大,水又深,很難(甚至不可能)在機艙下穿引船底千斤,則可以考慮用閉孔型泡沫塑料等浮材充填于機艙內,以補充充氣時船后部浮力不足。

采用壓氣排水打撈法要注意船的穩性,油輪因有一道或二道縱隔壁,把其分成左右艙或左中右艙,穩性較好。其它貨輪的大艙通常不分隔為左右,故自由液面的慣性矩大,穩性極差,必須采用浮筒或船舶協助扶正,以克服穩性不足。

四 船舶抬撬打撈法

船舶抬撬打撈也稱駁船抬撬打撈,是用工程船或駁船的抬浮力把沉船抬浮出水或抬移到其它地方,也可用于擱淺或觸礁船舶的救助。

駁船抬撬打撈要注意以下幾點:

(1)盡可能在慢流中起浮,并計算多少流速才能控制起浮,以免措手不及,發生意外。

(2)宜在最低潮前使沉船離底。沉船剛離底時,減輕了沉船壓在海底上的壓力,會有氣泡從船底溢到水面,打撈沉船應避免使用最低潮收緊滑車、漲潮沉船自浮的方法,因為往往由于意外原因船抬不動,潮水又在漲,滑車受力過大,絞車無法松纜,從而發生嚴重事故。

(3)船舶抬撬配備的儲備浮力,應為打撈重量的20% ~40%,實際應配備的儲備浮力視具體情況而定。

船舶抬撬打撈比較容易籌集打撈材料和工具,適用于內河、風浪較小的海灣、氣象條件好的沿岸和近海區域。在過去很長時間,國內外曾用本方法撈起大量沉船,有的國家在打撈浮筒推廣以前,曾用雙體式打撈船抬浮海中失事的潛艇或小型軍艦。隨著打撈浮筒的普遍使用,沿海打撈已極少使用本方法,但在內河、海邊、海灣內等淺水區或風浪小的地區,本方法仍不失為可考慮的方法之一。

按不同的打撈形式,船舶抬撬打撈法可分為單邊抬打撈、頂抬打撈、頂吊打撈、掮抬打撈、馱抬打撈、大梁式打撈幾種:

1 單邊抬打撈法

單邊抬打撈也稱夾抬、短撬,是船舶抬撬中使用較為廣泛的一種方法。用一對或數對工程船(或駁船)并行對稱排列在沉船兩舷的水面上,把沉船夾在中間,然后分別在沉船的一舷用滑車連接沉船的千斤(大鋼纜)或沉船上的吊攀(有些船廠制造潛水艇和登陸艇時焊有吊攀),用絞車把沉船抬浮。

2 頂抬打撈法

頂抬打撈是用一對或數對平頭方形工程駁的駁艏頂著沉船兩舷,或在沉船艏艉兩端用工程駁頂抬。絞車與滑車組布置在工程駁甲板上,沉船的船底千斤與滑車組相連,然后用絞車把沉船抬起。用駁艏頂沉船兩舷時,要在工程駁的艉尖艙中加壓載水,以減少縱傾。該方法操作方便,一般工程駁都配備此設備,以應付緊急情況。一艘長30多米、寬9米多的工程駁,最大可頂抬約40t,所以打撈小型沉船用頂抬法較為實用。

3 頂吊打撈法

用頂抬和浮吊提升沉船的方法稱為頂吊打撈法。一般在浮吊(吊桿船)甲板上配備兩組滑車,滑車連接沉船里擋的兩根船底千斤,沉船外擋的兩根船底千斤連接到浮吊的吊鉤上,然后同步收緊滑車和吊鉤,使沉船提升,這樣增加了浮吊提升力,減少了船底千斤對沉船的橫向夾力,如一艘400t浮吊原來只能吊400t,改用頂吊法總吊重可增加到600t

頂吊打撈法一般用單船施工,如單船抬力不夠,也可用兩艘船同時頂吊,但要特別注意安全,應適當降低浮吊允許的頂吊力,以防兩艘浮吊受力不均。打撈小型沉船,可用工程駁上的把桿代替浮吊上人字吊頂吊。

4 掮抬打撈法

掮抬打撈法是用大型工程船或工程駁(一般用2000t)打撈較小沉船的一種方法。工程船在一舷豎立數副吊桿,在每一吊桿處的橫向甲板上布置滑車組,然后泊于沉船一側上方,吊桿上的滑車連接沉船外擋的船底千斤,甲板上的滑車連接沉船里擋的船底千斤,然后用絞車收緊滑車,把沉船抬浮。絞抬以前,一般在工程船的另一舷的邊艙和雙層底內用水壓載,以減少其橫傾度。為了減少工程船與沉船的碰撞,工程船宜稍向沉船一舷橫傾3°左右,實際允許的橫傾度應根據工程船穩性、儲備抬浮力等決定。

5 馱抬打撈法

馱抬打撈又稱駁船馱抬。將工程駁順著沉船方向泊在沉船上方,然后把掛在兩舷的滑車組與穿在沉船底下的船底千斤相連接,接著收緊滑車把沉船抬起。采用本方法先要割除高出沉船甲板較多的桅桿等構件。如要使沉船甲板出水以便抽水浮船,則要利用高潮擱灘,擱灘時最好向淺灘拖絞擱定,然后工程駁立即撤離沉船上方,以免落潮時擱在沉船上發生事故。如果因潮差不足,擱灘后枯潮時沉船甲板尚不能出水,則要用拖絞法把沉船拖絞出水。

如要這樣,宜馱擱在坡度小、底質摩擦力小的灘上。用本方法曾打撈過一些小型船只,因安全性差,加上目前打撈方法較多,故較少采用。

6 大梁式打撈法

大梁打撈又稱過擋撬,一般是用一對工程駁并列布置在沉船上方,每對工程駁之間架起大木枋構成的大橫梁,用角鐵和螺栓夾緊木枋,用后即可卸下。大橫梁由三層組成,下層梁為兩根木枋對接的長梁,其上為兩根單根木枋。每兩根大橫梁構成一組,上擱硬質橫擋木,橫擋木加一包角鐵,以便吊住滑車組中的上滑車。下滑車連接沉船底下已穿引好的船底千斤,然后收緊滑車把沉船抬浮上升。為了減少工程駁向里傾斜和因傾斜而增加大梁的彎矩,可在每艘工程駁的外擋舷外筑壓載平臺,在平臺內可用沙土等做壓載。因大梁在沉船上面,在布置船底千斤和大梁位置時,應留出煙囪等空擋,或出水時割去煙囪等,以便甲板出水。

由于打撈設備的改進,以及大梁式打撈法需較多木枋,目前本方法已很少采用。

五 浮筒抬浮打撈法

利用打撈浮筒的浮力抬浮沉船稱為浮筒抬浮打撈。在20世紀50年代中期,我國開始用打撈浮筒打撈長江口和沿海沉船。

打撈浮筒有硬殼和軟殼兩種:硬殼由鋼板或木材制造,我國制造的都是鋼殼,原蘇聯在第二次世界大戰時制造了一些木殼浮筒,由于木殼浮筒不耐用,已被淘汰。軟式浮筒一般用橡膠加尼龍制成。

我國制造的鋼殼浮筒有800t(指抬浮重量)、500t250t200t100t60t數種。軟式浮筒一般為小型,定型產品有5t10t兩種,用于打撈小型艦艇。第二次世界大戰期間,有的國家曾生產過30t或更大的橡膠浮筒。20世紀70年代初,廣州地區打撈部門曾自制100t200t橡膠打撈浮筒,專供沉船艙內使用,以增加抬浮力。軟式浮筒雖然抬浮力小,但運輸方便,可由飛機、直升飛機等運到急需現場。

軟式浮筒抬浮沉船多數放于沉船兩舷,外罩棕繩或尼龍繩網罩,罩下連接鋼纜圈,纜圈再連接船底千斤,然后充氣上浮。

鋼殼浮筒一般是放于沉船兩舷,把穿引好的船底千斤由潛水員套于浮筒的纜樁上,然后充氣起浮。

浮筒打撈配備的儲備浮力應為打撈重量的20% ~40%

浮筒抬浮打撈法又可分為直接打撈法、逐步打撈法以及折線打撈法:

1 直接打撈法

用浮筒將沉船不停歇抬浮出水的方法稱為直接打撈法。抬浮時一般不采取艏艉同時起浮,因為要同時平行起浮極為困難,且因水流等原因,現場難于掌握和調度。直接打撈法的步驟是:首先將浮筒安放、綁扎妥當,然后一端起浮并浮定,最后全部浮定。沉船一端出水的同時,浮筒也一部分出水,增加了起浮的穩性。

不論何種方式起浮,沉船起浮時最大的允許縱傾角宜在15°以內,沉船處水深超過沉船長度1/3,就有可能使縱傾角大于15°,此時應采取逐步打撈法或折線打撈法。

沉船上浮速度越慢越好,但沉船離開海底后,粘著力消失,浮筒艙內氣體膨脹,產生加速度,上浮速度加快,該速度不應超過3m/s,否則要用控制浮筒減速。

2 逐步打撈法

如果沉船一次上浮縱傾太大,可采取逐步打撈法。逐步打撈是在沉船前、后方要控制浮筒,控制浮筒一出水即停止上浮,這樣就可以使縱傾角控制在規定范圍內,然后在控制浮筒吊浮的情況下拖沉船擱灘,收短控制浮筒千斤,直至能用前述的直接打撈法起浮為止。

逐步打撈法的一般步驟是:(1)起浮前,先安放、綁扎妥浮筒;(2)一端先起浮,控制浮筒先出水,使一端浮定;(3)另一端也浮定,兩端控制浮筒全露出水面;(4)在控制浮筒吊著的情況下擱灘,然后用直接打撈法起浮。

3 折線打撈法

如果沉船處水較深,不宜用浮筒直接一次起浮,又不宜采用逐步打撈,這時可用折線打撈法,所謂折線打撈法,就是使沉船在原地成之字形地折線起浮。折線打撈應根據水深和沉船長度的相對關系,決定控制浮筒設一層或多層。起浮時,首先使沉船兩端最上層的控制浮筒先出水,然后使沉船在原地處半漂浮狀態繼續上升。折線打撈最后起浮階段,在控制浮筒上各系一根拖纜,在沉船上升控制浮筒幾乎失去浮力時,用拖纜拖去控制浮筒,使其免于擱在沉船上或與沉船相互碰撞。在拖航沉船前,必須先將控制浮筒拆除。折線打撈的優點是原地起浮,比逐步打撈法節省時間。缺點是風浪易使上下層控制浮筒相互碰撞,由于水較深,若發生鋼纜斷裂、滑脫或浮筒漏氣、下沉等,后果嚴重。

六 船內充塞浮具及泡沫塑料打撈法

船內充塞浮具打撈,是將橡膠浮筒、柴油桶、木材、竹子、泡沫塊等有浮力的器具或材料放入沉船,利用其浮力抬浮沉船。船內充塞浮具打撈法一般用于所需抬浮力不大的小型船舶,也可以作為其它打撈方法的輔助性浮力。船內充塞泡沫塑料打撈,是利用泡沫塑料比重輕,能排除沉船艙內的水產生浮力使沉船起浮,采用此法要求泡沫塑料是閉孔型,即塑料內的氣泡各自封閉,水難于滲入。

船內充塞泡沫塑料打撈法可分為兩種:

第一種,水下發泡型泡沫塑料打撈(FIS泡沫塑料打撈)。它是將多種化學藥劑注入沉船內,使其發泡而產生泡沫起浮沉船。所用化學藥劑一般屬于氨基甲酸乙酯型,其方法是將化學藥劑各組分別由定量泵輸入水下的噴槍(噴管)處混合,發生化學反應而發泡,在溢出倉口或管口后固化成泡沫體,成塊或整體固定地漂浮于沉船艙內頂部,有的浮到頂部或與艙內結構、機具等接觸后再徹底固化,并凝結成一體。當泡沫與艙內構件凝結成一體時,起浮后的清理工作很費工時。氨基型泡沫塑料的優點是:水下凝結性好,在艙內沒有自由液面,對沉船起浮后的穩性有利,并可減少封補艙口等工作。有的用可發性聚苯乙烯顆粒,由輸送管射入艙內,后用蒸氣加熱,使顆粒發泡而浮在艙內上部產生浮力,但其不如氨基甲酸乙酯型能較牢固地凝結成塊,有時對沉船的穩性不利。

第二種,水上發泡型泡沫塑料打撈,也稱ERS泡沫塑料打撈法,是將可發性泡沫塑料制成顆粒,使用時在工程船上或岸上先把塑料顆粒加熱發泡如同爆米花,然后用射流泵經管道輸送到沉船艙內,也有在車間發泡后鑄成圓球狀,然后再輸送到沉船內,所用材料大多是可發性聚苯乙烯。其優點是沉船在起浮后,較易清艙,泡沫球能反復使用,但保存和運輸麻煩,保管費用高。另外,球體在沉船內自由流動,對沉船的穩性不利,封艙比用FIS方法要求高。

使用發泡型泡沫塑料,必須阻止泡沫花的溢出,且要求封艙后的強度能夠頂住泡沫對封艙處的壓力。

泡沫塑料的比重隨水深而增加,水愈深浮力愈小。目前一般用于打撈諸如觸礁沉沒于礁石上的船只及碼頭邊、防波堤旁等淺水區的沉船。

七 浮吊打撈沉船法

它是用浮吊船直接把沉船吊出水面的方法。與其它打撈方法相比,其優點是速度快、效果好。目前世界各國大起重量浮吊船逐漸增加,隨著海洋的開發,浮吊船吊力還在增加,2000t以上的浮吊船已很多,甚至出現了10000多噸吊重的浮吊船。我國一些大港口和海上救助打撈部門一般有500t浮吊,上海救助打撈局有2500t“大力”號,廣州救助打撈局及渤海石油部門都有900t的旋轉式浮吊。浮吊一般為平行雙主鉤吊鉤,由于其距離較近,在沒有大的平衡力橫梁以前,有時不能發揮其最大吊力。平衡力橫梁較長,吊鉤吊在橫梁上,再由橫梁吊重件,因橫梁長度有限,抬浮力不能在沉船足夠的長度內分布,吊力集中,使沉船承受不了如此巨大的縱向彎矩,因此這種方法只適宜打撈小型沉船。有的浮吊為雙人字架,其受力情況較好。

有些小型艦艇,如小型的潛艇、登陸艇、魚雷艇等,船幫上焊有吊攀,施工時只需在吊攀上套上吊索即可把沉船吊出水面。對于較大沉船或無吊攀的商船,則要在沉船的船底下穿引一定數量的船底千斤。

用多艘浮吊船合吊一艘沉船要慎重,由于浮吊船本身的超負荷力極有限,甚至不允許超負荷,起吊時若有一艘浮吊船的吊船鋼索斷裂或失去吊力,其原吊重突然增加到失去吊力船一側附近的其它浮吊船上,且不能均勻地分配到所有浮吊船上,所以起浮時要使各浮吊船的吊力均勻,同步受力,且要有相當的儲備吊力,儲備吊力大小以能應付當一艘浮吊船失去吊力時其它浮吊船能承受為準。由于浮吊船的穩性一般很差,有的在額定吊力內因回吊力位置的變化使其失去穩性而傾覆;有的港灣作業用浮吊船,空船或錨泊在港灣會因少許風浪而傾覆;有個別浮吊船在港中吊貨,因貨物突然滑動而傾覆。因此,要特別注意浮吊船的穩性,以確保工程施工的安全。

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