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沉船打捞方法综述

发布者:孙树民,李悦 发布时间:2016/9/23 5:27:01 阅读:次 【字体:

 钢质沉船打捞方法综述

孙树民 李 悦

(华南理工大学交通学院)

摘 要:综述了目前钢质沉船打捞的常用方法,并对其主要特点及适用范围作了介绍。

关键词:沉船打捞 水下施工

目前打捞钢质沉船的方法主要有: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。

一 封舱抽水打捞法

封舱抽水打捞是应用最早、使用最广泛的一种打捞沉船的方法,目前仍是打捞浅水中沉船的有效方法。另外,用抬撬等方法抬浮沉船,有的要搁浅,搁浅后如舱口或舷窗仍在水下,也要采用封舱抽水才能起浮。在某些地区或时期,因为没有打捞浮筒等专用打捞设备,亦广泛采用封舱抽水打捞法,因为这种打捞方法只需抽水泵等简单工具,封补用的材料如木板、木枋、绒布、棉胎、水泥等易于筹集,而且操作人员只需具备封补知识,所以第二次世界大战期间和战后,中国、美国和原苏联等国大多采用本方法。

采用封舱抽水打捞法,船的锈蚀不能太严重,否则船体强度不够,不能承受封舱抽水后的水压。封舱抽水一般应封补浮力大又易封补的大舱,如果机舱顶部出水,机舱棚又能抵抗水压,有时将其封补。有些货船大舱抽水后的浮力足以起浮沉船,往往不考虑封补机舱。前尖舱、后尖舱和深油柜等舱柜,虽然封补的工作量不大,但因其浮力有限而且要布置抽水管、透气管、抽水泵,不便于施工,一般不封补。

封舱分为密封式和沉井式两种:

1 密封式封舱

密封式封舱是封舱的主要方法,它是用厚木板或木枋将舱口、门窗、通道或破洞等进行封补,封补时木材与木材并接处和木材与舱口、门窗等结合处,须用绒布包旧棉胎作为防漏垫料,出于棉胎、绒布在海水中浸泡时间较长时易于腐烂,也可用化纤绒布、毛毯、晴纶棉胎、闭孔型泡沫塑料等做封补材料。

对于风斗等通风口,一般用木板做封底,并用弯钩螺栓钩住封舱底板,然后浇混凝土于风斗中。混凝土中可加促凝剂,以便在一二天内有较大强度,如时间允许,尽可能在三天后等混凝土达到较高强度时再抽水。用混凝土浇堵风斗筒、通风口,比用木板加绒布、棉胎封补简单,且水密性、强度等都比较好。

如果是数米长的大破洞,可用钢板加扶强材封补,其方法是:先按洞形绘制样板,开好螺孔,封板边缘用水下粘结剂粘上防漏垫料(泡沫橡胶条或泡沫塑料条),然后吊到破洞口由潜水员安装。

密封式封舱法要设透气管并接到水面上,以便抽水时舱内有空气补充。为了观察舱内水位,可以接气压式水面计。

2 沉井式封舱

沉井式封舱也称沉箱封舱,一般适用于沉船甲板在水面以下1m左右,否则工程量比密封式封舱要大。筑沉井的方法是:先在水面上建一井圈,井圈一般用木板横向排列,其尺寸应使其能刚好套于舱口外。井圈下部加压铁,底部用棉胎、绒布或闭孔泡沫塑料等制成软垫,以便于甲板水密。做好的井圈在潜水员协助下套入舱口,用弯钩螺栓将其旋牢于舱口上,螺栓上部有横挡木搁于井圈上面。

二 封舱充气抽水打捞法

沉船甲板与水面的距离若超过2m,用前述的透气管来封舱抽水,沉船的甲板可能因抵抗不住水压力而被压塌。如在舱内加撑柱,则可能因撑柱太多而无法施工。这时可向舱内充压缩空气,以增加甲板下的压力,然后再抽水,这种抽水起浮沉船的方法,称为封舱充气抽水打捞法。

充气抽水操作并不复杂,但需要有丰富经验,不然容易发生事故。如果充气不足就开始抽水,会把沉船甲板抽塌;但如果充气太多,舱内压力迅速增加而超过舱外压力,会把封舱板上封补的垫料吹开,导致船舱漏水。

三 压气排水打捞法

压气排水打捞法是将压缩空气压入船舱柜,排除舱柜内的水产生浮力起浮沉船,该方法适宜于打捞翻沉海底的油轮。如果沉船气密性好且有纵隔舱,易于控制横稳性,可不封舱或基本上不封舱,也不用抬船千斤(船底大钢缆)和打捞浮筒,只需先把充气管塞入舱内充气,即可浮船。如果沉船的机舱等后部舱柜受损,难于在机舱中积储空气且沉船重量大,则要加诸如打捞浮筒抬尾部;如果海底是淤泥或流沙,烟囱、上层建筑等深埋入泥中,风浪大,水又深,很难(甚至不可能)在机舱下穿引船底千斤,则可以考虑用闭孔型泡沫塑料等浮材充填于机舱内,以补充充气时船后部浮力不足。

采用压气排水打捞法要注意船的稳性,油轮因有一道或二道纵隔壁,把其分成左右舱或左中右舱,稳性较好。其它货轮的大舱通常不分隔为左右,故自由液面的惯性矩大,稳性极差,必须采用浮筒或船舶协助扶正,以克服稳性不足。

四 船舶抬撬打捞法

船舶抬撬打捞也称驳船抬撬打捞,是用工程船或驳船的抬浮力把沉船抬浮出水或抬移到其它地方,也可用于搁浅或触礁船舶的救助。

驳船抬撬打捞要注意以下几点:

(1)尽可能在慢流中起浮,并计算多少流速才能控制起浮,以免措手不及,发生意外。

(2)宜在最低潮前使沉船离底。沉船刚离底时,减轻了沉船压在海底上的压力,会有气泡从船底溢到水面,打捞沉船应避免使用最低潮收紧滑车、涨潮沉船自浮的方法,因为往往由于意外原因船抬不动,潮水又在涨,滑车受力过大,绞车无法松缆,从而发生严重事故。

(3)船舶抬撬配备的储备浮力,应为打捞重量的20% ~40%,实际应配备的储备浮力视具体情况而定。

船舶抬撬打捞比较容易筹集打捞材料和工具,适用于内河、风浪较小的海湾、气象条件好的沿岸和近海区域。在过去很长时间,国内外曾用本方法捞起大量沉船,有的国家在打捞浮筒推广以前,曾用双体式打捞船抬浮海中失事的潜艇或小型军舰。随着打捞浮筒的普遍使用,沿海打捞已极少使用本方法,但在内河、海边、海湾内等浅水区或风浪小的地区,本方法仍不失为可考虑的方法之一。

按不同的打捞形式,船舶抬撬打捞法可分为单边抬打捞、顶抬打捞、顶吊打捞、掮抬打捞、驮抬打捞、大梁式打捞几种:

1 单边抬打捞法

单边抬打捞也称夹抬、短撬,是船舶抬撬中使用较为广泛的一种方法。用一对或数对工程船(或驳船)并行对称排列在沉船两舷的水面上,把沉船夹在中间,然后分别在沉船的一舷用滑车连接沉船的千斤(大钢缆)或沉船上的吊攀(有些船厂制造潜水艇和登陆艇时焊有吊攀),用绞车把沉船抬浮。

2 顶抬打捞法

顶抬打捞是用一对或数对平头方形工程驳的驳艏顶着沉船两舷,或在沉船艏艉两端用工程驳顶抬。绞车与滑车组布置在工程驳甲板上,沉船的船底千斤与滑车组相连,然后用绞车把沉船抬起。用驳艏顶沉船两舷时,要在工程驳的艉尖舱中加压载水,以减少纵倾。该方法操作方便,一般工程驳都配备此设备,以应付紧急情况。一艘长30多米、宽9米多的工程驳,最大可顶抬约40t,所以打捞小型沉船用顶抬法较为实用。

3 顶吊打捞法

用顶抬和浮吊提升沉船的方法称为顶吊打捞法。一般在浮吊(吊杆船)甲板上配备两组滑车,滑车连接沉船里挡的两根船底千斤,沉船外挡的两根船底千斤连接到浮吊的吊钩上,然后同步收紧滑车和吊钩,使沉船提升,这样增加了浮吊提升力,减少了船底千斤对沉船的横向夹力,如一艘400t浮吊原来只能吊400t,改用顶吊法总吊重可增加到600t

顶吊打捞法一般用单船施工,如单船抬力不够,也可用两艘船同时顶吊,但要特别注意安全,应适当降低浮吊允许的顶吊力,以防两艘浮吊受力不均。打捞小型沉船,可用工程驳上的把杆代替浮吊上人字吊顶吊。

4 掮抬打捞法

掮抬打捞法是用大型工程船或工程驳(一般用2000t)打捞较小沉船的一种方法。工程船在一舷竖立数副吊杆,在每一吊杆处的横向甲板上布置滑车组,然后泊于沉船一侧上方,吊杆上的滑车连接沉船外挡的船底千斤,甲板上的滑车连接沉船里挡的船底千斤,然后用绞车收紧滑车,把沉船抬浮。绞抬以前,一般在工程船的另一舷的边舱和双层底内用水压载,以减少其横倾度。为了减少工程船与沉船的碰撞,工程船宜稍向沉船一舷横倾3°左右,实际允许的横倾度应根据工程船稳性、储备抬浮力等决定。

5 驮抬打捞法

驮抬打捞又称驳船驮抬。将工程驳顺着沉船方向泊在沉船上方,然后把挂在两舷的滑车组与穿在沉船底下的船底千斤相连接,接着收紧滑车把沉船抬起。采用本方法先要割除高出沉船甲板较多的桅杆等构件。如要使沉船甲板出水以便抽水浮船,则要利用高潮搁滩,搁滩时最好向浅滩拖绞搁定,然后工程驳立即撤离沉船上方,以免落潮时搁在沉船上发生事故。如果因潮差不足,搁滩后枯潮时沉船甲板尚不能出水,则要用拖绞法把沉船拖绞出水。

如要这样,宜驮搁在坡度小、底质摩擦力小的滩上。用本方法曾打捞过一些小型船只,因安全性差,加上目前打捞方法较多,故较少采用。

6 大梁式打捞法

大梁打捞又称过挡撬,一般是用一对工程驳并列布置在沉船上方,每对工程驳之间架起大木枋构成的大横梁,用角铁和螺栓夹紧木枋,用后即可卸下。大横梁由三层组成,下层梁为两根木枋对接的长梁,其上为两根单根木枋。每两根大横梁构成一组,上搁硬质横挡木,横挡木加一包角铁,以便吊住滑车组中的上滑车。下滑车连接沉船底下已穿引好的船底千斤,然后收紧滑车把沉船抬浮上升。为了减少工程驳向里倾斜和因倾斜而增加大梁的弯矩,可在每艘工程驳的外挡舷外筑压载平台,在平台内可用沙土等做压载。因大梁在沉船上面,在布置船底千斤和大梁位置时,应留出烟囱等空挡,或出水时割去烟囱等,以便甲板出水。

由于打捞设备的改进,以及大梁式打捞法需较多木枋,目前本方法已很少采用。

五 浮筒抬浮打捞法

利用打捞浮筒的浮力抬浮沉船称为浮筒抬浮打捞。在20世纪50年代中期,我国开始用打捞浮筒打捞长江口和沿海沉船。

打捞浮筒有硬壳和软壳两种:硬壳由钢板或木材制造,我国制造的都是钢壳,原苏联在第二次世界大战时制造了一些木壳浮筒,由于木壳浮筒不耐用,已被淘汰。软式浮筒一般用橡胶加尼龙制成。

我国制造的钢壳浮筒有800t(指抬浮重量)、500t250t200t100t60t数种。软式浮筒一般为小型,定型产品有5t10t两种,用于打捞小型舰艇。第二次世界大战期间,有的国家曾生产过30t或更大的橡胶浮筒。20世纪70年代初,广州地区打捞部门曾自制100t200t橡胶打捞浮筒,专供沉船舱内使用,以增加抬浮力。软式浮筒虽然抬浮力小,但运输方便,可由飞机、直升飞机等运到急需现场。

软式浮筒抬浮沉船多数放于沉船两舷,外罩棕绳或尼龙绳网罩,罩下连接钢缆圈,缆圈再连接船底千斤,然后充气上浮。

钢壳浮筒一般是放于沉船两舷,把穿引好的船底千斤由潜水员套于浮筒的缆桩上,然后充气起浮。

浮筒打捞配备的储备浮力应为打捞重量的20% ~40%

浮筒抬浮打捞法又可分为直接打捞法、逐步打捞法以及折线打捞法:

1 直接打捞法

用浮筒将沉船不停歇抬浮出水的方法称为直接打捞法。抬浮时一般不采取艏艉同时起浮,因为要同时平行起浮极为困难,且因水流等原因,现场难于掌握和调度。直接打捞法的步骤是:首先将浮筒安放、绑扎妥当,然后一端起浮并浮定,最后全部浮定。沉船一端出水的同时,浮筒也一部分出水,增加了起浮的稳性。

不论何种方式起浮,沉船起浮时最大的允许纵倾角宜在15°以内,沉船处水深超过沉船长度1/3,就有可能使纵倾角大于15°,此时应采取逐步打捞法或折线打捞法。

沉船上浮速度越慢越好,但沉船离开海底后,粘着力消失,浮筒舱内气体膨胀,产生加速度,上浮速度加快,该速度不应超过3m/s,否则要用控制浮筒减速。

2 逐步打捞法

如果沉船一次上浮纵倾太大,可采取逐步打捞法。逐步打捞是在沉船前、后方要控制浮筒,控制浮筒一出水即停止上浮,这样就可以使纵倾角控制在规定范围内,然后在控制浮筒吊浮的情况下拖沉船搁滩,收短控制浮筒千斤,直至能用前述的直接打捞法起浮为止。

逐步打捞法的一般步骤是:(1)起浮前,先安放、绑扎妥浮筒;(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,两端控制浮筒全露出水面;(4)在控制浮筒吊着的情况下搁滩,然后用直接打捞法起浮。

3 折线打捞法

如果沉船处水较深,不宜用浮筒直接一次起浮,又不宜采用逐步打捞,这时可用折线打捞法,所谓折线打捞法,就是使沉船在原地成之字形地折线起浮。折线打捞应根据水深和沉船长度的相对关系,决定控制浮筒设一层或多层。起浮时,首先使沉船两端最上层的控制浮筒先出水,然后使沉船在原地处半漂浮状态继续上升。折线打捞最后起浮阶段,在控制浮筒上各系一根拖缆,在沉船上升控制浮筒几乎失去浮力时,用拖缆拖去控制浮筒,使其免于搁在沉船上或与沉船相互碰撞。在拖航沉船前,必须先将控制浮筒拆除。折线打捞的优点是原地起浮,比逐步打捞法节省时间。缺点是风浪易使上下层控制浮筒相互碰撞,由于水较深,若发生钢缆断裂、滑脱或浮筒漏气、下沉等,后果严重。

六 船内充塞浮具及泡沫塑料打捞法

船内充塞浮具打捞,是将橡胶浮筒、柴油桶、木材、竹子、泡沫块等有浮力的器具或材料放入沉船,利用其浮力抬浮沉船。船内充塞浮具打捞法一般用于所需抬浮力不大的小型船舶,也可以作为其它打捞方法的辅助性浮力。船内充塞泡沫塑料打捞,是利用泡沫塑料比重轻,能排除沉船舱内的水产生浮力使沉船起浮,采用此法要求泡沫塑料是闭孔型,即塑料内的气泡各自封闭,水难于渗入。

船内充塞泡沫塑料打捞法可分为两种:

第一种,水下发泡型泡沫塑料打捞(FIS泡沫塑料打捞)。它是将多种化学药剂注入沉船内,使其发泡而产生泡沫起浮沉船。所用化学药剂一般属于氨基甲酸乙酯型,其方法是将化学药剂各组分别由定量泵输入水下的喷枪(喷管)处混合,发生化学反应而发泡,在溢出仓口或管口后固化成泡沫体,成块或整体固定地漂浮于沉船舱内顶部,有的浮到顶部或与舱内结构、机具等接触后再彻底固化,并凝结成一体。当泡沫与舱内构件凝结成一体时,起浮后的清理工作很费工时。氨基型泡沫塑料的优点是:水下凝结性好,在舱内没有自由液面,对沉船起浮后的稳性有利,并可减少封补舱口等工作。有的用可发性聚苯乙烯颗粒,由输送管射入舱内,后用蒸气加热,使颗粒发泡而浮在舱内上部产生浮力,但其不如氨基甲酸乙酯型能较牢固地凝结成块,有时对沉船的稳性不利。

第二种,水上发泡型泡沫塑料打捞,也称ERS泡沫塑料打捞法,是将可发性泡沫塑料制成颗粒,使用时在工程船上或岸上先把塑料颗粒加热发泡如同爆米花,然后用射流泵经管道输送到沉船舱内,也有在车间发泡后铸成圆球状,然后再输送到沉船内,所用材料大多是可发性聚苯乙烯。其优点是沉船在起浮后,较易清舱,泡沫球能反复使用,但保存和运输麻烦,保管费用高。另外,球体在沉船内自由流动,对沉船的稳性不利,封舱比用FIS方法要求高。

使用发泡型泡沫塑料,必须阻止泡沫花的溢出,且要求封舱后的强度能够顶住泡沫对封舱处的压力。

泡沫塑料的比重随水深而增加,水愈深浮力愈小。目前一般用于打捞诸如触礁沉没于礁石上的船只及码头边、防波堤旁等浅水区的沉船。

七 浮吊打捞沉船法

它是用浮吊船直接把沉船吊出水面的方法。与其它打捞方法相比,其优点是速度快、效果好。目前世界各国大起重量浮吊船逐渐增加,随着海洋的开发,浮吊船吊力还在增加,2000t以上的浮吊船已很多,甚至出现了10000多吨吊重的浮吊船。我国一些大港口和海上救助打捞部门一般有500t浮吊,上海救助打捞局有2500t“大力”号,广州救助打捞局及渤海石油部门都有900t的旋转式浮吊。浮吊一般为平行双主钩吊钩,由于其距离较近,在没有大的平衡力横梁以前,有时不能发挥其最大吊力。平衡力横梁较长,吊钩吊在横梁上,再由横梁吊重件,因横梁长度有限,抬浮力不能在沉船足够的长度内分布,吊力集中,使沉船承受不了如此巨大的纵向弯矩,因此这种方法只适宜打捞小型沉船。有的浮吊为双人字架,其受力情况较好。

有些小型舰艇,如小型的潜艇、登陆艇、鱼雷艇等,船帮上焊有吊攀,施工时只需在吊攀上套上吊索即可把沉船吊出水面。对于较大沉船或无吊攀的商船,则要在沉船的船底下穿引一定数量的船底千斤。

用多艘浮吊船合吊一艘沉船要慎重,由于浮吊船本身的超负荷力极有限,甚至不允许超负荷,起吊时若有一艘浮吊船的吊船钢索断裂或失去吊力,其原吊重突然增加到失去吊力船一侧附近的其它浮吊船上,且不能均匀地分配到所有浮吊船上,所以起浮时要使各浮吊船的吊力均匀,同步受力,且要有相当的储备吊力,储备吊力大小以能应付当一艘浮吊船失去吊力时其它浮吊船能承受为准。由于浮吊船的稳性一般很差,有的在额定吊力内因回吊力位置的变化使其失去稳性而倾覆;有的港湾作业用浮吊船,空船或锚泊在港湾会因少许风浪而倾覆;有个别浮吊船在港中吊货,因货物突然滑动而倾覆。因此,要特别注意浮吊船的稳性,以确保工程施工的安全。

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