“世越號”打撈工程的設計與實施

陳世海 王偉平 蔣 巖

“世越號”打撈工程的設計與實施

陳世海 王偉平 蔣 巖

“世越號”打撈工程舉世矚目，是上海打撈局迄今完成的難度最大、耗時最長、投入船舶設備和人力資源最多的一項打撈工程。工程中創新使用了專用抽油吸頭、內置氣囊、橡膠浮筒、托底鋼梁、水下開溝犁、帶升沉補償的鋼絞線液壓提升系統、沉船整體SPMT滾卸上岸等新技術、新工藝、新設計，可為今后同類工程提供借鑒。對“世越號”打撈的設計和施工中相關問題進行較為詳細的介紹。

“世越號”；沉船打撈；雙駁抬吊；升沉補償；半潛船起??；SPMT滾卸

一、概述

1.背景

2014年4月16日，韓國大型渡輪“世越號”在全羅南道珍島郡近海沉沒，事故造成304人遇難（包括失蹤者）、142人受傷，舉世震驚。圖1為“世越號”沉沒地點。

圖1 “世越號”沉沒位置

難船沉沒后左傾約90°側躺于海底，尾部部分上層建筑損壞塌陷。圖2為海底掃測調查得到的“世越號”海底姿態。

圖2 “世越號”海底姿態

2015年4月22日，韓國政府決定重啟“世越號”打撈工作，同年5月22日，“世越號”沉船打撈項目開始國際公開招標。2015年8月4日，上海打撈局憑借卓有成效的技術設計，以“鋼梁托底、整體起浮、吊裝上岸”的人性化方案，經過多輪技術澄清，最終從Titan、Smit、Svitzer等國際一流打撈承包商中脫穎而出，獲得商業打撈合同。8月12日，主作業船“大力號”率隊出征，開始了歷時600多天的“世越號”打撈工程。

2.沉船基本資料

船型：滾裝客船；總長：145.61米；型寬：22米；型深：14米；空船重量：6 113噸；載重量：3 794噸；失事時載貨：2 300噸；事故海域平均水深約44米，最大流速超過4節。

3.打撈要求

為了最大程度保護遇難者遺骸，進行事故原因調查，韓國海洋水產部（MOF）對“世越號”的打撈提出了苛刻的要求：

（1）將沉船保持原沉沒姿態整體打撈出水，起浮后將沉船放置于碼頭上。

（2）采取全面嚴格的防護措施防止遇難者遺骸在打撈過程中損壞或流失。

（3）打撈作業過程中對船體結構的損傷最小化。對沉船任何部位的切割均需MOF批準后方可進行。

（4）整體起浮沉船前，需將沉船內所有油污清除干凈。包括已經泄漏至C、D甲板貨艙內的重油。

二、技術方案設計

沉船整體打撈方法眾多[1]，但通常都需要將沉船扳正，然后采用封艙充氣、浮筒、浮吊等手段打撈出水至正浮狀態進行進一步的處理和移交，像“世越號”這樣原狀態整體起浮尚屬首次。合同簽訂后“大力號”即被調遣至沉船現場開始預調查和抽油作業，設計工作與施工同步進行，方案隨著施工的進展根據實際情況進行調整。

1.投標方案

根據招標書的要求，上海打撈局充分考慮MOF的訴求，制訂出了“鋼梁托底、全面封網、整體起浮、吊裝上岸”的人性化方案。其總體思路如下：

①前期調查；②清除殘油，并安裝安全網；③吊首安裝中間托底鋼梁，然后開溝安裝剩余托底鋼梁；④用大型浮吊通過吊架與托底鋼梁連接將沉船吊起至9米出水，裝進浮船塢或半潛船；⑤浮船塢或半潛船將沉船完全起浮，完成清污后運至指定碼頭；⑥吊裝上岸，使用大型浮吊將沉船吊上岸存放，完成交船。

2.方案變更

由于沉船船尾區域海底發現大片礁石區，與韓方提供的資料有重大差異，導致吊首后船尾鋼梁的安裝延長了4個月，直至2016年底才完成。而浮吊船整體起吊的原打撈方案是為夏季作業所設計，需要較長的天氣窗口，因此，受季節性作業窗口影響，并綜合考慮作業成本及可行性，起浮方案由原先的浮吊船起吊變更為駁船抬吊方式，沉船出水高度由9米增大至13.5米，原浮船塢起浮沉船方案也相應變更為大型半潛船起浮方案。針對當地流急涌大的水文特點，完成升沉補償系統的研發，確保沉船能安全平穩起浮。在全部托底鋼梁安裝完成后，主要步驟如下：

（1）雙駁抬吊。雙駁現場拋錨后，撿起預先與托底鋼梁連接并放置于海底的起吊鋼絲，連接至鋼絞線提升系統，提升系統將沉船吊起至13.5米出水。原浮吊方案中沉船首尾使用的起吊鋼絲也改成托底鋼梁，根據估計的最大抬吊力及托底鋼梁安全負荷確定一共使用33根托底鋼梁。

（2）移位起浮。用拖輪將船組移位，并絞進預先沉放的半潛船甲板內，轉移重量后抬浮駁撤離，半潛船將沉船完全起浮并清污后運至指定碼頭。

（3）滾卸上岸。使用自行式模塊運輸車（SPMT）將沉船滾卸至碼頭堆場存放，完成交船。

3.吊首作業方案

吊首完成托底鋼梁的安裝是整個工程最關鍵的工作，是工程成功的前提和基礎。吊首方案需要解決如下幾個問題：內外浮力的配置、起吊鋼絲的布置、船首系固、托底鋼梁安裝。

（1）內外浮力的配置

根據重量計算分析，“世越號”沉船水下總重量約為8 000噸，必須進行減重才能完成吊首作業。首先考慮的是利用船體本身的密閉艙室進行充氣，但預調查階段對沉船艙室進行充氣檢查后發現只有10個艙可用，只能提供約1 400噸浮力，并且這些艙室主要位于船底。為了減小船首起吊吊力、船體梁所受彎矩和剪力以及沉船艙室充氣后船體向甲板側的翻轉，需要為沉船合理配置足夠的外浮力。結合船體內外空間及結構情況，在船體上安裝附加的內置氣囊、外置橡膠浮筒、鋼制打撈浮筒等提供額外的浮力。表1為最終的浮力的配置及安裝位置情況，圖3、圖4為氣囊、浮筒的布置圖。

內置氣囊和外置橡膠浮筒均是為本次工程特別研發定制的，采用了新加工制造工藝和安裝應用工藝。內置氣囊為了達到防穿刺和防磨效果，采用了DSM防彈衣材質+聚脲涂層，并配備了安全閥。橡膠浮筒囊體采用12層橡膠纖維層壓制硫化而成，囊體兩端配置有充氣及安全閥組。橡膠囊體強度高，耐磨性好。這些措施一共提供了約4 200噸浮力，“大力號”只需使用約1 200噸吊力即可將船首吊起。經計算，吊點處船體強度可滿足要求。

表1 浮力配置

圖3 船體內置氣囊布置圖

圖4 船體外置橡膠浮筒及打撈浮筒布置圖

（2）船首系固系統

“世越號”受橫流作用，船首吊起后如不加約束沉船將發生偏轉，因此必須設計系固系統將船首固定。根據在小汛期間施工時的海況條件，沉船將受到最大2節橫向水流作用，經計算系固系統需承受200噸的作用力。因此按安全負荷250噸進行系固系統設計。

單側系固系統依次由2只250噸重力錨、60米錨鏈、平衡鋼絲、300噸鏈式張緊器、150米錨鏈、250米鋼絲、80米鋼絲組成。各部分之間由卸扣連接起來，150米錨鏈穿進鏈式張緊器。

重力錨為系固系統的海底錨固點。在離船首約450米處，“大力號”用抓斗挖坑將重力錨埋入，因底質堅硬挖深只有2米，故采用2只250噸重力錨并聯方式確保安全。60米錨鏈一頭連接重力錨眼板，另一頭通過平衡鋼絲與300噸鏈式張緊器連接。80米鋼絲捆住“世越號”船首后與250米鋼絲連接。整個系統通過300噸鏈式張緊器收緊。圖5為船首系固系統組成圖。

圖5 船首系固系統組成圖

（3）起吊鋼絲布置

內外浮力配置后，吊首所需吊力為1 200噸，設計使用4道吊首鋼絲，平均每根承受300噸吊力。其中2道穿過沉船錨鏈孔，2道繞過船首下方。另外設計1道扶正鋼絲繞在沉船船首吊機底座上，掛“大力號”副鉤，用于減小沉船橫傾。在沉船左舷邊、起吊鋼絲及浮筒鋼絲繞過點安裝護角以防止鋼絲勒進船體。經強度計算，沉船結構、起吊鋼絲符合規范要求。起吊鋼絲布置如圖6所示。

圖6 起吊鋼絲布置

（4）托底鋼梁安裝

“大力號”將沉船船首吊起10米高，中間18根托底鋼梁從沉船下方的空間穿過。此工作需要在沉船兩側各布置一條船配合完成。18根托底鋼梁通過桁架結構連接為一體，預先由“大力號”吊入水中放置于沉船船底側海底設計位置。

“深潛號”錨泊在沉船甲板一側，潛水員連接“深潛號”3根拖纜至鋼梁組上，中間拖纜將梁組從沉船下方穿拖至預定位置，另兩根拖纜用于控制、調整梁組首向。圖7為吊首穿鋼梁的布置。梁組水下定位采用USBL，潛水員進行水下確認。

圖7 吊首安裝中部托底鋼梁

4.雙駁抬吊方案

本次雙駁抬吊方案選擇陸上成熟的鋼絞線液壓同步提升技術，此提升方式在打撈中使用較少。考慮駁船改造和操作安全性，液壓千斤頂水平固定在甲板上，沉船起吊鋼絲通過安裝于抬浮駁舷邊的滾輪后與提升系統的錨頭連接，液壓千斤頂收緊鋼絞線帶動起吊鋼絲將沉船吊起。抬吊系統各部分的連接及布置見圖8。

圖8 雙駁抬吊系統布置圖

（1）抬浮駁的選擇

根據作業要求確定抬浮駁的主尺度和甲板強度，然后在市場上選擇合適的抬浮駁。

①長度：“世越號”總長145米，首尾托底鋼梁吊點間距100米，考慮抬浮駁首尾要布置錨機、發電機、潛水設備等，抬浮駁長度要不小于130米。

②寬度：現場水深44米，提升沉船出水13.5米時的總提升高度約35米，也即鋼絞線底錨在甲板上的行程為35米，加上滾輪支架、底錨、反力架、緩沖油缸、提升油缸等占用的空間及提升余量，抬浮駁船寬需要55米以上。

③干舷：根據現場涌浪，不小于3米。

④甲板強度：滾輪支架、反力架安裝于兩相鄰肋位中間時，甲板強度能滿足規范要求，無須進行艙內加強。

最終選擇的抬浮駁主尺度分別為140米（L）×56米（B）×8.8米（D）和152.5米（L）×60米（B）×11.5米（D），經核算甲板強度符合要求。

（2）抬浮駁甲板布置

兩艘抬浮駁上根據托底鋼梁實際位置各安裝33套鋼絞線液壓提升設備及升沉補償系統。提升油缸額定負荷350噸，緩沖油缸額定負荷200噸，每個提升油缸配兩個緩沖油缸，兩只緩沖油缸并排固定于反力架上，提升油缸通過平衡塊與緩沖油缸連接，鋼絞線從兩只緩沖油缸之間穿過。在抬浮駁首尾甲板上各安裝4臺錨絞車，形成8點錨泊能力。抬浮駁甲板布置見圖9，另一艘基本對稱布置。

（3）升沉補償系統設計

圖9 抬浮駁甲板布置圖

為了減小風浪作用下船舶運動對提升系統的影響，在提升油缸底部增加一套緩沖裝置，能夠補償船舶運動帶來的載荷變化。液壓緩沖系統主要由緩沖油缸、蓄能器組、閥組以及補油系統組成。蓄能器組由6或8個100 L蓄能器組成。其基本原理見圖10。

圖10 升沉補償系統原理圖

當由于風浪作用駁船運動，提升力增大時，緩沖油缸內受壓增大，油液通過節流閥組緩慢充入蓄能器，從而起到緩沖作用；當提升力減小時，緩沖油缸內壓力變低，液壓泵站及蓄能器內油液繞過緩沖閥組迅速充入緩沖油缸內；由于蓄能器的作用，使得緩沖油缸內壓力變化較小，提升力變化不大。

根據托底鋼梁受力進行緩沖油缸設計，綜合考慮提升能力及造價，選用緩沖油缸的規格為：額定載荷200噸，最高載荷252噸，行程1 100毫米。工作初始行程設在550毫米處。沉船被提升出水后重量增大，通過補油方式提高緩沖油缸的工作壓力，使其平衡位置行程處于總行程的一半。圖11為提升系統連接情況。

5.移位、半潛船起浮

沉船被提升到出水13.5米后，整體拖帶移位到半潛船旁，使用半潛船上絞車將船組拖絞進甲板內，然后將沉船重量轉移至半潛船，抬浮駁撤離后，半潛船按設計排載程序將沉船起浮出水。

圖11 提升系統連接

（1）移位

移位采用拖輪進行，主要考慮如下問題：

①兩艘抬浮駁與沉船連成整體。抬浮駁抵達現場連接起吊鋼絲前，預先在抬浮駁內舷側安裝橡膠浮筒。在沉船被提升出水后，將橡膠浮筒充氣作為靠把使用。沉船提升到位后，沉船與兩艘抬浮駁之間用強力纜和鋼絲繩帶緊，兩艘抬浮駁之間在首尾各帶2根纜。全部纜繩帶妥后，再對橡膠浮筒充氣。

②拖航時間及路線的選擇。沉船東側水流速度較慢，半潛船沉放點選擇在現場東面1.7海里處。考慮漲潮時間較長，而此時從現場到半潛船右舷距離最短，同時船組轉向角度也小。如圖12所示。

圖12 半潛船沉放位置圖

③起錨順序與拖輪的配置。移位使用9 000千瓦三用拖輪“華銘”主拖，船組4角各帶一艘全回轉拖輪輔助，另備1艘全回轉拖輪機動。“華銘”3根拖纜分別帶至2艘抬浮駁及沉船船尾。

（2）進檔

進檔過程主要使用半潛船首樓及尾浮箱上的絞車拖絞完成，拖輪進行輔助。由于選擇的抬浮駁較大（大抬浮駁長152.5米），而半潛船甲板凈長才158.4米，前后間隙很小。同時，整個抬浮船組寬近150米，船組進入半潛船甲板后不能發生偏轉。

①帶纜、移纜方案進行反復推演，保證進檔過程船組縱向位置及首向基本無變化。

②定位采用DGPS系統，各船舶均可實時監控。

③在半潛船首樓后安裝專門的導向結構，使船組貼著導向架橫向移動，避免船組縱向運動。

④在半潛船首樓后、浮箱前安裝護木、輪胎等防撞。

（3）起浮

沉船進檔到位后，先進行重量的轉移。重量轉移采取半潛船排載、抬浮駁壓載交替進行的方式，即半潛船排載將沉船托起，抬浮駁壓載將沉船放下，半潛船再排載，抬浮駁再壓載……如此交替進行直到提升鋼絲完全松弛。此過程中，半潛船、抬浮駁均保持縱傾不變。然后將提升鋼絲拆除放置于半潛船甲板，拆除沉船、抬浮駁間的纜繩，拖輪將抬浮駁拖走。

由于沉船基本無浮力，重量為估算可能會有一定誤差，半潛船起浮過程經自由液面修正后的初穩性高應不小于0.5米，確保起浮過程安全。起浮過程調載方案的設計及穩性校核采用GHS進行，根據計算，在半潛船原尾浮箱間增加4只浮箱以保證起浮過程中穩性滿足要求。

6.滾卸上岸方案

綜合考慮費用、改造難度、操作便利性、對碼頭的要求、效率等因素，決定采用SPMT滾卸上岸方式。滾卸方案設計工作有：

（1）碼頭的選擇與準備。根據半潛船吃水、干舷、潮位、碼頭水深、標高、碼頭承載能力等因素從MOF指定的幾個碼頭中進行選擇，經過考察確定木浦新港碼頭。然后按MOF要求的沉船存放位置，制訂上岸路線及改造方案。

（2）SPMT布置。根據半潛船船體結構在其甲板上縱向布置3根長110米、高1.4米的支撐鋼軌，鋼軌高度根據SPMT小車操作高度確定。最終，根據完全起浮后沉船的重量，在鋼軌之間的空間內各布置3列80軸SPMT小車，鋼軌外兩側各布置60軸SMPT小車。SPMT布置如圖13、14所示。

圖13 支撐鋼軌及SPMT布置圖

圖14 SPMT平面布置圖

（3）錨泊方案。滾卸過程半潛船船尾頂靠碼頭，在半潛船兩舷甲板上分別加裝3臺35噸/50噸絞車用于帶纜。同時，半潛船拋2只船錨，并用首樓上的移貨絞車帶纜至碼頭。經計算可滿足滾卸天氣條件下的作業要求。

（4）調載方案。根據半潛船調載能力、潮位變化曲線確定合適的滾卸時間窗口，小汛期間落潮時滾卸，按確定的日期制訂調載方案，保證滾卸過程半潛船甲板與碼頭始終保持在要求的高差范圍內（±50毫米）。

7.結構設計及計算分析

為了對相關方案設計進行充分的科學論證，選擇合適的作業海況，保證關鍵作業萬無一失，應用Ansys、GHS、Orcaflex、Moses等多種計算分析軟件進行結構和方案設計，并通過載荷和模型試驗對其中的關鍵部分進行了驗證和校核。

主要結構設計和計算工作有：

①現場施工船舶的系泊系統分析，特別是抬浮駁的錨泊計算。

②結構及裝置設計，如托底鋼梁、打撈吊架、內置氣囊、橡膠浮筒、船首系固系統、重力錨、支撐鋼軌、滾輪支架和反力架等。

③船舶改造，如抬浮駁、半潛船等。

④重量、吊力、穩性和強度計算，主要有沉船重量重心及吊力計算（船首起吊和整體抬吊各階段），沉船船體強度分析（船首起吊、整體抬吊、運輸等過程），抬浮駁調載及浮態計算，半潛船起浮調載及穩性分析，半潛船滾卸過程調載計算，半潛船甲板強度計算，半潛船運輸沉船綁扎設計等。

⑤船舶運動耦合分析，主要是船首起吊和整體抬吊過程的動態分析。

8.定位與監測方案

船首起吊和整體抬吊過程中，需要對沉船的坐標位置及首向、縱橫傾等姿態數據進行實時監控，以準確安裝托底鋼梁，方便作業人員對起吊作業進行有效及時的控制和調整，保證施工安全。本工程結合多種定位及測量手段，組成一套高精度、高冗余度的定位及姿態監控系統，編制實時仿真模擬程序將整個起吊狀態及關鍵數據直觀地顯示在監控器上。

沉船水下定位系統主要為一套WMT超短基線定位信標，安裝在托底鋼梁和沉船右舷；沉船水上定位系統為Veripos LD4 DGPS定位設備，定位精度可達分米級。這兩套定位系統用于沉船平面及水深位置測量。

姿態監測系統主要包括一套Octans 3000光纖羅經和姿態傳感器、水下無線傳輸設備、深度傳感器、水下電池組和電纜等，首向精度達0.1°，姿態精度達0.01°，安裝在沉船右舷，用于實時測量沉船的首向、橫傾、縱傾等數據。

托底鋼梁姿態監控系統：11套傾斜儀安裝在11組梁上，用以監控整體抬吊過程中的鋼梁姿態。

三、施工要點

整個工程大致可分為預調查及抽油、吊首及鋼梁安裝、雙駁抬吊及起浮、滾卸上岸等四個階段。施工作業主要由“大力號”完成，“深潛號”“聚力號”“滬救撈62號”等配合完成部分作業任務，外租的抬浮駁、半潛船完成起浮、運輸、滾卸作業。具體操作則主要由我局人員完成。起浮階段現場有工程船、拖輪、清污船等大小船舶15艘。

1.預調查

預調查工作主要包括以下內容：

①采用多波束、側掃聲吶、3D聲吶掃測、潛水員探摸測量沉船在水下的位置、姿態、外形及破損情況；②沉船附近巖土采樣，并進行地質分析；③C和D甲板內的貨物堆積和分布情況；④測量貨艙內、上層建筑內淤泥沉積情況；⑤測量典型位置的船板厚度；⑥內部居住艙室的大致損壞和分布情況；⑦舷窗破損情況；⑧確定各油艙殘油數量。

2.抽油

經潛水員對油艙殘油量的探測，發現油艙內所剩余殘油不多，大部分殘油都從油艙泄漏到了C、D兩層汽車甲板艙內。油艙內的剩余殘油采用傳統抽油方法完成，針對現場流速大的特點，抽油法蘭底座采用水下焊接的方式固定于沉船外板上，防止抽油過程中法蘭松脫造成漏油。貨艙內的燃油由潛水員攜帶抽油管進入艙內一個肋位一個肋位地進行掃除作業。

3.沉船安裝防護網

對沉船上所有門窗等開口使用安全網進行封閉。在潛水員預調查時發現，沉船右舷大部分窗戶的玻璃已被敲碎；船尾左舷窗戶由于船體被壓扁無法接近；大部分船首窗戶完好；只有部分左舷窗戶潛水員可以到達進行封窗作業。

4.水下圍網安裝

水下圍網安裝由“深潛號”完成，在甲板上將兩組安全網組裝在一起，使用吊梁一次將兩組安全網根據吊梁兩端的信標定位吊裝到位。如圖15所示。

每兩組安全圍網模塊之間設置重疊區域，潛水員水下用綁扎帶連接緊固。全部36塊安全圍網模塊吊放安裝到位后將沉船圍起來并留出后續作業空間，圖16為安全圍網總體布置。

5.吊首

在完成抽油、安全網及圍網安裝后即進行抬吊船頭安裝中部18根托底鋼梁作業。

（1）艙室充氣檢查

對選定的首尖艙、壓載艙、空艙、尾尖艙等21個艙室進行氣密性測試，在各艙室的低位開充氣孔，將透氣帽拆除更換成盲板法蘭封堵透氣孔，然后充氣檢查各艙的氣密性，檢查結果只有10個艙可用，共能提供約1 400噸浮力。

（2）右舷開安裝孔

內置氣囊經折疊后仍然需要1 400毫米×1 600毫米的安裝孔才能放入C、D甲板貨艙內，另一端開700毫米×700毫米的孔用于拖拉鋼絲展開內置氣囊。內置氣囊的布置及安裝孔位置如圖17所示。橡膠浮筒用鋼絲固定于沉船右舷強肋骨上，在肋骨設計固定點兩側外板上也要開250毫米×250毫米的孔，系固鋼絲兜過肋骨后作為吊點與橡膠浮筒上的強力吊帶連接。

圖15 安全圍網模塊吊裝示意圖

圖16 安全圍網總布置圖

圖17 內置氣囊及舷側外板開孔布置圖

（3）內外障礙物清除

為安裝內置氣囊、打撈浮筒等，將C、D甲板貨艙內及首部甲板上的突出物如通風筒、絞車、舷墻等割除。處于打開狀態的左舷減搖鰭影響托底鋼梁從沉船左舷下穿過，也必須割除。左舷減搖鰭完全插入海底泥石中，經過艱難的除泥作業后，左舷減搖鰭最終被切除吊起。

（4）過底鋼絲安裝

在沉船首部左舷下安裝用于托底鋼梁拖拉、浮筒固定、首部系固、船首起吊等一共12道鋼絲。并在C甲板左舷舷邊浮筒鋼絲和起吊鋼絲受力處安裝護角，在船底鋼絲受力處安裝護板，防止鋼絲受力后切入船體。

（5）船首系固系統安裝

“大力號”先用抓斗在“世越號”首部南北兩側450米處分別挖出2米深的坑，將250噸重力錨（帶60米錨鏈）放入坑內，每坑各放兩只重力錨。然后進行預拉，預拉力150噸?！按罅μ枴睂⒗変摻z繞過“世越號”船首連接好后將鋼絲頭放置于海底，“深潛號”撿起捆綁鋼絲與系泊鋼絲連接，然后將250米系泊鋼絲及150米系泊鏈沿設計路徑鋪在海底。之后“深潛號”將兩只重力錨的短鏈撿起，錨鏈頭拉上甲板，鏈式張緊器通過平衡鋼絲與兩只重力錨的短鏈連接，然后將鏈式張緊器放入海底，最后將系泊鏈穿入張緊器，啟動張緊器收緊系泊纜至設計預張力。安裝好用MS1000聲吶檢查整個系泊系統情況。

（6）內置氣囊安裝

圖18 橡膠浮筒及打撈浮筒布置圖

在甲板上將氣囊折疊成不超過1米寬的長條，裝上配重鏈捆扎好，配重鏈一端通過起吊短鋼絲與吊鉤連接，另一端與穿過“世越號”右舷安裝位置的拖拉孔、安裝孔的牽引鋼絲連接，牽引鋼絲另一頭連上絞車。吊機將氣囊吊入水中，在潛水員的輔助下穿過安裝孔放入貨艙內，同時甲板絞車收緊牽引鋼絲將氣囊拖拉至設計位置。潛水員進入艙內將氣囊固定于船體內，然后將配重鏈解開回收。在“世越號”右舷上安裝充氣管路和分配器，每四個相鄰氣囊通過一個安裝孔放入船體內，安裝孔附近固定一只分配器，四只氣囊充氣管連至分配器上的充氣接口。氣囊安裝好后，充氣20%左右將氣囊展開。在吊首作業之前再將氣囊全部充滿。

（7）打撈浮筒安裝

“大力號”與“滬救撈62號”配合將一對500噸浮筒安裝在“世越號”船首設計位置，甲板側和船底側各1只。其中船底側浮筒由于位于沉船龍骨上方處于自由懸浮狀態，海底閥高于浮筒最低點，損失部分浮力，在該浮筒上另行連接了一只橡膠浮筒以平衡兩側浮筒受力。

（8）橡膠浮筒安裝

橡膠浮筒在甲板上充氣檢查后放氣，用真空泵將橡膠浮筒中殘余的空氣抽出，并將其沿長邊方向進行折疊并使用尼龍繩進行捆扎。橡膠浮筒系固鋼絲提前固定在沉船右舷強肋骨上。在預定吊首作業之前幾天將橡膠浮筒吊放入水，兩名潛水員入水，從橡膠浮筒兩端同時進行吊帶卸扣與系固鋼絲的連接工作。當全部系固鋼絲與橡膠浮筒完成連接后，在潛水員的監測下對橡膠浮筒充氣。圖18為橡膠浮筒及打撈浮筒總體布置。

（9）吊首、安裝托底鋼梁

“滬救撈62號”與“大力號”配合將起吊鋼絲連接好并掛至大力號主鉤。掛鉤完成后對內置氣囊、沉船可用艙室進行充氣，同時“深潛號”和“滬救撈62號”移船進行拖托底鋼梁的準備工作?！按罅μ枴睂ⅰ笆涝教枴贝椎跗鹨欢ń嵌群?，“深潛號”和“滬救撈62號”完成托底鋼梁拖拉鋼絲與托底鋼梁的連接。之后，“大力號”將“世越號”船首吊起至5度，“深潛號”與“滬救撈62號”配合將18根托底鋼梁拖進“世越號”左舷下方設計位置。經潛水員檢查確認托底鋼梁位置后，“大力號”緩緩將“世越號”船首下放，將“世越號”擱坐于托底鋼梁上。最后拆除回收橡膠浮筒、打撈浮筒及工索具。

6.首尾托底鋼梁安裝

中間18根托底鋼梁安裝完成后，還剩尾部10根、首部5根共15根托底鋼梁需要安裝?！笆涝教枴睌R坐于中間18根托底鋼梁后，其尾部左舷與海底間隙較小，隨著時間的推移托底鋼梁逐步陷入泥中，間隙越來越小，必須使用開溝工具在海底開出溝槽才能安裝托底鋼梁。首尾托底鋼梁的安裝主要由“大力號”與“深潛號”配合開溝安裝。

（1）尾部托底鋼梁安裝

“大力號”“深潛號”分別錨泊于沉船兩側，通過甲板絞車拖動開溝犁在沉船下方海底開出寬2米、深約1米的溝槽（后期改進開溝犁后一次開出4米寬溝槽，可同時安裝兩根托底鋼梁）。然后“大力號”將托底鋼梁吊放至海底沉船船底外側，鋼梁兩端拖拉鋼絲分別連接至“大力號”和“深潛號”的甲板絞車，“大力號”與“深潛號”配合將其拖拉至設計位置，托底鋼梁兩端分別安裝USBL信標進行水下定位。潛水員確認托底鋼梁安裝到位后，使用鋼絲和手扳葫蘆將托底鋼梁固定至沉船船體上防止托底鋼梁受水流作用移動、脫出甚至漂走。圖19為開溝時“大力號”與“深潛號”布置。

（2）首部托底鋼梁安裝

首部5根托底鋼梁分成兩組進行安裝：后2根在甲板上拼裝成一組，前3根拼裝成另一組。沉船船首離底間隙較大，無須開溝托底鋼梁即可直接穿過?！按罅μ枴薄吧顫撎枴睊佸^在“世越號”船首兩側，“大力號”將一組梁吊放至船底側海底，兩船配合將托底鋼梁拖拉至設計位置，然后潛水員水下安裝甲板側擋塊，最后將托底鋼梁提起固定至沉船船體上。

圖19 開溝布置圖

（3）托底鋼梁上安全網安裝

在沉船上層建筑下方托底鋼梁之間的間隙處需安裝安全網以防止遺骨掉落，拼成組的梁之間在甲板上安裝安全網，其他間隙處的安全網由潛水員水下安裝。圖20為托底鋼梁間安全網位置。

7.雙駁抬吊

雙駁抬吊包括抬浮駁改造、起吊鋼絲預埋、沉船開排水孔、重力錨預埋等準備工作，抬浮駁抵達現場進行錨泊測試，在合適的氣象窗口完成抬吊作業，將沉船右舷抬出水面13.5米。

（1）抬浮駁改造

兩艘抬浮駁按設計安裝鋼絞線液壓提升設備及升沉補償系統、絞車、發電機、液壓泵站、纜樁等。完成鋼絞線、提升底錨、蓄能器、液壓管線、泵站、控制線路等的連接后進行聯調、拉力和功能測試。

（2）現場準備工作

現場“大力號”與“深潛號”一起完成如下準備工作：檢查托底鋼梁狀態，割除沉船頂甲板上的障礙物，放置抬浮駁錨泊使用的4只250噸重力錨至設計位置，連接起吊鋼絲至托底鋼梁并將起吊鋼絲另一端分組連接到小吊架后放置于海底。

圖20 托底鋼梁間安全網

（3）抬吊前準備

兩艘抬浮駁改造完成后拖至現場按設計錨泊方案進行拋錨布場。布場情況如圖21所示。

圖21 抬浮駁布場圖

其中3#、5#、4′#、2′#錨位采用250噸重力錨以應對橫流作用。

兩駁完成拋錨后，“滬救撈62號”靠泊兩抬浮駁中間將起吊鋼絲用小吊架吊起至抬浮駁甲板，甲板人員連接起吊鋼絲至鋼絞線底錨。全部鋼絲繩連接完畢后，檢查起吊鋼絲走向及吊點位置狀態。潛水員在沉船右舷安裝姿態監測系統及USBL信標，在托底鋼梁一端安裝角度傳感器，用于監控抬吊過程沉船和托底鋼梁的姿態。全部準備工作完成后進行試吊測試。

（4）提升

根據天氣情況確定起吊日期，根據當日潮位確定起吊時間，在低潮時將沉船起吊離底。預緊起吊鋼絲后抬浮駁反向壓載，調載完成后預緊剩余起吊鋼絲等待潮位，等待期間調整鋼絞線保持預張力。到計劃時間后全部鋼絞線同時逐步加載至50%、70%、100%設計載荷直至沉船離底。沉船離底2米后調整抬浮駁橫傾。然后繼續提升沉船至沉船右舷出水與抬浮駁甲板平齊，兩駁帶纜至沉船，檢查沉船左舷下有無突出物，潛水員將翻開懸掛的左舷尾部跳板割除，繼續提升沉船至右舷出水13.5米。調整兩條抬浮駁縱傾使“世越號”基本無縱傾，測量每根起吊鋼絲的出水長度，計算每根托底鋼梁兩端底部高度，確保梁底部與半潛船上鋼軌上表面間隙不小于2米。

沉船右舷出水一定高度后油污流出，被圍油欄圍在兩艘抬浮駁之間，提升過程中使用吸油棉將其清除干凈。

8.半潛船起浮運輸

（1）半潛船改造

半潛船改造包括如下內容：

①原船尾浮箱間增加4只浮箱。

②甲板上安裝3道110米長、1.4米高鋼軌。

③首樓后安裝導向架及防撞塊。

④兩舷及尾浮箱間安裝帶鋼絲網及吸油棉的圍油欄桿。

⑤尾浮箱前及首樓后安裝防撞護木及輪胎。

改造好后，半潛船航行至現場進行試沉放等準備工作。圖22為半潛船改造完成后照片。

圖22 半潛船改造完成后情況

（2）拖航移位

半潛船在東南方向1.7海里處預先沉放至設計吃水26米。沉船抬吊至設計高度后，將大馬力三用拖輪“華銘”輪三根拖纜分別帶到兩艘抬浮駁和“世越號”尾部，4條全回轉港作拖輪輔助帶拖帶纜至船隊4角。圖23為拖帶布置圖。當流速和流向滿足要求后，起錨將整個船隊從“世越號”抬吊現場拖帶到半潛船右舷旁30米處。

圖23 拖帶布置圖

（3）進檔起浮

半潛船首尾絞車帶強力纜至抬浮駁首尾，使用絞車將船隊慢慢拖絞進半潛船，拖輪輔助。當“世越號”船底側抬浮駁尾部靠上半潛船首樓后導向架后，整個船隊順導向架朝半潛船左舷移動，直到設計位置。拖絞過程中根據情況不斷調整絞纜和拖絞點，拖輪拖纜逐步解脫。圖24為帶妥絞纜準備進檔，圖25為進檔到位后照片。

經潛水員檢查確認位置后，半潛船排載起浮使托底鋼梁擱坐于鋼軌上。抬浮駁將“世越號”重量完全轉移給半潛船。解開“世越號”與抬浮駁間纜繩，解開抬吊鋼絲與鋼絞線底錨的連接，將起吊鋼絲放置于半潛船甲板，然后將抬浮駁拖離。半潛船按設計排載程序起浮。圖26為半潛船將沉船完全起浮后的照片。進行清污作業和綁扎后，半潛船在韓國海警船舶護航下駛入木浦新港靠妥碼頭。

9.滾卸上岸

（1）準備工作

滾裝前的準備工作主要有：

①考察碼頭上岸區域，確認靠墊、纜樁、碼頭強度、地面平整度等滿足滾裝要求，清除滾裝路線上障礙物。

②記錄碼頭潮位，與潮汐表進行對比，確定合適滾裝時間。經過分析4月3—10日為安全窗口。

③半潛船甲板上加裝6臺錨絞車用于滾裝過程帶纜。

④SPMT調遣至滾裝碼頭進行連接調試。

（2）甲板淤泥清理

半潛船起浮之后“世越號”內大量淤泥泄漏至半潛船甲板，甲板鋼軌之間淤泥最厚處超過40厘米。將淤泥全部裝袋吊至碼頭交由MOF進一步處理。

（3）滾卸

圖24 進檔示意圖

圖25 進檔到位

圖26 起浮之后

準備工作完成之后，半潛船轉向船尾靠碼頭，根據錨泊設計帶好所有纜繩，首部拋兩只船錨。安裝好上岸跳板，所有SPMT小車開上船，小車上進行墊板補償高差。進行試舉確認“世越號”重量和重心位置，根據試舉結果最終確定小車的配置方式。根據工期選擇4月9日下午的高平潮時間13：00開始上岸。上午將沉船移動約51米至半潛船尾部等待。17：35最后一個SPMT車輪上岸，繼續在碼頭移動。隨后碼頭的支撐軌道安裝完畢，小車將“世越號”下放至鋼軌上后從沉船下開出，完成滾卸作業。圖27為“世越號”上岸后擺放照片。

圖27 “世越號”岸上擺放狀態

10.后調查

沉船起浮運走后，“深潛號”在現場進行水下圍網內海底檢查，查找遺落于海底的遺骨、遺物。整個圍網內200米×160米的區域劃分為20米×40米的小塊進行潛水員目視檢查。沉船尾部區域有兩塊潛水員使用鏟子翻泥檢查。最后使用MS1000測掃聲吶對整個區域進行掃描。圖28為海底檢查區域分塊情況。

四、工程施工難點及解決辦法

此打撈工程規模大，難點多，深度大，海洋環境惡劣且復雜多變?！笆涝教枴痹谒陆?年左右，結構強度較弱，韓方又提出了十分苛刻的“三不”要求，即不得改變沉沒姿態、不得破壞船體結構和不得讓船內遺體流失。工程主要難點如下：

圖28 海底檢查區域分塊

① 環境條件惡劣，底質條件差。“世越號”沉沒于韓國西南海域，海域環境可以用“水深、流急、風大、浪高”來概括，平均水深44米，最大流速超過4節。這些導致有效作業時間短，施工工期長。經勘測和探摸，作業人員發現沉船沉沒海域海底地質堅硬，局部為片巖。堅硬的底質給尾部托底鋼梁的安裝造成極大的困難。

②船體龐大，重量重心難以確定，船體結構受損腐蝕?！笆涝教枴倍奢喆L145米，寬22米，型深14米，加上上層建筑總高約27米。13.5米出水時打撈重量超過11 000噸，完全出水總重量超過15 000噸。根據韓方提供的信息，“世越號”離港時裝載了2 271噸貨物，包括140輛轎車、32輛卡車、4輛重型機械以及1 000噸材料物資。

③打撈方式受限。為了盡可能地保護好遇難者遺體，業主要求必須不破壞船體結構，保持沉船沉沒時的原始狀態整體打撈。

1.抽油作業

在完成預調查工作之后，于2015年9月至10月，經過潛水員的探摸，除了9個油艙中有殘油需要回收，潛水員還發現2個重油艙的大部分重油都已經泄漏到2個裝運汽車的貨艙中，分布范圍極廣。根據韓方的最初估計，9個能夠抽取的船底油艙共有約171立方米殘油，但經過潛水員檢查發現9個油艙內合計只剩余24.1立方米殘油。C、D甲板貨艙內油層厚度10～20厘米，殘油量合計大約為87立方米。由于沉船是左舷側躺在海底，因此殘油都漂浮在貨艙右舷，并被間距700毫米的肋骨分割，給殘油的回收帶來了極大的困難，只能在肋骨空檔內逐一清理。

油艙內殘油采用傳統的開孔抽油工藝進行回收。C、D甲板貨艙內油層則由潛水員攜抽油管進入艙室逐檔回收，抽油管端部為特制的吸油頭，成功解決了貨艙內油層的回收難題。

2.吊首作業

根據重量計算分析，“世越號”沉船水下總重量約為8 000噸。為了起吊船首，穿引船體中前部位的鋼梁，需要增加浮力，以減小“世越號”船首起吊所需吊力，減小沉船船體結構受力防止結構破損，防止起吊過程中船體發生大的翻轉。由于沉船長時間受海水侵蝕，艙室氣密性受損，將排氣管等封堵后經檢查21個可用艙室中僅有10個艙室可保持穩定浮力。因此必須采用其他手段增加額外的浮力。在C、D甲板貨艙內安裝27只內置氣囊提供約850噸浮力，右舷上安裝7只橡膠浮筒提供1 400噸浮力，船首兩側安裝1對500噸打撈浮筒提供830噸浮力，最終吊首實際吊力約1 200噸，與計算結果吻合。

在吊首作業期間，沉船受橫流作用，必須將吊起的船首進行系固，避免船體移位而導致鋼梁無法安裝到位。根據計算，單側系固鋼絲受力約200噸，如何提供如此大的系固力也是一個難點。根據現場底質情況設計了250噸重力錨，在設計位置挖坑植入，經試驗，可承受200多噸的拉力。解決海底錨固點后，用300噸鏈式張緊器、錨鏈、鋼絲組成船首系固系統圓滿解決此問題。

3.尾部托底鋼梁安裝

起吊船首完成中部18根托底鋼梁安裝，沉船放置于托底鋼梁上之后，沉船左舷與海底最大間隙僅0.5米，尾部則幾乎緊貼海底。必須在海底挖出寬2米、深1米的溝槽才能將截面大小為1.8米×0.9米的托底鋼梁穿過去。而海底表層為碎石黏土混合物，局部為片巖，開溝極為困難。

尾部清泥嘗試了許多水下除泥工具，如非接觸式挖溝機、大口徑吸泥管、水下爬行式吸泥設備等，效果均不理想。為了提高船尾區域的清泥效率，現場人員24小時不間斷作業，不斷進行實驗和改進開溝犁。每次開溝后，都要對開溝效果進行檢查，再進行改進。先后制造了不同尺寸的9代13款開溝犁，最后終于將船尾10根鋼梁安裝至設計位置。后期設計出4米寬雙向開溝犁，開出的溝槽可以一次安裝兩根托底鋼梁，極大地提高了施工效率。圖29為第9代開溝犁照片。

圖29 第9代開溝犁

4.提升方案及作業

“世越號”沉入海底近3年，貨物的移位、結構艙室的損毀、淤積等不可準確預知的因素導致其重量、重心位置難以準確估算。通過索具連接在一起的多體結構運動耦合分析也難以準確進行。而因施工時間被限制在冬春季節，現場流急、涌大，提升系統和錨泊系統必然會承受很大的動載荷。

為了準確知道整個系統的耦合響應，使用Moses對提升、移位過程進行大量的計算分析，在上海交大的海洋工程水池進行了相應的模型試驗。然后根據試驗的結果，對計算模型的水動力參數、運動阻尼、托底鋼梁運動等方面進行了校正。再利用校正過的計算模型依據現場的海況數據進行計算。根據計算結果進行錨泊、提升、升沉補償系統的設計及作業海況的選擇，同時對作業過程中“世越號”整體強度也進行了分析。

兩艘抬浮駁均使用8點錨泊，在受流方向使用了4只250噸重力錨，另外使用了8只12噸大抓力錨，剩下四點采用9噸+7噸串聯錨（12噸錨數量不足），確保錨泊安全。提升系統采用350噸液壓油缸，共可提供23 100噸起吊力。升沉補償系統根據受力情況選用足夠大的蓄能器，并通過實驗驗證。升沉補償系統緩沖了抬浮駁運動導致的動態沖擊力，均衡提升過程中提升系統受力，為“世越號”平穩起浮發揮了關鍵作用。

5.進檔起浮

進檔起浮主要需要解決兩方面的問題：

（1）考慮護舷等結構，抬浮船組進檔后大抬浮駁首尾與半潛船首樓、尾浮箱的間隙分別僅有2.6米、2.7米，極易發生碰撞導致事故。

應對措施：抬浮駁改造時，提升系統按照兩艘抬浮駁與沉船提升出水后尾部基本平齊布置，在半潛船首樓后2.4米處甲板上從船中向左舷安裝高16米、長21米的水平導向架，進檔時小抬浮駁先被絞入，等小抬浮駁尾部過半潛船船中后靠著導向架將抬浮駁組絞至設計位置；另外，在半潛船尾浮箱前面裝護木，右舷首樓后與尾浮箱前裝橡膠輪胎防撞。

（2）“世越號”各艙室處于通海狀態，提升出水13.5米后基本沒有浮力，經計算半潛船裝載“世越號”起浮至尾甲板接近水面時初穩性接近0，無法完成起浮作業。

應對措施：在原船尾浮箱間加裝4只浮箱，并加大起浮過程首傾值至11米，起浮過程最小初穩性高提高至0.55米。最終安全將“世越號”起浮。

五、結語

“世越號”沉船打撈工程是上海打撈局完成的難度最大、耗時最長、投入船舶設備和人力資源最多的一項打撈工程。作為國際競標執行的打撈工程，其成功實施，在國際上展現了我國救撈形象。工程中創新使用的專用抽油吸頭、安全網及防流失圍網、內置氣囊、橡膠浮筒、托底鋼梁、水下開溝犁、帶升沉補償的鋼絞線液壓提升系統、沉船整體SPMT滾卸上岸等新技術、新工藝、新設計得到了實際驗證，可為其他打撈工程提供借鑒，推動打撈技術的進步。

[1]姚根福.海上救助與打撈[M].大連：大連海運學院出版社,1994.

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10.16176/j.cnki.21-1284.2017.10.002

陳世海（1972—），男，交通運輸部上海打撈局技術中心總經理，高級工程師，碩士。

王偉平（1960—），男，交通運輸部上海打撈局工程船隊書記，高級工程師，碩士，“世越號”打撈工程施工總監。

蔣巖（1962—），男，交通運輸部上海打撈局副局長，“世越號”打撈工程項目經理，碩士，正高。