模塊化浮箱在封閉水域沉物打撈工程中的應用

陶然

（中國港灣工程有限責任公司，北京 100027）

0 引言

沉船沉物打撈技術是海洋救撈工程行業的重要組成部分，對減少經濟損失和避免海洋環境污染具有重要的意義[1]。對于在湖泊、水庫等封閉水域內的搶險救災和沉物打撈，采用模塊化浮箱拼組水上施工平臺或棧橋通道，具有較高的安全性和經濟性[2]。本文依托某具體工程，介紹了采用模塊化浮箱拼組成駁船搭載履帶吊在封閉水域內進行沉物打撈的工作要點及細節，為類似工程提供借鑒。

1 沉物概況

某工程在封閉水域內的推填砂體上進行施工，由于砂體發生較大面積的坍塌滑坡造成施工設備及材料落水。雖然相比在深海進行的大型沉船打撈工程，本工程的沉物總重及水深并不大，但是打撈的具體實施方面仍存在以下難點：

1）由于沉物位于封閉水域內，打撈設備組織難度較大。

2）由于發生砂體坍塌滑坡已造成工程停工需盡快復工，若打撈工作不能及時完成，會造成整體工期延誤。

3）沉物中的施工設備在進行水下切割時，油箱、油管容易發生泄漏造成污染。

4）對于沉物中的施工材料，打撈工作也應加強質量控制，盡可能實施整體打撈并保證材料的原始形態，以便復工后重復使用。

2 打撈方案

依據現有的打撈技術，主要的打撈方法可分為浮力打撈法、起重打撈法以及混合打撈法[3-5]。其中，混合打撈法通常多用于深海的大噸位沉船打撈。因此，本文重點對浮力打撈法和起重打撈法進行方案比選。

2.1 浮力打撈法

浮力打撈法作為最傳統的打撈技術，其原理是利用浮筒排水或氣囊充氣后產生的浮力，使捆綁了浮筒或氣囊的沉物克服自身重力和海底泥沙吸附力起浮，起浮過程受力穩定、安全風險較小。但是浮力打撈法存在工藝復雜、人員勞動強度高、打撈速度慢等缺點，同時仍需要浮吊或吊車的輔助配合。因此，現場實施前還需對氣囊的尺寸、浮力等參數進一步評估驗算。

2.2 起重打撈法

起重打撈法作為現代打撈的主流技術，其原理就是直接利用起重船上的大噸位起重機直接將沉物吊離海底。起重打撈法在工作程序方面具有簡單、快捷的優點，但是在起吊及吊運過程中仍存在著一定的安全風險。

2.3 方案比選

結合沉物及現場的實際情況，經過對上述兩種打撈方法的綜合比較分析，考慮到由于沉物是施工設備和材料，基本都自身帶有吊點，因此起重打撈法更具有可行性。

3 打撈設備

打撈設備的選型主要考慮兩種方案：

1）在封閉水域外直接通過采用大型起重船進行打撈；

2）將小型起重船吊入封閉水域內進行打撈。

為保證施工材料的整體性，并盡可能減少潛水員的水下切割工作量，因此打撈設備的起重能力應保證達到80 t，而沉物距離封閉水域邊界大約30～70 m，若在封閉水域外直接打撈則需大型起重船才能滿足吊距和吊重的要求，即使采用稍小型起重船，仍需大型起重船或大型履帶吊才能將其吊入封閉水域內實施打撈。以上這兩種方案在經濟性方面均不具備優勢。

因此，結合項目周邊可調遣的設備資源，通過技術經濟分析，決定采用將模塊化浮箱吊入封閉水域內拼組駁船，并建設一個臨時碼頭用于履帶吊上駁船組成浮吊實施打撈的方案。這種方案，雖然準備工作比較繁瑣，但是實施的總體風險較小，且在經濟性方面具有較大優勢。

3.1 模塊化浮箱

模塊化浮箱最早始于軍事交通工程保障，用于搭建行軍便橋，20世紀60年代開始應用于民用工程，并在近年來得到了越來越廣泛的應用，多用于工程施工前期的交通運輸和物資裝卸載以及突發自然災害地區的搶險救災[6-7]。

本次打撈工作采用的模塊化浮箱共2種尺寸：其中40英尺浮箱（圖1）長12.2 m、重約15 t；20英尺浮箱相當于半個40英尺浮箱，長6.1 m、重約8.2 t，寬度均為3.05 m。共15塊40英尺浮箱和6塊20英尺浮箱組成的駁船型長36.6 m、型寬18.3 m、型深2.2 m、空載吃水0.4 m，此外船艉處還裝配有2根25 m長的支腿（圖2）。

圖1 40英尺模塊化浮箱Fig.1 40’modular pontoon

圖2 駁船組成平面圖Fig.2 Formation layout of pontoon barge

浮箱間通過鎖扣“舷緣橫豎銷交叉式”的剛性連接固定成一個整體，將抗拉、抗壓和抗剪的功能合于一體，見圖3。

3.2 浮吊組成

駁船上的起重設備采用400 t履帶吊，在吊臂長36 m、吊距16 m的情況下，全回轉起重能力可達60 t、固定起重能力可達90 t。經計算，由模塊化浮箱駁船與履帶吊組成的浮吊在空載狀態下最小干舷高度為65 cm、最大傾角為0.8°；起重狀態下最小干舷高度為30 cm、最大傾角為1.6°，并按規范校核，滿足船舶的穩性要求。

圖3 浮箱間的鎖扣連接固定方式Fig.3 Locking system between pontoons

3.3 臨時碼頭設計與施工

臨時碼頭選址在滑坡區域附近砂基穩定的位置，用于履帶吊上下駁船及沉物打撈后的卸貨堆存。臨時碼頭結構采用無錨板樁式[8-9]，便于施工與拆除。臨時碼頭前沿線長20 m，前沿開挖后底標高為-1.2 m，可滿足浮吊在起重狀態下靠泊的吃水要求。前沿線板樁后方施打2列共6根支撐樁，并與前沿線的板樁通過頂梁焊接形成整體。

臨時碼頭前沿線及翼墻采用AZ26的鋼板樁，樁長9.2 m、頂標高為+1.2 m；支撐樁采用φ914 mm的鋼管樁，樁長12 m、頂標高為+0.8 m；頂梁采用雙拼HEB400型工字鋼，焊縫按11 mm控制。經計算，臨時碼頭最大彎矩為-104.4 kN·m、最大剪力為45.9 kN、最大位移為34.2 mm，滿足碼頭結構穩定要求。

臨時碼頭的鋼板樁及鋼管樁均采用液壓振動錘直接振沉，沉樁過程中采用簡易的型鋼焊接作為導向架。

4 打撈準備

4.1 沉物測量探摸

通過對沉物區域進行多波束測量，基本確定了沉物位置，再由潛水員探摸沉物的水下姿態，并以此制定具體的打撈順序及實施細節。

4.2 浮吊組裝

首先將浮箱逐個吊入打撈區域內進行拼裝，完成后由拖輪將其拖靠至臨時碼頭并安裝附屬設施。履帶吊通過搭設的跳板駛上駁船并將履帶梁與甲板剛性固定，完成浮吊船的組裝，見圖4。

圖4 浮吊船組裝完成Fig.4 Completed assembly of crane barge

5 打撈實施

5.1 水下清砂

由于砂體發生坍塌滑坡時，沉物斜向落水，因此沉物在水下通常呈部分被砂覆蓋、部分露出砂面的姿態。例如沉物中的施工材料鋼板樁，長約25 m，若直接通過起重將其抬出砂面，極有可能造成鋼板樁彎曲。因此，首先使用抽沙泵定點清砂后，再進行潛水確認，直至鋼板樁整體都露出砂面，才開始實施打撈。

5.2 集油處理

對于需要進行液壓油管切割的沉物，例如沉物中的液壓振動錘及其配電柜，其連接的油管長達40 m，水下切割前需在水面設置圍油欄，切割時采用集油器及時收集泄漏的液壓油，并用吸油棉堵住油管切口。

5.3 沉物切割

沉物中履帶吊的吊臂較長，水下拆卸操作不便，因此需要進行切割。綜合考慮打撈水深及切割工作量等因素，需要將履帶吊吊臂抬出水面后由施工人員在臨水面切割。

5.4 起吊打撈

由于總體打撈方案是采用整體打撈盡可能減少水下切割，因此用鏈條作為吊具，并采用四點或捆綁式起吊。沉物中螺旋鉆機的重心較高，因此在打撈過程中需緩慢起吊，并由潛水員不斷調整，確保起吊的穩定。

6 打撈效果

本次打撈工作在不到30個工作日內完成了所有沉物的打撈，包括履帶吊、螺旋鉆機等大中型施工設備4臺套和鋼板樁等共計約120 t施工材料，以及相關船機設備的調遣與撤場、臨時碼頭的搭建與拆除，未對工程后續的施工進度造成較大的影響。

7 結語

1）模塊化浮箱具有連接可靠、拼組簡便和承載力大等優點，可以有效地解決在封閉水域實施沉物打撈所面臨的打撈設備組織困難的問題，具有推廣借鑒價值；

2）起重打撈法作為目前最主流的打撈技術，具有快速、強力、可靠的優點，適用于各類的海上搶險救撈工作；

3）無錨板樁式臨時碼頭具有結構簡單、施工便捷、適用性強、安全經濟等優點，可以為模塊化浮箱起重駁船的裝卸以及施工輔助設施的臨時堆放提供可靠的保證；

4）在水庫區、圍堰區等封閉水域內的施工中，模塊化浮箱的應用已經展示了較好的經濟性和實用性，隨著其安全性、耐久性以及耐波性的進一步提升，將得到更加廣泛的應用。