液壓千斤頂抬浮力打撈船設計

李 兵，劉玉坤

（1. 上海佳豪船海工程研究設計有限公司，上海 201612；2. 交通運輸部煙臺打撈局，山東 煙臺 264012）

0 引 言

隨著造船技術的不斷進步和航運市場的不斷發展，船舶的種類越來越多，主尺度越來越大，在海上遇險的船舶呈現出船體尺寸大型化、自重及載重量大、裝載的貨物品種繁多和自身油艙裝載的燃油多等特點，潛在的污染問題日趨嚴峻。另外，隨著我國經濟的持續快速發展和海洋資源開發力度的逐漸增大，海洋石油平臺和浮式生產儲油卸油裝置（Floating Production Storage and Offloading, FPSO）等大型結構物逐漸增多，沿海沿江港口建設越來越密集，海上運輸密度越來越大，水上交通事故隱患日漸增多[1]。

在此情況下，開發一種新型應急搶險打撈技術，即液壓千斤頂拾浮打撈技術，以降低海上遇險船舶對海洋環境的污染。

1 傳統沉船打撈工藝介紹

當前我國普遍采用的沉船打撈工藝或方法主要有以下幾種。

1.1 封艙抽水

封艙抽水即將破損的艙室密封之后抽出其中的海水，利用增大的浮力使船體起浮。采用封艙抽水打撈法打撈沉船，船的銹蝕問題不能太嚴重，否則會使船體的強度不夠，不能承受封艙抽水之后產生的水壓。一般應對浮力大、易封補的大艙和貨油柜等艙柜進行封艙抽水。

與封艙壓氣排水、浮筒抬浮等打撈方法相比，該方法具有速度快、效果好、適應性強和組合性強等特點，但該方法能實施的前提是沉船的大艙破損問題不是太嚴重。

1.2 封艙充氣排水

當沉船甲板與水面的距離超過2m時，若用透氣管來封艙抽水，沉船的甲板可能會因抵擋不住水壓力而被壓跨。若在艙內加撐柱，可能會因撐柱太多而無法施工。這時可先向艙內充壓縮空氣，以增大甲板下的壓力，隨后再抽水。這種抽水起浮沉船的方法稱為封艙充氣排水法，不適用于破損問題嚴重的沉船打撈。

1.3 浮筒抬浮

利用打撈浮筒的浮力抬浮沉船的方法稱為浮筒抬浮法。打撈浮筒一般放于沉船兩舷，由潛水員將穿引好的船底千斤套于浮筒的纜樁上，充氣起浮。浮筒抬浮法主要有直接打撈法、逐步打撈法和折線打撈法等3種。

在采用浮筒抬浮法時，需在沉船的底部穿引一定數量的船底千斤，以連接浮筒。然而，小型沉船無法布置足夠多的船底千斤和浮筒，同時水深較淺會限制浮筒作用的發揮。

1.4 浮吊抬浮

浮吊抬浮是用浮吊船直接將沉船吊出水面的方法。與其他方法相比，該方法的優點是速度快、效果好。浮吊一般采用平行雙主鉤吊鉤，由于距離較近，若沒有大的平衡力橫梁，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，由橫梁吊重件。由于橫梁的長度有限，抬浮力不能在沉船上均衡分布，吊力較為集中，使得沉船無法承受如此大的縱向彎矩，因此這種方法只適用于小型沉船的打撈。有的浮吊采用雙人字架，其受力情況較好。對于較大的沉船或無吊攀的商船而言，要在沉船底部穿引一定數量的船底千斤，但通常當吊重能力達到6000t以上時，沉船底部很難穿引足夠多的船底千斤來實現浮吊起吊。

1.5 組合法打撈

對沉船進行分析，通過合理組合上述幾種打撈方法進行沉船打撈。

2 液壓千斤頂抬浮打撈原理和優勢

液壓千斤頂抬浮打撈技術是將多組液壓千斤頂固定在2艘具有調載功能的大型打撈工程船上，利用船舶自有的壓載系統來調節船舶橫傾，配合液壓千斤頂實現起浮沉船的一種打撈工藝[2]。

液壓千斤頂抬浮打撈系統主要由計算機同步控制系統、液壓泵站集群、液壓千斤頂集群和鋼絞線組成，即采用柔性鋼絞線承重、液壓提升千斤頂集群、計算機控制和液壓同步提升新原理。計算機同步控制系統由主控計算機、現場控制器、傳感器、通信單元和相應的數據線組成。單元通信和所有檢測及控制信號經過通信單元傳送給主控計算機。主控計算機根據各傳感器采集到的位置信號、壓力信號和高差信號，按照一定的控制程序向液壓泵站傳遞指令。液壓泵站集群由多個液壓泵站組成，通常每個液壓泵站控制2個液壓千斤頂。液壓千斤頂固定在船的一側，與鋼絞絲相連，鋼絞絲通過連接器與打撈沉船的鋼絲繩相連。該系統的控制原理見圖1。

在打撈工程船上應用液壓千斤頂時，液壓千斤頂固定在船舶一舷的甲板上，構件夾持器自由放到另一舷的甲板上，2種構件用柔性鋼絞線連接，沉船過底鋼絲與構件夾持器連接。當液壓千斤頂在緊錨狀態下伸缸時，液壓千斤頂伸缸就可帶著鋼絞線移動，鋼絞線帶著連接器和鋼絲繩移動，帶動沉船上移。構件連接示意見圖2，抬浮打撈示意見圖3。

液壓千斤頂抬浮打撈技術是我國打撈技術領域的一項重大突破，是處理應急打撈問題的有力保障，提高了我國的沉船打撈能力。這種技術的應用能大大減少潛水員的工作量，從而大幅度降低潛水作業的安全風險，縮短海上打撈作業工期。對于自身重量大、破損嚴重、尺寸小的沉船而言，液壓千斤頂抬浮打撈技術的優勢更加明顯，甚至很難找到替代的方法。與常規的沉船打撈方法相比，液壓千斤頂抬浮打撈技術的快速性和穩定性更優，能最大限度地避免海洋環境遭受污染，保障航道的暢通。

圖1 液壓千斤頂胎浮打撈系統控制原理

圖2 構件連接示意

圖3 抬浮打撈示意

3 總體布置設計

12000t抬浮力打撈船是具有調載功能的大噸位抬浮力自航打撈工程船，適于無限航區航行，近海作業。該船的總體布置需考慮以下幾點。

3.1 液壓千斤頂打撈設備布置

在主甲板上布置一套液壓千斤頂打撈設備，在進行抬浮打撈作業時，一舷承受 12000t的抬浮力，另一舷主要通過壓載水來與其保持平衡，因此在設計時主要考慮以下幾點：

3.1.1 作業甲板面積

需有足夠的甲板面積用于布置液壓千斤頂打撈設備。在船長方向，液壓千斤頂分組布置，相鄰2組的間距超過8m，因此作業甲板總長在120m左右；在船寬方向，除了要考慮鋼絞線的行程以外，還要考慮拉力千斤頂、反力架、導向輪和連接器所占的空間，因此作業甲板的寬度在38m左右。

3.1.2 調載能力

在進行抬浮打撈作業時，一舷承受 12000t的抬浮力，另一舷主要通過壓載水來與其保持平衡，因此需設置足夠的壓載艙來達到調平的目的，同時船體需具有足夠大的橫向強度來承受調載抬浮引起的橫向彎矩。另外，為提高打撈作業的效率，縮短作業周期，降低打撈風險，還需配備足夠的橫傾水泵，從而實現快速調載。

3.1.3 橫剖面形狀

該船為自航船舶，應具有較好的操縱性和快速性，具有較小的自航阻力，以達到更加節能的目的。另外，考慮到打撈設備的布置需求，對船寬有較高的要求。同時，要避免打撈作業時液壓千斤頂對舷側的磨損。基于這些需求，最終選取水下部分窄、水上部分相對向外擴寬的橫剖面型式。

3.2 作業甲板布置優化

該船為自航的抬浮力打撈船，在無打撈任務時可兼作特種大件、車輛的滾裝運輸船。該船的作業甲板布置需綜合考慮各功能的特點，最大程度地滿足各項需求。為滿足上述需求，作業甲板區需保持整體平整，無突出物，主要采取的措施有：甲板區域的欄桿做成可拆式欄桿；系泊絞車放置在甲板以下的艙室內；帶纜樁嵌入甲板內；燈桅桿做成可倒式桅桿；甲板上的所有艙蓋均做成嵌入式艙蓋。

除了上述措施以外，機艙通風裝置和艙室透氣裝置均集中布置在艏部上層建筑后端壁處，從而確保整個作業甲板區的平整。

3.3 上層建筑布置優化

上層建筑布置除了需考慮普通船員的居住需求以外，還需考慮打撈作業人員的居住需求，且需滿足《2006年海事勞工公約》的要求，因此需對上層建筑布置進行優化，主要考慮以下幾點。

1) 功能分區：將餐廳、廚房和洗衣間等功能處所集中布置在底層。

2) 噪聲源、振源隔離：對這些區域和住艙進行隔離處理，必要時對其內部鋪設絕緣層。

3) 通風系統優化：根據通風量和距離優化通風管道布置，降低通風口處的噪聲。

優化之后，實測該船的振動和噪聲完全滿足ISO 6954和IMO.468 XII的要求，提升了居住的舒適度。該船的總布置圖見圖4。

圖4 打撈船總布置圖

4 定位系統設計

在進行打撈作業時，需首先依靠定位系統保持船舶的位置穩定，再考慮采用液壓千斤頂抬浮打撈技術實現深水區的沉船打撈，因此該船配備有適用于淺水區的錨泊定位系統和適用于深水區的動力定位系統。

4.1 錨泊定位系統

該船配備有四點錨泊定位系統，艏部和艉部各布置2臺定位錨絞車，可實現80m水深以內的指定環境下的錨泊定位作業。艉部的2臺錨絞車為可拆式錨絞車，打撈作業完成之后可移除，以保持作業甲板的平整。在選取錨泊系統參數時，利用水動力軟件HYDROSTAR，采用動態分析法進行錨泊受力分析計算，從而實現錨泊系統參數優化[3]。

4.2 動力定位系統

該船配備有一級動力定位系統，艏部布置2臺側推器，艉部布置2臺全回轉推進器，可實現深水指定環境下的動力定位作業。根據動力定位分析蝶形圖優化艏部和艉部推進器的功率，并對艏部推進器的布置位置進行合理的調整[4-5]。

5 結 語

液壓千斤頂抬浮打撈技術的成功應用和該液壓千斤頂抬浮力打撈工程船的成功設計極大地提高了沉船打撈效率，突破了打撈水深的限制，保障了航道的通暢，同時使深水區的古船打撈成為可能，為后續同類型船舶的設計提供了參考依據。