改造水囊進行沉船拖帶的方法綜述

王煒 張超 中交廣州航道局有限公司

1.研究背景

隨著全球經濟一體化的發展和中國“一帶一路”倡議的推進，我國越來越多的企業開始“走出國門”，參與到各行各業的國際業務中，港口承建便是其中之一，非洲港口的承建在我國企業承建的國際港口業務中占有很大比例。

在建設非洲區域內的港口時，由于非洲區域內大部分國家的發展程度較低，這些國家的政府部門目前對于社會的管理還不是很到位，同樣對于船舶的管理也不是很到位，導致一些鋼結構的漁船沉沒在航道內，嚴重影響船舶的安全航行。

文章以加納特碼新集裝箱碼頭工程項目為例，介紹如何利用水囊、空氣壓縮機、水下焊機及拖輪等材料設備將沉船浮起并拖出施工區，保證施工安全碼頭建好后能正常運營。

2.工程概況

加納特碼新集裝箱碼頭工程位于非洲幾內亞灣北部加納港口城市特碼（Tema）市，在特碼老港的西側。在該海域經常有大量的漁船拋錨，甚至一些漁船因為設備老舊、沒有使用的價值，處理需要花費不小的費用，因此被船東遺棄，這些漁船隨著年久失修加上長年海水海風的腐蝕，漁船逐漸銹蝕進水并發生沉沒。港口施工期間使用多波束對施工區域進行掃海時發現有船形狀的淺點，接著讓潛水員對該處淺點進行了水下探摸，得知為一漁船，長度在60m左右，重量約為200～300t，沉船頂部水深-10m，所在位置的航道設計通航水深-18.7m，沉船的沉沒時間已較為久遠，船體已被銹蝕，而且沉船內部已淤積了一定量的淤泥，加之附近海域的風浪條件為典型的大西洋海況，風浪涌浪較大，這些不利因素加大了沉船拖帶難度。

3.方法介紹

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。根據潛水員探摸的得到的情況，船體腐蝕較為嚴重，無法形成密閉的環境，封艙抽水打撈、壓力排水打撈等打撈方法不適用。另外，因為工程所在的非洲國家物資匱乏，這些方法所需要到的設備在該國都沒有，需要從國外進口，這將增加不少的工程成本。因本工程只需將沉船拖出影響航道施工及船舶航行安全范圍即可，所以如何把船舶吊重實驗用的水囊改造成氣囊，利用氣囊在水下產生浮力將沉船浮起然后使用拖輪拖出施工區，并以較低的成本完成施工，這是一個值得研究的課題。

4.施工準備及步驟

4.1 使用設備及材料

將船舶吊重實驗用水囊改造成的氣囊；空氣壓縮機，為氣囊充氣；發電機，為空氣壓縮機提供電能；氧氣瓶，為潛水員提供氧氣；焊機，對沉船進行切割（由于水囊數量有限，經過計算，水囊產生的浮力不足以使沉船整體浮起，需要將沉船切割）；交通船，水上交通及作業時使用；拖輪，拖帶沉船使用；潛水泵，抽沉船內淤泥使用；潛水設備、卸扣若干；錨標一個，纜繩、水下焊條若干。

4.2 施工步驟

（1）改造水囊：為了便于安裝及充氣，將水囊進行了改造，使其滿足施工的需求。

（2）標記沉船位置：因為海上無固定參照物，為方便施工，需要對沉船的位置進行標記。具體步驟是根據掃海測得的沉船坐標，然后使用RTK定位出沉船具體方位，并用錨標做好標記。

（3）清理淤泥：為減輕沉船重量以及方便切割，使用潛水泵并配合潛水員將沉船內部和沉船邊上的淤泥抽走。

（4）檢查殘油：為避免切割時發生危險，同時避免燃料油泄漏對環境造成污染，需要對沉船油艙及各油管管路進行檢查，在確認該沉船的油艙無殘留的燃料油和油管中沒有存油后便開始下一步的施工。

（5）水下切割：在經過檢查確認沉船油艙內無殘油后，潛水員便根據計算好的長度對沉船進行水下切割，使用到的設備材料為焊機和水下焊條。

（6）船體打孔：為了將氣囊與沉船連上，使氣囊產生的浮力作用與沉船，潛水員在完成船體切割后便在腐蝕程度較小，能夠承受較大拉力的船體處打孔，并且要能穿進卸扣。

（7）安裝氣囊：使用卸扣將氣囊連接上與上一步完成船舶孔洞中。因為未充氣的氣囊也具有一定的的浮力，因此可以先將卸扣裝上氣囊，利用卸扣的重力將氣囊沉下水。

（8）氣囊加壓：待氣囊全部安裝就位后就使用空氣壓縮機對氣囊進行加壓，加壓時拖輪需要在距離沉船兩百米的位置待命，以避免氣囊在短時間內產生的浮力大于沉船的重量然后浮起，但無牽制力，氣囊因而受風浪影響帶著沉船發生不受控制的漂浮，導致安全事故的發生，同時拖輪待命在一定的距離處不至于影響水下施工。加壓的同時潛水員需要不時下水觀察氣囊充氣情況，待沉船快要浮起時潛水員就將拖帶纜繩系上沉船，避免過早系上影響施工及發生危險。

（9）沉船拖帶：待沉船浮起后拖輪立即將浮起的沉船拖至指定的位置下沉，該位置為預先在拖輪導航設備上標記好的位置。在拖帶的過程中拖輪的航行速度不宜過快，最好是控制在2～3節，避免航速過快使海水對氣囊產生較大的阻力導致氣囊破壞。

（10）泄壓：在沉船拖至指定位置后，潛水員下水將氣囊泄壓，泄壓的速度不宜過快，待沉船下沉至海床后將沉船上的氣囊卸下，安裝至切割好的下一塊沉船上。

如此往復操作，將全部沉船拖至指定區域。

4.3 安全注意事項

（1）所有潛水員必須持有在有效期內的合格證件；潛水員施工前要確保身體狀況良好，沒有生病，同時沒有飲用過酒精類飲品；潛水設備必須是合格的能正常使用的。

（2）提前知悉天氣預報以及要時刻關注現場天氣，如果天氣情況較差需停止施工。

（3）現場配備專人配合潛水員施工，并確保施工過程沒有無關船舶進入施工區。

（4）拖輪及交通船工作時要確保與潛水員有足夠的安全距離。

（5）拖輪拖帶過程中人員不宜距離太近，避免纜繩斷裂造成安全事故。

潛水施工屬于高危工作，稍有松懈便會發生事故，而且大部分事故的發生往往是人的因素，因此需要特別加強安全意識和隱患排查，在潛水施工前要做好充分準備以及過程中要時刻保持高度警惕。

5.改進思路

在加壓過程中有氣囊因為壓力過大，同時難以使氣囊的產生的浮力剛好使沉船懸浮于水中，因此一旦氣囊產生的總浮力大于沉船的重量就會立即浮到水面，浮上水面的氣囊由于沒有了水的壓力，而且在水下有的氣囊施加的壓力已經大過氣囊在空氣中能夠承受的壓力，因此浮上水面后氣囊就會發生破壞。

根據克拉伯龍方程PV=nRT（其中P表示壓強、V表示氣體體積、n表示物質的量、T表示絕對溫度、R表示氣體常數）得知，如果氣囊外部壓強增大到一定程度，氣囊體積就會縮小，相當于氣囊內部分的壓力會與外界壓力抵消掉，因此氣囊在水下的所能承受的壓力會隨著水深的加大而增加，那么如果在一定水深的位置給氣囊加壓至一定強度，當氣囊浮上水面甚至是水深減小到一定程度時，氣囊外部壓力減小，此時氣囊本身所承受的壓力變大，如果承受的壓力超出氣囊所能承受的范圍，就會造成氣囊的爆裂。

所以下一步將研究在氣囊在拖移或打撈沉船的施工中如何把氣囊的浮力最大限度發揮出來的同時而沒有爆裂。例如可在氣囊上加裝壓力表，并對氣囊做承壓實驗，了解氣囊所能承受的最大壓力，這樣可以在水下加壓時控制壓力強度，保證氣囊在浮上水面后仍然能夠完好無損。

6.結語

沉船對于疏浚施工及船舶航行安全的影響不言而喻，本工程中，在設備資源有限的情況下積極開拓了思維，開拓性地將船舶吊重實驗用的水囊進行改造并應用到沉船處理中，在充分利用資源完成目標的同時節約了成本。