模塊化浮箱在封閉水域沉物打撈工程中的應(yīng)用

陶然

（中國(guó)港灣工程有限責(zé)任公司，北京 100027）

0 引言

沉船沉物打撈技術(shù)是海洋救撈工程行業(yè)的重要組成部分，對(duì)減少經(jīng)濟(jì)損失和避免海洋環(huán)境污染具有重要的意義[1]。對(duì)于在湖泊、水庫(kù)等封閉水域內(nèi)的搶險(xiǎn)救災(zāi)和沉物打撈，采用模塊化浮箱拼組水上施工平臺(tái)或棧橋通道，具有較高的安全性和經(jīng)濟(jì)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(nèi)進(jìn)行沉物打撈的工作要點(diǎn)及細(xì)節(jié)，為類似工程提供借鑒。

1 沉物概況

某工程在封閉水域內(nèi)的推填砂體上進(jìn)行施工，由于砂體發(fā)生較大面積的坍塌滑坡造成施工設(shè)備及材料落水。雖然相比在深海進(jìn)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(shí)施方面仍存在以下難點(diǎn)：

1）由于沉物位于封閉水域內(nèi)，打撈設(shè)備組織難度較大。

2）由于發(fā)生砂體坍塌滑坡已造成工程停工需盡快復(fù)工，若打撈工作不能及時(shí)完成，會(huì)造成整體工期延誤。

3）沉物中的施工設(shè)備在進(jìn)行水下切割時(shí)，油箱、油管容易發(fā)生泄漏造成污染。

4）對(duì)于沉物中的施工材料，打撈工作也應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)量控制，盡可能實(shí)施整體打撈并保證材料的原始形態(tài)，以便復(fù)工后重復(fù)使用。

2 打撈方案

依據(jù)現(xiàn)有的打撈技術(shù)，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(diǎn)對(duì)浮力打撈法和起重打撈法進(jìn)行方案比選。

2.1 浮力打撈法

浮力打撈法作為最傳統(tǒng)的打撈技術(shù)，其原理是利用浮筒排水或氣囊充氣后產(chǎn)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(wěn)定、安全風(fēng)險(xiǎn)較小。但是浮力打撈法存在工藝復(fù)雜、人員勞動(dòng)強(qiáng)度高、打撈速度慢等缺點(diǎn)，同時(shí)仍需要浮吊或吊車的輔助配合。因此，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施前還需對(duì)氣囊的尺寸、浮力等參數(shù)進(jìn)一步評(píng)估驗(yàn)算。

2.2 起重打撈法

起重打撈法作為現(xiàn)代打撈的主流技術(shù)，其原理就是直接利用起重船上的大噸位起重機(jī)直接將沉物吊離海底。起重打撈法在工作程序方面具有簡(jiǎn)單、快捷的優(yōu)點(diǎn)，但是在起吊及吊運(yùn)過程中仍存在著一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 方案比選

結(jié)合沉物及現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，經(jīng)過對(duì)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(shè)備和材料，基本都自身帶有吊點(diǎn)，因此起重打撈法更具有可行性。

3 打撈設(shè)備

打撈設(shè)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(jìn)行打撈；

2）將小型起重船吊入封閉水域內(nèi)進(jìn)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(shè)備的起重能力應(yīng)保證達(dá)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(nèi)實(shí)施打撈。以上這兩種方案在經(jīng)濟(jì)性方面均不具備優(yōu)勢(shì)。

因此，結(jié)合項(xiàng)目周邊可調(diào)遣的設(shè)備資源，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，決定采用將模塊化浮箱吊入封閉水域內(nèi)拼組駁船，并建設(shè)一個(gè)臨時(shí)碼頭用于履帶吊上駁船組成浮吊實(shí)施打撈的方案。這種方案，雖然準(zhǔn)備工作比較繁瑣，但是實(shí)施的總體風(fēng)險(xiǎn)較小，且在經(jīng)濟(jì)性方面具有較大優(yōu)勢(shì)。

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(jì)60年代開始應(yīng)用于民用工程，并在近年來得到了越來越廣泛的應(yīng)用，多用于工程施工前期的交通運(yùn)輸和物資裝卸載以及突發(fā)自然災(zāi)害地區(qū)的搶險(xiǎn)救災(zāi)[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(zhǎng)12.2 m、重約15 t；20英尺浮箱相當(dāng)于半個(gè)40英尺浮箱，長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(gè)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(shè)備采用400 t履帶吊，在吊臂長(zhǎng)36 m、吊距16 m的情況下，全回轉(zhuǎn)起重能力可達(dá)60 t、固定起重能力可達(dá)90 t。經(jīng)計(jì)算，由模塊化浮箱駁船與履帶吊組成的浮吊在空載狀態(tài)下最小干舷高度為65 cm、最大傾角為0.8°；起重狀態(tài)下最小干舷高度為30 cm、最大傾角為1.6°，并按規(guī)范校核，滿足船舶的穩(wěn)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(shí)碼頭設(shè)計(jì)與施工

臨時(shí)碼頭選址在滑坡區(qū)域附近砂基穩(wěn)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(shí)碼頭結(jié)構(gòu)采用無錨板樁式[8-9]，便于施工與拆除。臨時(shí)碼頭前沿線長(zhǎng)20 m，前沿開挖后底標(biāo)高為-1.2 m，可滿足浮吊在起重狀態(tài)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(shí)碼頭前沿線及翼墻采用AZ26的鋼板樁，樁長(zhǎng)9.2 m、頂標(biāo)高為+1.2 m；支撐樁采用φ914 mm的鋼管樁，樁長(zhǎng)12 m、頂標(biāo)高為+0.8 m；頂梁采用雙拼HEB400型工字鋼，焊縫按11 mm控制。經(jīng)計(jì)算，臨時(shí)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定要求。

臨時(shí)碼頭的鋼板樁及鋼管樁均采用液壓振動(dòng)錘直接振沉，沉樁過程中采用簡(jiǎn)易的型鋼焊接作為導(dǎo)向架。

4 打撈準(zhǔn)備

4.1 沉物測(cè)量探摸

通過對(duì)沉物區(qū)域進(jìn)行多波束測(cè)量，基本確定了沉物位置，再由潛水員探摸沉物的水下姿態(tài)，并以此制定具體的打撈順序及實(shí)施細(xì)節(jié)。

4.2 浮吊組裝

首先將浮箱逐個(gè)吊入打撈區(qū)域內(nèi)進(jìn)行拼裝，完成后由拖輪將其拖靠至臨時(shí)碼頭并安裝附屬設(shè)施。履帶吊通過搭設(shè)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(shí)施

5.1 水下清砂

由于砂體發(fā)生坍塌滑坡時(shí)，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(tài)。例如沉物中的施工材料鋼板樁，長(zhǎng)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(diǎn)清砂后，再進(jìn)行潛水確認(rèn)，直至鋼板樁整體都露出砂面，才開始實(shí)施打撈。

5.2 集油處理

對(duì)于需要進(jìn)行液壓油管切割的沉物，例如沉物中的液壓振動(dòng)錘及其配電柜，其連接的油管長(zhǎng)達(dá)40 m，水下切割前需在水面設(shè)置圍油欄，切割時(shí)采用集油器及時(shí)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(zhǎng)，水下拆卸操作不便，因此需要進(jìn)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(diǎn)或捆綁式起吊。沉物中螺旋鉆機(jī)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(diào)整，確保起吊的穩(wěn)定。

6 打撈效果

本次打撈工作在不到30個(gè)工作日內(nèi)完成了所有沉物的打撈，包括履帶吊、螺旋鉆機(jī)等大中型施工設(shè)備4臺(tái)套和鋼板樁等共計(jì)約120 t施工材料，以及相關(guān)船機(jī)設(shè)備的調(diào)遣與撤場(chǎng)、臨時(shí)碼頭的搭建與拆除，未對(duì)工程后續(xù)的施工進(jìn)度造成較大的影響。

7 結(jié)語

1）模塊化浮箱具有連接可靠、拼組簡(jiǎn)便和承載力大等優(yōu)點(diǎn)，可以有效地解決在封閉水域?qū)嵤┏廖锎驌扑媾R的打撈設(shè)備組織困難的問題，具有推廣借鑒價(jià)值；

2）起重打撈法作為目前最主流的打撈技術(shù)，具有快速、強(qiáng)力、可靠的優(yōu)點(diǎn)，適用于各類的海上搶險(xiǎn)救撈工作；

3）無錨板樁式臨時(shí)碼頭具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工便捷、適用性強(qiáng)、安全經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，可以為模塊化浮箱起重駁船的裝卸以及施工輔助設(shè)施的臨時(shí)堆放提供可靠的保證；

4）在水庫(kù)區(qū)、圍堰區(qū)等封閉水域內(nèi)的施工中，模塊化浮箱的應(yīng)用已經(jīng)展示了較好的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，隨著其安全性、耐久性以及耐波性的進(jìn)一步提升，將得到更加廣泛的應(yīng)用。