最硬核打撈工藝，護(hù)古船破浪而出

阿暉

2022年3月2日，“長江口二號(hào)”古船正式開始打撈。打撈啟動(dòng)儀式在上海外高橋碼頭舉行?！伴L江口二號(hào)”古船考古與文物保護(hù)工作同時(shí)啟動(dòng)。

“長江口二號(hào)”古船整體打撈遷移工程的啟動(dòng)，令世界為之矚目。這個(gè)稱得上規(guī)?；趾氲墓糯脊排c文物保護(hù)項(xiàng)目，在世界上首次采用了“弧形梁非接觸文物整體遷移技術(shù)”，是“史上最硬核”的第五代打撈工藝，集當(dāng)今最先進(jìn)的技術(shù)路線、設(shè)備制造等于一體，引發(fā)人們的高度關(guān)注。

“弧形梁非接觸文物整體遷移技術(shù)”究竟是怎樣了不得的黑科技？有何特別之處，具體怎么操作？為什么要采用這種前所未有的打撈技術(shù)，對(duì)古船考古與文物保護(hù)能起到什么作用？本文將一一揭秘。

從2015年到2018年，歷時(shí)3年，在國家文物局的牽頭、支持和上海文保部門的努力下，經(jīng)過多次水下探摸和對(duì)部分出水文物的鑒定后，長江口二號(hào)古船的重大文物價(jià)值終于確定，對(duì)于這艘古船的打撈也被提到了議事日程上。

由于“長江口二號(hào)”古船受水流沖刷嚴(yán)重，船體面臨嚴(yán)重安全威脅。自2019年以來，上海市文保部門在沉船的前方投下了不少每個(gè)重達(dá)1噸的尼龍“噸袋”，筑起一前一后兩道防護(hù)墻以減緩水流對(duì)沉船的沖刷。上海市文物局副局長褚曉波說：“但實(shí)地監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，頭一年投下去的‘噸袋’沒多久就散架后被水流沖走了，而沉船的傾斜度正在逐年加大。這意味著如再不打撈，船體就有可能在水流的沖刷下傾覆、散架！”

考古專家們的意見是：必須盡快打撈。上海市文物局在充分聽取專家意見，評(píng)估沉船面臨的風(fēng)險(xiǎn)后，決定對(duì)“長江口二號(hào)”古船采取整體打撈的方式，最大程度保護(hù)好這一珍貴的水下文化遺產(chǎn)。具體操作打撈沉船的重任，落在交通運(yùn)輸部上海打撈局肩上。

在前期對(duì)“長江口二號(hào)”古船的水下探摸工作中，上海打撈局也參與其中，為古船位置和價(jià)值的探明做出了突出貢獻(xiàn)。作為目前中國最大的搶險(xiǎn)救助打撈專業(yè)單位之一，上海打撈局曾出色完成了不勝枚舉的海上環(huán)境和財(cái)產(chǎn)救助、沉船沉物打撈清障，以及難船存油、溢油的應(yīng)急清除、突發(fā)事件搶險(xiǎn)救難任務(wù)，具有極其豐富的沉船打撈經(jīng)驗(yàn)，可以說是我國乃至世界上沉船打撈領(lǐng)域響當(dāng)當(dāng)?shù)摹暗谝惶蓐?duì)”。

2017年將韓國“世越號(hào)”沉船打撈出水，是上海打撈局進(jìn)行的一次全球矚目的打撈行動(dòng)。當(dāng)年3月25日，經(jīng)過連續(xù)590天奮戰(zhàn)，在位于韓國西南海面上，上海打撈局通過實(shí)施“鋼梁托底”整體起浮技術(shù)，成功地讓沉沒近三年的韓國“世越號(hào)”從44米深海下重見天日。

韓國全羅南道木浦新港，“世越”號(hào)沉船船體。

在韓國“世越”號(hào)沉船打撈過程中，上海打撈局探索研發(fā)了一系列新技術(shù)，如在堅(jiān)硬海底穿引鋼索或鋼梁技術(shù)，適用于沉船艙室不規(guī)則空間的氣囊浮力提升技術(shù)，具有升沉補(bǔ)償功能的沉船整體液壓同步提升技術(shù)，以及在沉船打撈作業(yè)時(shí)水面船舶、提升系統(tǒng)及水下沉船間的耦合運(yùn)動(dòng)及風(fēng)險(xiǎn)控制策略等，實(shí)現(xiàn)了大噸位沉船打撈技術(shù)的新突破。

打撈數(shù)千上萬噸的鋼鐵沉船對(duì)上海打撈局來說不在話下，但對(duì)于“長江口二號(hào)”這樣的木制古沉船進(jìn)行保護(hù)性整體打撈，卻是個(gè)精細(xì)的“瓷器活”。

打撈數(shù)千上萬噸的鋼鐵沉船對(duì)上海打撈局來說不在話下，但對(duì)于“長江口二號(hào)”這樣的木制古沉船進(jìn)行保護(hù)性整體打撈，卻是個(gè)精細(xì)的“瓷器活”。

這是宋代古沉船“南海一號(hào)”整體打撈出水之后，救撈系統(tǒng)參與的又一項(xiàng)大型水下文物考古行動(dòng)。15年前在廣東陽江海域?qū)Α澳虾Ｒ惶?hào)”的打撈，負(fù)責(zé)具體操作的廣州打撈局，世界首創(chuàng)地為“南海一號(hào)”量身定做了“沉井”鐵箱，把“沉井”沉入海底，罩住沉船與其周圍淤泥，從鐵箱中間兩側(cè)穿引36根托底鋼梁，每兩根鋼梁之間還插入保泥鋼板。打撈時(shí)，將沉船、文物和淤泥裝入沉箱，一體化、一次性地吊離海底，運(yùn)至廣東海絲館外圍海灘的臨時(shí)碼頭。

雖然有“南海一號(hào)”古沉船打撈的案例在前，但是方案卻無法復(fù)制在“長江口二號(hào)”上。

上海打撈局周東榮副局長介紹說，如果采用常規(guī)的水下沉船打撈技術(shù)，潛水員必須鉆到“長江口二號(hào)”古船底下人工打洞，在沉船底部貫穿鋼纜。這種方式容易發(fā)生塌方，對(duì)潛水員生命安全和古船結(jié)構(gòu)安全造成威脅。長江口水質(zhì)也非常特殊，屬于渾水，且泥沙回淤量極大。即使?jié)撍畣T完成水下打洞，在短時(shí)間內(nèi)泥沙又會(huì)迅速回填，令水下打撈成為不可能完成的任務(wù)。由于“長江口二號(hào)”古船處于長江入海口的特殊水文環(huán)境，水流急、河床淤積快，且相鄰航道運(yùn)輸繁忙，也無法采用圍堰開挖或底部穿越鋼索形成的沉箱方式。

這些客觀因素，造成了對(duì)“長江口二號(hào)”整體打撈遷移的難度，比2007年整體打撈“南海一號(hào)”的難度更大。但只有整體打撈才能確保實(shí)現(xiàn)文物部門提出的古船安全性、完整性和原生性的要求。

如何確保古船安全、完整地打撈出水，而又不擾動(dòng)周圍泥沙給古船帶去二次損傷，對(duì)文物保護(hù)和打撈人員來說是個(gè)考驗(yàn)。面對(duì)這一世界性難題，作為曾經(jīng)圓滿完成“桑吉”輪救援及水下抽油、南太平洋“鸚鵡號(hào)”、韓國“世越號(hào)”等世界級(jí)打撈工程的上海打撈局，再度發(fā)揮了迎難而上科技創(chuàng)新的精神，組織上海隧道公司和上海電氣核電集團(tuán)等科研團(tuán)隊(duì)開展聯(lián)合攻關(guān)，最終拿出了世界首創(chuàng)的打撈技術(shù)方案——“弧形梁非接觸式文物整體遷移技術(shù)”。可以說，這套科技含量高、對(duì)文物保護(hù)程度最大的打撈方案，是在特殊環(huán)境條件倒逼之下，為“長江口二號(hào)”古船量身定制的。

“創(chuàng)立”號(hào)遠(yuǎn)洋救助打撈船模型。

長江口二號(hào)古船整體遷移項(xiàng)目弧線梁系統(tǒng)。攝影/ 王凱

“弧形梁非接觸式文物整體遷移技術(shù)”，被稱為“世界第五代打撈技術(shù)”。這套為“長江口二號(hào)”古船量身定制的打撈方案，將在沉船下的河床里打入22根全鋼結(jié)構(gòu)的弧形梁，形成一個(gè)長51米、寬19米、高9米的弧形沉箱，每根弧形梁及端板與古船體的距離都在2米以上，古船和包裹著它的泥沙、海水將使沉箱的總重量達(dá)到近1萬噸。

該技術(shù)特別結(jié)合了核電弧形梁加工工藝、隧道盾構(gòu)掘進(jìn)工藝、沉管隧道對(duì)接工藝，并運(yùn)用液壓同步提升技術(shù)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)等目前全球最為先進(jìn)的高新技術(shù)。同時(shí)，這些技術(shù)也是首次應(yīng)用于文物保護(hù)和考古領(lǐng)域。

據(jù)了解，22根專門制造的弧形梁，頂部是威力強(qiáng)勁的隧道盾構(gòu)掘進(jìn)裝置，尾部搭載具備400噸巨大推力的隧道盾構(gòu)推進(jìn)裝置，這個(gè)裝置可以從古沉船底部快速掘進(jìn)，就像挖掘地鐵隧道一樣，擊穿長江口海底厚厚的泥沙甚至巖石雜物。

“用造隧道的技術(shù)來打撈水下沉船，這在全世界水下考古中還是第一次。依賴我國的高端制造能力，這樣的高科技方案可以最大限度地保護(hù)水下文化遺產(chǎn)的原生性和完整性，保障文物安全?！瘪視圆ㄕf。

打撈裝置的弧形梁的直徑為19米，一根弧形梁重達(dá)70噸，發(fā)射架重達(dá)150噸，對(duì)加工的技術(shù)精度要求極高。按照設(shè)計(jì)要求，海上作業(yè)時(shí)，發(fā)射架要將弧形梁從它內(nèi)部頂進(jìn)河床。這對(duì)發(fā)射架和弧形梁的同心度要求極高，精度要求必須達(dá)到0.5毫米，如果達(dá)不到精度要求，弧形梁就會(huì)在發(fā)射架內(nèi)被“卡死”，無法順利頂進(jìn)作業(yè)。

上海電氣核電集團(tuán)2021年9月正式接到了建造弧形梁、發(fā)射架和端板等打撈裝置主體結(jié)構(gòu)的任務(wù)，因?yàn)槿绱烁呔鹊臉?gòu)件，唯有核電集團(tuán)高端裝備工程事業(yè)部的車銑設(shè)備可以加工。

上海電氣核電集團(tuán)曾多次為上海隧道制造超大直徑的盾構(gòu)主要部件，技術(shù)并不陌生，但制造用于海上作業(yè)的弧形梁和發(fā)射架還是首次。核電集團(tuán)高端裝備工程事業(yè)部總經(jīng)理助理曹巍介紹說，加工的端板直徑達(dá)19米，但立銑車床底盤的直徑只有10米，要在“小托盤”上加工“大家伙”，這“找正”的要求很高。為了滿足加工件“找正”的要求，他們專門設(shè)計(jì)制造了重達(dá)80噸的工裝，克服了大型回轉(zhuǎn)工件的機(jī)加工難題，圓滿地完成了加工任務(wù)。

“長江口二號(hào)”古船打撈工程在上海外高橋碼頭正式啟動(dòng)后，根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃，正式打撈或?qū)⒃谑⑾膩砼R前開啟，有望在今年年內(nèi)完成打撈與遷移任務(wù)。

2021年12月底，加工完成的端板、弧形梁等裝置加工完成，運(yùn)往長江口。12月23日，1：1海上等比例試驗(yàn)在上海打撈局的“大力號(hào)”打撈工程船上正式啟動(dòng)?！按罅μ?hào)”是一艘海上自航浮吊船，臂合力很大，可達(dá)6000噸，具有起吊能力大、跨距遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，參與過國內(nèi)外多項(xiàng)重大工程建設(shè)和應(yīng)急打撈任務(wù)，在舉世矚目的“世越號(hào)”打撈中和在2003年的東海大橋建設(shè)中，“大力號(hào)”都曾大顯身手。

為了確保新技術(shù)的可行性，上海打撈局在2021年1月和10月已經(jīng)進(jìn)行了兩次1∶10的縮比試驗(yàn)，均獲得成功?！?∶10模型試驗(yàn)驗(yàn)證弧形梁方案可行，等比例試驗(yàn)是同等工況環(huán)境條件下的實(shí)際驗(yàn)證，以證明設(shè)備性能、施工工藝安全可靠，從而充分保障古船文物的安全?！鄙虾４驌凭猪?xiàng)目工程師朱小東說。

2022年1月26日上午，海上等比例試驗(yàn)開始挑戰(zhàn)整體起吊。這次試驗(yàn)?zāi)芊癯晒?，直接關(guān)系著打撈方案的成敗。

長江口進(jìn)行打撈作業(yè)，窗口期是最大的限制因素之一，這天中午11時(shí)許，水面和水下環(huán)境相對(duì)平穩(wěn)，就是一個(gè)難得的短暫窗口。所有參與試驗(yàn)的人員都緊張注視著吊索與水面，緊盯著端板的滲水、滲沙情況。隨著主吊鉤帶動(dòng)左右各四根吊索緩緩提升，端板緩緩上提，過程十分平穩(wěn)。試驗(yàn)裝置順利起吊并放置后，經(jīng)過測量，試驗(yàn)裝置出水后總重增加至1200噸，實(shí)現(xiàn)了打撈物+周邊環(huán)境物（水、沙、文物等）“滴水不漏”的目標(biāo)，完全可以最大程度保護(hù)水下文化遺產(chǎn)的原生性和完整性，保障文物安全。

在3月2日“長江口二號(hào)”古船打撈工程在上海外高橋碼頭正式啟動(dòng)后，根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃，正式打撈或?qū)⒃谑⑾膩砼R前開啟，有望在今年年內(nèi)完成打撈與遷移任務(wù)。

據(jù)介紹，“長江口二號(hào)”古船的整體打撈過程將分為四個(gè)步驟。在這一過程中，打撈設(shè)備完全不接觸水下文物，而且將古船周圍蘊(yùn)含豐富信息量的考古遺址一并打撈出水。

第一步，打撈人員從打撈船上把端板頂梁組合體吊入長江口水下，沉入泥中預(yù)設(shè)位置。

第二步，打撈船將在端板頂梁組合體安裝頂進(jìn)發(fā)射機(jī)架，驅(qū)動(dòng)在古船上方安裝好的22根巨大弧形梁從水下旋轉(zhuǎn)到泥下，穿過厚積的泥沙甚至巖石，從“長江口二號(hào)”古船底部穿過，把預(yù)計(jì)重達(dá)8000余噸的船體和水下考古遺址“連泥帶水”全部包住“抓入懷中”。

第三步，22根弧形梁將與泥面上的頂梁一一連接、全部扣緊。此時(shí)，“長江口二號(hào)”古船將被這副由弧形梁和頂梁共同構(gòu)成的“鋼架鐵骨”完全包裹。由于弧形梁的制造精密度誤差僅在毫米級(jí)別，預(yù)計(jì)弧形梁泥下合龍之后，不僅可以確保“長江口二號(hào)”古船“無恙”，還要爭取“連泥帶水不漏”。

第四步，打撈人員在全面檢驗(yàn)裝置整體密封性能后，將“長江口二號(hào)”古船整體吊起。

對(duì)于這史無前例的古沉船打撈創(chuàng)新方案，有專家將其整個(gè)過程，形象地比喻為“抓娃娃”，22根“巨無霸”弧形梁，就像是那“抓娃娃”的機(jī)械手。

上海打撈局還為運(yùn)送“長江口二號(hào)”古船研制了一艘中部開口的打撈工程船，褚曉波將這艘量身定制的工程船形象地比喻為“袋鼠媽媽”。古船一旦打撈出水，就會(huì)被迅速提升到這艘特制的打撈工程船上，嵌入其敞開的船艙內(nèi)部。

隨后，這艘“袋鼠媽媽”工程船將懷抱“長江口二號(hào)”古船駛往位于上海楊浦濱江的上海船廠舊址1號(hào)船塢。未來，考古人員將在這里逐步探索“長江口二號(hào)”古船的更多秘密。