机械与能源工程学院教授团队为“世越”号沉船提供提升方案并付诸实施
来源:刘广军   发表时间:2017-04-01  阅读次数:1044

    -----“世越”号沉没45米深海底3年,中国上海将其打捞出水

  

  全世界都知道,“世越(先前称‘岁月’)号”沉没45米深海底3年之后,在今年的3月25日浮出水面。实施本次打捞作业的是中国上海打捞局,为沉船打捞提供提升方案并付诸实施的是同济大学卞永明团队。

  世越号(原译为“岁月号”)是指韩国“SEWOL号”客轮(6825吨级)。2014年4月16日上午在韩国全罗南道珍岛郡观梅岛西南方向约3公里海上沉没。该事故已造成304人死亡,142人受伤,另有9人下落不明,大部分罹难者为高中生。

  2016年4月14日,韩国海洋水产部发表声明称,下月起正式开展“世越号”船体打捞工作。将近7千吨的船体,泡在水里重量就超过了万吨,整体打捞出水谈何容易。万吨船体泡在深海里,且呈倾斜姿态。用钢绳捆绑提升,万一绳索勒入船体,对遇难者造成二次伤害怎么办,船体断了怎么办?为了确保万无一失,打捞实行了国际招标。2015年7月,在全球19家实力最强的打捞公司共同参与的国际商业竞标中,上海打捞局以整体实力和“钢梁托底”的人性化打捞方案一举中标,与韩方签署了打捞合同,并于同年8月12日赴韩实施“世越号”打捞任务。

  打捞关键有两点,一是如何确保船体完整出水,二是出水之后如何继续保持水下姿态。上海打捞局采取了钢梁托底、液压提升的方案。钢梁托底关键在托得住、托得稳,液压提升的关键是在风高浪大的海上提得步调一致、令行禁止。

  首先需要摸清沉船水域水文、海况,在590天作业中,上海打捞局投入作业船舶3000余艘次,施工作业人员2170人次。其中,作业所占比重较大的潜水作业已累计完成潜水作业逾6000人次,水下作业总时间近13000小时,工程时间之长、任务之艰巨,创造了世界之最。潜水员发现,沉船船底海底地质有大片礁石区,与韩方提供的资料有重大差异,导致船尾10根钢梁的安装延长了4个月。我校机械与能源工程学院卞永明教授介绍,钢梁不好穿,我们采取了气囊入船排水,配以辅助抬翘船体的办法,用了33根钢梁穿过海底岩石安装在船底,整体提升出水终于奠定了基础。

  液压提升也是同济大学提供的方案。“要想把沉船提升出水,就要布钢绳,组装好提升系统,安排好缓冲系统”,卞永明介绍,三者中提升系统是关键,缓冲(海和船的摇晃冲击)是保证提升顺利的要件。上海打捞局开始的打捞方案是浮吊法,但超过万吨的船体即使用当今世界上起重最大的浮吊也无法完成作业,我们与上海打捞局商定采用钢梁托底、液压提升的办法。

  “先前都是在陆地完成液压提升的”,卞永明说,这次得用浮驳海上作业,这里的海面浪、涌、潮,还有海底的暗流,加上风力的作用,整个三月才有一次的5天打捞窗口期,头两天就是7级以上大风,无法作业。

  如何确保海上作业的安全有序?接受任务后,卞永明团队选择外高桥的长江上开始试验。要想在潮流浪涌的海面上保持定力,关键是缓冲器要起作用,但是这里的江面很平,根本没有风,也没有像样的潮流,“我们只有撤回,回到实验室做模拟试验,用模拟的大油缸对大油缸,再搞一个激振油缸,两三百吨的大家伙,终于将海况彻底摸清楚,并准备了充足的应对措施”,卞永明说。

  卞永明教授、奚鹰教授、张氢教授带领团队成员李安虎教授、刘广军副教授和研究生杨濛、苏炎等人,很好地解决了波、浪、涌、潮、流和风等因素引起的系统均载平衡和位置同步问题,使整体打捞方案得以安全实施:设置的提升方案是:用33根金属钢梁穿过沉船船底托住船体;两艘大型抬浮驳船对称分布在沉船海面的两侧,甲板上距离沉船的最远端分别安装33组共66个提升油缸,利用缓冲反力座进行固定;提升油缸内部穿有提升钢绞线,上端用卸扣固定在一起,下端通过梳导板穿入地锚支架的锚板内;再通过打捞钢丝绳,将托底钢梁的两端分别与抬浮驳船上提升钢绞线的地锚支架相连接;然后利用液压同步提升系统对沉没于水下45米的“世越号”沉船进行整体打捞。

  方案周全,到了现场,一切都在掌握之中。66个350吨的油缸加上400吨的液压缓冲补偿系统协同作业,提升在电脑平台的指挥之下紧张有序地进行。“从陆地到海上,船在摇晃,提升也是动态的,我们要做的就是随波逐浪,保持动态平衡”,卞永明说,作业时我一直在控制台,观察现场,指挥作业,现场的关键是响应要快(大约4秒),我们研制的液压缓冲补偿系统发挥了重大作用。卞永明说,有了它,就像鱼有了鱼鳔,很好地均衡了荷载,减了摇晃振动,让提升作业很好地协调同步起来。

  卞永明解释说,液压缓冲补偿系统的蓄能器与缓冲油缸预先充入设定压力,当抬浮驳船快速上升时,提升油缸通过受力支架向缓冲油缸施加载荷,缓冲油缸中的液压油被压回蓄能器,油缸收缩以补偿沉船上升位移;当抬浮驳船快速下降时,缓冲油缸通过受力支架向提升油缸施加载荷,蓄能器将液压油压送至缓冲油缸,油缸伸长以补偿沉船下降位移。

  据介绍,“世越号”沉船整体起浮采用驳船抬浮方式完成,包括抬浮提升出水、拖航移位、移放半潜驳和整体起浮出水四个作业环节。其中,同济发挥作用的主要在液压提升装置,即把水下45米、长145米的“世越号”提升至出水13米的设计高度。“每小时提升3米,作业很顺利,得益于这次研制的液压缓冲补偿系统,它属世界首创,让我们的液压提升开辟了崭新的疆域”,卞永明感慨,台上一分钟,台下十年功。如果我们没有平时的技术、器件积累,要在这样的海上对付如此变幻不定的浪涌潮流,不敢。据悉,近5年来,该套液压同步提升技术及装备已先后在国家天文台500米口径天文望远镜钢结构安装、港珠澳大桥九洲航道桥主塔安装、向家坝水电站导流底孔封堵闸门下放等200余项大型工程中成功实施应用。

  据了解,这次打捞以吨位之大、海况之复杂及要求之高被媒体称为“史上最难”,受到包括韩国民众在内的世界人民广泛关注。船体出水之后,韩国媒体、民众纷纷表示“谢谢中国”;而创造了世界打捞史奇迹的中国作业人员却说“我们打捞的不是船,是300个破碎家庭的思念”,他们的专业、敬业精神受到世界的交口称赞。

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