超大月池专用工程驳船在船整体打捞迁移工程中的应用.pdf

收稿日期:修回日期:录用日期:基金项目:“长江口二号”古船整体打捞迁移工程(S)作者简介:蒋哲(),高级工程师,从事水工工程、海洋工程、项目管理;E m a i l:j z c o e s c n 文章编号:()S D O I:/j c n k i j s j t u S 超大月池专用工程驳船在船整体打捞迁移工程中的应用蒋哲,周东荣,吴明哲,朱小东胡建,戴青,唐继蔚,王磊(交通运输部上海打捞局,上海 ;上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院,上海 )摘要:介绍创新的超大月池工程驳船“奋力”轮的设计构想,“奋力”轮在“长江口二号”古船整体打捞迁移工程施工中的高效应用,以及古船打捞提升力的计算对比实际打捞提升质量的情况“奋力”轮在“长江口二号”古船整体打捞迁移工程中的成功应用,为未来古船打捞提供参考技术方案关键词:超大月池;“奋力”轮;整体打捞;同步提升;长江口二号中图分类号:U 文献标志码:AE f f i c i e n tA p p l i c a t i o no fS u p e rM o o nP o o lS p e c i a l E n g i n e e r i n gB a r g e i nI n t e g r a lS a l v a g ea n dR e l o c a t i o nP r o j e c t o fA n c i e n tS h i pJ I ANGZ h e,ZHO UD o n g r o n g,WU M i n g z h e,ZHUX i a o d o n gHUJ i a n,DA IQ i n g,T ANGJ i w e i,WANGL e i(S h a n g h a iS a l v a g eo f t h eM i n i s t r yo fT r a n s p o r t,S h a n g h a i ,C h i n a;S c h o o l o fN a v a lA r c h i t e c t u r e,O c e a na n dC i v i lE n g i n e e r i n g,S h a n g h a i J i a oT o n gU n i v e r s i t y,S h a n g h a i ,C h i n a)A b s t r a c t:T h i sp a p e r i n t r o d u c e s t h ed e s i g nc o n c e p to f t h e i n n o v a t i v eb a r g e“E n d e a v o r”f o r t h es u p e r l a r g em o o np o o lp r o j e c ta n di t sh i g h e f f i c i e n c ya p p l i c a t i o ni nt h ei n t e g r a ls a l v a g ea n d m i g r a t i o np r o j e c to f“Y a n g t z eR i v e rE s t u a r y I I”a n c i e n t s h i p I t a l s o i n t r o d u c e s t h e c a l c u l a t i o no f t h e l i f t i n g f o r c eo f t h e a n c i e n ts h i pc o m p a r e d w i t ht h ea c t u a ll i f t i n g w e i g h t T h es u c c e s s f u la p p l i c a t i o no fb a r g e“E n d e a v o r”i nt h ei n t e g r a ls a l v a g ea n dr e l o c a t i o np r o j e c to f“Y a n g t z eR i v e rE s t u a r yI I”a n c i e n ts h i pp r o v i d e st e c h n i c a lr e f e r e n c e f o r f u t u r es a l v a g eo f a n c i e n t s h i p s K e yw o r d s:s u p e rm o o np o o l;b a r g e“E n d e a v o r”;i n t e g r a l s a l v a g e;s y n c h r o n o u s l i f t i n g;Y a n g t z eR i v e rE s t u a r yI I背景介绍“长江口二号”清代沉船(以下简称“长江口二号”古船)是目前国内乃至世界上发现体量最大、保存最完整、船载文物数量巨大的古代木质船之一,是弥足珍贵的文化遗产其在上海水域被发现,受到了国家文物局和上海市委、市政府的高度重视国家文物局 年底通过 文物要情 将有关情况专报中第 卷 增刊 年 月上 海 交 通 大 学 学 报J OUR NA LO FS HAN GHA I J I AOT ON GUN I V E R S I T YV o l S u p O c t 上海交通大学学报第 卷办、国办和中宣部等部门,并将“长江口二号”古船项目纳入“考古中国”重大工程 年月 日发布的 上海市国民经济和社会发展第十四个五年规划和二三五年远景目标纲要 中,将“长江口二号”古船博物馆列入“十四五”上海市重大公共文化体育设施建设项目,该项目是提升上海市文化软实力、丰富人民精神文化生活的重要举措同时,“长江口二号”古船将成为上海建设全球卓越城市的新亮点、上海文化品牌的金名片、上海文化自信的压舱石在博物馆建设启动之前,必要工作是对古船遗址进行整体迁移项目的建设对“长江口二号”古船的研究和保护、提升上海市水下考古的科研实力具有重要意义和价值“长江口二号”古沉船的发掘、保护和利用对于上海文化建设而言,不仅是一项重大挑战,而且是一种历史机遇应充分做好发掘、保护、研究和利用,构建考古、保护、研究、展示、利用一体化的文物保护利用新模式,营造国内、国际合作研究的大平台 年,上海市文物局按照上海市政府要求,多次与上海市委宣传部、发改委、财政局、交通委等部门和单位以及相关区沟通对接,就沉船整体打捞方案、打捞预算等工作开展深入研究交通运输部上海打捞局受上海市文化和旅游局委托,编制 长江口二号古船遗址整体迁移工作方案,并已于 年开始编制 年,交通运输部上海打捞局结合水下考古探摸与调查成果,制定了详细的 长江口二号古船遗址整体迁移工作方案,并于 月下旬至国家文物局进行专题汇报,得到国家文物局的原则性肯定和支持 月中旬,上海文化和旅游局组织国内水下考古、海洋工程等领域专家,召开了 长江口二号古船遗址整体迁移工作方案 专家评审会,会后根据专家意见,交通运输部上海打捞局对方案进行了修订,并于 月报送国家文物局审批 年月日,国家文物局在 国家文物局关于长江口二号沉船整体发掘考古项目意见的函(文物保函 号)中正式批复对古船进行整体发掘 年月 日,上海文旅局邀请国内打捞、海洋工程专家,对 长江口二号古船遗址整体迁移工作方案 中交通运输部上海打捞局提出的沉井、分段沉井和弧形梁方案种整体迁移方案进行了评审,专家认为弧形梁方案海上施工时间最短、工艺成熟、自动化和安全性高,一致同意弧形梁整体迁移方案 年月 日,上海文化和旅游局正式批复同意采取弧形梁方案进行古船整体打捞,并迁移至上海船厂旧址号船坞进行保护其现有建筑主要参数如下:船坞底部为混凝土底板,两侧为钢板桩,号船坞长 m、宽 m、深 m“奋力”轮的设计建造经交通运输部上海打捞局项目组前期市场排查,没有找到满足进入号船坞条件的船舶资源即使找到了相应的半潜驳,按照传统打捞工艺,需要条半潜船、条抬浮驳,还包括多条拖轮等,对船舶资源的数量和类型要求较高,不仅在短时间内很难组织齐全相应的资源,而且也增加了现场协同作业的难度和风险,在时间性和经济性方面均不是最佳选择对此,需要改进现有技术装备,相应的打捞技术方案还有可优化提升的空间为优化沉船整体打捞方式,上海打捞局项目组创造性地提出自带超大月池的专用工程甲板驳方案该方案为一种全新的集沉船打捞、运输、进坞、卸载于一体的专用工程驳船概念,在该船中部设计一个长 m、宽 m的超大月池,以计算机控制液压钢绞线同步提升技术为设计打捞提升方案,从而仅用艘船就能完成传统工艺条抬浮驳转载至条半潜船共条船的工作任务,可高效解决“长江口二号”古船整体打捞迁移工程中的船舶资源和沉船进坞问题该专用工程驳船命名为“奋力”轮,为钢质船由于古船迁移的目标船坞宽度为 m,船舶进出坞还需要 一 定 余 量,所 以 该 船 的 设 计 宽 度 不 能 超 过 m而古船打捞的弧形梁框架整体宽度为 m,提升也需要适度余量,因此,超大月池的尺寸也被限制为长 m、宽 m这样一来,月池之外的船体,左右船边分别只有m的宽度,显得非常单薄,然而却要承受设计 t的总提升力,对该位置船体的结构强度和总纵强度等有着很高的设计要求此外,还包括对应的压载方案,都需要重点关注和计算确定经初步 设 计,确 定“奋 力”轮 主 尺 度 为:总 长 m、宽 m、型深m、设计吃水m“长江口二号”古船长 m、宽 m,计算打捞总质量约为 t,为配合整体打捞迁移工程,驳船中部开一个长 m、宽 m的超大月池,用于将包含古船的弧形梁框架从月池区域整体打捞提升进月池之中为此,月池左右的m船舷侧需要特别强化结构强度,然后,“奋力”轮怀抱古船由拖轮拖带至船坞内在打捞时,通过“奋力”轮上的计算机控制液压钢绞线同步提升设备即可完成沉船的整体提升,相对于传统的在沉船两侧各使用条抬浮驳的提升方法,“奋力”轮减少了抬浮驳的投入数量在沉船提升至大月池内后,拖轮将“奋力”轮和古船整体拖带至船坞内,然后通过该计算机控制液压钢绞线同步提升设备直接将沉船整体下放至船坞预设的基座上,增刊蒋哲,等:超大月池专用工程驳船在船整体打捞迁移工程中的应用 整个过程无转载作业,辅助设备投入较少,降低了转载带来的安全风险,整体作业时间短、工序简单、投入成本较小、安全性较高专用工程驳船“奋力”轮不仅可在“长江口二号”整体打捞迁移工程中发挥至关重要的沉船打捞、运输、进坞、卸载作用,还可为各种打捞设备模块提供作业平台,承担作业工具的运输和储存以及其他作业船舶的补给等作用“奋力”轮出厂效果照片如图所示,航拍照片如图所示根据项目需要,交通运输部上海打捞局监造组与中标的招商船厂方一起探讨确定了项目生产计划表,监造组与船厂共同赶工,最终于 年月 日完成交船,比计划工期节点有所提前,满足了工程需要图“奋力”轮出厂效果照片F i g P h o t oo fu n d o c k i n go fb a r g e“E n d e a v o r”图“奋力”轮航拍照片F i g A e r i a lp h o t oo fb a r g e“E n d e a v o r”“奋力”轮在古船打捞工程中的应用 年月 日,“奋力”轮在上海打捞局横沙码头交付之后,立即开始准备提升油缸就位工作,将 套液压泵站分别布置在专用提升基座左右,套额定提升力为 t的提升油缸布置在月池上部的提升基座受力开口,并将底锚悬挂好,理论提升总质量可达 t,计算弧形梁系统和古船空气中总质量约为 t,余量充足同时备用了个提升油缸及若干液压油管、电缆弧形梁框架绑定装备准备妥当,配合提升作业的台发电机组及配电箱、个锚机系统以及集中监控系统均准备妥当全部准备工作完成后,“奋力”轮在横沙码头待命,等待现场具备提升条件其中,提升系统及液压泵站布置如图所示,提升吊点示意图如图所示,钢绞线船面安放示意图如图所示图提升系统及液压泵站布置F i g L a y o u to fl i f t i n gs y s t e m a n dh y d r a u l i cp u m ps t a t i o n图提升吊点示意图F i g S c h e m a t i cd i a g r a mo f l i f t i n gp o i n t s 上海交通大学学报第 卷图钢绞线船面安放示意图F i g S c h e m a t i cd i a g r a mo fp l a c e m e n to f s t e e l s t r a n do nd e c k“奋力”轮现场打捞准备工作照片如图所示具体打捞过程如下:图“奋力”轮现场打捞准备工作照片F i g O n s i t ep r e p a r a t i o no f b a r g e“E n d e a v o r”f o r s a l v a g eo f a n c i e n t s h i p()年 月 日,“奋力”轮从横沙码头启拖航赴古船打捞现场,日:完成抛锚布场随后进行作业继续交底,同时进行设备物资转运等准备工作()日:,“奋力”轮就位沉船上方,“大力号”船艉绞锚带缆绳至“奋力”轮,搭设登船梯;观察水流情况,进行潜水作业准备;集中监控系统调试,同时开始弧形梁框架扁担梁对接()日:,套弧形梁框架扁担梁对接全部完成,开始提升系统及集中监控系统测试()日:,开始提升油 缸群同步预 紧加力()日:,开始缓慢加载提升,至:,弧形梁框架离底,稳步提升()日:,古船的大桅(最高点)出水,古船时隔 余年重现天日实 际 提 升 弧 形 梁 框 架 离 底 时,质 量 约 为 t;出泥后在水中提升过程中约为 t,质量未大幅降低,说明经过弧形梁在泥下充气后,基本破除了海底吸附力 最终提升 m到达设计位置时(弧形梁框架出水m),质量为 t“奋力”轮现场打捞古船提升出水照片如图所示图“奋力”轮现场打捞古船提升出水照片F i g O n s i t es a l v a g eo f a n c i e n t s h i pb yb a r g e“E n d e a v o r”“奋力”轮怀抱古船进坞航拍如图所示具体过程如下:()年 月 日:,持续提升到设计位置,同时古船大桅安装保护罩,开始绑扎固定()日:,加塞垫木组块,绑扎固定完成,起锚撤场完成,开始拖航赴横沙码头()日:,“奋力”轮靠横沙码头()日:,“奋力”轮完成设备物资转运后启航赴上海船厂号旧坞()日:,“奋力”轮开始进坞()日:,“奋力”轮基本到位,将沉船整体下放至船坞预设的基座上增刊蒋哲,等:超大月池专用工程驳船在船整体打捞迁移工程中的应用 图“奋力”轮怀抱古船进坞航拍照片F i g A e r i a lp h o t oo fb a r g e“E n d e a v o r”c a r r y i n ga n c i e n ts h i p i n t od o c k“奋力”轮提升力的计算与实际对比“长江口二号”古船打捞对提升过程中的弧形梁框架整体质量进行计算首先计算顶梁端板框架(包含古船)的质量,假设顶梁端部框架内部全部为泥,根据 地 勘 报 告,上 层 m范 围 内 泥 土 密 度 为 t/m,下层泥土密度为 t/m,按此假设计算结果如表所示表顶梁端板框架内部质量计算T a b C a l c u l a t i o no f i n t e r n a lw e i g h to ft o pb e a me n dp l a t ef r a m e参数取值泥线标高/m 桩筒标高/m 高差/m 考虑泥面起伏后平均高差/m 端板半径,R/m 弧形梁框架纵梁总长,L/m 土壤上层铁板砂厚度/m 上层截面积,S/m 下层截面积,S/m 上层体积,V/m 下层体积,V/m 质量,M/t 计算弧形梁框架本体质量后与内部质量合集,得出抬浮提升实物总质量,具体如表所示其中,考虑古沉船木头密度较小,因此总质量按 估算然后,按照抬浮过程,每提升m的状态进行抬浮力计算,并汇总于表中根据计算结果,绘制抬浮质量随提升高度变化的曲线图,如图所示从图中可知,在古船弧形梁表抬浮实物质量计算T a b C a l c u l a t i o no fw e i g h t o f l i f t i n ga n df l o a t i n go b j e c t s项目单项质量/t数量总质量/t弧形梁 顶梁 端板 弧形横梁 吊梁及吊耳等 顶梁端板内泥沙沉船 弧形梁内泥沙(按 考虑)质量合计 实物质量/t 表抬浮过程质量计算汇总T a b S u mm a r yo fw e i g h tc a l c u l a t i o nd u r i n gl i f t i n ga n df l o a t i n gp r o c e s s抬升高度/m总抬浮质量/t实物质量/t底部黏结吸附力/t浮力/t 框架提升过程中,开始的提升力较大,古船弧形梁框架脱离海底泥面后,海底吸附力破除,此时由于浮力支撑,提升力较小;继续提升直到古船弧形梁框架慢慢出水时,提升力又逐渐增加,最后若脱离水面,在完全没有浮力的影响情况下,古船弧形梁框架的提升力达到最大,约为 t 由上述计算结果可知,“奋力”轮最初计算弧形梁系统包含古船在内的弧形梁框架整体在空气中的 上海交通大学学报第 卷图抬浮质量随提升高度变化曲线图F i g L i f t i n gw e i g h tv e r s u s l i f t i n gh e i g h t总质量约为 t 为保证打捞成功,考虑适当的吸附力以及其他余量,“奋力”轮设计提升总质量设计为 t 实际提升弧形梁框架从海底离底时,质量约为 t,出泥后在水中提升过程中约为 t,质量未发生大幅降低,说明经过弧形梁在泥下的多处充气后,破除海底吸附力的效果较好,提升离底时质量为 t,比原估算值(约 t)小最终提升 m到达设计位置时质量为 t(弧形梁框架出水m),在坞内排空水后(无浮力),总提升质量约为 t(空气中净重),与计算值的差额很小,在正常范围之内整个提升过程中,“奋力”轮结构未发现可见变形,这是因为原设计最大提升质量 为 t,而 实 际 施 工 中 最 大 质 量 约 为 t,“奋力”轮的结构设计有充分的余量,不会出现大幅度的结构变形,这也说明“奋力”轮达成了设计目标 结语“奋力”轮的成功设计建造和在“长江口二号”古船整体打捞迁移工程中的成功应用,为未来其他古船打捞提供了参考技术方案“奋力”轮圆满达成了集沉船打捞、运输、进坞、卸载于一体的专用工程驳船的设计使命,在现场提升古船弧形梁框架时十分顺利,船体强度符合要求仅用艘船舶完成了传统工艺艘抬浮驳船提升后转载至艘半潜船共条船的工作任务,整个过程无转载作业,辅助设备投入较少,降低了转载带来的安全风险,整体作业时间短,大幅节省了成本支出,取得了较高的经济效益,为今后其他古船打捞提供了技术经验参考文献:卞永明大型构件液压同步提升技术M上海:上海科学技术出版社,B I AN Y o n g m i n g H y d r a u l i c s y n c h r o n o u s l i f t i n gt e c h n o l o g yf o rl a r g ec o m p o n e n t sMS h a n g h a i:S h a n g h a i S c i e n t i f i c&T e c h n i c a lP u b l i s h e r s,王伟平,杨濛,卞永明,等沉船打捞带缓冲补偿的液压同 步提 升 系统 研究 J中 国 工 程 机 械 学 报,():WAN G W e i p i n g,YANGM e n g,B I ANY o n g m i n g,e ta l S t u d yo fh y d r a u l i cs y n c h r o n o u s l i f t i n gs y s t e mf o rs h i p w r e c ks a l v a g e w i t hc u s h i o nc o m p e n s a t i o nJC h i n e s eJ o u r n a lo fC o n s t r u c t i o nM a c h i n e r y,():颜维琦整体出水“长江口二号”古船“重出江湖”J科学大观园,():YAN W e i q i T h ea n c i e n ts h i p“Y a n g t z eR i v e rE s t u a r yI I”h a sr e t u r n e dt ot h ew o r l da saw h o l eJ S c i e n c eP a r k,():