“世越號”沉船SPMT滾裝上岸設計與施工

姜大正 陳世海 蔣 巖 王偉平

“世越號”沉船SPMT滾裝上岸設計與施工

姜大正 陳世海 蔣 巖 王偉平

“世越號”打撈工程舉世矚目，整體打撈重量刷新了世界紀錄。上海打撈局憑借先進的管理理念、精干的人力資源、精良的裝備和精湛的技術成功完成打撈，贏得了國際社會和韓國政府及民眾的贊譽?！笆涝教枴睗L裝上岸是工程的最后一步。上海打撈局將SPMT方法首次成功應用于沉船的滾裝上岸，克服了沉船重量和重心不確定、沉船結構穩定性差和軌道間隙余量小等困難，創造了世界SPMT運輸的最新紀錄：一次使用最多小車（600軸），運輸貨物重量最大（17 000噸）。這標志著整個“世越號”打撈工程圓滿結束，也證明了使用SPMT滾裝方式將沉船轉移上岸是一種高效可靠的方式，尤其對重量分布不均勻和重心不確定的大型復雜結構物的運輸十分有效，其經驗可供類似工程參考。

“世越號”打撈；滾卸上岸；SPMT；世界紀錄

一、簡介

1.工程概況

2014年4月16日，韓國渡輪“世越號”（早期稱“歲月號”）在全羅南道珍島郡近海發生沉船事故，造成304人遇難（包括失蹤者），142人受傷，9人下落不明，舉世震驚。

“世越號”船長145米，寬22米，型深14米?？沾亓? 113噸，載重量約4 000噸，橫傾90°沉沒，左舷與海底接觸。2015年5月，韓國政府就“世越號”沉船打撈項目進行全球公開招標，并提出嚴格的打撈要求，要保持沉船原始狀態，最大可能維護船體結構，防止沉船內可能存在的遇難者遺體流失等。

上海打撈局作為中國海上專業救助打撈力量的主力軍，集思廣益，精心計算分析，反復論證設計投標方案，最終憑借雄厚的綜合實力和人性化的整體打撈方案在19家實力強大的國際打撈公司的角逐中脫穎而出，一舉中標。2015年8月4日，韓國海洋水產部與上海打撈局企業聯合體最終簽署了“世越號”打撈合同。

上海打撈局施工船舶和人員自2015年8月開始赴韓國沉船水域開始打撈工作，至2017年3月31日完成打撈并將沉船運輸至指定碼頭。在600多天的海上施工中，累計投入各類打撈船舶3 000艘天，施工人員2 200余人次，潛水員水下作業時間超過13 000小時，先后完成了船體內殘油回收、防遺體流失安全網安裝、船首抬吊和托底鋼梁的安裝、雙駁船整體提升沉船出水并轉移至半潛船、半潛船起浮綁扎、運輸沉船至指定碼頭等工作。

2017年3月底“世越號”被運輸到木浦新港，隨后就是工程的最后一步：運用SPMT（自行式模塊化運輸車）技術進行沉船滾裝上岸。上海打撈局將SPMT方法首次應用于沉船的滾裝上岸施工，克服了沉船重量和重心不確定、沉船結構穩定性差和軌道間隙小等困難，創造了世界SPMT運輸的最新紀錄：一次使用最多小車（600軸），運輸貨物重量最大（17 000噸），最終將“世越號”順利從半潛船上轉移至碼頭指定位置。

2.上岸方案選擇

目前應用比較廣泛的裝船或上岸方式為吊裝和滑移，但這兩種方式都有一定的缺點，如吊裝受浮吊能力的限制重量一般較小，同時受碼頭吃水限制較大，費用也較高；滑移上岸只能在滑道上進行，還需要改造碼頭，且準備工作煩瑣、時間長。這兩種裝船方式相比較，SPMT裝船具有載重量大、效率高、操作簡單、速度快、環境要求低等優點。

自行式模塊化運輸車SPMT（self-propelled modular transporter）是由不同的模塊拼接組成，配上動力模塊，可實行自走式操作，其獨立轉向系統可使車輛按任意轉彎半徑轉向，最小轉彎半徑為零，在對角線模式下可實現0°～90°任意方向斜行，操作靈活可靠。同時對于結構尺寸較大，重量分布不均的結構物（例如此次沉船與托底鋼梁總重約17 000噸，重量和重心上岸前很難準確測量），平板車多個模塊可以進行任意的橫向和縱向的組合調試，靈活多變，從而組成一個裝載能力足夠大、對地面壓力小的平板車組，以實現超大型結構物的運輸，從而保證裝船運輸過程中的可靠性。因此采用自行式平板動力車組搬運大型海洋結構物進行裝船運輸不受結構物本身結構形式的影響，更不受結構物場地位置的影響[1]。圖1為SPMT運輸“世越號”示意圖。

圖1 SPMT運輸“世越號”示意圖

二、方案設計

1.難點分析

此次要轉移上岸的是從海底打撈上來的沉船，由于裝載貨物重量的不確定，翻沉時貨物的移位，再加上“世越號”已在海底近3年，船體內淤積了大量的沙石和淤泥，這些因素都導致無法提前準確獲知沉船的重量和重心位置。相比于其他方法，SPMT方式可以根據重量重心位置的變化快速地調整小車的布放位置和排列方式。

同時由于“世越號”是90°側翻，業主要求保持原姿態將沉船打撈出水，因此是沉船的左舷與打撈托底鋼梁接觸受力，左舷的上層建筑區域由于本身結構強度小，在沉沒時已產生了較大的變形，在運輸過程中也需要合理設計小車配置，保證受力均衡，防止發生進一步變形導致重心移動，這也是對SPMT配置設計的一大考驗。

在半潛船甲板上根據半潛船縱向強結構上布置了3根支撐沉船的軌道，兩根軌道之間凈寬度10.4米，僅僅能容納3列小車（寬度8.23米），左右位置調整的余量很小。同時由于沉船重心偏向上層建筑側，這留給小車配置的空間余量非常小，給設計帶來了極大的困難。

2.上岸路線和碼頭承載力考察

在業主指定了沉船最終上岸碼頭為韓國木浦新港碼頭后，方案設計人員需要對沉船上岸的碼頭進行考察，以確認是否滿足SPMT運輸要求。主要考察和關心的內容包括：

（1）上岸行走路徑上是否有影響行進的障礙物。如果有，則需要進行拆除和整平。

（2）考察整個行走路徑地面的平整度，是否在車輪行程補償范圍內。

（3）考察碼頭邊靠墊、纜樁形式是否滿足上岸和半潛船帶纜要求。

（4）SPMT采用全液壓懸掛式車架，獨立的液壓系統可以控制每個車輪的高低，所有車輪為均勻負載[2]。需要確認碼頭地面承載力是否滿足SPMT行走的要求，計算確定車輪對于地面的平均壓力。

3.現場氣象水文調查和上岸時間選擇

工程人員還需對碼頭的水位進行實地連續監測，并與碼頭分時潮汐表進行對比分析，找到潮汐規律和補償誤差。

根據經驗，通常上岸時間選擇潮差小、水流慢的小潮汛期間，這更有利于減少上岸期間半潛船的調載量并提高安全性，使上岸過程的半潛船船尾與碼頭高差控制在誤差范圍內。由于通常半潛船的排載速度大于壓載水的速度，因此一般選擇落潮時進行SPMT的上岸作業，此時通過排載提高吃水來補償落潮潮差變化，從而更容易控制甲板和碼頭的高差。

根據打撈的進展，沉船預計在3月底被運輸至木浦新港，上岸的時間為4月份。以4月初的小潮汛為例，3—8日是第一個小潮汛階段，潮差均低于1米/小時。4月9—10日的最大落潮潮差約為1.2米/小時，最大漲潮潮差0.9米/小時；4月11日最大落潮潮差1.3米/小時，最大漲潮潮差1米/小時。

此次起浮和運輸“世越號”的是載重量7萬噸的大型半潛船，針對1.7萬噸的沉船，壓載和排載速度余量較大?？紤]應急因素和余量，綜合分析認為：4月3—8日是最優上岸時間；4月9—10日為安全上岸時間；4月11日至下一個小潮汛之間不適宜上岸作業。

上岸過程計劃在落潮時間內完成，例如正常上岸時間約3小時，考慮可能出現的小車故障，需要額外的6小時應急時間，此時已進入漲潮階段。因此需要至少9小時的上岸過程，需要半潛船甲板與碼頭始終保持在要求的高差范圍內（±50毫米），相應的調載計算也需要覆蓋此時間范圍。

同時上岸作業還需滿足一定氣象條件要求，主要包括：風速＜13.8米/秒（6級風），且24小時預報風速呈下降趨勢，能見度＞200米。

4.半潛船上小車布置設計

在半潛船甲板上根據半潛船縱向強結構位置安裝了3根110米長的支撐軌道，“世越號”與下方的33根托底鋼梁將放置在三根軌道上方。兩根軌道之間的有效寬度約10.4米，僅僅能容納3列小車（寬度8.23米），左右位置調整的余量很小。圖2是沉船和軌道在半潛船上的布置圖。

圖2 半潛船上軌道和“世越號”布置

根據上岸前估算的重量和重心位置，結合小車的受力分析，對小車進行了初步的配置。由于重心偏向沉船的上層建筑側，因此所有小車均偏向半潛船右舷，但由于軌道位置的限制，可調節的余量不大。

小車上船進行初步定位和調試后，可以進行試舉，根據試舉結果進一步調整小車位置。如重心偏移過大，可考慮在鋼梁的兩端（即兩側軌道外側）再增加小車來進一步平衡受力。

5.上岸連接棧橋的設計

結構物裝船前，駁船?？吭诖a頭邊，由于碼頭前沿安裝了1米寬橡膠護舷，駁船不能緊靠碼頭，兩者之間有一定的間隙，需要設計棧橋供小車通過。

為了滿足小車上岸的要求，棧橋設計需要考慮結構物、小車、碼頭、駁船、潮位等相關因素，同時要遵循以下原則：①結構簡單，便于設計和制造；②重量輕，便于搬運和現場安裝；③強度大，保證小車安全通過棧橋；④能夠緩沖潮位變化時駁船對棧橋的沖擊力；⑤可以重復利用，完成不同類型結構物的裝船作業。[3]

本次設計使用6厘米×3厘米×50毫米厚的鋼板（A36級板）作為棧橋，同時下方間隔一定距離焊接25毫米厚鋼板作為墊板。在計算時考慮每一軸線對棧橋的壓力為40噸（小車設計最大載荷），校核棧橋所受最大剪力和彎矩均滿足上岸要求，同時校核了墊板和棧橋的焊接強度也滿足設計要求。圖3為半潛船與碼頭間棧橋的設計和計算。

6.半潛船調載設計

上岸過程中對小車行走影響較大的因素就是半潛船與碼頭之間的高差，這直接影響棧橋的坡度從而影響車輪的垂向行程，因此需要分步計算不同軸數的小車上岸后半潛船對應調載和所允許的誤差。其中調載方案設計主要包括以下過程：

（1）計算貨物從甲板原始位置移動至半潛船船尾（約51米）過程中的分步調載方案和對應的穩性及總縱強度。

圖3 半潛船與碼頭間棧橋的設計和計算

（2）從第一個SPMT車輪駛入棧橋至最后一個車輪駛出棧橋完全上岸的分步計算。本次半潛船上岸過程調載方案按照每間隔3軸上岸進行一次調載計算（每一次上岸重量600~800噸），直至沉船完全被轉移上岸，最終計算了共計28個分步的上岸過程調載計劃表，同時校核每一步的穩性及總縱強度。

（3）經過綜合分析計算上岸路徑的地形，給出了不同軸數小車上岸時的限制條件：半潛船船尾需邊緣與碼頭的高差限制為±50毫米；半潛船允許的最大首傾和尾傾限制值。圖4是20軸和60軸上岸時的首傾限制示例。橫傾值需全程保持為零。

圖4 小車20/60軸上岸的半潛駁最大首傾限制（1.9%/2.8%坡度）

同時根據要求，半潛船的調載設計需要有覆蓋正常和應急作業情況下的整個漲落潮周期的計算。這個過程要隨時保持半潛船船尾與碼頭高差控制在±50毫米范圍內。

7.半潛船錨泊設計

SPMT運輸沉船上岸期間，半潛船需要調整首向，使船尾靠緊碼頭靠墊，并保持甲板與碼頭的高差在一定范圍內。為了使上岸過程半潛船的位置保持穩定，需要為半潛船進行帶纜設計并進行錨泊設計和分析。

本次半潛船的尾靠碼頭共設計了8根纜繩，分別是主甲板上左右舷一定間距各4根。設計人員對帶纜進行了計算和校核，分別計算了在允許的最大風、浪和流速情況下，不同方向外力作用下船舶的運動狀況和失效分析。圖5是半潛船的錨泊布置圖。

計算結果顯示，這種錨泊設計在風速6級的情況下，一根纜繩失效仍能使半潛船保持位置。除了以上的錨泊設計，為了提高作業安全性，也可考慮為半潛船首部拋兩個八字大抓力錨，這樣更容易穩住半潛船的首向，提高上岸過程的安全性。同時輔助拖輪也會在作業時守護作為應急使用。

8.碼頭行走路線設計

由于本次運輸“世越號”的SPMT小車總長度約115米，因此從第一軸小車上岸至最后一個車輪上岸所涉及路線較長，在上岸過程中不同軸的車輪可能同時要經過幾個斜坡，例如半潛船船尾和碼頭之間棧橋的坡度，距離碼頭邊緣25米的下水道1%的坡度，以及碼頭地面1%的坡度。因此應充分考慮行走路徑的合理性，在盡可能快速完成上岸工作的同時，減少行走過程中的安全隱患。因此，上岸過程中行走路徑應盡量平整，不要超過小車的爬坡能力，軸線越多，小車的爬坡能力越低。如坡度較大或有潛在影響，可以考慮在相應位置的小車上安裝一定高度的墊木來補償高差的影響。

圖5 半潛船錨泊設計圖

三、準備工作

1.碼頭調查

技術人員對碼頭上岸區域進行了考察，并提出了相應的整改要求。主要包括：

（1）考察碼頭邊橡膠靠墊、纜樁形式和間距滿足靠船要求，確認了半潛船尾靠位置和對應纜樁的位置。

（2）根據小車移動路線和沉船存放位置，上岸路線上的部分欄桿、配電箱、臨時結構等需要拆除并整平。

（3）發現碼頭存放沉船的位置地面有拱起，高差約100毫米（1%坡度），在車輪行程補償范圍內。

（4）發現碼頭邊下水道結構低于碼頭100毫米（1%坡度），高差在車輪行程補償范圍內，同時上部行走路線上的區域需要鋪設鋼板增加強度。

（5）業主請第三方檢驗機構對碼頭SPMT行走路線和存放區域進行了承重測試，測試結果碼頭最大可承重25噸/平方米，完全滿足上岸最小12噸/平方米的要求。

2.半潛船甲板準備

在上岸之前，半潛船甲板上小車行走路徑上的所有凸起和障礙物都需要清理。沉船起浮之后，有大量的淤泥和污水從沉船中流到甲板上，施工人員首先對半潛船甲板進行了全方位的除污清理，其次對甲板上路徑上的凸起障礙物進行了割除。

經過前期考察，半潛船尾部兩個尾浮箱間距大于小車上岸路徑總寬度，不影響上岸作業，僅需要將兩浮箱之間的攬樁、扶手、地面凸起結構割除即可滿足上岸要求。

3.半潛船錨泊設備安裝、尾靠和預壓載

本次半潛船的尾靠碼頭共設計了8根纜繩，分別是主甲板上左右舷共安裝4臺50噸和2臺35噸錨機，以及半潛船首樓上左右兩臺25噸錨機。其中甲板前部2臺50噸錨機使用60毫米直徑鋼絲繩，其余錨機使用60毫米直徑強力尼龍纜繩。

之后，半潛船從側靠碼頭調整到船尾靠碼頭的設計船位。根據錨泊設計帶好所有纜繩。同時首部加拋兩個大抓力錨。確認半潛船船位滿足上岸要求并已穩定。

之后，根據調整方案，開始進行預壓載工作。專人在船尾監測并記錄半潛船與碼頭的高差，并報告駕駛臺進行相應調載，保證甲板與碼頭高差滿足要求。

4.棧橋搭建

在半潛船完成甲板清理、整平和預壓載工作后，可以進行棧橋的搭建。根據設計要求，叉車在設計位置鋪放了相應數量的設計鋼板作為棧橋。隨時監控半潛船船尾和碼頭高差，確保棧橋的坡度在設計范圍內。

四、實施過程

作業團隊完成以上準備工作后，集結和組裝完成的SPMT小車即可開上半潛船進行作業。整個實施過程為：

（1）所有SPMT小車開上船，調整位置，部分小車頂部加墊板補償沉船底部型線的高差。

（2）進行多次試舉，進一步確認重量和重心位置，根據試舉結果最終確定小車的配置方式（共8列小車，600軸線，16個動力單元-PPU）。最終測得“世越號”沉船與托底鋼梁總重17 000噸。

（3）確認氣象和海況滿足上岸條件；確認錨泊系統穩定并滿足設計要求；上岸路線上障礙物已清除，同時墊板和上岸棧橋安裝就緒。

（4）根據工期選擇4月9日下午的高平潮時間13:00上岸。在這之前小車已經將沉船從設計位置移動約51米至半潛船等待。17:35最后一個SPMT車輪上岸，繼續在碼頭移動。半潛船上棧橋隨后移除。

（5）隨后碼頭支撐沉船的軌道安裝完畢，小車逐漸將重量轉移至軌道上。之后小車上的墊板拆除，所有小車從沉船下開出，至此整個“世越號”的滾裝上岸作業全部完成。

圖6為“世越號”被滾裝上岸的過程圖。

五、結論

此次“世越號”滾裝上岸的成功實施，表明使用SPMT滾裝方式將沉船轉移上岸是一種高效可靠的方式。尤其在沉船重量分布不均勻和重心不確定的情況下，多個小車模塊可以進行任意的組合配置，靈活性強，不受貨物本身結構形式的限制。對于超大超重的結構，可以組成一個裝載能力足夠大、對地面壓力小的平板車組進行運輸。同時這種方式對于碼頭和場地要求較低，運輸過程高效可靠。

圖6 “世越號”被滾裝上岸過程

“世越號”打撈工程舉世矚目，整體打撈重量刷新了世界紀錄，也是中國救撈發展征途上的又一個里程碑，上海打撈局按照業主的嚴格要求，克服了種種困難，憑借先進的管理理念、精干的人力資源、精良的裝備和精湛的技術，使沉沒海底1 073天的“世越號”重見天日，贏得了國際社會和韓國政府及民眾的廣泛贊譽。

[1]馬天亮,閻堃.淺談自行式平板動力車組在海洋工程大型結構物裝船運輸中的應用[J].工程機械文摘,2012(4):46-48.

[2]鄭茂蕘,王娟,等.淺談SPMT裝船工藝下海洋工程結構物建造的前期準備工作[J].中國海洋平臺,2012(8):10-14.

[3]徐樂藝.獨山煤炭碼頭大型卸船機滾裝上岸工藝[J].港口裝卸,2016(3):35-37.

10.16176/j.cnki.21-1284.2017.09.003

姜大正（1984—），男，交通運輸部上海打撈局技術開發中心，工程師，碩士。

陳世海（1972—），男，交通運輸部上海打撈局技術開發中心，總經理/高級工程師，碩士。

蔣巖（1962—），男，交通運輸部上海打撈局，副局長/總工程師，碩士。

王偉平（1960—），男，交通運輸部上海打撈局工程船隊，黨委書記/高級工程師。