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“长宇"轮沉船水下爆破解体

完成时间1999年12月
完成单位:上海消防技术有限公司、上海海上救助打捞局
项目主持人及参加人员:程才林、王伟平、张正平、张凤林、刘文广、程荣明
撰稿人:程才林
 
1  沉船概况和工程环境
中海(集团)货轮公司所属“长宇”轮总长161.50m、宽22.00m、型深13.00m,是一艘载量为16000t的艉机型货轮。1999年7月18日因事故沉没于南通天生港附近长江中心航道北侧约5000m处,沉船点距北岸天生港电厂码头约1800m,距南通华能电厂码头约2200m,距南岸江堤约3000m。此处江面开阔,航道水深20m以上,为航运的黄金地段,过往巨轮穿梭不断,小型船只云集。两个发电厂均有冷却取水口伸人长江,其中天生港电厂四号取水口伸人江中约45m,华能电厂的取水口伸人江中约180m,通过引水钢管连接延伸至江边泵房。
上海救捞局受命实施沉船打捞,进行清障疏航。沉船的尾段长约65m,已于1999年10月21日顺利整段出水。但沉船前段长约96m,前倾19°、左倾25°,船艏处水深达46m,船体甲板处水深在20~30m,前段船体严重扭曲变形,船帮结构严重损坏,船底有多处裂口。如此状况,常规的整段打捞方案已不可行,决定采用水下爆破解体后分块打捞的方案。
 
2  爆破方案设计
2.1  对爆破作业的基本要求
(1)爆破作业必须确保周围环境,尤其是两个电厂的取水口的绝对安全。
(2)由于水深、流急、风大,炸药的布设、爆破线路的连接、炸药雷管的防水抗压等技术问题必须妥善解决。
(3)爆破解体残骸的块度、尺寸必须符合打捞船的抓捞要求。
2.2  爆破方案的选择
对于钢质船体的水下切割解体,采用聚能切割的方式,虽然理论上比较成熟,炸药用量少,但实践中难以实施。为此,根据十余艘沉船的爆破解体的经验,主要采用条形药包接触爆破切割和集中药包爆破撕裂相结合的方式,实施沉船解体。即用条形药包将沉船沿泥线周向切割一圈,使船帮和船底分离,再将船体甲板、隔舱横向切断;在桅杆房、艏尖舱等舱室采用集中药包使其进一步解体,然后由上海救捞局的“大力”号打捞船(起吊能力2500t)用大抓斗对残骸进行抓捞,清理航道,同时回收废钢材。因此,爆破时既要使残骸钢板相互基本分离,又不能使它们过分飞散,以利于抓捞。
2.3  装药量的计算及爆破器材的选用
长江水流混浊,在几十米深的水下,能见度为零,整个布药工作将连续70h左右,故对炸药的防水性能提出了更高的要求。为此,根据以往的工程经验,主体炸药选用EL乳化炸药,铸装的TNT药块(200g/块)作为起爆药块,毫秒电雷管作为起爆元件。条形切割药包的线装药量按钢材每延米切割的断面积确定。万吨轮船用钢板的厚度为2.2~2.5cm,加上角钢、槽钢等加强结构,折合厚度为4cm,故每米折合断面积400cm。。计算结果,条形切割药包的线装药量为25~32kg∕m。由于沉船处水深达46m,故在相应水深处对所采用的爆破器材做了浸泡。72h的起爆可靠性试验。
 
2.4  水下爆破作业的工艺流程
2.4.1  水下探摸和装药预备工作
首先依据船舶的图纸,通过潜水作业对沉船进行探摸、勘测,了解沉船的状态、破损情况,内存物情况,淤人泥面的深度等,为爆破解体方案的设计提供依据。然后在沉船预定的切割处(包括纵、横及垂直方向)安装导向和固定药条用的钢丝绳,并在堆放集中药包的场所清除杂物和积泥,使通道畅通。
2.4.2  切割药条的布设
(1)沿沉船泥线布放一圈切割药条,以便将沉船切割成上下两部分(沉船泥面以下部分再爆破后将被深深嵌入江底淤泥中,不影响通航,一般不再打捞)。共布12条药条,计5760kg炸药。
(2)为了将沉船切割成5段,在沉船两舷各布设4条垂直药条,共用药3120kgo
(3)为了将沉船的艏尖舱和第一大舱隔舱壁月亮湾梁头以及第一、二、三舱隔舱壁梁头处布设4根横向药条,用于切割隔舱舱壁,共用药2400kg。
(4)在沉船的甲板上布设横向药条4条,纵向药条8条,共用药4800kg。
2.4.3  集中药包的布设
在沉船的艏尖舱、锚链舱、艏楼内走道桅杆房,及一、二、三、四各舱内前梁头处,各布设一个集中药包,药量在600~1000kg,集中药包用药8620kg。
以上合计总药量为24700kg。
一次齐爆药量应控制在设计的2500kg范围内。药包位置、药量与雷管分段见表1。
 
包位置、量与雷管分段
 

段别
 
药条位置
 
药量/kg
kgkg
 
起爆药包/个
 
TNT/块
 
雷管/发
 
爆破效应
 
MS1
沉船左舷后48m及后垂直药2条
1750
20
8
切割
980
2
10
4
 

MS3
  
沉船左舷后48m及后垂直药2条
1750
4
20
8
切割
980
1
10
4
 
 
MS5 
沉船右舷前48m及后垂直药2条
1750
4 
20
8
切割
 
980 
2
10 
4
 
 
MS6
沉船右舷前48m及后垂直药2条
1750
4 
20 
8
切割
 
980
2
lO
4
 
 
 
MS7
沉船前甲板横向2条及1、2舱间纵向1条
1540
4
20
切割
 
350 
1
5 
2 
 
 
 
 
1540
4 
20 
8 
切割
MS8
 
沉船艏楼内通道和走道、1舱前隔以及1舱集中药包
 
350
1
5
2
爆炸 
500
2
10
4
撕裂
 
 
 
500
4
20
8
切割
MS9
 
沉船艏楼内通道和走道、1舱前隔以及1舱集中药包
1000
2
10
4 
爆炸
770
2
10
4
撕裂
 
 
MS10
 

 
二舱前隔舱壁舱及二舱内集中药包
770
2
10
4
切割
1640
2
10
4
爆炸
 
 
 
 
撕裂
MS11
 
三舱前隔舱壁舱及三舱内集中药包
770
2
10
4
切割
1640
2
10
4
切割
 
 
 
 
撕裂
 
MS12
 
四舱前隔舱壁舱及四舱内集中药包
770
2
10
4
切割
1640
2
10
4
爆炸
 
 
 
 
撕裂
 
24700 
56
280 
112 
 

2.4.4  起爆药包的制作与妥放
起爆药包由5块铸装TNT(合计1kg)叠合组成,每个起爆药包放置2发毫秒电雷管,每个条形药包或集中药包放置两个起爆药包。
2.4.5  起爆网路
起爆药包于爆破之日入水布设,起爆网路为“并一串一并”联形式。起爆网路的串、并联作业无法在水下进行,故每个药包的起爆导线长达80~100m,做好标记并捆上浮标后浮在江面上。整个爆破网路的电线应选用耐磨、耐拉的金属屏蔽导线,以防被水流或风浪冲断,或被钢板磨断,确保整个起爆网路的安全可靠。
 
3  爆破作业安全评估
本次爆破作业炸药用量大,由于爆破作业在水深约40m处进行,无声响,无飞散物,主要考虑爆炸产生的水中冲击波对江面船只的影响及爆破振动对两个电厂取水口的影响。
3.1  水中冲击波安全距离
按照爆破安全规程的规定,当炸药量大于1000kg时,经计算,水中冲击波对过往船只的安全距离:
对于木质船只,取R=1456m;对于铁质船只,取R=728m。
考虑到江面船只多,其大小、型号、材质不易区分,故将安全警戒区域定为以爆点为
中心、半径1500m的圆形区域。
3.2  爆破安全振速
考虑到分段爆破作业产生的多次振动、低频振动对江岸电厂取水口的影响,当每段齐爆药量为2500kg时,经计算,1800m处的地面振动速度为n=1.54cm/s。电厂取水口的抗振等级高于一般建筑物,故在此振速下建筑物是安全的。
 
4  爆后效果检查与分析
1999年12月19日15时25分起爆,爆破时江面上陆续腾起约30m高的浪花水柱。爆后水下探摸及“大力”号抓捞表明:
(1)起爆网路连接可靠,无哑炮或残存药条。
(2)船帮板爆破切割线比较整齐,槽钢及角钢等加强结构均被切断,桅杆房、艏尖
舱、锚链舱、1—4舱室内的隔舱壁已完全解体。至12月24日,沉船钢板均被抓捞出水。
(3)打捞结束后,南通长江港航监督局对该工程进行了验收,认为该工程达到了预定的标准,验收合格。
南京工程兵学院在现场实时监测爆破振动的结果表明,在距爆点1800m的天生港电厂码头及取水口处测得的爆破振动速度最大值分别为0.98cm/s和1.09cm/s,振动主频分别为2.2Hz和2.4Hz。实测值与计算值基本吻合,完全控制在爆破安全规程规定标准的范围内,周围设施丝毫未受影响。
  实践表明,水下爆破解体、打捞沉船的方法,具有工期短、速度快、成本低、效率高的优点,能达到快速清航的目的。在某些情况下,能完成浮筒打捞方法无法完成的清航任务,应予推广应用。
发布时间:2011/8/27 22:52:31
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