中国在宋代就曾完成大型沉物的打捞,中国宋嘉祐八年(1063),沟通秦晋的晋南黄河大浮桥——蒲津桥的镇桥大铁牛被洪水卷入水中,每只重4~5万斤,共8只,僧人怀丙运用浮力、合力等原理把铁牛打捞起来。《宋史》记载:“怀丙以两大船实土,夹牛维之,用大木为权衡状钩牛,徐去其土,舟浮牛出。”在现代,欧美国家曾组织过几次规模较大的打捞工程作业。第一次世界大战期间,英国“劳伦蒂克”号邮船在北爱尔兰斯威里湾进口处触雷沉没。当时花了7年时间,组织潜水5000余人次,从沉船中打捞出价值近500万英镑的金条。第一次世界大战结束后,德国于1919年6月将海军主力舰队包括战列舰、战斗巡洋舰、轻巡洋舰和驱逐舰共51艘,总吨位40万吨自沉于斯卡帕湾。后来花数年时间打捞起44艘。1974年,美国在太平洋上进行的“詹尼弗”打捞工程作业,用特制大抓斗打捞起沉没于5200米深海沟中的一艘苏联G级2700吨的导弹潜水艇。中华人民共和国建立之初,中国沿海和内河的港口、航道中存在大量沉船,妨碍航行,中国救捞先后打捞了沉船和大型沉没物约1800艘,不少船舶修复后继续使用。此外,还打捞了外籍船舶如日本客货船“济南丸”和“阿波丸”、驱逐舰“惠安”号、英国潜艇“海神”号、韩国客轮“世越”号等。
打捞作业是一项综合性的技术,涉及交叉造船、航海、机械、土木、潜水医学等多种学科,涉及测量、潜水、水下除泥、穿引船底钢缆、水下封补、水下切割、水下爆破、水下焊接等一系列复杂工艺的运用。打捞沉船的方法主要有内浮力打捞法、浮筒打捞法、船舶抬撬打捞法、浮吊船打捞法等,可以单独采用,也可以综合采用。按照打捞作业中船体的完整性,可将打捞方法分为整体打捞、分段打捞、解体打捞3种。
按照其实施方式的不同,可以分为封舱抽水打捞法、封舱充气抽水打捞法、压气排水打捞法3种。封舱抽水打捞法是把沉船的破洞和舱口封堵,装上通出水面的气管,抽出沉船内的水,使沉船浮起。若沉船甲板与水面的距离超过2米,可能因无法抵抗水压力而塌陷,这时可向舱内充压缩空气,以增加甲板下的压力,然后再抽水,这种方式成为封舱充气抽水打捞法。对于沉没在海底,或舱室气密性较好的深水沉船,把压缩空气充入沉船舱内排去海水,使沉船本身内部产生浮力而起浮,称为压气排水打捞法。内浮力打捞法对设备要求较低,在过去曾大量采用,但也存在对舱室密封要求高、适用水深受限等特点,在单独使用时起浮姿态和速度控制难度大,因此常与其他打捞方式混合使用,已经很少单独使用。
利用打捞浮筒在水中充气后产生的浮力提升沉船。施工时,在沉船底下穿引钢缆,把浮筒沉放到沉船的两舷或其上面,将船底钢缆套在浮筒的缆桩上,然后给浮筒充气,提升沉船。为了防止浮筒滑动,一般应限制沉船的起浮角在15°以内。如果水深较大,可另在沉船的首尾端上方各放一只控制浮筒,先起浮一端,然后起浮另一端,待两端控制浮筒均露出水面,再将半浮状态的沉船拖到浅水区。这种方法称为浮筒逐步打捞法。也可在沉船船首和船尾上方各放一层或数层控制浮筒,使首尾的控制浮筒轮流上升,沉船在原地呈之字形上升,这种方法称为折线打捞法。浮筒打捞法能免除或减少水下沉船的封舱工作,浮力大而可靠,能在风浪稍大的海区施工,对施工人员和打捞工程船舶都比较安全,是海中打捞沉船的较好方法(图1)。
图1 浮筒打捞
用驳船或能产生较大抬举力的船舶作为打捞工程船来提升沉船。在打捞工程船上布置若干滑车组,滑车组下接抬船用的钢缆,再接到兜着沉船船底的钢缆,用以提升沉船,直到沉船甲板或舱口露出水面,然后抽去沉船内的水,使船浮定,或把沉船提升到一定高度,乘高潮把沉船搁于浅滩。此方法可分为:①单边抬打捞法。用一对或数对打捞工程船并列于沉船两边,各打捞工程船向沉船的一舷挂下滑车组来提升沉船。②顶抬打捞法。用一对或数对甲板驳作为打捞工程船,船首或船尾对着沉船进行提升。③大梁打捞法。用一对或数对甲板驳作为打捞工程船,将沉船夹在中间,每对甲板驳之间架起大型钢构架或木构架,合成数组大梁,每组大梁在沉船左右舷的上方各挂一对滑车组提升沉船。④驮抬打捞法。把打捞工程船泊于沉船上面,与沉船平行相叠或直交相叠来提升沉船。此法不能直接把沉船提升出水,须乘高潮把沉船搁于浅滩,并迅速撤去打捞工程船。⑤顶吊打捞法。而以起重船的主吊钩提升沉船外档的一舷,在起重船的甲板上布置滑车组,用来提升沉船里挡的一舷。
图2 抬撬打捞
采用多道吊缆将沉船与浮吊船连接起来,使之成为一个整体,通过各吊缆将浮吊船的吊力变为沉船的上升力,从而将沉船吊出水面的方法。具有打捞工程进度快、操作方便、效果好、沉船起浮易控制等优点,是经常被采用的打捞方法之一。浮吊船打捞注意事项如下:沉船起吊离底后,水流对沉船的作用力将传递至浮吊船,因此浮吊船打捞现场要求水面比较平静,在锚泊和沉船拖航移位时需充分考虑风、流、浪对浮吊船的外力影响;常采用钩头平衡缆或加装平衡滑车以确保起吊时船底钢缆受力均匀,若沉船两端的船底钢缆相对浮吊船吊钩的张角太大,还需要采取防滑措施,以防移位;多艘浮吊船联合起吊一艘沉船时,必须统一指挥、周密配合,配置船底钢缆时,应注意保证有足够的安全强度,在海上作业时钢缆安全系数不小于5,在港内作业时不小于4。
①泡沫塑料打捞法。将比重轻的闭孔型泡沫塑料输入沉船舱内,排去海水,使沉船浮起。②围堰打捞法。在沉船四周筑一围堰,把堰内水抽干再封补沉船漏洞,排出沉船内的泥沙,最后放水入堰而将沉船浮起。③拖绞打捞法。当沉船沉于浅水区域,利用较平坦滩地和摩擦阻力较小的稀泥底质,将沉船拖绞出浅。④翻滚打捞法。采用翻滚法把沉船从较深的水中翻滚到浅滩出水。⑤扳正打捞法。将侧卧于较浅水域海底或江底的沉船进行扳正后出水起浮。