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2017年3月22日，在韩国珍岛海域，交通运输部上海打捞局经过590天的艰苦奋战，在这一天成功将沉没1077天的“世越号”成功打捞上岸。在 “世越号”打捞工程中，最艰难的工程为难船钢梁的穿引工作，为了探索有效的钢梁穿引方法， 打捞人员进行了不懈的尝试和探索。探索中积累的很多经验值得探索和讨论。其中一个尝试为利用2只Φ3.5m x 9m助浮气囊置于船底进行海底顶升试验。经过精心的准备和尝试，在橡胶气囊充气达到3bar压力，高压气囊成功将难船船尾顶起20cm以上， 验证了高压气囊在水下施工中能够起到一定的作用，产生一定的价值。 该方法也为我局在难船打捞及海工施工领域的新方法进行了尝试和探索，并积累了一定的施工经验，为该方法在以后工程中的应用提供了借鉴。 本文从应用原理方面分析了这次试验，对橡胶气囊顶升方法在难船打捞工程中的应用进行了探讨和思考。 关键词：世越号;打捞工程;橡胶气囊;顶升;搬运
图1.1 某船舶气囊下水实例 橡胶气囊在我国的工业生产中有着广泛的应用。其主要应用有水中助浮、管道堵塞、制作混凝土构件以及提升转运等。 其中高压气囊提升搬运技术尤其是该技术在船舶下水领域的应用自1981年试验成功以来，经过了三十多年的发展已经形成了比较成熟的工艺，相关规范和标准也较为全面。 迄今为止，我国已成功实现55000吨远洋散货船利用气囊技术顺利下水[1],[2]。由此可见，气囊在提供提升力方面具有很大的能力。在海洋工程和打捞项目中，橡胶气囊主要是用来做船舶靠垫或是用于助浮和管道封堵，但在利用气囊顶升力方面还有很大扩展和开拓的空间。 本次“世越号”项目，首次使用3.5米直径巨型气囊作为助浮工具固定在船体结构上，辅助船头起吊作业，在整个打捞项目中起到了关键作用。 然而，相对于气囊所提供的浮力，橡胶气囊在顶升方面的巨大功能在岸上工程中也渐渐发挥。 利用气囊的这种顶升能力在岸上大型结构件搬运和新船下水方面有很广泛的应用。 其中交通运输部广州的打捞局在打捞“南海一号”古沉船中，成功使用了高压气囊转运打捞沉箱至水晶宫中的方案。 但是在国内外以往的打捞和海洋工程施工中，还没有任何在海底进行沉船顶升和转运的应用和尝试。 这次由于韩方提供的地质条件不准确，在“世越号”船尾穿引高吊梁的过程中暂时遇到了困难，在这个背景下，利用橡胶气囊的巨大顶升力将难船船尾顶起的尝试成为可能。 如若能够将难船顶到预定高度，顺利穿引钢梁，对于项目而言，是最经济高效的。 即使效果有限，在方法探索过程中遇到的困难，积累的经验和方法对我们探索新方法和新打捞工艺也是一个非常大的帮助。 1 气囊顶升试验原理 1.1 气囊顶升原理 气囊能够提供很大的顶升力主要是依靠气囊的内压和接触面积，接触面积越大，内压越高，提供的顶升力就越大。单个气囊的接触面积与顶升起始高度、气囊的直径有关。
图1 气囊受压截面图 如图1所示，在无限制的充气状态下， 气囊的半径为R， 若受到高度为S的空间限制，气囊半径为S/2, 假设不考虑橡胶的弹性伸长，气囊的截面周长为定值，此时气囊与重物之间的接触长度的计算公式为：
这时单位长度气囊能够提供的顶升力为：
以“世越号”现场顶升试验所用气囊为例，其直径为3.5m，长度为9m， 爆破内压为5Bar。考虑到一定的安全系数，最大试验相对内压取3Bar，通过计算不同的限制高度下气囊可提供的顶升力，所得结果如图2.2所示。 根据图中所示， 如果船体与海底有0.2m的空间，此时放入气囊，充气到相对内压3Bar，则每米气囊能够提供165T左右的顶升力，9米的单个气囊可提供1500T左右的顶升力。当然，随着气囊的顶升，空间高度变大，接触面积减小，气囊的顶升能力会有一定的减弱。例如同样的气囊，在限制高度为1米时，充入相对内压3Bar的气体，每米气囊的顶升力为120T，9米单个气囊可提供1080T的顶升力。实际试验中，在给气囊充气过程中，难船会随着气囊内压力的变化抬起。随着限制高度的减小，接触面积越来越小，同时，随着难船支点的前移，抬浮变得越来越困难。
图2 气囊顶升力对照 1.2 难船在顶升过程中的运动
图3 气囊顶升试验示意图 图3为气囊顶升的示意图，在完成前端钢梁组的安装之后，难船尾部悬空翘起。根据初步估算，难船的重心位于钢梁组靠船尾末端附近。 此时，设气囊综合作用力力臂为L1+L2， 重力的综合作用力力臂为L2，此时杠杆的放大系数为1+L1/L2。若气囊将难船顶起，支点前移S，此时，此时杠杆的放大系数为1+L1/(L2+S), 杠杆放大系数减小 ，顶升作用效果会变得越来越差。 故如要成功将重物顶升到一定的高度，气囊在初始阶段需要储备充足的冗余顶升力。 随着空间的减小，气囊的接触面积减小，冗余的顶升力可以弥补顶升潜力的损失。
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