1、“南海 1 号”古沉船整体打捞方案吴建成 孙树民 (广州打捞局 ) (华南理工大学交通学院 )关键词 古沉船 整体打捞 水下考古一 “南海 1 号”古沉船概况1987 年 8 月 ,交通部广州救捞局与英国某潜水打捞公司合作在广东省台山上下川岛外海域进行沉船调查施工过程中 ,意外地发现一条满载中国宋朝时期瓷器的沉船 ,该船就是以后被正式命名为“南海 1 号”的古沉船。 2001 年 10 月 ,中国历史博物馆和广东省文物考古研究所在广州救捞局的协助下 ,对“南海 1 号”进行了进一步的探察 ,基本确定了沉船的埋藏状况。 2002 年 3 5 月 ,“南海 1 号”水下考古队在广州救捞局的协助下
2、,对“南海 1 号”进行了初步发掘 ,发现大量精美的沉船文物 ,其中陶瓷器约 4000 多件 ,此外还有漆器、石制品、铁器、铜器、银锭及大量的铜钱。 2002 年 8 月 ,水下考古队又对“南海 1 号”进行了一次小规模的发掘 ,本次发掘的主要目的是了解沉船的保存状况和沉船范围 ,经过约 20 多天的工作 ,基本上达到了预期的效果。“南海 1 号”古沉船 基本资料如下 :船长 :30 32m船宽 :约 718m型深 :约 3 3. 5m船体材料 ,木质沉船沉态 :基本正沉沉船位置 :上川岛附近海域现场水深 :22 24m海底底质 :表层为淤泥 ,底层为粘泥沉船首向 :东北方向埋泥情况 :全部埋
3、入泥下约 1m现场流速 :最大流速 016m/ s ,据介绍每月有 3 4 天大潮时间潜水作业受流水影响 ,其他时间受流水影响较小。能见度 :水下能见度较低 ,缓流时只有 015m。装载货物 :满载陶瓷及其它器物。96 2004 年第 3 期 广 东 造 船 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/二 “南海 1 号”古沉船整体打捞的意义及要求由于“南海 1 号”沉船是目前我国发现的保存较为完好、出水文物最为精美的一条古代沉船 ,它所包含的历史、艺术、科技发
4、展等重要信息难以估量。为了更好的保护和发掘 ,使沉船在发掘过程中免遭二次破坏 ,考古专业人士希望将沉船整体迁移到一处安全的水域进行细致的发掘研究。鉴于目前沉船的船体为木质结构 ,在水下浸泡 800 多年后 ,大多己经较为松软。沉船的大部分是埋在海床之下的淤泥中 ,因此沉船船体没有受到噬木类海洋生物 (如船蛆等 )的进一步蛀蚀 ,文物也没有受到如膝壶等海洋贝类生长造成的硬性胶结。为了最大限度地保护该沉船的船体结构和沉船文物 ,要求将沉船连同船内的文物及船体周围起固定和保护作用的淤泥一同吊离海床面 ,并使得沉船进入预先准备好的水池进行慢慢发掘。“南海 1 号”整体打捞技术要求 ,主要分为下列三个部
5、分 :1 适合于打捞古沉船在水下安装的钢结构箱体 ,要求便于潜水员在水下施工安装 ,并达到足够的搬运古沉船及其附属物的结构强度 ;2 水下安装箱体完成后 ,由抬浮驳将古沉船连同文物及起固定作用的泥沙装载在箱体中 ,吊离古沉船沉没现场 ,并把古沉船放置在全潜驳上 ;3 安全地将装载古沉船的全潜驳安放在指定的安全水域 ,以供进一步的考古发掘。三 “南海 1 号”古沉船整体打捞步骤为了更好的保护和发掘“南海 1 号” ,使古沉船在发掘过程中免遭二次破坏 ,根据考古研究所的技术要求 ,拟将古沉船整体起浮离开泥面移位装载在全潜驳后迁移到一处水深约为10m 的安全水域进行细致发掘研究。鉴于沉船的船体结构为
6、木质 ,在水下浸泡 800 多年后 ,大多己经较为松软 ,为了最大限度的保护沉船的船体结构 ,计划采用在古沉船船体四周安放沉井 ,然后在沉井底部安装钢箱梁 ,从而形成钢壳保护托架 ,用抬浮驳船将沉船连同船内文物及船体周围起固定作用的泥沙一起由驳船吊离海床面 ,并将沉船拖航到闸坡附件海面全潜驳沉放位置 ,然后放置在特制的全潜驳上 ,全潜驳起浮后再连同全潜驳一起拉移到选定的考古发掘基地 ,全潜驳下潜后使古沉船浸入海水中再进行进一步的保护。根据整体打捞设想 ,广州打捞局和华南理工大学船船与海洋工程研究所合作进行了现场底质的土力学分析 ,并进行了沉井总体结构的设计计算及沉放静压力计算、沉井底托板拖拉力
7、计算、起浮受力计算、拖航过程受力分析。根据计算并结合施工方法 ,整体打捞方案的主要步骤如下 :(一 ) 施工前准各1 设计和建造保护沉井及底托板依照广东省文物考古研究所提供的古沉船资料 ,根据计算结果 ,沉井外形尺寸初步设计为长 宽 高 = 36m l3m 6m ,沉井自重约为 150t 。沉井的沉放采用静压方式 ,静压力不超过 2000t。考虑到沉船整体打捞作业时间较长 ,为了防止沉井因自重和风流等因素的影响而发生下沉或移位倾斜 ,沉井沉到位后需要打桩固定沉井。沉井的底部托架采用分段建07 广 东 造 船 2004 年第 3 期 1994-2007 China Academic Journa
8、l Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/造和分段安装 ,整个底托板由 36 件钢箱梁结构水下拼接而成 ,每个钢箱梁初步设计为1314m 018m 014mm。根据计算 ,把底托板拉移至沉井底部的拉力约为 82t ,为减小水下安装时泥土的阻力 ,箱梁建造成内部水密 ,并控制箱梁在水中的负浮力以便于水下安装 ,另外在箱梁内部安装高压水喷射装置。2 预制水泥锚块作为绞拉力的作用点根据吸力锚原理 ,水泥锚块底部预留空腔以增大在海底的附着力 ,每个水泥锚重量初定为 200t 。沉井安装时的静压力也利用这种水泥块提供。3 抬浮驳船
9、改造计划采用 7000t 驳船进行抬浮 ,根据初步设计 ,托架吊点横向间距为 13m ,因此要在抬浮驳船中部建造两条长 35m、宽约 1m、中心间距为 13m 的矩形开口 ,开口由甲板通向船底 ,开口处布设液压钢绞线提升设备。4 全潜驳的设计与建造按照广东省文物考古研究所的要求 ,古沉船拖航到闸坡后 ,需要放置在考古基地的浅水区。抬浮驳船把古沉船箱体吊离泥面后 ,再把古沉船箱体沉放到全潜驳上 ,然后起浮全潜驳移位至考古基地沉放。全潜驳设计潜水深度不小于 10m ,主尺度为 :长 宽 型深 = 60m 30m 3. 2m。(二 ) 整体打捞步骤1 沉井的安放(1) 900t 全围转起重工程船“南
10、天龙”进场布锚 ;(2) 在古沉船周围布设定位标 ;(3) 驳船装运沉井到现场 ,靠泊“南天龙” ;(4) 在沉井上布设定位信标及深度传感器 ;(5)“南天龙”穿挂钢丝绳吊起沉井安装 ,根据定位系统指示位置 ,把沉井安装海底 ,使其靠自身重力下沉 ,待稳定后 ,解除吊绳 ;(6) 在沉井上安放静压水泥块 ,根据沉井上的深度传感器指示 ,把沉井安装到预定深度位置。根据水泥块的尺寸 ,在沉井顶部预先制造水泥压块承重结构。水泥压块在沉井上面要对称安装 ,同时根据沉井下沉情况决定安装顺序 ,同时随时观察沉井沉降情况 ,保证沉井水平下降到预定位置 ;(7) 移去水泥压块 ;(8) 打桩固定沉井。由于古沉
11、船打捞工期较长 ,打捞时间可能要经受台风和东北风季节等恶劣天气 ,为防止沉井进一步沉降或移位偏移 ,需要在沉井四角打四只定位桩。根据设计 ,定位桩采用斜桩形式 ,用“南天龙”吊桩锤迸行打桩作业 ,斜桩打到设计探度后 ,水下用卡箍与沉井连接固定。2 沉井底部托板安装(1) 挖泥船进场根据施工需要对沉船左右舷进行挖泥 ,左舷开挖区域为 40m (长 ) 20m (宽 ) 6m(深 ) ,右侧开挖区域为 40m (长 ) 15m (宽 ) 6m (深 ) ,坑底要求平整 ,开挖边坡不大于 14。挖坑时先从远船侧开挖 ,逐渐靠近古船 ,挖泥船抓斗上布设信标 ,每次抓泥都要精确定位 ,防止抓到沉井而造成
12、对沉井和文物的破坏。靠近沉井立壁的泥如无法用抓斗清理干净 ,则采17 2004 年第 3 期 广 东 造 船 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/用气升抽泥法 ,由潜水员在水下移动抽泥泵把泥抽除到设计要求。(2) 开挖区基床整平因为拉移底托板箱梁要求水平 ,因此必须对沉井两侧 15m 范围内的基床进行整平。潜水员水下检查起床的平整度 ,高出要求的地方 ,大面积的继续用挖泥船抓底 ,小面积的地方用抽泥泵抽除。(3) 古沉船右侧安放水泥锚块“南天龙”在沉船上
13、方布锚 ,装载锚块的驳船靠下风舷侧 ,然后吊装锚块安装到基床上预定位置 ,计划每个锚块拉移四根箱梁 ,预先在锚块上预埋拉力点。(4) 底托板钢箱梁安装A 在水泥块上安装导向滑轮及辅助工具 ;B 潜水员水下攻千斤顶、穿引钢丝绳 ;C 安装底托板箱梁 :托架箱梁从古沉船左舷侧放入 ,连接牵引钢丝绳 ,通过布设在右舷侧水泥锚块的导向滑轮 ,把钢丝绳连接在工作船的线性液压绞车上 ,逐渐把钢箱梁拉过船底。在拉的过程申 ,不断从箱梁的尾部注入高压水以减小阻力 ;箱梁的头部安装信标 ,跟踪监视其拉移走向 ,使之移动在设计范围内。托架箱梁由船首向尾方向逐件拼接 ,箱梁与箱梁之间有特设的限位联结 ,安装时调整位
14、置 ,使之在同一平面 ;D 灌浆处理 :根据箱梁的设计 ,拉移后箱梁与箱梁之间有少许间隙 ,为防止沉井内的泥土在沉船打捞过程中从缝隙中泄漏 ,箱梁上部侧边要预先放置灌浆管 ,对箱体周围泥土进行灌浆处理使其固化。潜水员水下连接灌浆管路进行灌浆。3 清除定位桩潜水员用水下电割枪割除定位桩 ,把定位桩吊离钢沉井。4 抬浮驳船进场定位潜水员把提升钢绞线和沉井连接起来 ,通过船上的液压线性提升装置收紧钢绞线 ,将古沉船慢慢提出泥面 ,提到预定高度后进行加固。液压提升机构应具有波浪补偿系统 ,从而补偿平衡浪涌的影响而使各受力点受力不均衡 ,保证每个提升机构受力在安全范围内。整个提升过程实施全方位监控 ,每
15、个提升点都有受力监测系统。5 抬浮驳把装载古沉船的钢沉箱提升到设计位置后加固 ,用拖轮将抬浮驳船和古沉船一起拖到闸坡考古基地附近全潜驳下潜位置。6 全潜驳在抬浮驳进场之前下潜到预定位置。7 将抬浮驳船和古沉船移位到全潜驳上方的预定位置定位 ,慢慢放下线性提升装置的钢绞线 ,把沉井连同古沉船一起放在全潜驳上。8 除去提升钢绞线和其它辅助钢丝绳 ,移去抬浮驳船。9 全潜驳排水起浮。(三 ) 古沉船移位至考古发掘位置1 在考古基地的沙滩上预挖水池 ,在水池底部铺设水泥墩 ,以便寄放全潜驳。水池深度不小于 3m ;2 根据全潜驳吃水 ,开挖一条到达水池的航道 ;3 铺设绞拖设备 ;4 把全潜驳通过航道拉移到水池 ;5 全潜驳压水下沉 ,使其安全坐在水泥墩上 ,交付给考古研究所水上挖掘研究。27 广 东 造 船 2004 年第 3 期 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/
