编者按
2007年末,宋代古沉船“南海一号”的打捞出水,备受关注。伴随着沉箱的打开,这艘神秘的古沉船即将揭开它的神秘面纱。“南海一号”从水下到水面,不足20米的距离,却花费了交通部救捞人员数月的时间。在“南海一号”古沉船起浮的当天，交通部副部长徐祖远激
动地说：“施工项目组全体干部职工精心组织，科学施工，克服了常人难以想象的诸多困难，大家百折不挠、迎难而上，奋力攻关，最终攻克了最为关键的难关，没有你们的知难而进，没有你们的奋力拼搏，就没有今天古沉船起浮的重要一刻。”为了能让“南海一号”当年的姿态呈现于人们面前,交通部救捞系统的决策者、工程师、潜水员都付出了艰辛和智慧,终于写就了世界水下考古打捞史上的一段传奇。
“南海一号”整体打捞出水新华社记者陈学思摄
2007年12月22日,沉寂海底800多年的南宋古沉船“南海一号”重见天日。28日,“南海一号”入住“水晶宫”,这条装载着无穷秘密的古沉船将揭开它的神秘面纱。
交通部副部长徐祖远说，“南海一号”古沉船的整体打捞出水，是史无前例的首创之举，全国关注，世界瞩目。
“这样的打捞工程,在中国打捞的历史上是前所未有的。”交通部救捞局局长宋家慧说。这条年代最早、船体最大、保存最完整的宋代沉船,被喻为海上丝绸之路的一颗明珠,蕴含着巨大的考古价值。
整体打捞:世界首创
据了解,我国曾对“南海一号”沉船周边方圆100平方米散落的文物进行过发掘。其中,出水金腰带保存完好,许多瓷器依旧光洁如新。而这些文物仅仅是“南海一号”满船文物的冰山一角,是当时“南海一号”沉没时从船上散落的少量物品。对于“南海一号”,人们期待着更多的发现和惊喜。
2007年12月22日,“南海一号”经过1天半的起吊和起浮,整体浮出水面。“起”是指“华天龙”把重达3000多吨的“南海一号”及沉箱吊起;“浮”是全潜船“重任1601”匀速排水,将“南海一号”上浮。整体出水后的“南海一号”沉箱经过加固后,“华天龙”将松开吊索,沉箱被拖轮拖往临时码头,再通过气囊拉移的方法送入广东海上丝绸之路博物馆的“水晶宫”。现场,人们看到,露出水面的“南海一号”棕色沉箱长35.7米,宽14.4米,高7米,比一个篮球场还要大。沉箱表面有很多海水和泥沙,沉箱底部清晰可见36根底梁。
“南海一号”的整体打捞方案,为世界首创。所谓整体打捞,即古船装在一个沉箱里,连同船、货、泥沙一起整体出水。这个方案最终取得了成功,也让有着“世界水下考古之父”之称的美国人乔治马斯赞不绝口,称“只有中国人才能想出这么精美的方案”。
整体打捞方案最初是怎样设计出来的?
宋家慧说,按照国际通行的做法是采用原地打捞,就是潜水员就地潜入水里,一般是把铁桶沉入打捞地点,通过水置换,让潜水员在铁桶里进行打捞工作。捞出一件东西是一件东西。“原地打捞的缺点是对文物的损伤较大,潜水员自带的潜水装备就有100多斤,进行水下作业时,由于水下能见度差、浑浊物多,全凭潜水员手摸,谁也不能保证不破坏文物。比如,稍不注意,脚触碰到瓷器就可能造成损坏,有的文物就可能永远石沉大海。”
方案的确定经历了反复论证,最终确定了整体打捞的方案。即打捞过程不触碰船体、不触碰货物,把船体和泥沙安放在沉箱里,像切豆腐块一样,把船、货、泥沙整体起浮。
宋家慧说,打捞800年历史的古沉船,在世界打捞历史上都是没有的,瑞典的“瓦萨号”是17世纪的沉船,英国著名的“马里罗丝”号也是15世纪的沉船,“南海一号”年限更为久远。整体打捞也是世界首创。之前只有瑞典的“瓦萨号”,还有英国的“马里罗丝”号实行过,但那两次也都是卸完所有文物之后,空船整体打捞。而“南海一号”的打捞却是带着所有文物一起出水。
工艺创新:突破陈规
“打捞之前,我们感到,面临的最大的问题就是怎样才能完整地保存船里的货物?按照《世界遗产公约》,文物保护要尊重其原始性、真实性、完整性。如何做到这几点?最终,我们确定了原则――保护为主、抢救第一、科学利用、加强管理。”宋家慧说。“根据这样的原则,我们确定了方案――整体打捞、原地保护、就地展示。”
整体打捞、原地保护、就地展示,每一项都是一个巨大的难题。整体打捞,古沉船将连同水、泥、船体和文物一起出水,这是保护文物的最佳方案,但没有其他国家的经验可供借鉴。
由于这次打捞工程的重点和难点主要集中在钢沉井的沉放和底托梁的穿引、钢沉箱起吊这几个关键步骤,为了确保整体打捞工作安全可靠,交通部广州打捞局和华南理工大学合作,经过对现场底质的土质进行力学分析,并进行定位桩承载力计算、沉井总体结构应力计算、沉井沉放静压力计算、沉井底托梁拖拉力计算、起吊钢沉箱的结构受力计算等工作,又经过精密的计算分析和模型试验,并结合广州打捞局多年来的打捞和海洋工程及水工工程经验,确认使用4000吨浮吊“华天龙”整体打捞“南海一号”在技术和工艺上是安全可靠、切实可行的。
具体到打捞过程,怎样保证不损坏船体以及文物,保持古船所在环境的“原生态”?交通部广州打捞局设计的“整体打捞”方案,是将沉船、文物及周围泥沙按照原状固定在一个钢制沉箱内,一次性吊浮起运,然后迁移到专为“南海一号”建造的广东海上丝绸之路博物馆的“水晶宫”之中。
据介绍,广州打捞局专门设计用于打捞“南海一号”的沉井属于非常规钢结构,呈长方形,长35.7米,宽14.4米,高12米,封闭式双壁,俯视成“回”字型。按照整体打捞方案,沉井运抵现场后,使用静压力把它缓缓压入淤泥,整体罩住沉船及其周围淤泥,然后再从上沉井底部两侧穿引长14.48米、宽0.8米、重5吨的36根钢梁,再用35块宽20厘米、厚12厘米的密封板封闭钢梁之间的缝隙,形成一个封底密闭的“钢箱”,最后把钢箱以及箱内的“南海一号”古沉船、周边泥土等原样不变地整体打捞出水。
“我们要求,本着科学求实的态度,打破传统的思维定式,遵循设计先行、技术先行,稳妥地推进整体打捞方案。”宋家慧说,然而,整体打捞也面临着新的技术难题:沉箱要多大?利用什么样的浮力能托起5000吨的船体重量?怎样才能把船和货完整地装入沉箱,平稳出水?这一系列的问题,需要有力的技术支撑,需要大量的科技创新。
科技创新:有力保障
科技创新是整体打捞成功的关键。对于整体打捞工艺中的种种难题,救捞人员进行了认真攻关。
问题一:华天轮起吊能力为4000吨,能起浮5000吨重量的船体吗?
通常,打捞沉船依靠两种浮力,一种是内浮力,靠船体自身的浮力起浮,但这对于埋藏于淤泥之下的“南海一号”显得不适用;第二种是外浮力,依靠浮船、浮筒或者起吊的力量。而起吊这种手段是最平稳的,对沉船船体来说最为安全。
据了解,为了确保“南海一号”的出水万无一失,交通部广州打捞局设计了“双保险”式打捞方案。第一道保险是“华天龙”。亚洲第一浮吊“华天龙”吊力惊人,可以一举吊起4000吨重的东西。装着“南海一号”的沉箱在水中的重量约2800吨,完全出水后约4800吨。沉箱最后被吊放到全潜驳上时,只有大约1.5米的高度露出水面,而有将近6米还在水面以下,这种状态下的重量大约只有3000吨左右,以“华天龙”的吊力还有很大的余量。“华天龙”通过16个吊点吊起“南海一号”沉箱,所用的钢丝绳的直径达110毫米。一般的船只在海上作业,如果遇上5级风和较大海浪就需要停止作业以保安全。而“华天龙”在7级风、2.5米浪高的环境下可照常作业。第二道保险是全潜驳。为了“南海一号”能够安全起浮,交通部广州打捞局专门将一艘半潜驳“1601”改装为全潜驳。该驳长122米,宽31.6米,运输吃水3.5米,载货能力是15750吨。改装成全潜驳后,整条船可以平稳下潜16米,此时主甲板离水面8米,方便承接装着“南海一号”的沉箱。因为沉箱是在水中被吊放到全潜驳上,放稳后,全潜驳再排水起浮,其间“华天龙”依然保持一定吊力,直到全潜驳完全起浮为止。这样就减轻了沉箱在吊放过程中箱体的受力,确保了“南海一号”在吊放过程中的安全。
问题二:水下泥质坚硬,怎样才能把沉箱压入船底?
宋家慧说,我们对水下泥沙进行了取样,一米、两米、三米,每一米的泥质都不一样。而要把沉箱压入水下12米是非常困难的。沉箱压力的强度不够怎么办?万一压力太大,把箱底压坏怎么办?根据泥质的坚硬度,我们制定了沉箱下压的方案,一是往沉箱上压沙增加沉箱的重量,二是用挖泥船从旁边挖泥沙。自2007年5月17日投放沉井以来,交通部广州打捞局工程人员连克难关:用了70多天的时间,施加近4000吨的压力,才最终让沉箱壁克服海底坚硬淤泥层,下压到位完全罩住“南海一号”。
此外,“南海一号”打捞要“靠天吃饭”,天气原因也让工程人员经受着严峻的考验。由于海上风浪大,潜水员和工程船经常无法作业,打捞作业多次因为这个原因被迫中断。从2007年8月开始,广东又进入了台风的高发期,连续三个台风让打捞作业不得不中断。工程人员24小时奋战在海上,利用天气好的时候“见缝插针”地工作,赢得了不少宝贵的时间,最终完成了艰巨的海底作业工程。
问题三:沉箱底部压力巨大,怎么保证船上物品无一漏掉?
据了解,最关键的穿引底梁难度又超乎想象,每根底托梁长14.8米,重达5吨多,36根底托梁全部要靠潜水员在能见度几乎为零的水下进行作业,而在每根底托梁间,还有十公分的空隙。“我们又在空隙部分插入钢板。这样,即便是船上的一枚戒指,也难以漏出沉箱之外。”宋家慧说。
交通部广州打捞局副总工程师、“南海一号”考古打捞现场总指挥吴建成说,穿第一根底梁用了整整13天,5吨多重的底梁在海底淤泥的强大阻力下,一度发生弯折。工程人员及时调整方案,改进工艺,在海域水质浑浊、能见度几乎为零的条件下,成功将36根底梁穿过沉井底部。“南海一号”考古打捞工程的潜水作业工作量非常大,经统计,单是底梁穿引工程的潜水作业就达到2016班次(每个班次大约1小时左右)。最高峰的时候,施工现场有52位潜水员轮流下水作业,最少的时候也有32位潜水员在现场保障潜水作业。
问题四:沉箱起吊共使用32根钢丝,怎样使之受力均匀,保证不挤碰船体?
据了解,钢丝必须要均匀受力,如果其中一根断开,则会引起所有钢丝受力不均,导致使沉箱变形,挤碎船体和货物。经过技术人员的精心设计,最终确定把32根钢丝分为四组,每组8根。
问题五:怎样把打捞上来的沉箱顺利运往“水晶宫”?
吴建成介绍说,“南海一号”沉箱拉移的难点是如何从全潜驳拉移到临时码头上,上岸之后拉移进水晶宫就简单得多。因为在拉移过程中,沉箱对全潜驳的压力会越来越小,全潜驳会逐渐浮起来,使得甲板面与码头不在一个水平面。为了解决这一问题,他们想了一个好办法,就是在海水高潮的时候让全潜驳靠上码头,等到低潮时让全潜驳沉到海底,这样就不会因为拉移而影响全潜驳主甲板的水平。不过,这必须计算好码头的挖泥深度,使得全潜驳坐底后甲板面与码头在同一个水平。之所以采用气囊拉移而不是预先安装钢轨的办法,主要有两点原因。一是气囊比钢轨柔软得多,作为轨道具有良好的稳定性,可以避免刚性碰撞,对包裹在沉箱中的“南海一号”具有很好的保护作用;二是气囊比较灵活,可以通过充气、放气随时改变沉箱的运动方向,而且气囊可以循环使用,相对铺设铁轨要经济。
--------------新闻背景-------------
“南海一号”的发现和发掘情况
1、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上下川岛外海域进行沉船调查过程中发现了一艘木质古代沉船。1989年8月经国务院批准，中国历史博物馆和日本国水中考古学研究所签订了合作调查、发掘该船的意向书，组成了“中国南海沉船水下考古调查队”，该船被命名为“南海一号”。
2、1989年11月15日-20日，“中国南海沉船水下考古调查队”对“南海一号”进行了首次水下调查。由于调查期间海面涌浪较大，能见度很低，虽然经过多次的潜水探摸，终无功而返。
3、2001年4月由国家文物局组织的“南海一号”沉船调查队，在香港“中国水下考古探索协会”的资助和参与下，对“南海一号”进行了全面的调查、勘探，主要收获是找到了“南海一号”的准确位置。同年10月，对“南海一号”再做探摸，基本确认了沉船的埋藏状况。
4、2002年3-5月，“南海一号”水下考古队在广州救捞局的协助下，对“南海一号”进行了初步发掘，除发现沉船的船体、干舷、船舱外，还打捞出大量精美的文物，其中陶瓷器约6000多件，完整者4000余件。此外，还有漆器、石制品、铁器、铜器、银锭及大量的铜钱。是年8月，再度对“南海一号”做了小规模的探摸；2003年1月和2004年5-6月，水下考古队又分别对“南海一号”沉船进行了以物探为主的调查工作。
5、2004年9月，广东省文化厅委托交通部广州打捞局进行物探调查，对“南海一号”有了更加清晰的认识，不仅了解到“南海一号”长、宽等数据，还采集到海床30米以下的地质资料，为打捞与保护方案的制定提供了科学依据。
“南海一号”进入起浮阶段新华社记者周文杰摄
“南海一号”起航驶向“水晶宫”新华社记者周文杰摄
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