某疏浚工程鑿巖工藝及后期掃淺介紹①

謝三平

摘 要：某造船基地疏浚工程的巖石方量大，施工范圍與在建碼頭的施工作業(yè)面相壤，施工干擾大，加上前期施工延誤造成了較大的工期壓力。受制于爆破施工嚴(yán)格管控、成本控制、進(jìn)度要求等，采用了鑿巖工藝清除巖石，并根據(jù)巖石分布分布集中，巖質(zhì)堅(jiān)硬而整體性強(qiáng)的特點(diǎn)對鑿巖工藝進(jìn)行了創(chuàng)新，高效、安全地清除了80余萬m3巖石，為提前40天完成工程施工任務(wù)奠定了基礎(chǔ)。掃淺階段，針對軟、硬土區(qū)域的不同要求分別采用拖鋼絲掃淺及槽鋼拖平工藝進(jìn)行施工，取得了良好的效果。對施工方法進(jìn)行分析介紹，可為類似施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：疏浚工程 巖石清除 鑿巖工藝 拖鋼絲掃淺 槽鋼拖平 施工

中圖分類號：U616+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-198X（2015）03（b）-0079-04

Introduction of rock drilling technology and shallow point dredging in the dredging project

Xie Sanping

（Yangpu Guoxing Engineering Construction Co.Ltd，Haikou Hainan，570203，China）

Abstract：The dredging project was delayed by huge rock volume and construction interferences.Subject to explosive control， cost control， progress requirements，construction unit adopted rock drilling technology in this project.According to the centralized distribution rock is solid and holonomic，construction unit maked innovation for the rock drilling technology.The application of the improved technology maked more than 800 thousand Cubic rock been dredged safely and efficiently，and the project completed ahead of schedule for 40 days.In the last stage of the project，construction unit dredged shallow point with wire rope and U-bar in different areas，that achieved favorable results.This paper carries out an introduction of the construction method，which may serve as reference for similar projects.

Key Words：Dredging engineering；Rock dredging；Rock drilling technology；Shallow point dredging with wire rope；Shallow point dredging with U-bar；Construction

1 工程概況

某造船基地疏浚工程位于該基地東側(cè)，與珠江直接相連，疏浚區(qū)域長約4.2km，最寬約1km。擬疏浚區(qū)大部分區(qū)域?yàn)樗颍匀荒嗝鏄?biāo)高為0.50～-10.0m，少部分區(qū)域?yàn)殛懹?。共分三個單位工程：停泊水域疏浚，設(shè)計(jì)疏浚泥面標(biāo)高為-9.5m；移船區(qū)（支航道）疏浚，設(shè)計(jì)疏浚泥面標(biāo)高為為-8.5m；調(diào)頭區(qū)疏浚，設(shè)計(jì)疏浚泥面標(biāo)高為為-8.5m。設(shè)計(jì)邊坡均為1∶7，具體施工范圍詳見圖1。

根據(jù)設(shè)計(jì)文件，該工程疏浚工程量合計(jì)682.3836萬m3，其中包含有2級土、5級土、15級土及部分拋石，各單位工程的疏浚工程量情況詳見下表。

2 工程特點(diǎn)及施工過程簡介

本工程15級土較多，共計(jì)80余萬m3。工程施工期間由于種種原因的干擾造成后期施工進(jìn)度嚴(yán)重滯后。巖石區(qū)域集中，在水底的形態(tài)就如同小山包一般中間高兩邊矮。巖石體除表層為強(qiáng)風(fēng)化、全風(fēng)化混合花崗巖外，巖心為原地質(zhì)鉆探資料所沒有描述的花崗巖層，巖質(zhì)堅(jiān)硬而整體性強(qiáng)。因而使用大型抓斗船舶依靠抓斗的重力進(jìn)行掘取，效率極低。在最大使用了25m3的抓斗進(jìn)行挖掘依然挖不起石塊后，施工單位放棄了這一巖石清除方式。工程區(qū)域敏感，有關(guān)方面對爆炸物進(jìn)行了嚴(yán)格控制，用炸礁的方式清除80多萬m3的礁巖其申請、審批的時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過工期要求。最終受制于施工條件，并考慮工期要求、工程成本控制等因素，施工單位采用了鑿巖工藝進(jìn)行巖石清除，并在使用過程中根據(jù)具體施工情況及時改進(jìn)了鑿巖工藝，順利啃下了這塊硬骨頭，為提前40天完工打下了基礎(chǔ)。

此外，為了提高硬土的開挖效率，本工程前期采用大型抓斗船舶進(jìn)行開挖，斗大而重，造成了軟土區(qū)域的超挖問題，同時受制于抓斗船機(jī)動性差的弊端，后期淺點(diǎn)分散孤立。針對這一情況，施工單位在后期對軟、硬土區(qū)域分別采用拖鋼絲掃淺及槽鋼拖平工藝進(jìn)行施工。從施工前后的水深對比分析來看，上述措施較好地達(dá)到了其原先設(shè)想的“削峰填谷”平整海床的效果：施工區(qū)域無淺點(diǎn)，水下土面平整度較好！

3 鑿巖工藝簡介

3.1 鑿巖工藝過程

需要的機(jī)具：經(jīng)改造后裝配有鑿巖棒的抓斗船；依靠抓斗船起吊裝置和動力裝置進(jìn)行升落的鑿巖棒；進(jìn)行清石處理的輔助船舶（大型抓斗或是反鏟船）。

鑿巖工藝的施工過程：首先使用鑿巖棒進(jìn)行巖石錘擊，通過鑿巖棒的反復(fù)升落依靠其重力和落錘時的沖量對石體進(jìn)行破壞，使其分裂破碎。移走鑿巖船舶使用大型重斗挖泥船和大型反鏟挖泥船將碎石抓起棄置于泥駁中運(yùn)走。碎石抓取完后再拖進(jìn)鑿巖船舶進(jìn)行下一輪的錘擊。

3.2 鑿巖棒的分類及適用范圍

作為鑿巖工藝的關(guān)鍵機(jī)具，本工程針對不同的巖石情況使用了不同的鑿巖棒：圓柱式鑿巖棒、四角樁式鑿巖棒和梅花樁式鑿巖棒。

（1）圓柱式鑿巖棒：為一長2.5m，直徑1m，重量達(dá)15噸的圓柱狀實(shí)心鋼樁。同時為了提高撞擊壓強(qiáng)將樁頭部削成三向刀面狀，其形態(tài)見圖3。

圓柱式鑿巖棒自身重量大，施力作用面積小，壓強(qiáng)大。在經(jīng)起重設(shè)備吊起離開水面7～8m后，依靠重力自由下落砸入水下石體中，從而鑿碎、鑿裂石體。此種鑿巖棒適合于對巖層厚，作用面小且陡的巖心部位的開鑿施工。在本工程的施工過程中，正是充分利用了圓柱式鑿巖棒的重錘敲擊作用才在短短數(shù)月的時間里將最厚近7m的巖心部位順利清除。

（2）四角樁式鑿巖棒由4條支樁和頂部的中心柱組成，高為3m，重達(dá)10噸。其形態(tài)見圖4示。

四角樁式鑿巖棒自身重量不如圓柱式鑿巖棒大，但由于其只有4條支樁的角點(diǎn)接觸石面，接觸面積小故其壓強(qiáng)較大，因而對巖體上石面較平整，可操作面較大的區(qū)域有很好的作用效果。此鑿巖棒受其角點(diǎn)作用面小的限制，在工程應(yīng)用中不能快速地將石層較厚區(qū)域的巖石砸碎而只能將石面鑿裂以此破壞其整體性。鑿裂后對分成相對較小的石塊再使用大型反鏟挖泥船上的反鏟進(jìn)行鏟掘清理出水底。此種鑿巖棒可適用于巖體四周非巖心地帶的薄層巖體清除施工。

（3）梅花樁式鑿巖棒高2.2 m，重達(dá)12噸。其外形類似于四角樁式鑿巖棒，只是其底部接觸為面接觸。同時為了增大接觸石面時的壓強(qiáng)，在4個接觸底面上還布滿了若干齒狀圓錐突起，其形態(tài)見圖5。

梅花樁式鑿巖棒自身重量比四角樁式鑿巖棒重，同時其接觸面積比圓柱式鑿巖棒小，故而其適用范圍及作用效果界于二者之間。在本工程中此種鑿巖棒與四角樁式鑿巖棒配合使用對巖石四周范圍較大的非巖心區(qū)域進(jìn)行敲鑿施工。從施工效果上來看，巖層在經(jīng)過四角樁式鑿巖棒的重?fù)糸_裂后再使用梅花樁式鑿巖棒進(jìn)行壓碎式敲鑿可大大提高抓斗船及反鏟船的抓掘效率。

4 創(chuàng)新使用鑿巖工藝

在以往的工程實(shí)踐中鑿巖工藝的使用一般都是遵循淤泥的開挖方式由水深較淺處開始向下開挖。本工程一開始也是如此操作。但由于本工程巖石巖層厚度大，石質(zhì)堅(jiān)硬，整體性較好。特別是水深較淺的巖心區(qū)域不但難以敲碎鑿裂，較為不平整且陡峭的石面也增加了落錘難度。重錘無法完全敲擊到石面上，一方面使得鑿巖棒的重力勢能只能部分轉(zhuǎn)換為破壞石面的功，效率低下。另一方面此時落錘如同打空的馬鞭一樣將產(chǎn)生極大的回環(huán)力。這一破壞力對吊拉著它的鎖鏈和扣環(huán)會造成很大的傷害。一段時間的積累作用下鎖鏈和扣環(huán)將會產(chǎn)生疲勞破壞（見圖6）。

此種開鑿方式施工巖石清除進(jìn)度慢，無法按期完工。在此種情況下施工單位結(jié)合本工程的特點(diǎn)，大膽提出放棄由淺到深的開鑿方式而采用先鑿周邊較薄，風(fēng)化程度較高的邊緣石層，之后逐漸向巖層厚，強(qiáng)度高，整體性強(qiáng)的巖心推進(jìn)開鑿的方式施工。此種開鑿方式的好處在于周邊巖石的石面較為平整便于鑿巖棒的落錘，而同樣高度落下的鑿巖棒其落到較深處石面時可轉(zhuǎn)化的重力勢能要大，破壞石面的功也相應(yīng)增大。這樣不但能將巖體外緣的石層敲碎可以抓緊時間清除盡可能多的巖石，同時還能振裂與其臨近的石面從而產(chǎn)生新的薄弱面。施工單位形象地將這一開鑿方式稱為“農(nóng)村包圍城市”。

正是在這一創(chuàng)新的鑿巖方式下，施工效率有了大幅度的攀升。平均每天兩組鑿巖船組能夠開挖近10000m3的純石塊方量。改進(jìn)施工后不到一個月就順利完成了硬土區(qū)域內(nèi)的工程量，為提前40天完工打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

5 槽鋼掃海拖平工藝[1]

槽型鋼拖平工藝是指：首先將多條槽型鋼焊接成長柱體狀的槽型鋼條，將此鋼條懸吊、綁扎于抓斗船旁，根據(jù)實(shí)時潮位及設(shè)計(jì)水深定深放入海中，在自航的泥駁拖帶下拖動此槽型鋼在施工水域做往復(fù)運(yùn)動。這一措施可以依靠槽鋼的自重和船舶向前航行的拖力將水下部分高于設(shè)計(jì)水深的泥堆推平到旁邊超挖的區(qū)域，從而達(dá)到整平的效果。

本工程將該工藝用于土質(zhì)較硬的區(qū)域掃淺施工，獲得了較好的施工效果。以下是該工藝在工程實(shí)施過程中的相關(guān)圖片資料（見圖7、圖8）。

6 耙吸船拖鋼絲掃淺工藝

耙吸船拖鋼絲掃淺具有成本低、效果快的特點(diǎn)，適合于疏浚長度長，淤泥等軟土質(zhì)，淺點(diǎn)分散孤立的局部掃淺。在本工程后期通過施工測圖發(fā)現(xiàn)移船區(qū)（支航道）內(nèi)淺點(diǎn)多并且較分散，通過抓斗逐個挖除效率低并且礙航時間長，同時本區(qū)域土質(zhì)絕大部分是軟土，因此在此區(qū)域的掃淺施工中采用了耙吸船拖鋼絲掃淺工藝，高效、安全的掃清了施工區(qū)域內(nèi)的淺點(diǎn)。

該工藝施工流程大體分三個階段：鋼絲安裝，施工使用，鋼絲檢查。

6.1 鋼絲安裝要求

6.1.1鋼絲繩選取及長度量取[2]

（1）為了保證施工的安全性，掃淺鋼絲直徑不宜太粗（取Φ18mm），掃淺鋼絲與耙頭之間的鋼絲可粗些，取原船舶廢棄的彎管鋼絲（Φ26mm），詳見圖9。

（2）鋼絲繩長度計(jì)算：通過現(xiàn)場測試選擇的合適長度：L3=2×（挖深+潮位-吸口吃水）+15。

6.1.2 拋錨停車后安裝鋼絲繩

（1）鋼絲兩端都插琵琶頭，為防止施工中鋼絲纏繞，粗鋼絲與細(xì)鋼絲之間用旋轉(zhuǎn)接頭進(jìn)行連接，而粗鋼絲的一頭則與耙頭格柵用千斤與卸扣連接。

（2）在一側(cè)將Φ26mm與Φ18mm鋼絲連接好，然后用牽引鋼絲沿著船旁繞過船尾引到另一側(cè)，通過導(dǎo)纜孔由絞纜機(jī)將鋼絲收到另一側(cè)耙頭下，稍加固定后安裝到耙頭格柵上。

6.2 施工使用要求[1]

（1）調(diào)整好船位頂水施工。

（2）將雙耙下放到設(shè)計(jì)水深并定深施工，確保鋼絲繩能夠準(zhǔn)確有效得切削淺點(diǎn)。

（3）密切觀察水面上耙頭鋼絲繩傾斜角度，同時通過監(jiān)控注意水下耙臂的姿態(tài)；合理使用車舵，確保船速控制在1～2節(jié)之間，同時盡量走線準(zhǔn)確使淺點(diǎn)落在雙耙之間，確保鋼絲繩對淺點(diǎn)的有效作用；若加車無效，則應(yīng)懷疑為拉到障礙物，此時應(yīng)立即慢車，并命令操耙手減少耙頭下耙深度；施工過程中應(yīng)加強(qiáng)航行望并主動與其他船進(jìn)行聯(lián)系，確保航行安全；耙頭掃過淺點(diǎn)后應(yīng)再向前航行一段長度，確保鋼絲繩能完全掃過淺點(diǎn)；耙頭拎起后，開始掉頭，過程中要確保雙耙離地，同時耙頭深度>船艉吃水+1m，加大船舶回旋半徑，為下一次的掃淺施工留出足夠調(diào)整空間。

6.3 鋼絲檢查要求

（1）每6 h檢查一次鋼絲繩磨損、斷裂情況，以及旋轉(zhuǎn)接頭等設(shè)備情況。選擇水深>船艉吃水+3m，同時流壓角較小的水域進(jìn)行檢查，以確保水下耙頭的安全同時避免橫流使鋼絲繩發(fā)生橫向漂流，遠(yuǎn)離浮筒，并盡量在浮筒下游作業(yè)。

（2）檢查流程：①單邊停車同時該邊耙臂上架，另一邊耙頭深度>船艉吃水+1m。②將牽引鋼絲一端通過卸扣與上架鋼絲連接，另一端纏繞至絞車上，同時應(yīng)利用導(dǎo)向?qū)恳摻z的提升方向固定，避免水下鋼絲繩被拉入螺旋槳中。③開動絞車?yán)痄摻z，一定時間后觀察另一邊耙頭處鋼絲繩姿態(tài)：如鋼絲繩有向船體傾斜的趨勢，則說明鋼絲繩未斷，立即停下絞車并在牽引鋼絲上做下標(biāo)記，以方便下次檢查時參考。鋼絲繩始終未發(fā)現(xiàn)傾斜趨勢，則因懷疑鋼絲繩斷裂（圖10），此時放慢絞車速度，將鋼絲繩全部拉起更換，重新安裝。

7 結(jié)語

本工程施工范圍內(nèi)包含有三個不同設(shè)計(jì)水深的功能區(qū)域，施工范圍與在建碼頭的施工作業(yè)面相壤，受碼頭建設(shè)干擾巨大，施工條件惡劣。施工所包含的15級土方量大、分布集中，施工作業(yè)面小。對于這樣一個施工條件復(fù)雜，工程后期進(jìn)度壓力巨大的情況，施工單位在日常管理工作中尋求突破，從自身施工上挖掘潛力，靈活高效地進(jìn)行生產(chǎn)安排，依靠創(chuàng)新使用的鑿巖工藝經(jīng)濟(jì)、有效地清除了80萬m3礁石群，并針對軟、硬土區(qū)域的不同要求分別采用拖鋼絲掃淺及槽鋼拖平工藝進(jìn)行掃淺施工，從而提前40天完成了工程施工任務(wù)，為施工單位在南方疏浚市場樹立了品牌。

參考文獻(xiàn)

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