淺談水下碎巖施工技術(shù)在惠州港荃灣港區(qū)主航道擴(kuò)建工程實(shí)踐中的應(yīng)用

紀(jì)國梁

摘 要：按照傳統(tǒng)施工工藝，對(duì)于水下巖石處理多采用“鉆爆法”，即對(duì)巖石進(jìn)行水下鉆孔、裝藥、爆破使其破碎，再使用抓斗船清挖爆破后松散的石渣。但是，上述巖石區(qū)域處于水產(chǎn)資源省級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，依據(jù)環(huán)境保護(hù)批文及有關(guān)規(guī)定，在保護(hù)區(qū)內(nèi)不得從事任何爆破作業(yè)，以避免海洋漁業(yè)資源遭受破壞。另外，巖石區(qū)域毗鄰核電站及油庫區(qū)，爆破施工產(chǎn)生的地震波還有可能對(duì)周邊構(gòu)筑物造成不利影響。為此，傳統(tǒng)的水下鉆孔爆破施工工藝不適合該巖石區(qū)域的處理，本文以惠州港荃灣港區(qū)主航道擴(kuò)建工程為例探討水下碎巖施工技術(shù)在實(shí)踐中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：水下碎巖 施工技術(shù) 應(yīng)用

惠州港荃灣港區(qū)陸路距惠州市區(qū)中心48km，距深圳市區(qū)74km，水路距香港維多利亞47n mile，距廣州黃埔港125n mile。荃灣港區(qū)作為惠州港主要的港區(qū)之一，將形成一個(gè)以承擔(dān)大宗散貨轉(zhuǎn)運(yùn)和集裝箱運(yùn)輸為主，同時(shí)充分發(fā)揮水陸條件和鋼鐵聯(lián)運(yùn)優(yōu)勢(shì)，服務(wù)臨港工業(yè)并大力拓展現(xiàn)代物流的多功能綜合性港區(qū)。

1.工程概況

原荃灣港區(qū)出海航道人工開挖段全長(zhǎng)7.1km，底標(biāo)高-10.2m（當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵?，下同），底?10m，僅可滿足3萬噸級(jí)船舶乘潮進(jìn)出港。近年來，隨著國際、國內(nèi)海運(yùn)船舶大型化步伐加快，惠州港荃灣港區(qū)進(jìn)港航道的規(guī)模已不適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要，為此，惠州市政府決定對(duì)惠州港荃灣港區(qū)主航道進(jìn)行擴(kuò)建。項(xiàng)目按照全潮單向通航5萬噸級(jí)集裝箱船、兼顧乘潮單向通航7萬噸級(jí)散貨船的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，航道長(zhǎng)度20.89km，分航道外段、航道內(nèi)段、荃灣作業(yè)區(qū)進(jìn)港航道段及純洲作業(yè)區(qū)進(jìn)港航道段。航道外段長(zhǎng)9.8km，底寬為160m；荃灣作業(yè)區(qū)進(jìn)港航道長(zhǎng)2.02km，底寬為120m；內(nèi)段長(zhǎng)5.98km，純洲作業(yè)區(qū)進(jìn)港航道段長(zhǎng)3.09km，內(nèi)段及純洲作業(yè)區(qū)進(jìn)港航道段底寬均為130m；航道設(shè)計(jì)底標(biāo)高外段為-14.7m，其他航道段為-14.5m；航道各段設(shè)計(jì)邊坡均為1：7。項(xiàng)目疏浚總工程量約1500萬m3，總投資約7億元，采用耙吸式挖泥船進(jìn)行疏浚施工。

2.水下巖石基本情況

2.1疏浚地質(zhì)情況

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，航道開挖范圍之內(nèi)的土質(zhì)主要是淤泥，屬疏浚土分類中的1級(jí)土，均為易于開挖的土質(zhì)。但是，在實(shí)際施工過程中，位于航道外段W0+575—W0+665及W2+232—W2+262兩個(gè)航道區(qū)段水下發(fā)現(xiàn)巖石。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試挖取樣情況初步判斷，上述航道區(qū)段存在砂巖分布，采用現(xiàn)有耙吸式挖泥船基本無法開挖。

針對(duì)航道疏浚地質(zhì)發(fā)生變化的情況，設(shè)計(jì)單位進(jìn)行了補(bǔ)充勘察測(cè)量。首先，清除巖石區(qū)覆蓋層淤泥，將巖石邊界相交的淤泥面水深開挖至設(shè)計(jì)水深以下，并進(jìn)行加密水深測(cè)量（測(cè)圖比例1：500），詳細(xì)探明巖石區(qū)的分布范圍。其次，對(duì)巖石區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)充鉆孔勘探，根據(jù)補(bǔ)勘結(jié)果，兩處巖石區(qū)屬15級(jí)強(qiáng)風(fēng)化砂巖，單軸飽和抗壓強(qiáng)度（Rc）30MPa，實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)（N）約為30擊，耙吸式挖泥船不適合該類巖石的疏浚開挖。

2.2巖石區(qū)域航道設(shè)計(jì)尺度計(jì)算及工程量

根據(jù)《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ211-99），航道底質(zhì)發(fā)生變化后航道通航歷時(shí)、航道有效寬度等均保持不變，航道底標(biāo)高需根據(jù)不同土質(zhì)進(jìn)行分析確定。

依據(jù)水深測(cè)量圖，W0+575—W0+665及W2+232—W2+262兩處巖石區(qū)最淺點(diǎn)水深分別為-12.0m及-14.0m，開挖面積分別為3280m2和375m2。采用斷面法計(jì)算兩處巖石區(qū)疏浚工程量分別為6530m3和899m3，共計(jì)7429 m3（按照超深0.7m，超寬1m計(jì)算）。

3.施工方案選擇

從保護(hù)海洋環(huán)境及周邊設(shè)施安全的角度考慮，結(jié)合巖石區(qū)域工程量較少、分布集中等實(shí)際情況，提出采用水下碎巖施工進(jìn)行巖石清除處理是最為可行的方案。即采用船載起重設(shè)備懸吊碎巖錘，起吊至一定高度后松開制動(dòng)裝置，使碎巖錘以自由落體下落，利用碎巖錘的沖擊力擊碎水下巖石，再采用抓斗船配合泥駁船挖運(yùn)破碎后的石渣。如此反復(fù)多次，直至巖石頂面標(biāo)高符合設(shè)計(jì)要求。

4.碎巖施工技術(shù)應(yīng)用

4.1施工船機(jī)設(shè)備

①碎巖錘：采用鑄鐵制造，錘身為實(shí)心圓柱體，下部呈圓錐形，直徑65cm，總長(zhǎng)度7m，總重量18.5t；②抓斗挖泥船：斗容13m3，用于碎巖錘的起吊以及巖石破碎后石渣的清挖。③自航泥駁船：艙容1000m3，用于巖石破碎后石渣的裝運(yùn)。

4.2施工流程

施工定位-清挖覆蓋層-更換碎巖錘-錘擊碎巖-更換抓斗-清運(yùn)碎石渣。

4.3施工工藝

4.3.1施工準(zhǔn)備

在施工前，首先選取代表性的巖石區(qū)域進(jìn)行試錘。在抓斗挖泥船操控系統(tǒng)中導(dǎo)入施工平面控制水深測(cè)量圖，并對(duì)抓斗船GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行校核，確保在設(shè)定區(qū)域進(jìn)行施工作業(yè)。首先抓斗挖泥船清除巖石區(qū)域表層覆蓋的淤泥層，然后將抓斗更換成碎巖錘進(jìn)行試碎巖，期間詳細(xì)記錄錘擊次數(shù)、落距、進(jìn)尺深度等施工參數(shù)，為后續(xù)碎巖提供參考依據(jù)。

4.3.2錘擊點(diǎn)布設(shè)

對(duì)巖石區(qū)域進(jìn)行區(qū)段劃分，每個(gè)碎巖施工區(qū)段面積控制在500m2左右。依據(jù)抓斗船寬度及吊桿控制范圍，錘擊點(diǎn)按照2m×2m網(wǎng)格布設(shè)，并將每個(gè)錘擊點(diǎn)布設(shè)位置在施工區(qū)段平面控制水深測(cè)量圖中詳細(xì)標(biāo)示，錘擊點(diǎn)布設(shè)范圍應(yīng)按照設(shè)計(jì)巖石區(qū)域向外側(cè)拓寬10m，確保碎巖不產(chǎn)生遺漏。抓斗挖泥船依次完成橫向布點(diǎn)的錘擊后，沿縱向進(jìn)船2m，再進(jìn)行下一排橫向布點(diǎn)的錘擊施工，以此類推。

4.3.3錘擊碎巖與清渣

巖石區(qū)域的平均碎巖厚度約3m，碎巖錘無法直接錘擊巖石至設(shè)計(jì)標(biāo)高。按照分層施工的原則，根據(jù)試碎巖過程收集的相關(guān)參數(shù)，以每層1m厚度進(jìn)行分層控制。按照錘擊點(diǎn)布設(shè)位置，每個(gè)布點(diǎn)錘擊4-6次，每次錘擊平均進(jìn)尺約0.2m，每點(diǎn)錘擊4-6次后可平均破碎巖石約1m。錘擊完成后，挖泥船更換抓斗清挖石渣，然后第一時(shí)間對(duì)清挖后巖石面進(jìn)行水深測(cè)量。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果，將未達(dá)到施工要求的布點(diǎn)在水深測(cè)量圖中標(biāo)識(shí)出來，并重點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)錘和清挖。

4.3.4測(cè)量驗(yàn)收

按照《水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》（JTS257-2008）有關(guān)要求，采用多波速掃海測(cè)量的方式對(duì)巖石處理的施工質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。測(cè)圖比例1：500，測(cè)線間距圖上10mm，測(cè)點(diǎn)間距圖上5mm，實(shí)際測(cè)圖呈5m×2.5m方格網(wǎng)加密布置，確保掃測(cè)范圍覆蓋全部巖石區(qū)域無遺漏。根據(jù)多波速掃測(cè)結(jié)果，航道外段W0+575—W0+665及W2+232—W2+262兩處巖石區(qū)域?qū)崪y(cè)最淺點(diǎn)水深分別為-15.2m及-15.3m，符合設(shè)計(jì)要求達(dá)到質(zhì)量檢驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)。

5.施工管控要點(diǎn)

（1）因碎巖施工需要占用現(xiàn)有通航航道，施工船舶通航安全避讓管理是一項(xiàng)極為重要的工作。施工前應(yīng)向當(dāng)?shù)睾Ｊ录案劭诖罢{(diào)度部門進(jìn)行報(bào)告，詳細(xì)說明施工區(qū)域、時(shí)間等具體作業(yè)信息。施工過程中應(yīng)保持通訊聯(lián)絡(luò)暢通，在其他船舶進(jìn)出港前，應(yīng)提前起錨避讓，尤其在夜間施工時(shí)，施工區(qū)域周邊應(yīng)增設(shè)警示浮標(biāo)，必要時(shí)需要向海事部門申請(qǐng)進(jìn)行海工監(jiān)護(hù)，以確保施工及通航安全。

（2）在錘擊施工過程中，重錘與吊鏈之間的連接裝置經(jīng)過反復(fù)的高強(qiáng)度摩擦，易發(fā)生損壞導(dǎo)致重錘掉落。施工前應(yīng)重點(diǎn)檢查連接裝置的牢固性，并增設(shè)一條防斷裂保護(hù)鋼纜連接重錘與吊鏈，以備在重錘落海后可及時(shí)將其撈出，避免對(duì)通航安全及施工進(jìn)度造成影響。

當(dāng)然，碎巖施工技術(shù)處理水下巖石也具有一定局限性，比如對(duì)于處理大面積巖石區(qū)域施工效率較低，針對(duì)抗壓強(qiáng)度較大的巖石碎巖預(yù)處理的效果不甚理想等不足。但是，隨著船機(jī)大型化的發(fā)展趨勢(shì)和施工技術(shù)的不斷革新優(yōu)化，憑借其在某些特定條件下良好的適應(yīng)性以及安全環(huán)保方面的顯著優(yōu)勢(shì)，碎巖施工技術(shù)在未來的港口及航道水下巖石處理中將會(huì)得到更為廣闊的應(yīng)用空間。endprint