鑿巖棒在禁爆項目中的應(yīng)用

陳開堤，石全貴，林文電

（中交三航局廈門分公司，福建　廈門　361006）

鑿巖棒在禁爆項目中的應(yīng)用

陳開堤，石全貴，林文電

（中交三航局廈門分公司，福建廈門361006）

鑿巖棒破巖清礁是一種簡便、環(huán)保的施工工藝，對改建碼頭附近原有建筑物或設(shè)施破壞性小。文章從施工原理、施工工藝、施工質(zhì)量控制和應(yīng)用情況等方面闡述了鑿巖棒在禁爆項目中的應(yīng)用。在碼頭改建項目中，破巖清礁效果良好。

基槽；鑿巖棒；破巖；清礁；抓斗船

在國家大力實(shí)施“走出去”戰(zhàn)略和加大海外投資的有利形勢下，如何攻克各類工程難點(diǎn)成為各企業(yè)技術(shù)和管理的“名片”。本文就阿爾及利亞奧蘭港Conakry和Senegal碼頭加固工程對鑿巖棒在碼頭改建項目基槽破巖清礁施工中的應(yīng)用進(jìn)行闡述。

1　工程概況

該項目地處阿爾及利亞第二大港——奧蘭港，屬地中海改建碼頭項目。施工內(nèi)容為由舊碼頭往海側(cè)平移重建塊體結(jié)構(gòu)的碼頭，工程包括Senegal和Conakry 2個碼頭的施工。Senegal碼頭長約392 m，基床頂標(biāo)高-13.05 m；Conakry碼頭長約260 m，基床頂標(biāo)高-11.55 m。連接兩個碼頭的RO-RO泊位長52 m，基床頂標(biāo)高-10.00 m。主要結(jié)構(gòu)較為簡單，底部1.00 m厚的基床，20 cm碎石整平后安放4層素混凝土工字塊，拐角處為角部沉箱，塊體之間鏤空部分拋填1～15 kg塊石，頂部為鋼筋混凝土胸墻，碼頭和RO-RO泊位分別安裝80 t和100 t系船柱，圓柱體護(hù)舷以及安全爬梯。施工平面圖見圖1。

圖1　施工平面圖Fig.1　Plan layout of project

本工程中的主要難點(diǎn)之一為Conakry碼頭P20—P40強(qiáng)風(fēng)化—中風(fēng)化巖的基槽清礁，長度約100 m，寬度為9 m，邊坡坡度為2∶1，厚度約為3.5 m，要求精確定位清礁方量約為3 700 m3。通常情況下，航道工程中的破巖都是采用爆破炸礁方案，然后用挖泥船清除，但是，本工程是改建工程，為了保證7.5 m處舊碼頭結(jié)構(gòu)和距離18 m處郵輪大廳的安全運(yùn)營，當(dāng)?shù)馗蹌?wù)局、環(huán)保局等有關(guān)部門都不允許采用爆破炸礁方案。因此，采用鑿巖棒和抓斗船施工清除風(fēng)化巖的施工工藝[1]。

2　施工原理

用抓斗船清除表面淤泥后，將抓斗更換為鑄鋼鑿巖棒，將鑿巖棒提升至一定高度后自由落下，依靠重力作用沖擊海床，以撞擊力擊碎巖石。

3　施工工藝

3.1確定鑿巖棒載體

本項目其它基槽挖泥采用抓斗式挖泥船，基槽破巖清礁面積相對較小，但是定位精度要求較高，可以充分利用抓斗船作為鑿巖棒載體，無需投入額外的人員和設(shè)備資源。

3.2鑿巖棒的選型

鑿巖棒的選型直接關(guān)系到鑿巖施工的成功與否以及效率的高低，是本工藝的重中之重。需根據(jù)巖質(zhì)條件、載體類型及安全距離的要求選擇合適形狀和重量的鑿巖棒。

3.2.1確定鑿巖棒形狀

由于本項目礁石為連續(xù)性巖盤，為確保破碎效果，采用斧頭式鑿巖棒（圖2）。這種鑿巖棒形似斧頭，有利于鑿巖棒能量向兩側(cè)傳遞，增加對巖石的破壞作用，并且在鑿巖棒嵌入巖石過深時可減少棒體側(cè)向摩阻力，便于鑿巖棒的再次提升。

圖2　斧頭式鑿巖棒Fig.2　Axe-type rock chiseling hammer

3.2.2確定鑿巖棒重量

根據(jù)抓斗船的船機(jī)參數(shù)，起吊滾筒拉力為450 kN，安全制剎能力為1.25倍滾筒拉力，結(jié)合破巖清礁區(qū)域的礁石為強(qiáng)風(fēng)化—中風(fēng)化巖，考慮施工過程船機(jī)損耗（例如剎車配件的易磨耗）等綜合成本因素，確定選用15 t的鑿巖棒。

3.2.3驗證安全距離

根據(jù)鑿巖棒的施工原理，依靠重力作用沖擊巖石，其產(chǎn)生的沖擊波和振動波可能會對本項目附近的舊碼頭和郵輪大廳造成影響或破壞。其中沖擊波與鑿巖棒形狀有關(guān)，振動波及范圍與鑿巖棒重量有關(guān)。由于鑿巖棒和炸藥水下爆破除了能量釋放速率不一樣外，其他效應(yīng)基本相同，因此，其產(chǎn)生的沖擊波及振動波可參照炸藥水下爆破的影響進(jìn)行分析。

1）沖擊能的計算

考慮鑿巖棒受水體、鋼絲繩、起吊滾筒的阻力等因素，鑿巖棒的沖擊能小于其自由落體產(chǎn)生的重力勢能，因此，可以以全部重力勢能轉(zhuǎn)變?yōu)閷４驳臎_擊能，計算所得的安全系數(shù)是可靠的。式中：E為鑿巖棒的沖擊能，J；m為鑿巖棒的重量，kg；g為重力加速度，取9.8 m/s2；h為鑿巖棒提升后至海床撞擊點(diǎn)的高度，本項目取15 m。

根據(jù)式（1）進(jìn)行計算，得到15 t鑿巖棒的沖擊能為2 205 000 J。

2）炸藥當(dāng)量的換算式中：Q為炸藥當(dāng)量，kg；E為鑿巖棒沖擊能，J；C為常用硝銨類抗水巖石炸藥爆炸比熱，取4 015 000 J/kg。

根據(jù)式（2）計算得15 t鑿巖棒沖擊能換算炸藥當(dāng)量：Q=0.55 kg。

3）安全距離的計算式中：R為安全距離，m；K為施工點(diǎn)至保護(hù)對象區(qū)間的與地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)，可參照J(rèn)TS 204—2008《水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范》[2]中表6.3.3取值，本項目取K=250；V為安全振動速率，m/s，可參照《水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范》中表6.3.2取值，本項目取V=5 m/s；α為衰減系數(shù)，可參照《水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范》中表6.3.3取值，本

項目取α=1.8；m為炸藥量指數(shù)，取1/3。

根據(jù)式（3）計算安全距離：

綜上，本項目選取的15 t鑿巖棒的安全距離為7.20 m，且忽略了多項阻力，完全滿足本項目7.5 m處舊碼頭結(jié)構(gòu)和18 m處郵輪大廳的安全穩(wěn)定要求。

3.3施工方法

3.3.1船組定位

船組定位采用岸標(biāo)定位和吊桿頂端GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)精確定位相結(jié)合的方法，保證施工質(zhì)量。3.3.2面層清挖和試鑿

為了減少巖層表面的淤泥、砂石等軟質(zhì)土類削弱鑿巖棒的撞擊能量，同時確定礁區(qū)的范圍、厚度及地質(zhì)情況，先進(jìn)行面層的清挖。清挖過程根據(jù)土質(zhì)適時更換斗型，直到抓斗無法清挖才采用鑿巖棒破巖清礁。

根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)資料選擇巖石強(qiáng)度最大的區(qū)域作為試鑿區(qū)，通過試鑿作業(yè)為鑿巖棒的改進(jìn)、鑿巖布點(diǎn)間距和提升高度提供依據(jù)。

3.3.3確定鑿巖布點(diǎn)間距

一般情況下，鑿巖棒的布點(diǎn)間距控制在鑿巖棒厚度或直徑的1.5～2.0倍，不同巖質(zhì)[3]和鑿巖棒的布點(diǎn)參考間距見表1。結(jié)合試鑿作業(yè)收集整理的相關(guān)數(shù)據(jù)，初步選取本項目的布點(diǎn)間距為2.0 m。

表1　　不同巖質(zhì)和鑿巖棒的布點(diǎn)間距參考表Table 1　Reference spacing of positioning of rock-chiseling hammer in different types of rocks m

3.3.4鑿巖施工

鑿巖施工按照“布點(diǎn)鑿巖→抓斗清渣→掃海篩淺點(diǎn)→鑿淺點(diǎn)→抓斗清渣”步驟循環(huán)施工[4-5]，根據(jù)分層鑿巖過程中每一層的巖質(zhì)變化，相應(yīng)調(diào)整布點(diǎn)間距，確保破巖清礁質(zhì)量，提高施工效率。

3.4質(zhì)量控制

1）嚴(yán)格按鑿巖布點(diǎn)間距開鑿，避免鑿巖點(diǎn)不均勻，提高巖石破碎率，降低清渣對抓斗的損害。

2）定期、分層掃海篩選淺點(diǎn)，采用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)掃海測深儀器測深，全面反映出淺點(diǎn)分布情況，防止出現(xiàn)漏鑿區(qū)，結(jié)合測量結(jié)果及時調(diào)整施工部署和布點(diǎn)間距等參數(shù)。

3）定期、分層探摸巖區(qū)的最新情況，分析前一期鑿巖成果，為下一期鑿巖部署提供基礎(chǔ)資料。

4　應(yīng)用效果

本工程屬改建工程的破巖清礁，采用15 t斧頭式鑿巖棒施工，Conakry碼頭P20—P40破巖清礁方量約為3 700 m3，保證了距離7.5 m處舊碼頭結(jié)構(gòu)和18 m處郵輪大廳的安全運(yùn)營，得到當(dāng)?shù)馗蹌?wù)局、環(huán)保局等有關(guān)部門的贊許。施工過程中，整個項目采用同一船組進(jìn)行挖泥、破巖和清礁施工，減少投入，節(jié)約成本，同時最大程度提高了海外項目大型船機(jī)的利用率。

5　結(jié)語

在爆炸清礁受限或禁止的國家和地區(qū)，采用鑿巖棒在碼頭改建、擴(kuò)建項目破巖清礁是一種合適的具有較好社會效益和經(jīng)濟(jì)效益的施工工藝，本文的管理和施工技術(shù)對碼頭改建、擴(kuò)建等禁爆項目有一定的借鑒價值。

[1]譚永想.鑿巖棒與絞吸船組合施工工藝在疏浚工程中的應(yīng)用[J].中國港灣建設(shè)，2015，35（12）：50-52. TAN Yong-xiang.Application of rock breaking hummer and cutter suction dredger combination technology in dredging project[J]. China Harbour Engineering,2015,35(12):50-52.

[2]JTS 204—2008，水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范[S]. JTS 204—2008,Technical code of blasting for port and waterway engineering[S].

[3]JTS 133—2013，水運(yùn)工程巖土勘察規(guī)范[S]. JTS 133—2013,Code for geotechnical investigation on port and waterway engineering[S].

[4]劉永彬.淺談鑿巖棒施工工藝[C]//中國交通建設(shè)集團(tuán)有限公司第一屆科技大會論文集.2009：202-207. LIU Yong-bin.The construction technology of Rock-chiseling Rod [C]//The first technology conference proceedings of CCCC.2009: 202-207.

[5]許俊海，曹羽.鑿巖棒鑿巖工藝在友誼港疏浚工程中的應(yīng)用[J].中國水運(yùn)，2013，13（7）：235-236. XU Jun-hai,CAO Yu.Application of rock-chiseling rod in project of port of friendship[J].China Water Transport,2013,13(7):235-236.

Application of rock-chiseling hammer in explosive-forbidden project

CHEN Kai-di,SHI Quan-gui,LIN Wen-dian
（Xiamen Branch of CCCC Third Harbor Engineering Co.,Ltd.,Xiamen,Fujian 361006,China）

The application of rock-chiseling hammer in breaking rock and clearing reef is a convenient and environmentalfriendly construction technique,which has such advantages as minimized destruction to the existing structures and facilities adjacent to the quay to be reconstructed,convenient,and easy operation maneuver.We elaborate on the application of rockchiseling hammer in rock-breaking and reef-clearing during construction of foundation bed in explosive-forbidden project by expounding the construction theory,construction technique,quality control and the result of its application for the purpose of serving as a valuable reference for explosive-forbidden project such as reconstruction and extension projects.

foundation bed;rock-chiseling hammer;rock-breaking;reef-clearing;grab dredger

U615；U653.5

B

2095-7874（2016）09-0031-03

10.7640/zggwjs201609007

2016-03-29

陳開堤（1984—），男，福建三明市人，工程師，從事港口與航道工程管理工作。E-mail：270066701@qq.com