左江大橋水上鉆探方法與管理淺談

劉曉翔 吳 婷 陳 平

湖南省農(nóng)林工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究總院 湖南 長(zhǎng)沙 410000

正文：

1.前言

我國(guó)幅員遼闊，部分地區(qū)水系發(fā)達(dá)。隨著我國(guó)各項(xiàng)基礎(chǔ)建設(shè)快速增加，許多工程發(fā)展到水域，水上鉆探工程相應(yīng)越來(lái)越多。地質(zhì)勘察是工程項(xiàng)目建設(shè)前期重要的工作，水上鉆探往往成為地質(zhì)勘察項(xiàng)目的難點(diǎn)與關(guān)鍵點(diǎn)。

2.工程概況

擬建左江大橋橋長(zhǎng)369.08m，橋型(3×20+77+145+77+20)m,布設(shè)水上鉆孔76個(gè)。左江自東南流向西北方向，河床地形呈“U”型，最大水深14m, 河流上游約800米為崇左美亞電站。橋位區(qū)地層由第四系沖洪積層及二疊系下統(tǒng)茅口階灰?guī)r組成。其中兩個(gè)鉆孔位置埋有沉船，施工極其困難。

3.施工設(shè)備選擇

據(jù)踏勘后制定的勘察大綱，準(zhǔn)備5個(gè)水上施工平臺(tái)[1,2]。在滿足鉆孔要求的前提下，宜選用體積小、重量輕、拆卸方便、易吊運(yùn)的鉆探設(shè)備。

租賃2艘約300噸貨船為水上施工平臺(tái)底船，并根據(jù)鉆探要求改造貨船。A船為一艘排水300噸箱運(yùn)貨船，在甲板中段燒焊直徑500cm貫通孔至船底，插入焊接鋼護(hù)筒隔水。B船為履帶運(yùn)砂船，在船頭加焊鋼鐵架，平鋪鋼板。估算鉆探設(shè)備總重，驗(yàn)算外架結(jié)構(gòu)抗壓、抗切、抗剪強(qiáng)度。

選擇交通較便利、地形較平坦的西側(cè)河岸作為裝卸鉆探設(shè)備及水上施工平臺(tái)原料場(chǎng)地。用油桶、木材、竹跳板、鐵絲制作其他3座水上施工平臺(tái)，平臺(tái)尺寸5*8m。用規(guī)格相同的密封良好的空油桶牢固捆綁于矩形平臺(tái)骨架下方，油桶數(shù)量根據(jù)計(jì)算確定，平臺(tái)提供的浮力應(yīng)不小于5倍載重。密油桶綁扎牢固后在木楞上鋪設(shè)竹跳板，根據(jù)鉆機(jī)安裝位置預(yù)留鉆孔位置。平臺(tái)四周設(shè)0.9m高橫欄圍護(hù)，四角設(shè)拉桿錨固點(diǎn)。拉桿錨固點(diǎn)應(yīng)用金屬材料，具足夠抗拉強(qiáng)度。每個(gè)油桶水上施工平臺(tái)配置尺寸2.5*2m小筏。小筏制作方法類似水上施工平臺(tái)。另租賃一艘小型交通船，帶起錨機(jī)，用于接送工人及運(yùn)送材料。

4.水上作業(yè)培訓(xùn)

水上鉆探機(jī)組應(yīng)具備豐富鉆探經(jīng)驗(yàn)、相關(guān)自然科學(xué)及安全生產(chǎn)常識(shí)。項(xiàng)目部組織全部工作人員開展各項(xiàng)應(yīng)急措施培訓(xùn)，包括：安全技術(shù)交底、擱淺、防風(fēng)應(yīng)急、發(fā)生險(xiǎn)情、人員落水、醫(yī)療求助應(yīng)急、火災(zāi)、特殊情況撤離。重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)環(huán)境保護(hù)措施。

5.施工區(qū)域安全措施

5個(gè)施工平臺(tái)往河床拋放近20個(gè)錨，水下鋼絲繩縱橫交錯(cuò)，工作區(qū)覆蓋整個(gè)河面安全問(wèn)題猶為突出。水下繩纜易刮傷過(guò)往船只船體，絞纏螺旋槳；過(guò)往船只螺旋槳將繩纜削斷，水上施工平臺(tái)立馬飄移；漁船晚上打撈作業(yè)，視線差，易撞上施工平臺(tái)或者刮擦繩索。項(xiàng)目部施工前辦理水上施工手續(xù)，海事局已發(fā)通告。此外，項(xiàng)目部通過(guò)貨船老板和附近漁民告知同行，提醒來(lái)往船只注意安全。每個(gè)拋錨點(diǎn)放置醒目浮筒標(biāo)識(shí)，提示來(lái)往船只。若鋼絲繩或纜繩斜穿主航道，則在鋼絲繩或纜繩中段懸掛混凝土磚，將繩索下拉成下凹弧形，增加上方水層厚度，可減少掛擦過(guò)往船只船底或螺旋槳概率。船兩側(cè)放置足夠的防碰物件（輪胎），船上正確設(shè)置通航信號(hào)、減速信號(hào)、安全警示標(biāo)志。

6.拋錨定位[3,4]

1、施工平臺(tái)采用拋錨泊位，船上配備5只鐵錨，呈“米”字型分布。配備錨繩為φ28mm的鋼絲繩，長(zhǎng)度≥120m/根，使錨繩與水面夾角＜15°。特殊情況需要時(shí)可配備6個(gè)錨，此外多備2個(gè)錨放置于施工貨船上備用。

鉆孔定位工作采用GPS實(shí)時(shí)RTK差分系統(tǒng)進(jìn)行。因船墩鉆孔分布面積不是很大，船錨盡量遠(yuǎn)拋，以便通過(guò)收放四角的鋼絲繩來(lái)實(shí)現(xiàn)挪船定位，避免重復(fù)起錨、拋錨過(guò)程。

鉆探平臺(tái)長(zhǎng)軸方向宜平行水流方向，或以小角度斜交。嚴(yán)禁將鉆探施工平臺(tái)橫擺，垂直水流方向。

7.鉆探技術(shù)[5,6,7]

據(jù)岸上鉆孔資料橋區(qū)灰?guī)r地層溶蝕強(qiáng)烈發(fā)育，溶洞充填卵石、泥沙，故采用多重套管跟管鉆進(jìn)工藝。

左江江水水深流急，流態(tài)紊亂，一方面在巨大的水流沖擊力作用下造成普通套管嚴(yán)重彎曲，甚至折斷，給提下鉆帶來(lái)困難。另一方面，在紊流作用下普通套管在垂直水流方向發(fā)生劇烈振顫，造成取芯提鉆過(guò)程中抖掉巖芯。此外，受電站蓄放水影響，河水位暴漲暴落，孔口護(hù)管出露水面時(shí)長(zhǎng)時(shí)短。項(xiàng)目部與上游水電站工作人員密切聯(lián)系，放水時(shí)提前通知項(xiàng)目部。項(xiàng)目部立即通知現(xiàn)場(chǎng)工作機(jī)組，做好準(zhǔn)備。為使孔口護(hù)管始終保持與鉆機(jī)平齊，在護(hù)管上部安裝短套管，并準(zhǔn)備若干短套管。套管下置預(yù)定位置后，除發(fā)揮鉆探功效外，同時(shí)成為鉆探平臺(tái)定位的支點(diǎn)。河底表層地層未知，可能為淤泥、砂卵石或基巖，鉆探工作人員在鉆探過(guò)程中必須嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范操作。

8.鉆孔施工順序方案

2艘施工改造船各單獨(dú)停泊于一個(gè)主墩處，從橋墩上游角點(diǎn)處鉆孔開始鉆孔，打完一排鉆孔后再挪往下一排，呈“己”形逐孔逐排往下游挪動(dòng)。強(qiáng)調(diào)先鉆上游處鉆孔，因挪動(dòng)貨船時(shí)可以利用水流沖刷力，順?biāo)潘射摻z繩比逆水拉鋼絲繩省力很多。這兩處水上鉆探以起錨船為交通工具。

施工船離岸后，將已捆扎成窄長(zhǎng)矩形的油桶施工平臺(tái)分部件搬入水上，在水上拼裝成型，隨即將3臺(tái)鉆探設(shè)備搬上施工平臺(tái)，離岸定位。

鑒于近河岸處副墩水深較淺，距河岸較近，故副墩安置2座油桶施工平臺(tái)，從上游鉆孔開始逐樁往下游開展鉆探工作。該2處水上鉆探平臺(tái)各配備一艘小筏作為交通工具，用繩索定位于油桶岸邊固定點(diǎn)，用拉纖的方式移動(dòng)小筏。最后一個(gè)油桶施工平臺(tái)則與施工貨船在同一個(gè)主墩施工，2臺(tái)鉆機(jī)位于橋墩對(duì)角位置。

主墩鉆孔較多，僅依靠一臺(tái)設(shè)備則不能在計(jì)劃時(shí)間內(nèi)完成鉆探任務(wù)。副墩鉆孔少，其施工平臺(tái)上鉆探機(jī)組完成全部鉆孔后，挪至主墩處。最大程度利用油桶施工平臺(tái)與施工船之間的空隙。在施工過(guò)程中，合理安排貨船與油桶平臺(tái)鉆機(jī)鉆孔位置，盡量斜對(duì)角布置。當(dāng)貨船與油桶之間空間不夠時(shí)，撤油桶平臺(tái)去另一個(gè)主墩，直至任何一個(gè)橋墩都不能擺下多余的油桶施工平臺(tái)時(shí)，將油桶施工平臺(tái)拖至河岸淺灘處拆卸。經(jīng)過(guò)精密計(jì)算及巧妙安置，一個(gè)主墩處最密集時(shí)安排1艘施工改造船及2個(gè)施工平臺(tái)。油桶施工平臺(tái)拆卸后，剩下的鉆孔由貨船上的鉆探機(jī)組完成。

9.特殊情況處理（沉船處理方案）：

兩個(gè)鉆孔位置埋有沉船，多方調(diào)查訪問(wèn)得知該沉船詳細(xì)信息。該船沉于2011年，船體長(zhǎng)約22m，寬約4.6m。船尾沉于河床，船頭邊邊角露出水面。經(jīng)專業(yè)潛水員水下探查，船體船頭部分12m浸泡于河水中，余下10m埋于河底泥砂中。沉船處水深約8～9m，泥砂厚度4～7m。打撈隊(duì)將數(shù)據(jù)與圖紙發(fā)往總公司，結(jié)合項(xiàng)目組經(jīng)多方論證采用方案：租用小型貨船，用吸砂泵將沉船船體內(nèi)泥砂抽出，減輕船重。在岸邊建立起支架，裝上2臺(tái)大功率卷?yè)P(yáng)機(jī)，用雙股粗鋼絲繩徐徐將沉船牽拉至岸邊。

10.總結(jié)

1）施工前開展踏勘工作，了解地形地貌、地層巖性、水文地質(zhì)等地質(zhì)條件，結(jié)合構(gòu)筑物設(shè)計(jì)方案及工作量、工期等要素，制定勘察方案。

2）選擇恰當(dāng)?shù)乃鲜┕て脚_(tái)及鉆探設(shè)備，做好租賃船只、購(gòu)買材料等準(zhǔn)備工作。

3）對(duì)鉆探機(jī)組人員開展各項(xiàng)培訓(xùn)工作，施工過(guò)程中注意保護(hù)環(huán)境。

4）鉆探設(shè)備上船，落實(shí)各種安全保障措施。

5）水上鉆探平臺(tái)拋錨定位，船體宜與水流方向平行或小角度斜交。鉆孔施工順序宜從上游至下游。

6）水上鉆探施工嚴(yán)格遵守規(guī)程，采用合理的鉆探方式。鉆探中易遇到問(wèn)題，需沉著應(yīng)對(duì)、恰當(dāng)處理。上游建有水電站，蓄水放水對(duì)鉆探影響極大，需及時(shí)與電站工作人員聯(lián)系，并采取應(yīng)對(duì)措施。

7）根據(jù)勘察方案安排鉆探進(jìn)度。多水上施工平臺(tái)協(xié)同作業(yè)，牽涉因素較多，遇到突發(fā)情況靈活安排，不窩工、不冒進(jìn)。

8）特殊情況，如沉船，宜聘請(qǐng)專業(yè)潛水人士探查情況，制定專項(xiàng)方案。