液壓破碎法及鑿巖法在榕江航道整治工程清礁施工中的綜合應(yīng)用及效果

丁有鵬

摘 要：榕江航道整治工程被省政府列入重點(diǎn)工程項(xiàng)目，也是省航道事務(wù)中心重點(diǎn)推進(jìn)、要求2017年底必須完成的項(xiàng)目之一。如何按期完成清理這兩處礙航礁石，是對施工單位技術(shù)能力的考驗(yàn)，也是對建管辦綜合組織能力的考驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：液壓 榕江 航道 整治

榕江航道整治工程共整治航道73km，其中榕江北河梅東大橋～榕東大橋10 km按單向通航1000噸級海輪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，航道設(shè)計(jì)尺度為6m×60m×300m（設(shè)計(jì)水深×航寬×最小彎曲半徑，下同）；榕江北河榕東大橋～雙溪咀4 km按雙向通航3000噸級海輪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，航道設(shè)計(jì)尺度為6m×100m×400m；榕江干流雙溪咀～礐石大橋39 km按全潮雙向通航5 0 0 0噸級海輪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，航道設(shè)計(jì)尺度為8.1m×145m×750m。原設(shè)計(jì)主要工程內(nèi)容為疏浚、航標(biāo)和配套的碼頭、船舶、航標(biāo)保養(yǎng)倉庫等。其中航道疏浚工程在卸區(qū)落實(shí)后推進(jìn)順利，于2017年初便進(jìn)入掃淺階段。但是，在掃淺的過程中卻發(fā)現(xiàn)并經(jīng)核實(shí)榕江干流的榕江特大橋附近及榕江北河曲溪海事碼頭附近的設(shè)計(jì)航槽內(nèi)存在礙航礁石，必需進(jìn)行清除。這是原來設(shè)計(jì)沒有考慮到而出現(xiàn)的新問題，需進(jìn)行專題論證確定施工標(biāo)準(zhǔn)和合理施工方案，不但施工難度大，而且調(diào)遣施工機(jī)械設(shè)備及辦理施工手續(xù)都比較難的問題。況且榕江航道整治工程被省政府列入重點(diǎn)工程項(xiàng)目，也是省航道事務(wù)中心重點(diǎn)推進(jìn)、要求2017年底必須完成的項(xiàng)目之一。時(shí)間之緊，任務(wù)之重可想而知。如何按期完成清理這兩處礙航礁石，是對施工單位技術(shù)能力的考驗(yàn)，也是對建管辦綜合組織能力的考驗(yàn)，同時(shí)也是對我---建管辦總工程師的專業(yè)技術(shù)能力的嚴(yán)格考驗(yàn)?，F(xiàn)將清礁具體工作介紹如下。

1.礙航礁石情況

1.1工程地點(diǎn)

新發(fā)現(xiàn)礁石地點(diǎn)有兩處，一是在榕江干流雙溪咀附近K1+200～K1+300河段新發(fā)現(xiàn)礁石（下稱：雙溪咀礁石），該礁石位于榕江大橋上游約200m，見圖1；二是在榕江北河K3+840～K3+940河段新發(fā)現(xiàn)礁石（下稱：曲溪礁石），該礁石位于榕江北河梅東大橋下游約3.8km曲溪鎮(zhèn)河段，見圖2。

1.2礙航礁石分布及礙航情況

（1）礙航的礁石分布及礙航特性。雙溪咀礁石位于榕江干流K1+200～K1+300河段設(shè)計(jì)航槽內(nèi)，最小水深為2.9m；曲溪礁石位于榕江北河K3+840～K3+940河段設(shè)計(jì)航槽內(nèi)，最小水深為3.6m。礙航特性主要表現(xiàn)為水深不足。

（2）礁石巖性。根據(jù)《榕江航道整治工程（北河梅東大橋～地都水利下河段）RJ3合同段清礁工程補(bǔ)充巖土工程勘察報(bào)告》，雙溪咀礁石覆蓋層主要為淤泥、局部有粗砂，礁石為微風(fēng)化花崗巖；曲溪礁石覆蓋層為淤泥，礁石為微風(fēng)化花崗巖。

2.施工方案選定

2.1工程內(nèi)容及設(shè)計(jì)要求

2.1.1工程內(nèi)容

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在榕江干流K 1+2 0 0～K 1+3 0 0及榕江北河K3+840～K3+940河段在設(shè)計(jì)航槽設(shè)計(jì)底標(biāo)高內(nèi)存在礁石。為保障航道整治后過往船舶的航行安全，對上述河段已發(fā)現(xiàn)礁石進(jìn)行清除，主要的施工內(nèi)容包括：覆蓋層清除及礁石清除。

為了盡量減少清礁施工震動(dòng)對大橋及城鎮(zhèn)堤圍的影響，確保清礁施工過程橋梁及堤圍的安全，本次清礁工程嚴(yán)禁使用爆破手段進(jìn)行清礁。

2.1.2設(shè)計(jì)要求

結(jié)合榕江航道整治工程初步設(shè)計(jì)批復(fù)，確定雙溪咀礁石設(shè)計(jì)水深為8.4m，覆蓋層邊坡取1：6，礁石航槽邊坡取1：0.75；曲溪礁石設(shè)計(jì)水深為6.0m，覆蓋層邊坡取1：4，礁石航槽邊坡取1：0.75。棄渣區(qū)位于榕江干流雙溪咀河段深槽，該水域水深達(dá)18m以上。

2.2工程地質(zhì)及施工環(huán)境

2.2.1工程地質(zhì)

根據(jù)《榕江航道整治工程巖土工程補(bǔ)充勘察報(bào)告》，在榕江干流K1+200～K1+300段礁石區(qū)內(nèi)，在標(biāo)高-11.8m以上鉆遇微風(fēng)化巖石，覆蓋層主要為淤泥、局部有粗砂，礁石為微風(fēng)化花崗巖，在榕江北河 K3+840～K1+940段礁石區(qū)內(nèi)，在標(biāo)高-9.6m以上鉆遇巖石，覆蓋層為淤泥，礁石主要為微風(fēng)化花崗巖，屬硬質(zhì)巖石，抗壓強(qiáng)度達(dá)到78.9～94.8MPa。2.2.2施工環(huán)境

雙溪咀礁石距離新建的榕江大橋約200m，曲溪礁石位于曲溪鎮(zhèn)河段，距離左岸城鎮(zhèn)堤圍約60m，且兩岸的構(gòu)筑物較多；同時(shí)，榕江是潮汕地區(qū)重要的水路交通要道，過往船舶較多，水上交通頻繁。

2.3清礁施工方案

現(xiàn)場的礁石主要位于兩個(gè)區(qū)域，雙溪咀礁石位于榕江大橋上游約200米的位置，曲溪礁石位于曲溪鎮(zhèn)河段，距離左岸城鎮(zhèn)堤圍約60m，且兩岸的構(gòu)筑物較多。而目前于水下巖石處理運(yùn)用比較成熟的方法有爆破法、液壓破碎法、鑿巖法、絞吸法等。

位于榕江的兩個(gè)礁石的覆蓋層為淤泥，礁石主要為微風(fēng)化花崗巖，屬硬質(zhì)巖石，抗壓強(qiáng)度達(dá)到78.9～94.8MPa，對于此種底質(zhì)不適合采用絞吸法。同時(shí)，兩個(gè)礁石要么位于新建大橋附近，要么距離堤圍很近，為了盡量減少清礁施工震動(dòng)對大橋及城鎮(zhèn)堤圍的影響，確保清礁施工過程橋梁及堤圍和周邊建筑物的安全穩(wěn)定，因此爆破法不適合本項(xiàng)目的清礁?？紤]該項(xiàng)目的工程量小，礁石的分化程度極低，水下施工困難，且工期緊張，單純的使用鑿巖或水下液壓破解來施工，綜合成本太大，且并不能滿足工期要求。

其中水下液壓破碎法只需將原鏟斗挖泥船的挖斗換下，換上相應(yīng)匹配的破碎錘即可。優(yōu)點(diǎn)是使用方便靈活，而且破碎錘破碎效果較好，利于開挖和拋卸；施工時(shí)的噪音小，無振動(dòng)影響到周邊的居民，有利于環(huán)保。缺點(diǎn)是水下處理，看不見河底情況，施工難度較陸上困難，功效降低，使得綜合成本增加。

鑿巖法是由抓斗挖泥船換下抓斗，換上鑿巖棒即可使用，施工時(shí)將其提升到一定高度后自由落下，依靠自身的重量加速度撞擊河底巖石，以縱向沖擊載荷破碎巖石。優(yōu)點(diǎn)是使用方便靈活，對周邊水體污染較小，而且由于其產(chǎn)生的沖擊波和振動(dòng)波較小，對河道生物和周邊建筑物的影響都很小，具有環(huán)保意義。缺點(diǎn)是水下處理，看不見河底情況，施工難度較大；對覆蓋層的清挖有較高要求，清挖不干凈將影響鑿巖效果，使得工效下降；對巖質(zhì)很硬的巖石鑿巖效果較差，所需工期長，綜合成本增加；需要分層鑿巖，分層厚度較小，不利于清碴。

根據(jù)橋梁和堤圍保護(hù)的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合現(xiàn)場礁石的實(shí)際情況，綜合鑿巖和液壓破碎施工工藝的優(yōu)點(diǎn)，我辦決定先利用鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，鉆孔間距定為1.0m，并根據(jù)現(xiàn)場施工進(jìn)展進(jìn)行加密處理，然后通過潛水員下水，利用液壓劈裂機(jī)進(jìn)行破石，然后利用鑿巖棒進(jìn)行鑿巖。

2.3.1鑿巖施工方法

在進(jìn)行鑿巖施工前，先將所需施工區(qū)域按照孔距1.0m×排距1.0m，鉆孔破壞巖石結(jié)構(gòu)，提高破巖工效，然后通過潛水員下水利用液壓劈裂機(jī)進(jìn)行破石，方便鑿巖棒順利將該區(qū)域完成破碎，再以抓斗挖泥船進(jìn)行反復(fù)開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

根據(jù)施工工藝特點(diǎn)和工程實(shí)際情況，將施工區(qū)域分成20m×20m的網(wǎng)格，并對每個(gè)網(wǎng)格進(jìn)行編號，總體施工順序，由左往右，由上至下逐格施工。施工過程中再配以挖泥船進(jìn)行清礁。

2.3.1.1鑿巖施工原理

鑿巖的原理是當(dāng)河底的巖石表面受到?jīng)_擊力的作用時(shí)，先在接觸處產(chǎn)生彈性變形，隨后出現(xiàn)微裂紋，然后逐漸形成放射裂紋，巖石表面突然破裂，最后出現(xiàn)體積破碎。該方法是在挖泥船的抓斗吊機(jī)上裝上鑄鋼制造的鑿巖棒，施工時(shí)將其提升到一定高度后自由落下，依靠自身的重量加速度撞擊海底巖石，以縱向沖擊載荷破碎巖石。這種方法的特點(diǎn)是接觸應(yīng)力瞬間可達(dá)極高值，應(yīng)力比較集中，所以盡管巖石的動(dòng)硬度要比靜硬度大，但仍易產(chǎn)生裂紋，而且沖擊速度愈大，巖石脆性愈大，有利于裂隙發(fā)育。因此，用不大的沖擊能，就可以破碎極堅(jiān)硬的巖石。

鑿巖棒是鑄鋼制造的，常見的鑿巖棒有筆狀、帶齒及斧頭（楔）狀，重量為8～40t、長3～5m、直徑0.6～1.2m等，鑿巖棒的重量：主要根據(jù)礁石形態(tài)、巖層的厚度、船舶設(shè)備的起重能力以及兼顧施工成本等因素進(jìn)行選擇。結(jié)合現(xiàn)場礁石的實(shí)際情況，巖塊硬度較大，巖層較厚時(shí)應(yīng)采用重量較大的鑿巖棒進(jìn)行施工；按照以往其他項(xiàng)目的鑿巖施工情況，本項(xiàng)目需較大的鑿巖棒（15噸）鑿3-5次就可以達(dá)到設(shè)計(jì)深度，部份區(qū)域漏點(diǎn)、淺點(diǎn)需要7次鑿巖。

2.3.1.2工作流程

根據(jù)本工程的情況（施工水域、調(diào)遣等因素），可采用4方的抓斗挖泥船安裝15t的筆形鑿巖棒進(jìn)行施工。改造后的鑿巖施工方法與抓斗挖泥船的常規(guī)施工方法基本一樣。施工前，根據(jù)地質(zhì)情況確定鑿巖布點(diǎn)的間距，一般是按鑿巖棒直徑的1.5～2倍取值（1～1.5米），梅花形布點(diǎn)。確定參數(shù)后，即可開始鑿巖施工，按“鑿巖—清碴—鑿巖—清碴”的步驟循環(huán)施工（清碴用抓斗挖泥船施工）。施工一定的區(qū)域后，根據(jù)鑿巖、開挖的效果適當(dāng)?shù)恼{(diào)整布點(diǎn)的參數(shù)（點(diǎn)距、提升高度），以提高工效。

2.3.1.3鑿巖棒施工的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）鑿巖棒破碎與水下爆破施工對比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

鑿巖棒是利用自身的重量進(jìn)行工作，錘擊時(shí)產(chǎn)生一定的震動(dòng)，但不會(huì)像爆破那樣產(chǎn)生較強(qiáng)烈的震動(dòng)和水沖擊波、噪聲對周邊造成一定影響，安全性較高。

（2）鑿巖棒破碎與水下爆破施工對比，具有以下缺點(diǎn)：

鑿巖棒破碎巖石的方法工效低，抓斗清碴效果較差，所需工期長，綜合費(fèi)用較高。

2.3.2液壓劈裂機(jī)施工方法

2.3.2.1工作原理

液壓劈裂機(jī)抓住巖石與混凝土呈脆性特點(diǎn)，利用楔塊原理來設(shè)計(jì)的，即在最狹窄的孔中向外能夠釋放出極大的分裂力。液壓劈裂機(jī)由泵站和分裂器兩大部分組成，工作時(shí)由泵站輸出的高壓油驅(qū)動(dòng)油缸，產(chǎn)生巨大推力，驅(qū)動(dòng)楔塊組中的中間楔塊向前伸出，將反向楔塊向兩邊撐開，即可使被分裂物體分裂。

2.3.2.2選擇液壓劈裂機(jī)的理由

當(dāng)楔形壓頭受壓而侵入巖石時(shí)，巖石局部發(fā)生粉碎或呈塑性變形而形成袋狀或球狀核，通常稱之為密實(shí)核。壓頭在壓入巖石過程中，侵入深度不會(huì)隨載荷增加而均衡增加，只是當(dāng)其達(dá)到某一臨界值時(shí)，便發(fā)生躍進(jìn)式破碎現(xiàn)象。這時(shí)，密實(shí)核旁側(cè)的巖石出現(xiàn)崩碎，載荷暫時(shí)下跌，壓頭繼續(xù)侵入到一個(gè)新的深度，載荷再度上升，侵入和載荷又恢復(fù)到某種比例關(guān)系。如此循環(huán)，直至巖石破裂。整個(gè)過程的載荷——侵深曲線呈波浪形。越是脆性巖石，躍進(jìn)式侵入特點(diǎn)越明顯，塑性材料則較緩和。

根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，雙溪咀礁石和曲溪礁石屬于微風(fēng)化花崗巖，礁石硬度較大，屬于脆性巖石，采用液壓劈裂機(jī)能更好的加快分裂效率。

2.3.2.3工作流程

首先，在礁石上在預(yù)定的礁石分裂線上事先鉆一些特定直徑和深度的孔，將液壓劈裂機(jī)的楔塊組（一個(gè)中間楔塊和兩個(gè)反向楔塊）插入孔中，中間楔塊通過液壓壓力的作用在兩個(gè)反向楔塊之間向前運(yùn)動(dòng)，由內(nèi)向外釋放出極大的能量，將被礁石在幾秒鐘之內(nèi)按預(yù)定方向裂開。

2.3.2.4 液壓劈裂機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

（1）安全性。液壓劈裂機(jī)利用液壓油不可壓縮及可流動(dòng)性的物理特性，加以靜態(tài)推力，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)可控性的工作。施工期間無需采取復(fù)雜的安全措施，不會(huì)像爆破和其他沖擊性拆除、鑿巖設(shè)備那樣，產(chǎn)生一些危險(xiǎn)隱患。

（2）環(huán)保性。綠色環(huán)保拆除專家—液壓劈裂機(jī)工作時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)、沖擊、噪音、粉塵飛屑等，周圍環(huán)境不會(huì)受到影響。即使在人口稠密地區(qū)或室內(nèi)，城市建設(shè)中，以及緊密設(shè)備旁，都可以無干擾地進(jìn)行工作。

（3）經(jīng)濟(jì)性。液壓劈裂機(jī)分裂力大（最大分裂力可達(dá)600T）因此一次工作時(shí)間只需要幾秒鐘，并且可以連續(xù)無間斷地工作，效率高；其運(yùn)行及維護(hù)保養(yǎng)成本很低；無需像爆破作業(yè)那樣采取隔離或其它耗時(shí)和昂貴的安全措施。

（4）使用靈活性。液壓劈裂機(jī)的人性化使用設(shè)計(jì)，具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。確保了其使用方法簡單易學(xué)，僅需單人操作；在室內(nèi)或狹窄的場地都可以十分方便地進(jìn)行拆除分裂；同時(shí)還可以在水下作業(yè)。維護(hù)保養(yǎng)便捷，使用壽命長。

（5）精確性。與大多數(shù)傳統(tǒng)的拆除方法和設(shè)備不同，液壓劈裂機(jī)可以預(yù)先精確的確定分裂方向，可以按所需分裂形狀以及需要取出部分的尺寸做到精確拆除分裂。

2.4施工設(shè)備選擇

（1）鑿巖前在抓斗船的船中部甲板邊緣位置搭設(shè)安裝鉆機(jī)的平臺(tái)，然后通過移錨利用潛孔鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，然后利用潛水員下水利用液壓劈裂機(jī)破石，再用15t鑿巖棒進(jìn)行鑿巖破碎，最后利用4m3抓斗挖泥船進(jìn)行清碴挖除。

（2）覆蓋層清除采用抓斗挖泥船進(jìn)行開挖。

投入的主要設(shè)備及參數(shù)具體如表2。

2.5施工技術(shù)要求及質(zhì)量控制

2.5.1施工技術(shù)要求

2.5.1.1施工前要求

（1）必須勘察現(xiàn)場，選定符合精度要求的定位控制點(diǎn)，設(shè)立施工水尺、標(biāo)志，并布設(shè)好施工期通航船舶安全航行的導(dǎo)航標(biāo)志。

（2）根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際情況，結(jié)合自身的船機(jī)設(shè)備，制定合理的施工組織設(shè)計(jì)報(bào)監(jiān)理工程師審批。

（3）取得航道、海事部門水上水下施工作業(yè)許可證。

2.5.1.2施工中要求

（1）施工現(xiàn)場應(yīng)設(shè)立水尺，隨時(shí)掌握水位變化情況，并做好記錄。

（2）清礁放樣要準(zhǔn)確，若發(fā)現(xiàn)礁石的平面位置等實(shí)際情況與設(shè)計(jì)不符，應(yīng)及時(shí)通知監(jiān)理工程師、建設(shè)單位及設(shè)計(jì)單位。

（3）根據(jù)需要記錄水位、氣象情況、水情預(yù)報(bào)及各項(xiàng)施工記錄。

（4）清礁施工前宜拍錄清礁范圍近岸堤段現(xiàn)狀及有關(guān)建筑物結(jié)構(gòu)狀況，以作為清礁施工前的第一手資料存檔，便于清礁施工后對照。

（5）施工單位對礁石平面位置測量定位后，現(xiàn)場監(jiān)理工程師應(yīng)采用測量儀器檢查復(fù)核，以確保需清除的礁石位置定位準(zhǔn)確。

（6）石渣不得隨意拋卸，必須拋卸到設(shè)計(jì)文件指定的地點(diǎn)。同時(shí)，在實(shí)際施工過程中應(yīng)根據(jù)水情合理使用卸土、卸渣區(qū)。

（7）應(yīng)對每天的施工情況、施工進(jìn)度等做好記錄，并按要求定時(shí)上報(bào)施工進(jìn)度。

（8）清礁范圍底邊線以內(nèi)水域嚴(yán)禁存在淺點(diǎn)。

（9）清礁完成后應(yīng)進(jìn)行硬式掃床，清礁水深應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

2.5.2質(zhì)量控制

我辦按有關(guān)要求落實(shí)，建立和健全工程質(zhì)量檢查組織機(jī)構(gòu)，配備專職質(zhì)檢工程師，嚴(yán)格執(zhí)行工程質(zhì)量的自檢、互檢和專職檢查的“三檢”制度。施工質(zhì)量應(yīng)滿足《航道整治工程技術(shù)規(guī)范》（JTJ312-2003）、《水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范》（JTS204-2008）、《水運(yùn)工程質(zhì)量驗(yàn)收評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTS257-2008）等規(guī)范相關(guān)規(guī)定。

（1）鑿巖清礁應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，開挖區(qū)內(nèi)不得存在淺點(diǎn)，平均超深不得大于1m，平均超寬不得大于4m，邊坡不得陡于設(shè)計(jì)邊坡。

（2）鑿巖清礁水域在施工完成以后交工前必須通過硬式掃床檢驗(yàn)，硬式掃床范圍按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。

（3）清礁邊坡不得陡于設(shè)計(jì)邊坡。

（4）清礁范圍底高程應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)禁存在淺點(diǎn)。

（5）礁石覆蓋層及巖渣不得隨意拋卸，必須拋卸到圖紙指定的地點(diǎn)或經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的地點(diǎn)。棄渣堆填的位置、范圍和高程應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，不得影響航道尺度及船舶安全通航。

（6）清礁施工過程中要注意環(huán)境保護(hù)，不得發(fā)生污染環(huán)境的行為，不得破壞水生生態(tài)，尤其是漁業(yè)生態(tài)。

（7）水下棄渣的允許偏差、檢驗(yàn)數(shù)量和方法應(yīng)符合表3。

注：航行區(qū)域應(yīng)采用硬式掃床，當(dāng)硬式掃床確有困難時(shí)，可采用多波束掃測。非航行區(qū)域可采用多波束掃測或不小于1：500圖比進(jìn)行測量。

3.工程效果

該清礁單位工程實(shí)際開工日期2017年9月13日，完工時(shí)間2017年11月24日，于2017年12月5日交工預(yù)驗(yàn)收，并于2017年12月29日完成交工驗(yàn)收。清礁工程的工程量包括：疏浚方量為15266.7m3，礁石鉆孔1084.9延米，清礁石覆蓋層716m3，重錘鑿巖清礁1138.2m3。由于施工方法選擇合理及質(zhì)量控制嚴(yán)格，所以施工過程比較順利，使工程整體能按期交工驗(yàn)收。