礁石水下鑿巖除礁施工技術(shù)運用分析
——以榕江航道整治工程RJ3合同段清礁工程為例

◎蔡振邦 廣東正方圓工程咨詢有限公司

去除水下礁石施工，有利于提高航行的安全性，主要的作業(yè)內(nèi)容為清理覆蓋層與礁石。實踐施工中為控制施工行為引起的震動，維護除礁期間周邊的安全性，未選擇常用的爆破技術(shù)，轉(zhuǎn)用液壓劈裂機組合鑿巖棒的方式完成除礁。

1.工程概況

案例項目計劃清理兩處礁石，分別是雙溪咀礁石與曲溪礁石，前者在榕江大橋航道的上游200m左右位置，后者則處于北河梅東大橋的下游3.8km處，二者對應(yīng)航道的同行級別分別是5000t和1000t。案例項目在工期方面的安排中，考慮到航道的日常交通情況，由于過往船只數(shù)量大，所以為確保航運和施工安全，大部分的作業(yè)任務(wù)均安排在白天，同時鑿巖施工推進效率低，預(yù)計三個月完成。

雙溪咀礁石覆蓋層的任務(wù)量達到716m3，基建開挖量是1077.2m3；曲溪礁石的覆蓋層任務(wù)量是843.3m3，基建開挖量為1460.m3。根據(jù)設(shè)計標準，前者水深是8.4m，覆蓋層的邊坡設(shè)置成1∶6，航槽的邊坡為1∶0.75；后者水深是6.0m，覆蓋層的邊坡設(shè)置成1∶4，航槽的邊坡為1∶0.75。棄渣區(qū)安排在雙溪咀河段的深槽，水深超過18m。

2.礁石水下鑿巖除礁施工技術(shù)實踐運用分析

在實地進行鑿巖操作前，除礁范圍內(nèi)，根據(jù)0.1m×0.1m的尺寸進行鉆孔，改變原有巖石結(jié)構(gòu)，輔助破巖處理。隨后安排專業(yè)人員下水，使用液壓劈裂設(shè)備完成破石，為之后鑿巖棒使用創(chuàng)設(shè)條件。再利用挖泥船完成表面開挖，直到滿足設(shè)計參數(shù)。結(jié)合除礁技術(shù)特征與案例項目實況，把處理區(qū)域按照20m×20m的規(guī)格劃分，并做好序號標記，方便現(xiàn)場管理。

2.1 方案確定

案例項目選擇鑿巖法與液壓劈裂機完成除礁施工。其中，使用鑿巖棒進行施工，和爆破法相較，該項操作是借助鑿巖棒自由落地沖擊巖石，巖石在接觸瞬間發(fā)生物理變化，但由此不會形成強烈振動及噪音等，現(xiàn)場施工作業(yè)的安全性相對偏高。但此種處理方式也存在缺陷，施工效率低，且清渣環(huán)節(jié)處效果不佳，會耗費較長的施工周期，最終投入的造價總額較多。而選用液壓劈裂機原因在于：在楔塊插入石體后，巖石會出現(xiàn)粉碎及變形的情況，呈現(xiàn)出袋狀等形態(tài)。壓頭逐漸進入巖體中，插進深度和載荷不存在關(guān)聯(lián)性，處于均衡提高使得狀態(tài)。直至達到臨界值，會瞬間破碎。袋狀周邊的巖石發(fā)生崩碎，導(dǎo)致載荷短暫降低。繼續(xù)插入中，載荷隨之提高，插進與載荷逐漸形成比例關(guān)系。

圖1 鑿巖棒施工現(xiàn)場圖

案例項目通過多方探討，結(jié)合橋體及堤圍的基本保護要求、除礁施工區(qū)域狀況、施工技術(shù)等，確定操作方式與次序。擬使用鉆機完成密集鉆孔，相鄰孔洞初始距離參數(shù)是1.0m?；谑┕がF(xiàn)場的情況，適當(dāng)調(diào)整距離參數(shù)。派遣專業(yè)人員下水破石，最后開展鑿巖處理。

2.2 材料設(shè)備

根據(jù)除礁施工程序，在鑿巖前，布置鉆機平臺，借助潛孔鉆機完成密集鉆孔。而后安排專業(yè)人員潛入水下，使用液壓劈裂機進行碎石，隨后使用15r鑿巖棒徹底擊碎巖石，操作4m3規(guī)格的挖泥船清理廢渣。案例項目擬使用的機器有：液壓式的潛孔鉆機，用于密集鉆孔；抓斗船及泥駁用于處理覆蓋層及廢渣；還有液壓劈裂機、鑿巖棒以及交通艇。除礁項目中應(yīng)用的主要材料采油，預(yù)計使用量高達600t。

2.3 液壓劈裂機應(yīng)用

利用液壓劈裂設(shè)備，把握巖石的脆性特征，借助楔塊進行部署，在孔洞中心點進行施工，可產(chǎn)生極為明顯分裂力。此環(huán)節(jié)使用的設(shè)備包括泵站與分類器。在施工操作期間，從泵站內(nèi)向外發(fā)射高壓油，啟動油缸，以形成強大的推力，使中間的楔塊伸出，把組內(nèi)反向的楔塊往兩側(cè)撐開，然實施對象被分裂。實踐操作中，需按照特定的流程開展施工。專業(yè)人員要在對應(yīng)的礁石縫隙上鉆出固定規(guī)格的孔洞，把液壓劈裂機中楔塊組放進孔洞內(nèi)，中部的楔塊借助液壓壓力形成的推動力，促使其他兩個楔塊移動，產(chǎn)生外放的巨大能量，使礁石幾乎瞬間按照預(yù)計方向開裂。

2.4 鑿巖處理

此項除礁施工技術(shù)的運用原理為：讓施工對象的巖石遭受沖擊，接觸點出現(xiàn)彈性變形，隨即形成微裂紋，逐漸擴大，呈現(xiàn)放射狀，巖石整體在此物理變化中發(fā)生碎裂。實踐施工中，利用吊機吊起鑿巖棒，提高至設(shè)定高度后，讓其進行自由落體運動，憑借重力加速度，沖撞目標巖石，利用縱向載荷擊碎巖石。該施工處理方式最突出的特征是鑿巖棒和巖石接觸的瞬間，應(yīng)力值最大且相對集中，雖然被沖擊對象的動硬度高于靜硬度，但依舊能造成裂縫。并且在沖擊速度提高中，巖石本身的脆性會隨之提升，有助于產(chǎn)生裂縫。因而，即使沖擊能不高，也鑿碎巖石。目前國內(nèi)使用的鑿巖棒由鑄鋼加工，一般呈現(xiàn)出筆狀與楔狀等，規(guī)格區(qū)間較大，重量在8～40t內(nèi)不等，長度一般是3～5m，棒體直徑在0.6m～1.2m之間。其中，重量參數(shù)是按照施工對象形態(tài)、巖層厚度以及起重設(shè)備的能力等完成確定。若工程的巖石硬度偏高且?guī)r層厚的情況，可使用規(guī)格更大的鑿巖棒。通過分析案例工程的實況，鑿巖棒重量為13t～20t，操作3～5次便可達到設(shè)計參數(shù)，在出現(xiàn)漏點與淺點的部分，安排7次施工。

基于本項目的現(xiàn)實情況，應(yīng)選擇4方挖泥船，組合13t～20t筆狀鑿巖棒，經(jīng)過細微調(diào)整后，和普通的處理操作方式無過大差異。在現(xiàn)場處理前，按照水下地質(zhì)條件，設(shè)置鑿巖點位，為保障該過程的鑿巖處理效果，通常是根據(jù)鑿巖棒的直徑參數(shù)確定點位間距，是直徑的1.5～2倍，本項目的鑿點間距是1m～1.5m之間，按照梅花樁的樣式布設(shè)。完成參數(shù)設(shè)定后，及時組織鑿巖處理，每鑿一次需進行清渣，循環(huán)往復(fù)，直到滿足設(shè)計標準。在完成一部分的鑿巖處理后，需再次查看水下巖石情況，結(jié)合開挖的情況，調(diào)整后續(xù)施工的點位分布，以提升鑿巖效率。

2.5 清理棄渣

案例項目選用抓斗挖泥機開往，隨后運送到棄渣區(qū)。在除礁期間，能借助挖泥船處理覆蓋層，之后再安排清礁。在巖石已經(jīng)被破壞至預(yù)期程度后，把產(chǎn)生的廢渣裝在泥駁，運到規(guī)劃好的發(fā)展區(qū)，注意要保證均勻拋灑。抓斗的容量規(guī)格通常是4m3，繩斗式是比較常用的一類，在此基礎(chǔ)上裝設(shè)絞錨定位裝置，以適應(yīng)復(fù)雜的水下環(huán)境。挖泥船上配備GPS定位，現(xiàn)場操作展布的錨纜系統(tǒng)包括兩根主纜，并在兩側(cè)配備一根邊纜，可借此控制船尾，并避免施工船只占用正常通行的航道。對于開挖的深度方面，在除礁區(qū)域的水位比較穩(wěn)定位置，布設(shè)水位尺，專業(yè)技術(shù)員需在開工前，查看并記錄水位，將施工計劃參數(shù)和實地測量數(shù)據(jù)進行校核。按照實際水位和設(shè)定開挖參數(shù)，確定施工深度，并在開挖中把控處理的深度。采用抓斗挖泥船控制深度參數(shù)，是基于水位變化與設(shè)定底高確定的，并通過鋼纜實現(xiàn)控制。在施工水深等于設(shè)計深度參數(shù)時，超深不能超過0.5m。如果施工水深小于設(shè)計參數(shù)，不可進行移位。應(yīng)通過多次清挖，如若通過清挖處理后，依舊未能滿足設(shè)計標準，需劃定問題區(qū)域并記錄準確信息，而后實施移動，繼續(xù)完成施工處理。案例項目使用的挖泥船，通常是順流作業(yè)，并進行分段分條的網(wǎng)格式推進方式。通常一次作業(yè)寬度不會達到船體的寬度，且相鄰?fù)诳拥闹丿B范圍控制在挖斗寬度的1/3～1/4之內(nèi)。通常情況下，一次作業(yè)處理應(yīng)達到設(shè)計參數(shù)，在未能滿足預(yù)計深度時，應(yīng)組織分層作業(yè)。由于現(xiàn)實作業(yè)中的處理深度難以精準控制，所以需在實際作業(yè)中，注意對該方面的探測，以免發(fā)生超深甚至漏挖的問題。下一步是把挖出的棄渣裝進泥駁，另外在拋灑期間，應(yīng)注意對棄渣區(qū)水下情況的探測，以免在該區(qū)域發(fā)生堆積及高于設(shè)計參數(shù)的問題。

3.結(jié)束語

綜上所述，除礁工程對于航道使用而言具有顯著的保護作用，使水下深度達到航行的需要，避免過往船只發(fā)生觸礁的事故。實際施工中，客觀條件允許時，盡量使用低震動的處理技術(shù)，并注意施工操作安全。