馮晨，弓寶江

（中交天津航道局有限公司，天津 300450）

0 引言

硬質(zhì)巖石對(duì)于疏浚業(yè)來(lái)說(shuō)一直是一個(gè)難題，大型反鏟挖泥船作為疏浚業(yè)的新生力量，如何發(fā)揮其最大作用也在持續(xù)探索。本文結(jié)合某工程施工工況及現(xiàn)有施工設(shè)備配置，提出了硬質(zhì)巖石挖掘的一種可行施工工藝，提高了大型反鏟挖泥船的挖掘能力，開(kāi)拓了施工范疇。

1 工程背景

廈門(mén)港嵩嶼港區(qū)二期工程回旋水域工程的施工范圍和內(nèi)容為：嵩嶼港區(qū)南岸線(xiàn)回旋水域按靠泊15萬(wàn)t集裝箱船設(shè)計(jì)，長(zhǎng)軸取2 040 m，短軸按1.7～1.8倍船長(zhǎng)設(shè)計(jì)取680～720 m，回旋水域及連接水域底高程取為-15.5m。施工土質(zhì)為覆蓋層及礁石，礁石硬度不一，分布不均。施工區(qū)域處于開(kāi)敞海域，為正規(guī)半日潮，平均高潮位5.46 m，平均潮差3.99m，潮差較大。該工程位于廈門(mén)港嵩嶼港區(qū)內(nèi)，西側(cè)為廈門(mén)港嵩嶼港區(qū)一期工程和嵩嶼電廠及配套煤碼頭工程，北側(cè)為象鼻山，東側(cè)隔嵩鼓水道與鼓浪嶼相望，南側(cè)隔海與漳州招銀港區(qū)相望，且該海域?yàn)閲?guó)家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物白海豚自然保護(hù)區(qū)，對(duì)施工方法有較大限制。為確保工程質(zhì)量和進(jìn)度，采用大型反鏟挖泥船津泰輪進(jìn)行挖掘疏浚施工。

2 施工現(xiàn)狀

津泰輪進(jìn)入該工程，總計(jì)疏浚施工146 d。

2.1 施工分條

本工程計(jì)劃施工區(qū)設(shè)計(jì)高程為-15.5 m（按照0.5 m超深，開(kāi)挖高程達(dá)到-16 m），加上潮水影響，分條時(shí)按照津泰輪的最大挖深，借鑒以往的施工經(jīng)驗(yàn)，其有效挖寬為20 m（單側(cè)）?？紤]到施工時(shí)一側(cè)有泥駁影響，兩側(cè)挖寬不等，因此，分條時(shí)寬度為30 m（20+10），可根據(jù)實(shí)際挖深和土質(zhì)硬度做靈活調(diào)整，每條之間有5m的搭接[1-2]。

2.2 施工分層

根據(jù)土質(zhì)情況不同，每鏟開(kāi)挖厚度有較大差別，對(duì)于松散土質(zhì)，鏟斗與土表層角度可稍大些，挖深較大，每鏟500～700mm；對(duì)硬質(zhì)巖石，鏟齒與土層表面角度較小，且入巖后需平鏟立起，每鏟 300～500mm。

2.3 施工存在主要問(wèn)題

1）施工區(qū)環(huán)境限制，傳統(tǒng)工藝難以發(fā)揮，巖石硬度高，多次挖掘效果較差，挖巖日產(chǎn)量低。

2）孤立巖石影響，淺點(diǎn)清除較難，影響施工質(zhì)量。

3 施工對(duì)策

3.1 針對(duì)問(wèn)題一

3.1.1 原因分析

1）該施工區(qū)域距離油碼頭較近，毗鄰旅游風(fēng)景區(qū)，且屬于國(guó)家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物白海豚自然保護(hù)區(qū)，不宜采用傳統(tǒng)施工工藝如爆破炸礁，加大了施工難度。

2）對(duì)施工區(qū)域巖石進(jìn)行取樣，發(fā)現(xiàn)局部地區(qū)樣本飽和單軸抗壓強(qiáng)度平均值為102 MPa，高于施工前期地質(zhì)勘察報(bào)告中該區(qū)域飽和單軸抗壓強(qiáng)度平均值70MPa，進(jìn)一步增加了施工難度。

3）大型反鏟挖泥船津泰輪獨(dú)立施工此類(lèi)硬質(zhì)巖石尚屬首次。由于土質(zhì)硬度較大，常規(guī)挖掘工藝施工效果不大，挖巖日產(chǎn)量較低，大大影響了施工進(jìn)度，且增加施工成本，見(jiàn)表1。

表1 測(cè)量數(shù)據(jù)表Table 1 M easured data m3

3.1.2 施工方案

針對(duì)施工過(guò)程中出現(xiàn)的硬質(zhì)巖石開(kāi)挖難度大，挖巖日產(chǎn)量低的現(xiàn)象，對(duì)施工中各環(huán)節(jié)進(jìn)行分析和探討，提出以下幾點(diǎn)有針對(duì)性的改進(jìn)優(yōu)化措施，力求解決硬質(zhì)巖石開(kāi)挖難度大的問(wèn)題。

1）遵循駐點(diǎn)原則，精確下樁

無(wú)論是大面積的巖床或硬質(zhì)土層，還是小范圍的巖石淺點(diǎn)，駐點(diǎn)原則都是將津泰輪定在反鏟能夠開(kāi)挖水深較深、坡度較陡的位置，以便能夠由深到淺倒退開(kāi)挖，這樣更加符合反鏟船的動(dòng)力機(jī)理。

技術(shù)人員與船舶操作人員通過(guò)對(duì)測(cè)圖和鉆探資料的綜合分析，要求各班組在施工時(shí)擇地下樁，根據(jù)施工區(qū)鉆探資料及船舶現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，盡量選擇土質(zhì)稍軟的位置下樁；根據(jù)下樁深度初步判斷樁基的穩(wěn)定性；根據(jù)多個(gè)參數(shù)綜合判斷（艏吃水、艉吃水、縱傾角、橫傾角等），重點(diǎn)關(guān)注鋼樁鋼絲受力，從而進(jìn)一步確認(rèn)樁基的穩(wěn)定情況，避免因樁基不穩(wěn)而發(fā)生的滑樁現(xiàn)象。同時(shí)在非施工期間要求每崗做好鋼絲繩實(shí)際使用情況的檢查工作并記錄；定期加油維護(hù)等工作。

2）限制工況下，優(yōu)化施工工藝

針對(duì)該施工海域不能采用爆破炸礁的情況，技術(shù)人員與船舶操作人員共同商議，調(diào)整施工方案，優(yōu)化施工工藝，挖掘船舶自身能力，對(duì)硬質(zhì)巖石進(jìn)行開(kāi)挖。

①對(duì)于較硬的巖石、巖床或土層，在清除軟覆蓋土后進(jìn)行單波束測(cè)量，生成水深文件后輸入到津泰輪的操作控制系統(tǒng)。在開(kāi)挖前就排除覆蓋土的干擾，掌握該區(qū)域硬質(zhì)土的地形地貌，有利于在地形圖上尋找合適的切入點(diǎn)。

②在挖巖時(shí)，選擇最佳的鏟斗入土角度，保證切削角度小于45°，以防止損傷鏟斗，充分利用反鏟機(jī)的優(yōu)勢(shì)，將大臂、小臂和鏟斗的液壓缸壓力全部集中到鏟斗上，使挖掘力達(dá)到最大。

③通過(guò)優(yōu)化施工工藝，探索新的施工方案，采用紋理挖掘和開(kāi)槽挖掘相結(jié)合的方案對(duì)硬質(zhì)巖石進(jìn)行開(kāi)挖。

紋理挖掘，即在正式開(kāi)挖前，應(yīng)試圖尋找?guī)r石的紋理特征，垂直于紋理進(jìn)行切削將事半功倍。這需要在開(kāi)挖時(shí)不斷地通過(guò)移船來(lái)變換反鏟機(jī)的開(kāi)挖方向，當(dāng)位于某一方向開(kāi)挖，船體顫動(dòng)減小，滿(mǎn)斗率提高，且單斗循環(huán)速度增加時(shí)，即可認(rèn)為該方向即為垂直于巖石紋理方向。

開(kāi)槽挖掘，即當(dāng)遇到紋路不明顯的巖石，可以先沿既定方向反復(fù)開(kāi)挖，使其表面逐漸形成一個(gè)緩坡的斜槽，而后將船體轉(zhuǎn)90°，從斜面邊緣繼續(xù)開(kāi)挖，這樣可重新獲得較好的切入角，通過(guò)開(kāi)槽邊緣的受力，逐層對(duì)硬質(zhì)巖石進(jìn)行剝離施工，見(jiàn)圖1。

圖1 開(kāi)槽挖掘Fig.1 Grooving excavation

3.1.3 實(shí)施效果

2014年12月11日—15日的日產(chǎn)量和油耗統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 日產(chǎn)量和油耗統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistical form sof the daily outputand fuelconsum ption

由表2可以看出，挖巖日均產(chǎn)量在600m3左右，與原施工統(tǒng)計(jì)的挖巖日均產(chǎn)量321 m3相比，提高87%，滿(mǎn)足施工要求；油耗量和之前相比略有上浮，但萬(wàn)m3油耗大幅度下降，總體施工效果明顯。

3.2 針對(duì)問(wèn)題二

3.2.1 原因分析

1）孤石淺點(diǎn)具有可移動(dòng)性，且孤立存在，位置分散，進(jìn)行挖掘時(shí)鏟斗對(duì)其的相對(duì)作用力較小，且在挖掘時(shí)會(huì)產(chǎn)生位移，給船舶挖掘施工造成很大困難。

2）孤石淺點(diǎn)土質(zhì)堅(jiān)硬，采用常規(guī)施工方案，鏟斗無(wú)法將其擠壓破碎后挖掘，需優(yōu)化施工方案，清除孤石淺點(diǎn)，保證工期。

3.2.2 施工方案

針對(duì)施工區(qū)孤立巖石淺點(diǎn)清除難，影響工期進(jìn)度的情況，根據(jù)孤石特點(diǎn)制定了“超深”挖掘施工方案。

1）用單波束測(cè)量，精確定位孤石所在位置。2） 在孤石前端（施工方向）進(jìn)行“超深”挖掘，給鏟斗提供向上撈石的空間。為減少超深土方量，超深挖掘深度控制在1.5m左右。

3）微調(diào)船位，利用反鏟機(jī)大臂、小臂、鏟斗同時(shí)動(dòng)作，由下而上合力撈起孤石，清除淺點(diǎn)，保證施工質(zhì)量，見(jiàn)圖2。

圖2 “超深”挖掘Fig.2 The extra-deep excavation

3.2.3 實(shí)施效果

根據(jù)測(cè)圖可以明顯看出，孤石所在位置已達(dá)到設(shè)計(jì)挖深，且在挖掘過(guò)程中能看到孤石實(shí)物。孤石的清理保證了工程進(jìn)度和質(zhì)量要求[3-4]。

4 結(jié)語(yǔ)

廈門(mén)港嵩嶼港區(qū)二期工程回旋水域工程的施工實(shí)踐表明，大型反鏟挖泥船津泰輪在獨(dú)立完成硬質(zhì)巖石開(kāi)挖方面具有一定的施工能力，在施工過(guò)程中，通過(guò)優(yōu)化施工工藝，保護(hù)了施工海域的環(huán)境及生態(tài)，提高了津泰輪的時(shí)間利用率，施工鏟斗充斗率從10%提高到了50%，挖巖日均產(chǎn)量增長(zhǎng)了87%，施工區(qū)內(nèi)硬質(zhì)巖石和孤石淺點(diǎn)全部清除，比預(yù)計(jì)完工時(shí)間提前5 d，萬(wàn)m3油耗也大幅度下降，保證了工期和質(zhì)量，同時(shí)拓寬了大型反鏟挖泥船的施工范疇，可為后續(xù)類(lèi)似工程提供借鑒、參考。

[1] 中交天津航道局有限公司.疏浚技術(shù)[R].1997.CCCCTianjin Dredging Co.,Ltd.Dredging technology[R].1997.

[2] 荷蘭De Donge船廠.津泰輪施工操作手冊(cè)[K].天津：中交天津航道局有限公司，2007.NetherlandsDe Donge Shipyard.Jintaiship construction operations manual[K].Tianjin:CCCCTianjin DredgingCo.,Ltd.,2007.

[3]JTS 181-5—2012，疏浚與吹填工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].JTS 181-5—2012,Design code for dredgingand reclamationworks[S].

[4]JTS 207—2012，疏浚與吹填工程施工規(guī)范[S].JTS 207—2012,Construction code for dredging and reclamation works[S].