楊金鋒

摘 要：當(dāng)前清除水下超高硬度礁石的施工，通常會(huì)選擇使用水下爆破施工技術(shù)，并在爆破施工后直接將礁石清除干凈。但由于在爆破過程中容易產(chǎn)生巨大震動(dòng)，且具有較高的危險(xiǎn)性，因此對(duì)周圍建筑物及施工人員的人身安全等均會(huì)造成較大安全威脅。故而本文將結(jié)合具體項(xiàng)目案例，探索一種全新的超高硬度礁石水下鑿巖除礁施工技術(shù)，以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)人員提供必要理論參考。

關(guān)鍵詞：超高硬度礁石 水下鑿巖除礁 施工技術(shù)

本文探究超高硬度礁石水下鑿巖除礁施工技術(shù)，旨在解決傳統(tǒng)水下爆破施工工藝，操作危險(xiǎn)性較大、容易影響周圍建筑物安全及難以有效清除抗壓強(qiáng)度超過70MPa礁石的問題。通過靈活運(yùn)用各種各樣的疏浚設(shè)備，針對(duì)超高硬度礁石特點(diǎn)設(shè)計(jì)一種有效水下鑿巖除礁施工技術(shù)的同時(shí)，也能夠?yàn)閷?shí)際開展水下鑿巖除礁施工給予相應(yīng)實(shí)踐指導(dǎo)與幫助。

1.項(xiàng)目概況

為了有效說明超高硬度礁石水下鑿巖除礁施工技術(shù)，本文選擇西江（界首至肇慶）航道擴(kuò)能升級(jí)工程清礁工程為例。該航道擴(kuò)能升級(jí)工程全長171km，沿途經(jīng)過城鎮(zhèn)生活區(qū)、橋梁、電廠與碼頭等，同時(shí)在部分施工水域涉及廣東魴國家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)及西江珍稀魚類省級(jí)自然保護(hù)區(qū)，保護(hù)區(qū)生活著國家級(jí)、省級(jí)水生保護(hù)生物。該工程分布著眾多厚度約為1m到6m的礁石，其中工程水域地表巖石以微風(fēng)化至強(qiáng)風(fēng)化的花崗巖以及其他堅(jiān)硬巖為主。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘查結(jié)果顯示，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層結(jié)構(gòu)大部分破壞，礦物成分出現(xiàn)明顯變化，風(fēng)化裂隙發(fā)育且?guī)r體破碎，干鉆鉆進(jìn)難度巨大。巖層厚度為0.6m至2.4m，層頂埋深為1.8m至4m。中風(fēng)化花崗巖層結(jié)構(gòu)部分破壞，沿節(jié)理面有次生礦物，有風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖體較破碎且同樣存在干鉆鉆進(jìn)難度大的特點(diǎn)。巖層厚度在1m至6m之間，層頂埋深為1m至5m。微風(fēng)化花崗巖結(jié)構(gòu)基本不變，只有節(jié)理面略有變色，存在少量風(fēng)化裂隙。層厚在1.6m至5.3m之間，層頂埋深為4.8m至6.3m。由于礁石硬度較高加之施工水域途經(jīng)城鎮(zhèn)生活區(qū)、橋梁、電廠、碼頭及國家級(jí)、省級(jí)自然保護(hù)區(qū)，采用水下爆破施工工藝會(huì)對(duì)沿岸居民、建筑物安全及自然保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大影響，因此本文探索一種全新的超高硬度礁石水下鑿巖除礁施工技術(shù)，以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)人員提供必要理論參考。

2.超高硬度礁石水下鑿巖除礁施工技術(shù)分析

2.1施工方案設(shè)計(jì)

本文通過結(jié)合工程實(shí)際情況，同時(shí)考慮到使用工程既有的反鏟式、抓斗式和大型絞吸式挖泥船，以及鑿巖錘等既有觸礁船機(jī)設(shè)備，雖然可以在一定程度上幫助完成強(qiáng)風(fēng)化巖石的開挖施工，但難以有效完成中風(fēng)化及微風(fēng)化花崗巖的開挖，尤其是針對(duì)抗壓強(qiáng)度超過70MPa的礁石更是不具備清除效用。因此經(jīng)過綜合考慮，針對(duì)該超高硬度礁石水下鑿巖除礁施工工程，本文選擇使用鉆孔與布設(shè)鋼錠，搭配鑿巖和抓斗的施工方案。即先采用鉆孔施工破壞礁石完整性，使得礁石能夠出現(xiàn)諸多較大裂隙，隨后將鋼錠布設(shè)于鉆孔內(nèi)部，并利用重錘錘擊鋼錠，鋼錠在受力狀態(tài)下，原本所受的自身重力將會(huì)被轉(zhuǎn)化成對(duì)巖石的水平力，由此達(dá)到剝離巖石的效果。最后使用大型抓斗船即可有效將超高硬度礁石徹底清除干凈。由于該種施工技術(shù)無需進(jìn)行水下爆破施工，大大減少了對(duì)周圍建筑物及施工水域水生生物、操作人員的不利影響，有效地提高了整體施工安全性，滿足工程的生態(tài)環(huán)保要求。

2.2確定施工參數(shù)

本文在充分立足工程實(shí)際，并嚴(yán)格參照國家相關(guān)規(guī)范要求下，為有效保障航道疏浚工程中的平均挖巖深度始終控制在1m以內(nèi)，采用如下公式計(jì)算鉆孔深度：

在這一公式當(dāng)中，H代表鉆孔深度，h1、h2則分別代表著設(shè)計(jì)底高程值與設(shè)計(jì)超深值，h3則代表保障挖巖質(zhì)量控制富余值。通過將前期施工勘察等當(dāng)中獲取的相關(guān)參數(shù)代入上述公式中，經(jīng)過計(jì)算最終將鉆孔深度設(shè)定為0.5m。要求在布設(shè)鉆孔時(shí)，每隔0.5m布設(shè)一個(gè)鉆孔，且保障所有鉆孔孔徑均完全相同。但在實(shí)際施工過程中，施工人員需要隨時(shí)密切觀察鉆孔情況，以便能夠?qū)︺@孔密度和鉆孔數(shù)量進(jìn)行靈活調(diào)整，確保其始終與工程實(shí)際以及相關(guān)施工規(guī)定要求相符。

2.3制作布設(shè)鋼錠

由于該工程中需要清除的礁石硬度較高，尤其存在諸多抗壓強(qiáng)度超過70MPa的超高硬度礁石，因此在水下鑿巖除礁施工中所需使用的鋼錠也必須具有較高材質(zhì)硬度。要求工程中使用的所有鋼材均需要統(tǒng)一按照相關(guān)規(guī)范操作要求完成基本加工制作后，進(jìn)行淬火處理提升鋼材硬度。依照鉆孔實(shí)際大小制備圓錐形鋼錠，將鉆孔孔徑設(shè)定為0.1m，在與實(shí)際破壞巖層的范圍面積進(jìn)行充分考量后，本工程最終選擇將圓錐形鋼錠長度設(shè)定為0.5m，其底部與頂部直徑則分別設(shè)定為0.07m和0.2m。在后期的試驗(yàn)施工中，工作人員發(fā)現(xiàn)許多鋼錠難以充分發(fā)揮應(yīng)有破巖成效，且?guī)r石鉆孔經(jīng)常與鋼錠相互脫離。為此，工作人員重新對(duì)鋼錠的形狀與尺寸進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，并適當(dāng)加深鋼錠入孔深度，在有效增加鋼錠在錘鑿過程中的穩(wěn)定性的同時(shí)，工作人員還將圓環(huán)牢固焊接于鋼錠上部的側(cè)面位置處，用以系緊鋼繩環(huán)，便于后續(xù)進(jìn)行鋼錠的下放與回收操作。在完成左右鉆孔操作后，工作人員每隔一個(gè)鉆孔布設(shè)一個(gè)鋼錠，未布設(shè)鋼錠的鉆孔可為破礁預(yù)留出充足空間。

2.4重錘錘擊施工

為有效節(jié)約施工成本，工作人員通過對(duì)現(xiàn)有資源進(jìn)行優(yōu)化整合與充分利用后，對(duì)既有的大型抓斗船進(jìn)行改造，將其抓斗改造成4m×2.1m×0.75m的重錘，利用改造之后的重錘對(duì)已經(jīng)布設(shè)完鋼錠的礁石區(qū)域進(jìn)行反復(fù)錘砸。在實(shí)際錘砸時(shí)，需要工作人員借助GPS系統(tǒng)對(duì)作業(yè)船進(jìn)行精準(zhǔn)定位，使其能夠始終位于規(guī)定作業(yè)帶上。在將重錘提升至指定高度后將制動(dòng)離合器松開，此時(shí)升至一定高度的重錘將會(huì)做自由落體運(yùn)動(dòng)，利用其自重對(duì)超高硬度礁石進(jìn)行夯擊，由此使得礁石破裂。值得注意的是，工作人員在錘砸過程中提放重錘時(shí)不允許將其徹底從水面中提出，否則會(huì)大大增加重錘下水阻力，難以獲得理想的重錘夯砸成效。由于在重錘錘砸單點(diǎn)初期，將錘砸頻率設(shè)置為20下，工作人員發(fā)現(xiàn)大部分鋼錠不僅未能達(dá)到破巖效果，同時(shí)還會(huì)被夯入鉆孔之內(nèi)，對(duì)之后清理鋼錠造成了不利影響。因此工作人員隨后將錘砸頻率調(diào)整為單點(diǎn)錘擊5下至10下，有效避免再次出現(xiàn)鋼錠被夯入鉆孔孔隙中的情況。而對(duì)于部分巖質(zhì)極為堅(jiān)硬的區(qū)塊，工作人員可以視情況適當(dāng)增加夯擊次數(shù)或是加密夯擊點(diǎn)，逐排重復(fù)進(jìn)行夯擊作業(yè)直至所有礁石全部破除。最后利用抓斗船進(jìn)行開挖施工，可一邊將鋼錠回收，一邊借助抓斗與外露鋼錠末端相互咬合，再次進(jìn)行破巖以達(dá)到理想水下鑿巖除礁施工效果。

2.5礁石清除施工

工程施工中，直接利用現(xiàn)有的抓斗船，配置兩條泥駁，采用分層施工作業(yè)的方式，按照由上往下的順序逐層進(jìn)行清礁，并對(duì)各層清礁厚度進(jìn)行嚴(yán)格控制。結(jié)合作業(yè)船的實(shí)際作業(yè)寬度，工作人員將行距與排距分別設(shè)定為10m和1.5m，點(diǎn)間距則嚴(yán)格控制在1m，清礁作業(yè)中要求工作人員將各分區(qū)上層一邊起點(diǎn)作為起始開挖點(diǎn)，直至挖到終點(diǎn)后再拖船至該分區(qū)一邊重新定位進(jìn)行下一層開挖，最終完成該分區(qū)內(nèi)的全部清礁施工作業(yè)。當(dāng)清礁作業(yè)全部結(jié)束后，工作人員立即使用專業(yè)的測(cè)量儀器設(shè)備精準(zhǔn)測(cè)定水深，判斷是否存在淺點(diǎn)或是漏鑿點(diǎn)，而后根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)進(jìn)行二次布設(shè)鋼錠并再次進(jìn)行多次補(bǔ)鑿，直至與規(guī)定施工要求完全相符即可。

3.結(jié)束語

綜上所述，針對(duì)超高硬度礁石，在進(jìn)行水下鑿巖除礁施工時(shí)，工作人員需要充分結(jié)合工程實(shí)際，并嚴(yán)格按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，合理選用與之相適宜的施工技術(shù)，并科學(xué)設(shè)定包括鉆孔與鋼錠布設(shè)、鋼錠與重錘尺寸等在內(nèi)的各項(xiàng)關(guān)鍵施工參數(shù)。在實(shí)際施工過程中，工作人員也需要密切關(guān)注具體施工動(dòng)態(tài)，依照實(shí)際施工情況隨時(shí)對(duì)鋼錠的形狀尺寸、入孔深度以及重錘錘擊頻率等進(jìn)行靈活調(diào)整，以便能夠真正達(dá)到水下鑿巖除礁的效果。在該工程中，運(yùn)用鉆孔與布設(shè)鋼錠，搭配鑿巖和抓斗的施工方案，在有效完成觸礁施工的同時(shí)，減少了對(duì)附近居民、建筑物的影響，同時(shí)也保護(hù)了施工水域生態(tài)環(huán)境，加之該項(xiàng)施工技術(shù)操作便捷、施工成本相對(duì)較少，因此具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]閆慶新.淺談錘擊法、水下鉆孔爆破法在清礁工程中的應(yīng)用[J].珠江水運(yùn)，2018（13）： 70-71.

[2]張濤.水下鑿巖施工在封開西江大橋清礁區(qū)的應(yīng)用[J].中國水運(yùn)（下半月），2018， 18（07）： 148-149.