摘要：平陸運(yùn)河15標(biāo)航道疏浚工程中，由于地質(zhì)情況較為復(fù)雜多變且?guī)r石強(qiáng)度高，擬選用絞吸挖巖或爆破工藝進(jìn)行疏浚施工。文章通過(guò)比對(duì)絞吸挖巖工藝及爆破工藝的施工數(shù)據(jù)，分析兩種工藝的生產(chǎn)效率，確定巖石強(qiáng)度為20～30 MPa時(shí)項(xiàng)目應(yīng)采取的施工工藝，以提高施工效率，縮短航道建設(shè)周期。

關(guān)鍵詞：航道建設(shè)；建設(shè)周期；施工工藝；生產(chǎn)效率

中文分類(lèi)號(hào)：U616+.2A050113

0引言

航道開(kāi)挖可采用多種施工工藝，根據(jù)水文地質(zhì)條件和疏浚施工設(shè)備，分為絞吸挖巖、小型機(jī)械開(kāi)挖，或液壓破碎、控制爆破和一般爆破等。平陸運(yùn)河15標(biāo)段工程疏浚工程量較大，地質(zhì)條件復(fù)雜且?guī)r石強(qiáng)度高，含大量飽和抗壓強(qiáng)度在20～30 MPa的較硬巖，此類(lèi)巖石可選用絞吸挖巖或爆破工藝進(jìn)行疏浚施工。本文通過(guò)比選巖石強(qiáng)度相近的情況下，絞吸挖巖工藝與爆破工藝的施工效率，確定針對(duì)此類(lèi)較硬巖的施工工藝，以提高施工效率，縮短航道建設(shè)周期。

1工程概況

1.1項(xiàng)目簡(jiǎn)介

平陸運(yùn)河15標(biāo)段工程地點(diǎn)位于蘭海高速公路欽江大橋以南的航段，航道起于蘭海高速公路欽江大橋，止于欽州港東航道起點(diǎn)，長(zhǎng)度為22.02 km。

1.2項(xiàng)目地質(zhì)情況

根據(jù)地勘報(bào)告顯示，航道內(nèi)地質(zhì)變化復(fù)雜，有大量的硬質(zhì)巖層，勘探點(diǎn)顯示，大部分硬質(zhì)巖石樣品飽和抗壓強(qiáng)度為20～30 MPa，部分硬質(zhì)巖石樣品的飽和抗壓強(qiáng)度在30 MPa以上。由于硬質(zhì)巖層飽和抗壓強(qiáng)度較高，擬使用爆破工藝、絞吸挖巖工藝進(jìn)行航道疏浚施工。項(xiàng)目對(duì)航道施工產(chǎn)生的疏浚石料進(jìn)行取樣并進(jìn)行點(diǎn)荷載試驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。

為了確定巖石在20～25 MPa、25～30 MPa強(qiáng)度范圍內(nèi)采用的施工工藝，分別采用爆破工藝、絞吸挖巖工藝對(duì)同一強(qiáng)度巖石進(jìn)行生產(chǎn)效率分析試驗(yàn)。

2爆破施工工藝介紹

2.1爆破施工工藝流程［1］

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，在爆破施工前利用抓斗挖泥船作業(yè)完成對(duì)爆破區(qū)域范圍內(nèi)表面覆蓋層、松動(dòng)塊石的清除工作。采用同排孔間微差起爆的方法控制爆破振動(dòng)，控制合理抵抗線(xiàn)和堵塞長(zhǎng)度，確保達(dá)到良好的爆破效果。見(jiàn)圖1。

2.1.1鉆孔設(shè)備選擇

水下爆破工程根據(jù)主要炸礁船裝備垂直固定式110型潛孔鉆機(jī)。潛孔鉆機(jī)孔距為2.5 m，鉆孔直徑為115 mm，一次開(kāi)鉆可同時(shí)完成8孔的鉆機(jī)工作。

2.1.2鉆孔定位

鉆爆船定位采用全站儀，定位精度可在10 cm以?xún)?nèi)，完全滿(mǎn)足定位精度要求。鉆爆船的移動(dòng)靠絞錨完成。每鉆完一排孔后再進(jìn)行下一排孔的定位工作。根據(jù)規(guī)范要求，定位偏差應(yīng)≤30 cm。

2.1.3鉆深、孔深計(jì)算

鉆孔船只固定好后可進(jìn)行鉆孔，開(kāi)鉆孔時(shí)根據(jù)當(dāng)前水位計(jì)算該鉆孔深度。鉆孔深度=當(dāng)前實(shí)測(cè)水位-設(shè)計(jì)底標(biāo)高+超深值。先下套管壓緊地面，再下鉆桿，打開(kāi)供風(fēng)閥供風(fēng)，上下反復(fù)沖擊同時(shí)套管壓緊，使套管壓入地面護(hù)好孔口，即可開(kāi)始正常鉆進(jìn)。鉆到設(shè)計(jì)孔深后，壓緊套管，清理孔內(nèi)石碴，提起鉆桿，將炸藥柱沿套管緩緩送入孔內(nèi)，用撐炮竹篙將炸藥柱送到孔底。

2.1.4藥包加工、裝藥、堵塞、網(wǎng)絡(luò)連接［2］

搬運(yùn)人員按《爆破安全規(guī)程》（GB 6722-2014）進(jìn)行，特別要強(qiáng)調(diào)不得帶打火機(jī)、火柴，關(guān)閉手機(jī)電源。爆破員辦好領(lǐng)用手續(xù)，拉好安全網(wǎng)再搬運(yùn)，領(lǐng)取數(shù)量以當(dāng)班用量為準(zhǔn)。運(yùn)到鉆機(jī)船后，由爆破員保管并進(jìn)行加工，每孔裝藥量、雷管數(shù)量均應(yīng)如數(shù)記錄在案。

藥包加工在鋪有木板的房間內(nèi)進(jìn)行，每條藥包長(zhǎng)度控制在2 m以?xún)?nèi)。根據(jù)不同材料加工方法不同。以竹片為主要材料的加工方法如下：用竹片把藥柱夾好、綁緊，安裝2發(fā)雷管，加工炸藥包時(shí)根據(jù)各孔微差要求，安裝不同段別的雷管，用膠帶把雷管腳線(xiàn)與吊炮繩綁扎在一起，安裝雷管的延時(shí)時(shí)間由爆破工程技術(shù)人員根據(jù)自由面、周?chē)Ｗo(hù)物情況確定。段別布置的原則：減小爆破振動(dòng)，提高爆破效果。裝藥時(shí)將藥包緩緩地放入套管內(nèi)并拉吊炮繩，用竹竿將藥包慢慢送入孔內(nèi)，并用石碴或粗砂填孔以防藥包浮出炮孔，保證爆破效果。

2.2爆破工藝的工期分析

根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告，分別選取飽和抗壓強(qiáng)度為20～25 MPa巖層及飽和抗壓強(qiáng)度為25～30 MPa巖層的區(qū)域，劃分為爆破Ⅰ區(qū)、爆破Ⅱ區(qū)，進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)，計(jì)算生產(chǎn)率。

2.2.1飽和抗壓強(qiáng)度為20～25 MPa巖層的施工生產(chǎn)率

在航道樁號(hào)K119+300～K119+400段設(shè)置寬100 m的施工試驗(yàn)區(qū)域?yàn)楸脾駞^(qū)。對(duì)已施工區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，分析現(xiàn)場(chǎng)6孔炸礁船施工生產(chǎn)效率，具體見(jiàn)表2。

根據(jù)表2爆破Ⅰ區(qū)施工生產(chǎn)率統(tǒng)計(jì)，對(duì)飽和抗壓強(qiáng)度為20～25 MPa的巖層采用爆破工藝進(jìn)行施工的生產(chǎn)率為111.26 m3/h。

2.2.2飽和抗壓強(qiáng)度為25～30 MPa巖層的施工生產(chǎn)率

在航道樁號(hào)K113+000～K113+100段設(shè)置寬100 m的施工試驗(yàn)區(qū)域?yàn)楸脾騾^(qū)。對(duì)已施工區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，分析現(xiàn)場(chǎng)6孔炸礁船施工生產(chǎn)效率，具體見(jiàn)表3。

根據(jù)表3爆破Ⅱ區(qū)施工生產(chǎn)率統(tǒng)計(jì)，對(duì)飽和抗壓強(qiáng)度為25～30 MPa的巖層采用爆破工藝進(jìn)行施工的生產(chǎn)率為118.11 m3/h。

3絞吸挖巖施工工藝

3.1絞吸挖巖工藝介紹

絞吸船通過(guò)船艉與水上管線(xiàn)連接，將鉸刀破碎的巖石通過(guò)挖泥船的大功率泥泵將碎石通過(guò)排泥管線(xiàn)輸送至指定的吹填區(qū)。

3.1.1邊坡位置逐層開(kāi)挖

采用逐層臺(tái)階開(kāi)挖邊坡，頂角的泥沙易受水浮力、重力等外力影響，導(dǎo)致崩塌滑落，最終形成固定的邊坡結(jié)構(gòu)。

結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)的土體和絞吸船的鉸刀，可以分層設(shè)置不同的區(qū)域，軟土和硬土并存，一般而言軟土的厚度大，硬土的厚度小。在底部，由于沉積量大，整個(gè)區(qū)域的土壤與上層相比較硬，需要減小挖深。結(jié)合潮汐變化確定土體的開(kāi)挖施工，漲潮時(shí)進(jìn)行表層土體施工，退潮時(shí)開(kāi)始下層土體施工，避免坍塌的情況。各層的劃分通常是根據(jù)鉸刀的性質(zhì)來(lái)確定，盡可能地保持厚度一致。

3.1.2挖深［3］

施工區(qū)域的挖掘深度取決于鉸刀的深度，且挖掘的平穩(wěn)性直接影響施工水平。在疏浚工程施工之前，應(yīng)對(duì)絞吸船中的鉸刀深度進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，根據(jù)方案標(biāo)準(zhǔn)判定深度情況。在施工的過(guò)程中結(jié)合實(shí)際情況確定鉸刀的深度值。按照工藝標(biāo)準(zhǔn)，可利用卷?yè)P(yáng)機(jī)將橋架的鋼絲繩下放，其原理是：將纜繩固定在吊架滑輪處，另一端固定在鉸刀架滑輪處，經(jīng)過(guò)必要的操作后測(cè)量深度，再設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)值，對(duì)比兩者是否出現(xiàn)較大的偏差。

3.2絞吸挖巖施工工藝流程［4］（圖2）

3.3絞吸挖巖施工工藝的工期分析

根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告，分別選取飽和抗壓強(qiáng)度為20～25 MPa巖層及飽和抗壓強(qiáng)度＞25 MPa巖層的區(qū)域，劃分為絞吸Ⅰ區(qū)、絞吸Ⅱ區(qū)，進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)，計(jì)算生產(chǎn)率。

3.4飽和抗壓強(qiáng)度為20～25 MPa巖層的施工生產(chǎn)率

在航道樁號(hào)K119+127～K119+260段設(shè)置寬100 m的施工試驗(yàn)區(qū)域?yàn)榻g吸Ⅰ區(qū)。對(duì)已施工區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，分析現(xiàn)場(chǎng)3 500 m3/h絞吸船施工生產(chǎn)率，具體見(jiàn)表4。

根據(jù)表4絞吸Ⅰ區(qū)施工生產(chǎn)率統(tǒng)計(jì)，對(duì)飽和抗壓強(qiáng)度為20～25 MPa巖層采用絞吸挖巖工藝進(jìn)行施工的生產(chǎn)率為344 m3/h。

3.5飽和抗壓強(qiáng)度為25～30 MPa巖層的施工生產(chǎn)率

在航道樁號(hào)K119+038～K119+127段設(shè)置寬100 m的施工試驗(yàn)區(qū)域?yàn)榻g吸Ⅱ區(qū)。對(duì)已施工區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，分析現(xiàn)場(chǎng)3 500 m3/h絞吸船施工生產(chǎn)效率，具體見(jiàn)表5。

根據(jù)表5絞吸Ⅱ區(qū)施工生產(chǎn)率統(tǒng)計(jì)，對(duì)飽和抗壓強(qiáng)度為25～30 MPa巖層采用絞吸挖巖工藝進(jìn)行施工的生產(chǎn)率為270 m3/h。

4爆破、絞吸挖巖工藝生產(chǎn)率對(duì)比

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采用爆破工藝及絞吸挖巖工藝的生產(chǎn)率比對(duì)，在巖層飽和抗壓強(qiáng)度為20～25 MPa時(shí)，采用絞吸挖巖工藝的平均生產(chǎn)率為344 m3/h，比采用爆破工藝的平均生產(chǎn)率高232.74 m3/h，絞吸挖巖工藝更具有效率。

在巖層飽和抗壓強(qiáng)度為25～30 MPa時(shí)，采用絞吸挖巖工藝的平均生產(chǎn)率為270 m3/h，比采用爆破工藝的平均生產(chǎn)率高151.89 m3/h，絞吸挖巖工藝更具有效率。

當(dāng)巖石強(qiáng)度在30 MPa以上時(shí)，受3 500 m3/h絞吸船鉸刀系統(tǒng)設(shè)備限制，無(wú)法采用絞吸挖巖工藝進(jìn)行施工。

5結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)比對(duì)絞吸挖巖工藝及爆破工藝的施工數(shù)據(jù)，分別對(duì)不同巖石強(qiáng)度工況下，絞吸挖巖工藝及爆破工藝的生產(chǎn)率進(jìn)行核算。

（1）數(shù)據(jù)表明，相比爆破工藝，采用絞吸挖巖工藝更具優(yōu)勢(shì)，巖石在20～30 MPa的強(qiáng)度區(qū)間內(nèi)，絞吸挖巖工藝生產(chǎn)率比爆破工藝生產(chǎn)率高192.31 m3/h，且?guī)r石強(qiáng)度越低，生產(chǎn)率差值越大。

（2）采用絞吸挖巖工藝前需提前對(duì)吹填區(qū)進(jìn)行規(guī)劃。考慮的因素包含吹填區(qū)的規(guī)模、周邊環(huán)境的生態(tài)影響、建設(shè)周期等一系列吹填施工前的準(zhǔn)備工作。相較于爆破工藝產(chǎn)生的疏浚石料的清礁堆存，絞吸挖巖工藝對(duì)于堆存場(chǎng)的圍堰建設(shè)要求更高。

（3）爆破工藝受天氣的影響較為嚴(yán)重，如疏浚物的外運(yùn)會(huì)受作業(yè)區(qū)域降雨影響，施工周期管控難度相較于絞吸挖巖工藝更大。由于絞吸挖巖工藝吹填作業(yè)不受天氣影響，可連續(xù)施工，因此能有效推進(jìn)工程的建設(shè)進(jìn)度。

（4）綜合以上，本文對(duì)比分析結(jié)論適用于主體工程采用絞吸船吹填工藝且?guī)r石強(qiáng)度較高的大型疏浚工程，此類(lèi)工程可利用已有吹填區(qū)和堆存場(chǎng)圍堰，將20～30 MPa的較硬巖爆破疏浚轉(zhuǎn)化為絞吸開(kāi)挖，從而提高施工效率，縮短建設(shè)周期，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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［2］GB6722-2014，爆破安全規(guī)程［S］.

［3］秦記華.絞吸式施工技術(shù)在航道疏浚工程中的應(yīng)用［J］.四川建材，2020（4）：106-107.

［4］JTS 207-2012，疏浚與吹填工程施工規(guī)范［S］.

作者簡(jiǎn)介：張我貴（1991—），工程師，研究方向：水運(yùn)工程。