超高硬度礁石水下鑿巖除礁施工技術(shù)探索

楊金鋒

摘 要：當前清除水下超高硬度礁石的施工，通常會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，且具有較高的危險性，因此對周圍建筑物及施工人員的人身安全等均會造成較大安全威脅。故而本文將結(jié)合具體項目案例，探索一種全新的超高硬度礁石水下鑿巖除礁施工技術(shù)，以期能夠為相關(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，操作危險性較大、容易影響周圍建筑物安全及難以有效清除抗壓強度超過70MPa礁石的問題。通過靈活運用各種各樣的疏浚設(shè)備，針對超高硬度礁石特點設(shè)計一種有效水下鑿巖除礁施工技術(shù)的同時，也能夠為實際開展水下鑿巖除礁施工給予相應(yīng)實踐指導與幫助。

1.項目概況

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）航道擴能升級工程清礁工程為例。該航道擴能升級工程全長171km，沿途經(jīng)過城鎮(zhèn)生活區(qū)、橋梁、電廠與碼頭等，同時在部分施工水域涉及廣東魴國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)及西江珍稀魚類省級自然保護區(qū)，保護區(qū)生活著國家級、省級水生保護生物。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化至強風化的花崗巖以及其他堅硬巖為主。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)勘查結(jié)果顯示，強風化花崗巖層結(jié)構(gòu)大部分破壞，礦物成分出現(xiàn)明顯變化，風化裂隙發(fā)育且?guī)r體破碎，干鉆鉆進難度巨大。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，有風化裂隙發(fā)育，巖體較破碎且同樣存在干鉆鉆進難度大的特點。巖層厚度在1m至6m之間，層頂埋深為1m至5m。微風化花崗巖結(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、省級自然保護區(qū)，采用水下爆破施工工藝會對沿岸居民、建筑物安全及自然保護區(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)，以期能夠為相關(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

本文通過結(jié)合工程實際情況，同時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設(shè)備，雖然可以在一定程度上幫助完成強風化巖石的開挖施工，但難以有效完成中風化及微風化花崗巖的開挖，尤其是針對抗壓強度超過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被轉(zhuǎn)化成對巖石的水平力，由此達到剝離巖石的效果。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)無需進行水下爆破施工，大大減少了對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際，并嚴格參照國家相關(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)，采用如下公式計算鉆孔深度：

在這一公式當中，H代表鉆孔深度，h1、h2則分別代表著設(shè)計底高程值與設(shè)計超深值，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中獲取的相關(guān)參數(shù)代入上述公式中，經(jīng)過計算最終將鉆孔深度設(shè)定為0.5m。要求在布設(shè)鉆孔時，每隔0.5m布設(shè)一個鉆孔，且保障所有鉆孔孔徑均完全相同。但在實際施工過程中，施工人員需要隨時密切觀察鉆孔情況，以便能夠?qū)︺@孔密度和鉆孔數(shù)量進行靈活調(diào)整，確保其始終與工程實際以及相關(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，進行淬火處理提升鋼材硬度。依照鉆孔實際大小制備圓錐形鋼錠，將鉆孔孔徑設(shè)定為0.1m，在與實際破壞巖層的范圍面積進行充分考量后，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，工作人員重新對鋼錠的形狀與尺寸進行優(yōu)化調(diào)整，并適當加深鋼錠入孔深度，在有效增加鋼錠在錘鑿過程中的穩(wěn)定性的同時，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，工作人員每隔一個鉆孔布設(shè)一個鋼錠，未布設(shè)鋼錠的鉆孔可為破礁預留出充足空間。

2.4重錘錘擊施工

為有效節(jié)約施工成本，工作人員通過對現(xiàn)有資源進行優(yōu)化整合與充分利用后，對既有的大型抓斗船進行改造，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已經(jīng)布設(shè)完鋼錠的礁石區(qū)域進行反復錘砸。在實際錘砸時，需要工作人員借助GPS系統(tǒng)對作業(yè)船進行精準定位，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離合器松開，此時升至一定高度的重錘將會做自由落體運動，利用其自重對超高硬度礁石進行夯擊，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不允許將其徹底從水面中提出，否則會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到破巖效果，同時還會被夯入鉆孔之內(nèi)，對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。而對于部分巖質(zhì)極為堅硬的區(qū)塊，工作人員可以視情況適當增加夯擊次數(shù)或是加密夯擊點，逐排重復進行夯擊作業(yè)直至所有礁石全部破除。最后利用抓斗船進行開挖施工，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，再次進行破巖以達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行清礁，并對各層清礁厚度進行嚴格控制。結(jié)合作業(yè)船的實際作業(yè)寬度，工作人員將行距與排距分別設(shè)定為10m和1.5m，點間距則嚴格控制在1m，清礁作業(yè)中要求工作人員將各分區(qū)上層一邊起點作為起始開挖點，直至挖到終點后再拖船至該分區(qū)一邊重新定位進行下一層開挖，最終完成該分區(qū)內(nèi)的全部清礁施工作業(yè)。當清礁作業(yè)全部結(jié)束后，工作人員立即使用專業(yè)的測量儀器設(shè)備精準測定水深，判斷是否存在淺點或是漏鑿點，而后根據(jù)實際情況及時進行二次布設(shè)鋼錠并再次進行多次補鑿，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，針對超高硬度礁石，在進行水下鑿巖除礁施工時，工作人員需要充分結(jié)合工程實際，并嚴格按照國家相關(guān)標準要求，合理選用與之相適宜的施工技術(shù)，并科學設(shè)定包括鉆孔與鋼錠布設(shè)、鋼錠與重錘尺寸等在內(nèi)的各項關(guān)鍵施工參數(shù)。在實際施工過程中，工作人員也需要密切關(guān)注具體施工動態(tài)，依照實際施工情況隨時對鋼錠的形狀尺寸、入孔深度以及重錘錘擊頻率等進行靈活調(diào)整，以便能夠真正達到水下鑿巖除礁的效果。在該工程中，運用鉆孔與布設(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，減少了對附近居民、建筑物的影響，同時也保護了施工水域生態(tài)環(huán)境，加之該項施工技術(shù)操作便捷、施工成本相對較少，因此具有較高的應(yīng)用價值。

參考文獻：

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