絞吸挖巖與爆破工藝在較硬巖疏浚工程中的對比分析

摘要：平陸運河15標航道疏浚工程中，由于地質(zhì)情況較為復(fù)雜多變且?guī)r石強度高，擬選用絞吸挖巖或爆破工藝進行疏浚施工。文章通過比對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，確定巖石強度為20～30 MPa時項目應(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

中文分類號：U616+.2A050113

0引言

航道開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、小型機械開挖，或液壓破碎、控制爆破和一般爆破等。平陸運河15標段工程疏浚工程量較大，地質(zhì)條件復(fù)雜且?guī)r石強度高，含大量飽和抗壓強度在20～30 MPa的較硬巖，此類巖石可選用絞吸挖巖或爆破工藝進行疏浚施工。本文通過比選巖石強度相近的情況下，絞吸挖巖工藝與爆破工藝的施工效率，確定針對此類較硬巖的施工工藝，以提高施工效率，縮短航道建設(shè)周期。

1工程概況

1.1項目簡介

平陸運河15標段工程地點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，長度為22.02 km。

1.2項目地質(zhì)情況

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

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

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)場實際，在爆破施工前利用抓斗挖泥船作業(yè)完成對爆破區(qū)域范圍內(nèi)表面覆蓋層、松動塊石的清除工作。采用同排孔間微差起爆的方法控制爆破振動，控制合理抵抗線和堵塞長度，確保達到良好的爆破效果。見圖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。潛孔鉆機孔距為2.5 m，鉆孔直徑為115 mm，一次開鉆可同時完成8孔的鉆機工作。

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以內(nèi)，完全滿足定位精度要求。鉆爆船的移動靠絞錨完成。每鉆完一排孔后再進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、孔深計算

鉆孔船只固定好后可進行鉆孔，開鉆孔時根據(jù)當前水位計算該鉆孔深度。鉆孔深度=當前實測水位-設(shè)計底標高+超深值。先下套管壓緊地面，再下鉆桿，打開供風(fēng)閥供風(fēng)，上下反復(fù)沖擊同時套管壓緊，使套管壓入地面護好孔口，即可開始正常鉆進。鉆到設(shè)計孔深后，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］

搬運人員按《爆破安全規(guī)程》（GB 6722-2014）進行，特別要強調(diào)不得帶打火機、火柴，關(guān)閉手機電源。爆破員辦好領(lǐng)用手續(xù)，拉好安全網(wǎng)再搬運，領(lǐng)取數(shù)量以當班用量為準。運到鉆機船后，由爆破員保管并進行加工，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)進行，每條藥包長度控制在2 m以內(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，用膠帶把雷管腳線與吊炮繩綁扎在一起，安裝雷管的延時時間由爆破工程技術(shù)人員根據(jù)自由面、周圍保護物情況確定。段別布置的原則：減小爆破振動，提高爆破效果。裝藥時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)勘探報告，分別選取飽和抗壓強度為20～25 MPa巖層及飽和抗壓強度為25～30 MPa巖層的區(qū)域，劃分為爆破Ⅰ區(qū)、爆破Ⅱ區(qū)，進行生產(chǎn)性試驗，計算生產(chǎn)率。

2.2.1飽和抗壓強度為20～25 MPa巖層的施工生產(chǎn)率

在航道樁號K119+300～K119+400段設(shè)置寬100 m的施工試驗區(qū)域為爆破Ⅰ區(qū)。對已施工區(qū)域進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，分析現(xiàn)場6孔炸礁船施工生產(chǎn)效率，具體見表2。

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

2.2.2飽和抗壓強度為25～30 MPa巖層的施工生產(chǎn)率

在航道樁號K113+000～K113+100段設(shè)置寬100 m的施工試驗區(qū)域為爆破Ⅱ區(qū)。對已施工區(qū)域進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，分析現(xiàn)場6孔炸礁船施工生產(chǎn)效率，具體見表3。

根據(jù)表3爆破Ⅱ區(qū)施工生產(chǎn)率統(tǒng)計，對飽和抗壓強度為25～30 MPa的巖層采用爆破工藝進行施工的生產(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

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

3.1.1邊坡位置逐層開挖

采用逐層臺階開挖邊坡，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挖施工，漲潮時進行表層土體施工，退潮時開始下層土體施工，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)對絞吸船中的鉸刀深度進行準確的測量，根據(jù)方案標準判定深度情況。在施工的過程中結(jié)合實際情況確定鉸刀的深度值。按照工藝標準，可利用卷揚機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)過必要的操作后測量深度，再設(shè)定標準的參數(shù)值，對比兩者是否出現(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)勘探報告，分別選取飽和抗壓強度為20～25 MPa巖層及飽和抗壓強度＞25 MPa巖層的區(qū)域，劃分為絞吸Ⅰ區(qū)、絞吸Ⅱ區(qū)，進行生產(chǎn)性試驗，計算生產(chǎn)率。

3.4飽和抗壓強度為20～25 MPa巖層的施工生產(chǎn)率

在航道樁號K119+127～K119+260段設(shè)置寬100 m的施工試驗區(qū)域為絞吸Ⅰ區(qū)。對已施工區(qū)域進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，分析現(xiàn)場3 500 m3/h絞吸船施工生產(chǎn)率，具體見表4。

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

3.5飽和抗壓強度為25～30 MPa巖層的施工生產(chǎn)率

在航道樁號K119+038～K119+127段設(shè)置寬100 m的施工試驗區(qū)域為絞吸Ⅱ區(qū)。對已施工區(qū)域進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，分析現(xiàn)場3 500 m3/h絞吸船施工生產(chǎn)效率，具體見表5。

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

4爆破、絞吸挖巖工藝生產(chǎn)率對比

通過現(xiàn)場采用爆破工藝及絞吸挖巖工藝的生產(chǎn)率比對，在巖層飽和抗壓強度為20～25 MPa時，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。

在巖層飽和抗壓強度為25～30 MPa時，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。

當巖石強度在30 MPa以上時，受3 500 m3/h絞吸船鉸刀系統(tǒng)設(shè)備限制，無法采用絞吸挖巖工藝進行施工。

5結(jié)語

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

（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，巖石在20～30 MPa的強度區(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吹填區(qū)進行規(guī)劃?？紤]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，絞吸挖巖工藝對于堆存場的圍堰建設(shè)要求更高。

（3）爆破工藝受天氣的影響較為嚴重，如疏浚物的外運會受作業(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，因此能有效推進工程的建設(shè)進度。

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

參考文獻：

［1］JTS_204-2008，水運工程爆破技術(shù)規(guī)范［S］.

［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］.

作者簡介：張我貴（1991—），工程師，研究方向：水運工程。