某疏浚工程凿岩工艺及后期扫浅介绍①

谢三平

摘 要：某造船基地疏浚工程的岩石方量大，施工范围与在建码头的施工作业面相壤，施工干扰大，加上前期施工延误造成了较大的工期压力。受制于爆破施工严格管控、成本控制、进度要求等，采用了凿岩工艺清除岩石，并根据岩石分布分布集中，岩质坚硬而整体性强的特点对凿岩工艺进行了创新，高效、安全地清除了80余万m3岩石，为提前40天完成工程施工任务奠定了基础。扫浅阶段，针对软、硬土区域的不同要求分别采用拖钢丝扫浅及槽钢拖平工艺进行施工，取得了良好的效果。对施工方法进行分析介绍，可为类似施工提供借鉴。

关键词：疏浚工程 岩石清除 凿岩工艺 拖钢丝扫浅 槽钢拖平 施工

中图分类号：U616+.2 文献标识码：A 文章编号：1674-198X（2015）03（b）-0079-04

Introduction of rock drilling technology and shallow point dredging in the dredging project

Xie Sanping

（Yangpu Guoxing Engineering Construction Co.Ltd，Haikou Hainan，570203，China）

Abstract：The dredging project was delayed by huge rock volume and construction interferences.Subject to explosive control， cost control， progress requirements，construction unit adopted rock drilling technology in this project.According to the centralized distribution rock is solid and holonomic，construction unit maked innovation for the rock drilling technology.The application of the improved technology maked more than 800 thousand Cubic rock been dredged safely and efficiently，and the project completed ahead of schedule for 40 days.In the last stage of the project，construction unit dredged shallow point with wire rope and U-bar in different areas，that achieved favorable results.This paper carries out an introduction of the construction method，which may serve as reference for similar projects.

Key Words：Dredging engineering；Rock dredging；Rock drilling technology；Shallow point dredging with wire rope；Shallow point dredging with U-bar；Construction

1 工程概況

某造船基地疏浚工程位于该基地东侧，与珠江直接相连，疏浚区域长约4.2km，最宽约1km。拟疏浚区大部分区域为水域，自然泥面标高为0.50～-10.0m，少部分区域为陆域。共分三个单位工程：停泊水域疏浚，设计疏浚泥面标高为-9.5m；移船区（支航道）疏浚，设计疏浚泥面标高为为-8.5m；调头区疏浚，设计疏浚泥面标高为为-8.5m。设计边坡均为1∶7，具体施工范围详见图1。

根据设计文件，该工程疏浚工程量合计682.3836万m3，其中包含有2级土、5级土、15级土及部分抛石，各单位工程的疏浚工程量情况详见下表。

2 工程特点及施工过程简介

本工程15级土较多，共计80余万m3。工程施工期间由于种种原因的干扰造成后期施工进度严重滞后。岩石区域集中，在水底的形态就如同小山包一般中间高两边矮。岩石体除表层为强风化、全风化混合花岗岩外，岩心为原地质钻探资料所没有描述的花岗岩层，岩质坚硬而整体性强。因而使用大型抓斗船舶依靠抓斗的重力进行掘取，效率极低。在最大使用了25m3的抓斗进行挖掘依然挖不起石块后，施工单位放弃了这一岩石清除方式。工程区域敏感，有关方面对爆炸物进行了严格控制，用炸礁的方式清除80多万m3的礁岩其申请、审批的时间远远超过工期要求。最终受制于施工条件，并考虑工期要求、工程成本控制等因素，施工单位采用了凿岩工艺进行岩石清除，并在使用过程中根据具体施工情况及时改进了凿岩工艺，顺利啃下了这块硬骨头，为提前40天完工打下了基础。

此外，为了提高硬土的开挖效率，本工程前期采用大型抓斗船舶进行开挖，斗大而重，造成了软土区域的超挖问题，同时受制于抓斗船机动性差的弊端，后期浅点分散孤立。针对这一情况，施工单位在后期对软、硬土区域分别采用拖钢丝扫浅及槽钢拖平工艺进行施工。从施工前后的水深对比分析来看，上述措施较好地达到了其原先设想的“削峰填谷”平整海床的效果：施工区域无浅点，水下土面平整度较好！

3 凿岩工艺简介

3.1 凿岩工艺过程

需要的机具：经改造后装配有凿岩棒的抓斗船；依靠抓斗船起吊装置和动力装置进行升落的凿岩棒；进行清石处理的辅助船舶（大型抓斗或是反铲船）。

凿岩工艺的施工过程：首先使用凿岩棒进行岩石锤击，通过凿岩棒的反复升落依靠其重力和落锤时的冲量对石体进行破坏，使其分裂破碎。移走凿岩船舶使用大型重斗挖泥船和大型反铲挖泥船将碎石抓起弃置于泥驳中运走。碎石抓取完后再拖进凿岩船舶进行下一轮的锤击。

3.2 凿岩棒的分类及适用范围

作为凿岩工艺的关键机具，本工程针对不同的岩石情况使用了不同的凿岩棒：圆柱式凿岩棒、四角桩式凿岩棒和梅花桩式凿岩棒。

（1）圆柱式凿岩棒：为一长2.5m，直径1m，重量达15吨的圆柱状实心钢桩。同时为了提高撞击压强将桩头部削成三向刀面状，其形态见图3。

圆柱式凿岩棒自身重量大，施力作用面积小，压强大。在经起重设备吊起离开水面7～8m后，依靠重力自由下落砸入水下石体中，从而凿碎、凿裂石体。此种凿岩棒适合于对岩层厚，作用面小且陡的岩心部位的开凿施工。在本工程的施工过程中，正是充分利用了圆柱式凿岩棒的重锤敲击作用才在短短数月的时间里将最厚近7m的岩心部位顺利清除。

（2）四角桩式凿岩棒由4条支桩和顶部的中心柱组成，高为3m，重达10吨。其形态见图4示。

四角桩式凿岩棒自身重量不如圆柱式凿岩棒大，但由于其只有4条支桩的角点接触石面，接触面积小故其压强较大，因而对岩体上石面较平整，可操作面较大的区域有很好的作用效果。此凿岩棒受其角点作用面小的限制，在工程应用中不能快速地将石层较厚区域的岩石砸碎而只能将石面凿裂以此破坏其整体性。凿裂后对分成相对较小的石块再使用大型反铲挖泥船上的反铲进行铲掘清理出水底。此种凿岩棒可适用于岩体四周非岩心地带的薄层岩体清除施工。

（3）梅花桩式凿岩棒高2.2 m，重达12吨。其外形类似于四角桩式凿岩棒，只是其底部接触为面接触。同时为了增大接触石面时的压强，在4个接触底面上还布满了若干齿状圆锥突起，其形态见图5。

梅花桩式凿岩棒自身重量比四角桩式凿岩棒重，同时其接触面积比圆柱式凿岩棒小，故而其适用范围及作用效果界于二者之间。在本工程中此种凿岩棒与四角桩式凿岩棒配合使用对岩石四周范围较大的非岩心区域进行敲凿施工。从施工效果上来看，岩层在经过四角桩式凿岩棒的重击开裂后再使用梅花桩式凿岩棒进行压碎式敲凿可大大提高抓斗船及反铲船的抓掘效率。

4 创新使用凿岩工艺

在以往的工程实践中凿岩工艺的使用一般都是遵循淤泥的开挖方式由水深较浅处开始向下开挖。本工程一开始也是如此操作。但由于本工程岩石岩层厚度大，石质坚硬，整体性较好。特别是水深较浅的岩心区域不但难以敲碎凿裂，较为不平整且陡峭的石面也增加了落锤难度。重锤无法完全敲击到石面上，一方面使得凿岩棒的重力势能只能部分转换为破坏石面的功，效率低下。另一方面此时落锤如同打空的马鞭一样将产生极大的回环力。这一破坏力对吊拉着它的锁链和扣环会造成很大的伤害。一段时间的积累作用下锁链和扣环将会产生疲劳破坏（见图6）。

此种开凿方式施工岩石清除进度慢，无法按期完工。在此种情况下施工单位结合本工程的特点，大胆提出放弃由浅到深的开凿方式而采用先凿周边较薄，风化程度较高的边缘石层，之后逐渐向岩层厚，强度高，整体性强的岩心推进开凿的方式施工。此种开凿方式的好处在于周边岩石的石面较为平整便于凿岩棒的落锤，而同样高度落下的凿岩棒其落到较深处石面时可转化的重力势能要大，破坏石面的功也相应增大。这样不但能将岩体外缘的石层敲碎可以抓紧时间清除尽可能多的岩石，同时还能振裂与其临近的石面从而产生新的薄弱面。施工单位形象地将这一开凿方式称为“农村包围城市”。

正是在这一创新的凿岩方式下，施工效率有了大幅度的攀升。平均每天两组凿岩船组能够开挖近10000m3的纯石块方量。改进施工后不到一个月就顺利完成了硬土区域内的工程量，为提前40天完工打下了坚实基础。

5 槽钢扫海拖平工艺[1]

槽型钢拖平工艺是指：首先将多条槽型钢焊接成长柱体状的槽型钢条，将此钢条悬吊、绑扎于抓斗船旁，根据实时潮位及设计水深定深放入海中，在自航的泥驳拖带下拖动此槽型钢在施工水域做往复运动。这一措施可以依靠槽钢的自重和船舶向前航行的拖力将水下部分高于设计水深的泥堆推平到旁边超挖的区域，从而达到整平的效果。

本工程将该工艺用于土质较硬的区域扫浅施工，获得了较好的施工效果。以下是该工艺在工程实施过程中的相关图片资料（见图7、图8）。

6 耙吸船拖钢丝扫浅工艺

耙吸船拖钢丝扫浅具有成本低、效果快的特点，适合于疏浚长度长，淤泥等软土质，浅点分散孤立的局部扫浅。在本工程后期通过施工测图发现移船区（支航道）内浅点多并且较分散，通过抓斗逐个挖除效率低并且碍航时间长，同时本区域土质绝大部分是软土，因此在此区域的扫浅施工中采用了耙吸船拖钢丝扫浅工艺，高效、安全的扫清了施工区域内的浅点。

该工艺施工流程大体分三个阶段：钢丝安装，施工使用，钢丝检查。

6.1 钢丝安装要求

6.1.1钢丝绳选取及长度量取[2]

（1）为了保证施工的安全性，掃浅钢丝直径不宜太粗（取Φ18mm），扫浅钢丝与耙头之间的钢丝可粗些，取原船舶废弃的弯管钢丝（Φ26mm），详见图9。

（2）钢丝绳长度计算：通过现场测试选择的合适长度：L3=2×（挖深+潮位-吸口吃水）+15。

6.1.2 抛锚停车后安装钢丝绳

（1）钢丝两端都插琵琶头，为防止施工中钢丝缠绕，粗钢丝与细钢丝之间用旋转接头进行连接，而粗钢丝的一头则与耙头格栅用千斤与卸扣连接。

（2）在一侧将Φ26mm与Φ18mm钢丝连接好，然后用牵引钢丝沿着船旁绕过船尾引到另一侧，通过导缆孔由绞缆机将钢丝收到另一侧耙头下，稍加固定后安装到耙头格栅上。

6.2 施工使用要求[1]

（1）调整好船位顶水施工。

（2）将双耙下放到设计水深并定深施工，确保钢丝绳能够准确有效得切削浅点。

（3）密切观察水面上耙头钢丝绳倾斜角度，同时通过监控注意水下耙臂的姿态；合理使用车舵，确保船速控制在1～2节之间，同时尽量走线准确使浅点落在双耙之间，确保钢丝绳对浅点的有效作用；若加车无效，则应怀疑为拉到障碍物，此时应立即慢车，并命令操耙手减少耙头下耙深度；施工过程中应加强航行望并主动与其他船进行联系，确保航行安全；耙头扫过浅点后应再向前航行一段长度，确保钢丝绳能完全扫过浅点；耙头拎起后，开始掉头，过程中要确保双耙离地，同时耙头深度>船艉吃水+1m，加大船舶回旋半径，为下一次的扫浅施工留出足够调整空间。

6.3 钢丝检查要求

（1）每6 h检查一次钢丝绳磨损、断裂情况，以及旋转接头等设备情况。选择水深>船艉吃水+3m，同时流压角较小的水域进行检查，以确保水下耙头的安全同时避免横流使钢丝绳发生横向漂流，远离浮筒，并尽量在浮筒下游作业。

（2）检查流程：①单边停车同时该边耙臂上架，另一边耙头深度>船艉吃水+1m。②将牵引钢丝一端通过卸扣与上架钢丝连接，另一端缠绕至绞车上，同时应利用导向将牵引钢丝的提升方向固定，避免水下钢丝绳被拉入螺旋桨中。③开动绞车拉起钢丝，一定时间后观察另一边耙头处钢丝绳姿态：如钢丝绳有向船体倾斜的趋势，则说明钢丝绳未断，立即停下绞车并在牵引钢丝上做下标记，以方便下次检查时参考。钢丝绳始终未发现倾斜趋势，则因怀疑钢丝绳断裂（图10），此时放慢绞车速度，将钢丝绳全部拉起更换，重新安装。

7 结语

本工程施工范围内包含有三个不同设计水深的功能区域，施工范围与在建码头的施工作业面相壤，受码头建设干扰巨大，施工条件恶劣。施工所包含的15级土方量大、分布集中，施工作业面小。对于这样一个施工条件复杂，工程后期进度压力巨大的情况，施工单位在日常管理工作中寻求突破，从自身施工上挖掘潜力，灵活高效地进行生产安排，依靠创新使用的凿岩工艺经济、有效地清除了80万m3礁石群，并针对软、硬土区域的不同要求分别采用拖钢丝扫浅及槽钢拖平工艺进行扫浅施工，从而提前40天完成了工程施工任务，为施工单位在南方疏浚市场树立了品牌。

参考文献

[1] 钱增卫，陶秀峰.耙吸船扫浅工艺介绍[M].上海：中港疏浚有限公司，2011.

[2] 陳建平.软式扫浅在港池疏浚工程的应用[J].地理空间信息，2012（4）：155-156.

[3] JTJ 319-99 疏浚工程技术规范[S].

[4] JTJ320-96疏浚岩土分类[S].

[5] JTS257-2008水运工程质量检验标准[S].