凿岩棒在禁爆项目中的应用

陈开堤，石全贵，林文电

（中交三航局厦门分公司，福建　厦门　361006）

凿岩棒在禁爆项目中的应用

陈开堤，石全贵，林文电

（中交三航局厦门分公司，福建厦门361006）

凿岩棒破岩清礁是一种简便、环保的施工工艺，对改建码头附近原有建筑物或设施破坏性小。文章从施工原理、施工工艺、施工质量控制和应用情况等方面阐述了凿岩棒在禁爆项目中的应用。在码头改建项目中，破岩清礁效果良好。

基槽；凿岩棒；破岩；清礁；抓斗船

在国家大力实施“走出去”战略和加大海外投资的有利形势下，如何攻克各类工程难点成为各企业技术和管理的“名片”。本文就阿尔及利亚奥兰港Conakry和Senegal码头加固工程对凿岩棒在码头改建项目基槽破岩清礁施工中的应用进行阐述。

1　工程概况

该项目地处阿尔及利亚第二大港——奥兰港，属地中海改建码头项目。施工内容为由旧码头往海侧平移重建块体结构的码头，工程包括Senegal和Conakry 2个码头的施工。Senegal码头长约392 m，基床顶标高-13.05 m；Conakry码头长约260 m，基床顶标高-11.55 m。连接两个码头的RO-RO泊位长52 m，基床顶标高-10.00 m。主要结构较为简单，底部1.00 m厚的基床，20 cm碎石整平后安放4层素混凝土工字块，拐角处为角部沉箱，块体之间镂空部分抛填1～15 kg块石，顶部为钢筋混凝土胸墙，码头和RO-RO泊位分别安装80 t和100 t系船柱，圆柱体护舷以及安全爬梯。施工平面图见图1。

图1　施工平面图Fig.1　Plan layout of project

本工程中的主要难点之一为Conakry码头P20—P40强风化—中风化岩的基槽清礁，长度约100 m，宽度为9 m，边坡坡度为2∶1，厚度约为3.5 m，要求精确定位清礁方量约为3 700 m3。通常情况下，航道工程中的破岩都是采用爆破炸礁方案，然后用挖泥船清除，但是，本工程是改建工程，为了保证7.5 m处旧码头结构和距离18 m处邮轮大厅的安全运营，当地港务局、环保局等有关部门都不允许采用爆破炸礁方案。因此，采用凿岩棒和抓斗船施工清除风化岩的施工工艺[1]。

2　施工原理

用抓斗船清除表面淤泥后，将抓斗更换为铸钢凿岩棒，将凿岩棒提升至一定高度后自由落下，依靠重力作用冲击海床，以撞击力击碎岩石。

3　施工工艺

3.1确定凿岩棒载体

本项目其它基槽挖泥采用抓斗式挖泥船，基槽破岩清礁面积相对较小，但是定位精度要求较高，可以充分利用抓斗船作为凿岩棒载体，无需投入额外的人员和设备资源。

3.2凿岩棒的选型

凿岩棒的选型直接关系到凿岩施工的成功与否以及效率的高低，是本工艺的重中之重。需根据岩质条件、载体类型及安全距离的要求选择合适形状和重量的凿岩棒。

3.2.1确定凿岩棒形状

由于本项目礁石为连续性岩盘，为确保破碎效果，采用斧头式凿岩棒（图2）。这种凿岩棒形似斧头，有利于凿岩棒能量向两侧传递，增加对岩石的破坏作用，并且在凿岩棒嵌入岩石过深时可减少棒体侧向摩阻力，便于凿岩棒的再次提升。

图2　斧头式凿岩棒Fig.2　Axe-type rock chiseling hammer

3.2.2确定凿岩棒重量

根据抓斗船的船机参数，起吊滚筒拉力为450 kN，安全制刹能力为1.25倍滚筒拉力，结合破岩清礁区域的礁石为强风化—中风化岩，考虑施工过程船机损耗（例如刹车配件的易磨耗）等综合成本因素，确定选用15 t的凿岩棒。

3.2.3验证安全距离

根据凿岩棒的施工原理，依靠重力作用冲击岩石，其产生的冲击波和振动波可能会对本项目附近的旧码头和邮轮大厅造成影响或破坏。其中冲击波与凿岩棒形状有关，振动波及范围与凿岩棒重量有关。由于凿岩棒和炸药水下爆破除了能量释放速率不一样外，其他效应基本相同，因此，其产生的冲击波及振动波可参照炸药水下爆破的影响进行分析。

1）冲击能的计算

考虑凿岩棒受水体、钢丝绳、起吊滚筒的阻力等因素，凿岩棒的冲击能小于其自由落体产生的重力势能，因此，可以以全部重力势能转变为对海床的冲击能，计算所得的安全系数是可靠的。式中：E为凿岩棒的冲击能，J；m为凿岩棒的重量，kg；g为重力加速度，取9.8 m/s2；h为凿岩棒提升后至海床撞击点的高度，本项目取15 m。

根据式（1）进行计算，得到15 t凿岩棒的冲击能为2 205 000 J。

2）炸药当量的换算式中：Q为炸药当量，kg；E为凿岩棒冲击能，J；C为常用硝铵类抗水岩石炸药爆炸比热，取4 015 000 J/kg。

根据式（2）计算得15 t凿岩棒冲击能换算炸药当量：Q=0.55 kg。

3）安全距离的计算式中：R为安全距离，m；K为施工点至保护对象区间的与地形、地质条件有关的系数，可参照JTS 204—2008《水运工程爆破技术规范》[2]中表6.3.3取值，本项目取K=250；V为安全振动速率，m/s，可参照《水运工程爆破技术规范》中表6.3.2取值，本项目取V=5 m/s；α为衰减系数，可参照《水运工程爆破技术规范》中表6.3.3取值，本

项目取α=1.8；m为炸药量指数，取1/3。

根据式（3）计算安全距离：

综上，本项目选取的15 t凿岩棒的安全距离为7.20 m，且忽略了多项阻力，完全满足本项目7.5 m处旧码头结构和18 m处邮轮大厅的安全稳定要求。

3.3施工方法

3.3.1船组定位

船组定位采用岸标定位和吊杆顶端GPS卫星定位系统精确定位相结合的方法，保证施工质量。3.3.2面层清挖和试凿

为了减少岩层表面的淤泥、砂石等软质土类削弱凿岩棒的撞击能量，同时确定礁区的范围、厚度及地质情况，先进行面层的清挖。清挖过程根据土质适时更换斗型，直到抓斗无法清挖才采用凿岩棒破岩清礁。

根据现有地质资料选择岩石强度最大的区域作为试凿区，通过试凿作业为凿岩棒的改进、凿岩布点间距和提升高度提供依据。

3.3.3确定凿岩布点间距

一般情况下，凿岩棒的布点间距控制在凿岩棒厚度或直径的1.5～2.0倍，不同岩质[3]和凿岩棒的布点参考间距见表1。结合试凿作业收集整理的相关数据，初步选取本项目的布点间距为2.0 m。

表1　　不同岩质和凿岩棒的布点间距参考表Table 1　Reference spacing of positioning of rock-chiseling hammer in different types of rocks m

3.3.4凿岩施工

凿岩施工按照“布点凿岩→抓斗清渣→扫海筛浅点→凿浅点→抓斗清渣”步骤循环施工[4-5]，根据分层凿岩过程中每一层的岩质变化，相应调整布点间距，确保破岩清礁质量，提高施工效率。

3.4质量控制

1）严格按凿岩布点间距开凿，避免凿岩点不均匀，提高岩石破碎率，降低清渣对抓斗的损害。

2）定期、分层扫海筛选浅点，采用GPS卫星定位系统扫海测深仪器测深，全面反映出浅点分布情况，防止出现漏凿区，结合测量结果及时调整施工部署和布点间距等参数。

3）定期、分层探摸岩区的最新情况，分析前一期凿岩成果，为下一期凿岩部署提供基础资料。

4　应用效果

本工程属改建工程的破岩清礁，采用15 t斧头式凿岩棒施工，Conakry码头P20—P40破岩清礁方量约为3 700 m3，保证了距离7.5 m处旧码头结构和18 m处邮轮大厅的安全运营，得到当地港务局、环保局等有关部门的赞许。施工过程中，整个项目采用同一船组进行挖泥、破岩和清礁施工，减少投入，节约成本，同时最大程度提高了海外项目大型船机的利用率。

5　结语

在爆炸清礁受限或禁止的国家和地区，采用凿岩棒在码头改建、扩建项目破岩清礁是一种合适的具有较好社会效益和经济效益的施工工艺，本文的管理和施工技术对码头改建、扩建等禁爆项目有一定的借鉴价值。

[1]谭永想.凿岩棒与绞吸船组合施工工艺在疏浚工程中的应用[J].中国港湾建设，2015，35（12）：50-52. TAN Yong-xiang.Application of rock breaking hummer and cutter suction dredger combination technology in dredging project[J]. China Harbour Engineering,2015,35(12):50-52.

[2]JTS 204—2008，水运工程爆破技术规范[S]. JTS 204—2008,Technical code of blasting for port and waterway engineering[S].

[3]JTS 133—2013，水运工程岩土勘察规范[S]. JTS 133—2013,Code for geotechnical investigation on port and waterway engineering[S].

[4]刘永彬.浅谈凿岩棒施工工艺[C]//中国交通建设集团有限公司第一届科技大会论文集.2009：202-207. LIU Yong-bin.The construction technology of Rock-chiseling Rod [C]//The first technology conference proceedings of CCCC.2009: 202-207.

[5]许俊海，曹羽.凿岩棒凿岩工艺在友谊港疏浚工程中的应用[J].中国水运，2013，13（7）：235-236. XU Jun-hai,CAO Yu.Application of rock-chiseling rod in project of port of friendship[J].China Water Transport,2013,13(7):235-236.

Application of rock-chiseling hammer in explosive-forbidden project

CHEN Kai-di,SHI Quan-gui,LIN Wen-dian
（Xiamen Branch of CCCC Third Harbor Engineering Co.,Ltd.,Xiamen,Fujian 361006,China）

The application of rock-chiseling hammer in breaking rock and clearing reef is a convenient and environmentalfriendly construction technique,which has such advantages as minimized destruction to the existing structures and facilities adjacent to the quay to be reconstructed,convenient,and easy operation maneuver.We elaborate on the application of rockchiseling hammer in rock-breaking and reef-clearing during construction of foundation bed in explosive-forbidden project by expounding the construction theory,construction technique,quality control and the result of its application for the purpose of serving as a valuable reference for explosive-forbidden project such as reconstruction and extension projects.

foundation bed;rock-chiseling hammer;rock-breaking;reef-clearing;grab dredger

U615；U653.5

B

2095-7874（2016）09-0031-03

10.7640/zggwjs201609007

2016-03-29

陈开堤（1984—），男，福建三明市人，工程师，从事港口与航道工程管理工作。E-mail：270066701@qq.com