下水库进出水口预留岩坎爆破水下出渣设计

韩立阳,张轶臣

(中水东北勘测设计研究有限责任公司,吉林 长春 130021)

下水库进出水口预留岩坎爆破水下出渣设计

韩立阳,张轶臣

(中水东北勘测设计研究有限责任公司,吉林 长春 130021)

文中系统地介绍了某抽水蓄能电站下水库进/出水口的水下出渣设计,主要包括对国内深水出渣工程设备的调研、设备选型及出渣方案设计.通过对水下出渣抓斗、起重设备、负压吸管进行了效率分析,最终确定了水下出渣强度和施工进度安排.

深水出渣设备;出渣设备选取;出渣设计方案

1 蓄能电站工程枢纽布置概况

该电站的枢纽系统主要由上水库进/出水口,输水隧洞、地下厂房及下水库进/出水口组成.下水库进/出水口位于已建水库库区内,进/出水口底板高程为246.90 m.已建水库正常蓄水位为301.10 m,死水位为265.00 m,进/出水口位于水库正常蓄水位以下54.2 m.

2 爆破后水下出渣工程量

这次设计岩坎拆除采用爆破方案进行拆除,为了尽量减小钻孔爆破拆除的难度,首先应对预留岩坎进行预拆除,预拆除分岩坎迎水侧和背水侧两部分分别进行拆除.

岩坎迎水侧主要进行水下覆盖层和水下强风化岩层的清除,其中强风化岩层预拆除岩石方量为94 411 m3(自然方),岩坎背水侧预拆除岩体顶宽为9.07 m,底宽为4.31 m,预拆除岩石方量为27 806 m3(自然方).

3 国内水下出渣设备

1)上海长兴岛振华重工制造基地,现有配备6 m3抓斗的挖泥船停靠,编号为海建工6号挖泥船.船体尺寸为41 mX12 mX2 m,排水为480 t,现配备6 m3半齿型抓斗(平斗6 m3).抓斗斗重15 t,起吊力70 t.半齿型6 m3抓斗,15 m深度时1分钟一个循环,30 m深度时2分钟一循环,极限工作深度为50.0 m.

2)杭州杭重工程机械有限公司.该公司现存放2台船用抓斗挖掘机,一台为2 m3船用抓斗挖掘机,一台为6 m3船用抓斗挖掘机.杭州杭重工程机械有限公司6 m3基本型船,用抓斗挖掘机和6 m3改进型船用抓斗挖掘机,具体参数见表1.

表1 船用抓斗挖掘机参数表

3)广西西江航道疏浚工程施工现场调研.该工程水下出渣采用抓斗为4 m3半齿型抓斗.起重机32 t,安装在自制的浮箱平台(长32 m,宽11 m,高2 m)上,泥驳为100 m3开底泥驳.

通过现场观看:4 m3抓斗挖泥船出渣施工现场水深为2～3 m,斗充满率较小,多次出块石仅一块,充满率仅达到20%左右.经现场分析,如此小的充满率和爆破粒径有直接关系,块径越大,出渣效率越低;与抓斗形式有关,半齿型抓斗抓石渣下切阻力大,若采用全齿型六瓣抓斗效率会明显提高.

4)青岛太平洋海洋公司负压吸管调研.青岛太平洋海洋有限公司,自制了一套负压装置,可用于清除最终爆破基础面的细颗粒残渣,其结构简单,可自行组装.水下出渣深度可通过配置空压机的压力进行调节,对细料渣清除较为适用.

4 水下出渣设计

4.1 水下出渣设备的选择

这次设计爆破后出渣采用载重480 t的驳船,安装32 t浮式起重机,并配置6 m3抓斗(配置抓斗型式为2瓣、4瓣、6瓣,根据不同的粒径采用不同的抓斗),水下抓渣后放入200 t开底泥驳内,运输至岸边采用3 m3反铲挖掘机卸渣,装20 t自卸汽车运至弃渣场弃渣.由于抓斗前段为齿状,因此爆渣底部约0.2 m高度无法使用抓斗清除,设计采用自制负压装置,由潜水员水下把持吸头,进行清理.

4.2 出渣效率分析

目前 2 m3抓斗、4 m3抓斗、6 m3抓斗、8 m3抓斗,均为港口航道疏浚水下出渣的常用抓斗.根据该工程水下出渣深度大的特点,选用2 m3抓斗水下易发生漂斗,因此初步选定抓斗容量为6 m3抓斗,起重机选择杭重生产的改进型起重机.

根据起重机起吊速度,并考虑起重机船舶、泥驳进位,抛锚等分摊时间,水深50 m,每斗运行时间为6～8 min.

经现场调研,泥石的满斗率一般在0.8～1.2左右,因此水下碎石混合土出渣斗容率按0.8计取,则每斗抓取量为4.8 m3,因此每小时可挖约48 m3.按每天开工20 h计,可完成960 m3.

爆渣的满斗率一般在0.15～0.8之间,随块度大小及松散性而变化.该工程强风化岩的爆破出渣按0.20计算,则每斗抓取量为1.2 m3,因此每小时可挖约12 m3.按每天开工20 h计,可完成240 m3.

4.3 水下出渣

下库进/出水口预留岩坎及水下出渣项目主要包括:水下碎石混合土(Ⅰ区)开挖、水下强风化石方(Ⅱ区)开挖、最终岩坎(Ⅲ区)拆除、岩坎基坑内侧(Ⅳ区)预拆除等.

1)水下碎石混合土(Ⅰ区)开挖.水下碎石混合土开挖总方量为130 841 m3,采用载重480 t的驳船,安装32 t浮式起重机,并配置配6 m3抓斗,水下抓渣后放入200 t开底泥驳内,运输至岸边采用3 m3反铲挖掘机卸渣,装20 t自卸汽车运至上水库库盆弃渣场弃渣.爆破出渣水上运输距离1.0 km,陆地运输距离3.0 km.按出渣设备效率分析水下碎石混合土出渣时间2.7个月.

2)水下强风化石方(Ⅱ区)开挖.水下强风化石方(Ⅱ区)开挖总方量为94 411 m3,采用爆破拆除,安排在第一年8月初至第三年6月中旬完成.采用钻爆船进行钻孔,钻孔机具采用改进150型地质钻机及100型高风压潜孔钻机钻孔.

爆破后出渣采用载重480 t的驳船,安装32 t浮式起重机,并配置配6 m3抓斗,水下抓渣后放入200 t开底泥驳内,运输至岸边采用3 m3反铲挖掘机卸渣,装20 t自卸汽车运至渣场弃渣.

3)岩坎基坑内侧(Ⅳ)预拆除.岩坎基坑内侧预拆除岩体总量为27 806 m3,安排在第三年3月初围堰拆除之后至4月底拆除.采用100型潜孔钻钻孔,梯段微差爆破,梯段高度3 m,石渣通过斗车出渣.

4)岩坎拆除(Ⅲ区).下水库进/出水口预留岩坎经过基坑内侧岩体预拆除后,还剩余89 216 m3,需进行干地钻孔爆破.出渣时间安排在第三年7月初至第四年9月末完成.

爆破后出渣采用载重480 t的驳船,安装32 t浮式起重机,并配置配6 m3抓斗,水下抓渣后放入200 t开底泥驳内,运输至岸边采用3 m3反铲挖掘机卸渣,装20 t自卸汽车运至弃渣场弃渣.

由于抓斗前段为齿状,因此爆渣底部约0.2 m高度无法使用抓斗清除,设计采用自制负压装置,由潜水员水下把持吸头,进行清理.

5 结论

通过对国内水下出渣设备生产厂家及水下出渣工程施工现场的调研,对水下出渣抓斗、起重设备、负压吸管进行了效率分析,最终确定了水下出渣强度和施工进度安排.

TV542 < class="emphasis_bold">[文献标识码]B

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1002-0624(2017)11-0028-02

2017-06-21