淺談巖石質(zhì)河床“相對(duì)法”液壓破碎疏浚的施工工藝

張浩文，黃晨

（江西省航道工程局，江西 南昌 330008）

航道是水運(yùn)的命脈，保障航道暢通高效對(duì)于水運(yùn)來(lái)講就顯得尤為重要。隨著江西水運(yùn)建設(shè)步伐的加快，“兩橫一縱”內(nèi)河高等級(jí)航道網(wǎng)已經(jīng)形成，贛江已建成六個(gè)梯級(jí)樞紐，航道通航條件得到了極大提升。贛江龍頭山樞紐以下工程航段，自樞紐建成蓄水運(yùn)行后，受清水下泄沖刷和人為采砂等因素影響，造成下游段河床大幅下切，形成巖石質(zhì)河床，枯水水位持續(xù)下降，航道水深趨淺，枯水水深局部不足，成為本航段主要礙航淺灘。水下巖石質(zhì)河床的疏浚一般采用先爆破后清渣的施工工藝[1,2]，但是爆破工藝存在著施工安全隱患大、環(huán)境污染大、審批周期長(zhǎng)等問(wèn)題，如何按時(shí)保質(zhì)完成水下礁石質(zhì)河床應(yīng)急疏浚成了一個(gè)難題。

1 工程概況

贛江小港口灘、龍務(wù)洲灘航道搶通工程河段起于龍頭山樞紐下引航道出口，止于龍務(wù)洲尾，全長(zhǎng)約20km，現(xiàn)狀為天然航道。工程河段上游為已建龍頭山樞紐，下游為在建的南昌水利樞紐，本搶通工程主要解決南昌水利樞紐建成前龍頭山樞紐至龍務(wù)洲河段枯水期通航問(wèn)題。工程按Ⅲ-（3）級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，航道尺度為2.2×60×480m（航深×航寬×彎曲半徑），工程主要內(nèi)容為清礁，清礁工程量3.62 萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)邊坡1:2，巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度最大為13.2Mpa，平均為7.18Mpa，工期2 個(gè)月。本工程的難點(diǎn)在于保證巖石質(zhì)河床挖槽內(nèi)無(wú)淺點(diǎn)。為如期完成搶通任務(wù)，項(xiàng)目實(shí)施單位江西省航道工程局在本工程主要采用了液壓破碎清渣的疏浚的施工方法，較好地完成本次搶通任務(wù)，取得了良好的效果，其中采用破碎船和清渣船對(duì)向同時(shí)施工的“相對(duì)法”施工工藝屬全國(guó)首創(chuàng)。

2 施工工藝原理

巖石質(zhì)河床“相對(duì)法”液壓破碎疏浚是利用一艘破碎船和一艘反鏟式挖泥船在同一軸線上對(duì)向“相對(duì)”施工。對(duì)施工挖槽分層分條分段施工，在破碎船破碎巖石后，對(duì)向的反鏟式挖泥船同步清渣，直至一次達(dá)到航道設(shè)計(jì)底標(biāo)高無(wú)淺點(diǎn)。破碎船由反鏟式挖泥船的鏟斗改裝成破碎錘，液壓破碎船的工作原理是利用破碎錘直接在礁石質(zhì)河床上震動(dòng)，河床在受到破碎錘沖擊后先在表面產(chǎn)生裂紋并逐步形成放射性裂紋，最后呈體積破碎狀態(tài)[3]。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 液壓破碎疏浚施工工藝流程

礁石質(zhì)河床液壓破碎施工工藝：測(cè)量放樣→移船定位→液壓破碎錘破碎→反鏟清渣→泥駁棄渣→硬式掃床自檢→交工，工藝流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 工藝流程圖

3.2 液壓破碎疏浚施工操作要點(diǎn)

3.2.1 測(cè)量放樣

（1）在施工區(qū)域按照規(guī)范布設(shè)控制網(wǎng)，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙把挖槽特征點(diǎn)坐標(biāo)導(dǎo)入疏浚船定位軟件進(jìn)行船舶定位，船舶定位后要采用GNSS 接收機(jī)對(duì)定位的準(zhǔn)確性復(fù)核。

（2）按照一定間距布設(shè)施工水尺，水尺設(shè)置在便于觀測(cè)、水流平穩(wěn)、風(fēng)浪影響小且不易被船艇碰撞的地方。每組水尺必須由兩支或兩支以上的水尺組成，相應(yīng)水尺應(yīng)有10cm 或20cm 的重合，能滿足施工期水位變化讀數(shù)要求。

3.2.2 移船定位

考慮到破碎船和清渣船均在航道內(nèi)施工，占用了部分航道，破碎船和清渣船宜采用定位樁定位，減少施工船舶在施工期對(duì)航道通航的影響。當(dāng)施工船接近挖槽起點(diǎn)時(shí)放緩船速，待船舶停穩(wěn)后先探測(cè)定位樁處水深，水深滿足要求后緩慢放下一個(gè)定位樁，逐步將船位調(diào)整至開(kāi)挖區(qū)域中心線后再落下另一個(gè)定位樁。

兩船定于挖槽上游起點(diǎn)，破碎船在上游，清渣船在下游，兩船軸線位于同一分條開(kāi)挖中心線上，間隔約10m。泥駁靠泊于清渣船遠(yuǎn)離航道一側(cè)，如圖2。

圖2 兩船對(duì)向施工圖

3.3 液壓破碎錘破碎

（1）在進(jìn)行液壓破碎施工前，可根據(jù)巖層厚度制定分層分條破碎開(kāi)挖方案。開(kāi)挖寬度根據(jù)平臺(tái)船寬和挖槽寬度合理選擇，通常采用10m 一條。開(kāi)挖厚度根據(jù)破碎錘尺寸和巖石的類(lèi)別選擇，通常采用20cm—50cm 一層布設(shè)，破碎順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度一般按2m 一段。

（2）確定分層分條開(kāi)挖區(qū)域后，先將所需施工區(qū)域按照孔距 0.5m×0.5m，梅花形布點(diǎn)破碎。需要分層開(kāi)挖的，在完成2×10m 破碎區(qū)域清渣后，立即對(duì)該區(qū)域進(jìn)行二次破碎。

（3）開(kāi)挖時(shí)，從容易被破碎的端面開(kāi)始，將液壓破碎錘的釬桿垂直壓在河床巖石的打擊面上，后開(kāi)動(dòng)破碎錘，利用破碎錘的沖擊力將巖石擊碎。破碎時(shí)，始終保持在45°角度范圍內(nèi)操作破碎錘。每擊打5min，將破碎錘提出水面，將破碎錘中的水分排出。水下作業(yè)時(shí)，每2h 給破碎錘的釬桿加注一次黃油，將鋼釬壓入到下缸體中到位，然后加注黃油[3]。

3.4 反鏟清渣

（1）從挖槽上游起點(diǎn)順流而下清渣，可避免飄石進(jìn)入疏浚合格挖槽內(nèi)。

（2）兩船定位于同一開(kāi)挖軸線上。破碎船破碎2×10m 區(qū)域后，清渣船立即對(duì)該區(qū)域清渣。分層開(kāi)挖時(shí)，第一層清渣完成后破碎船立即對(duì)該區(qū)域進(jìn)行二次破碎，清渣船同步對(duì)該區(qū)域清渣，直至達(dá)到設(shè)計(jì)航道底標(biāo)高。

（3）清渣船清渣完成后，根據(jù)下放深度用鏟斗平掃河床，當(dāng)發(fā)現(xiàn)河床上有淺點(diǎn)時(shí)，破碎船立即對(duì)該區(qū)域進(jìn)行二次破碎清渣。

3.5 泥駁棄渣

運(yùn)輸泥駁緊靠清渣船左舷或右舷裝料，方向與航道中心線方向平行，由挖泥船直接將疏浚料挖至運(yùn)輸泥駁船內(nèi)，泥駁裝滿后，運(yùn)至指定棄渣點(diǎn)進(jìn)行卸泥，在裝料過(guò)程中，挖泥船與運(yùn)輸船均不得越過(guò)施工期臨時(shí)航道邊線。

4 質(zhì)量控制要求及措施

根據(jù)《水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》(JTS 257-2008)規(guī)定：無(wú)備淤深度的航道疏浚工程設(shè)計(jì)底邊線以內(nèi)水域嚴(yán)禁存在淺點(diǎn)，設(shè)計(jì)底邊線以內(nèi)水域的開(kāi)挖范圍應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，開(kāi)挖斷面不應(yīng)小于設(shè)計(jì)開(kāi)挖斷面。有備淤深度的航道疏浚工程邊緣水域的底質(zhì)為中、硬底質(zhì)時(shí)不得存在淺點(diǎn)。本工程硬底質(zhì)河床挖槽設(shè)計(jì)深度為2.3m，其中航道設(shè)計(jì)水深2.2m，硬底質(zhì)河床水深增加值0.1m，無(wú)備淤，且為硬底質(zhì)河床，故需滿足設(shè)計(jì)底邊線以內(nèi)嚴(yán)禁存在淺點(diǎn)的質(zhì)量要求。為滿足質(zhì)量要求可采取以下措施：

（1）精準(zhǔn)計(jì)算下放深度，合理控制超深。要勤于觀測(cè)水尺，隨時(shí)掌握水位變化情況，計(jì)算破碎船和清渣船下放深度，合理控制超深；

（2）分條開(kāi)挖時(shí)要有一定的搭接。受反鏟式挖泥船的施工范圍限制，一般需要分條開(kāi)挖，分條施工時(shí)候搭接寬度一般不小于2m；

（3）采用硬式掃床自檢。交工驗(yàn)收前，施工單位應(yīng)對(duì)挖槽進(jìn)行自檢，自檢方式應(yīng)采用硬式掃床，挖槽內(nèi)無(wú)淺點(diǎn)方可交工。

5 設(shè)備選型及工效分析

破碎船的選用根據(jù)巖石類(lèi)別和飽和單軸抗壓強(qiáng)度來(lái)確定，本工程選用的是55T 反鏟改裝，破碎錘選用的是直徑185mm。清渣船的選取要根據(jù)破碎后巖石直徑及航道水深確定，本工程采用的斗容量4m3反鏟式挖泥船較為合適。一個(gè)施工船組包含一艘破碎船、一艘清渣船和2艘泥駁組成，施工功效受巖石類(lèi)別、飽和單軸抗壓強(qiáng)度、巖層厚度等因素影響各不相同，月平均產(chǎn)量約為6000m3-9000m3。

6 施工工藝優(yōu)缺點(diǎn)

6.1 施工工藝優(yōu)點(diǎn)

造價(jià)低。本施工工藝沒(méi)有進(jìn)入到水運(yùn)工程定額，工程概預(yù)算通常做法是用爆破工藝中的轉(zhuǎn)孔工序再加上清渣工序組合而成，造價(jià)遠(yuǎn)低于爆破清渣。根據(jù)贛江上幾個(gè)類(lèi)似項(xiàng)目中收集到的人材機(jī)的消耗情況，也基本契合預(yù)算的組成。

綠色環(huán)保、安全。本施工工藝是通過(guò)物理方式使巖石裂開(kāi)，不會(huì)產(chǎn)生有害氣體、化學(xué)物質(zhì)等，相比爆破更加綠色環(huán)保、安全。

審批快速。爆破施工手續(xù)審批較為嚴(yán)格、繁瑣，審批周期長(zhǎng)。本工藝無(wú)須爆破審批，特別是用于航道維護(hù)、應(yīng)急搶通施工項(xiàng)目時(shí)，根據(jù)《中華人民共和國(guó)航道法》無(wú)須辦理水上水下施工許可，僅需在海事部門(mén)備案，大大縮減了項(xiàng)目工期，提高了工程實(shí)施效率，優(yōu)化了營(yíng)商環(huán)境。

項(xiàng)目工期短。礁石質(zhì)河床在施工中挖槽內(nèi)容易形成孤石、飄石，反復(fù)清除后仍易存在淺點(diǎn)，若設(shè)計(jì)水深內(nèi)仍有殘留的礁石淺點(diǎn)，將無(wú)法通過(guò)硬式掃床驗(yàn)收，對(duì)航行船舶也將造成巨大的安全威脅。采用“相對(duì)法”施工時(shí)，挖槽基本可以一次到位，有效提升施工效率和質(zhì)量，大幅降低施工成本、縮短施工工期。

6.2 施工工藝缺點(diǎn)及解決措施

本施工工藝缺點(diǎn)是受施工水位及流速影響較大。破碎船和清渣船均采用定位樁定位，當(dāng)施工斷面流速較大時(shí)，船舶定位較難，很難開(kāi)展施工作業(yè)。施工水深5m左右為最理想施工水位，當(dāng)施工水深大于挖機(jī)臂長(zhǎng)時(shí)，破碎船和清渣船均無(wú)法作業(yè)。解決這一問(wèn)題可通過(guò)選擇更大挖機(jī)或改裝挖機(jī)臂長(zhǎng)等來(lái)解決。

7 結(jié)論與建議

巖石質(zhì)河床疏浚工藝主要有爆破、液壓破碎、鑿巖、液態(tài)二氧化碳破碎等工藝，“相對(duì)法”液壓破碎施工工藝優(yōu)化了液壓破碎法施工工序，施工工藝較為成熟，具有綠色環(huán)保、安全、成本低等優(yōu)勢(shì)，運(yùn)用于內(nèi)河航道疏浚施工，取得了良好的效果，具有廣闊的推廣前景。建議水運(yùn)工程定額編制單位廣泛收集材料，制定該工藝的補(bǔ)充定額，為類(lèi)似項(xiàng)目規(guī)范化實(shí)施提供依據(jù)。