左江大桥水上钻探方法与管理浅谈

刘晓翔 吴 婷 陈 平

湖南省农林工业勘察设计研究总院 湖南 长沙 410000

正文：

1.前言

我国幅员辽阔，部分地区水系发达。随着我国各项基础建设快速增加，许多工程发展到水域，水上钻探工程相应越来越多。地质勘察是工程项目建设前期重要的工作，水上钻探往往成为地质勘察项目的难点与关键点。

2.工程概况

拟建左江大桥桥长369.08m，桥型(3×20+77+145+77+20)m,布设水上钻孔76个。左江自东南流向西北方向，河床地形呈“U”型，最大水深14m, 河流上游约800米为崇左美亚电站。桥位区地层由第四系冲洪积层及二叠系下统茅口阶灰岩组成。其中两个钻孔位置埋有沉船，施工极其困难。

3.施工设备选择

据踏勘后制定的勘察大纲，准备5个水上施工平台[1,2]。在满足钻孔要求的前提下，宜选用体积小、重量轻、拆卸方便、易吊运的钻探设备。

租赁2艘约300吨货船为水上施工平台底船，并根据钻探要求改造货船。A船为一艘排水300吨箱运货船，在甲板中段烧焊直径500cm贯通孔至船底，插入焊接钢护筒隔水。B船为履带运砂船，在船头加焊钢铁架，平铺钢板。估算钻探设备总重，验算外架结构抗压、抗切、抗剪强度。

选择交通较便利、地形较平坦的西侧河岸作为装卸钻探设备及水上施工平台原料场地。用油桶、木材、竹跳板、铁丝制作其他3座水上施工平台，平台尺寸5*8m。用规格相同的密封良好的空油桶牢固捆绑于矩形平台骨架下方，油桶数量根据计算确定，平台提供的浮力应不小于5倍载重。密油桶绑扎牢固后在木楞上铺设竹跳板，根据钻机安装位置预留钻孔位置。平台四周设0.9m高横栏围护，四角设拉杆锚固点。拉杆锚固点应用金属材料，具足够抗拉强度。每个油桶水上施工平台配置尺寸2.5*2m小筏。小筏制作方法类似水上施工平台。另租赁一艘小型交通船，带起锚机，用于接送工人及运送材料。

4.水上作业培训

水上钻探机组应具备丰富钻探经验、相关自然科学及安全生产常识。项目部组织全部工作人员开展各项应急措施培训，包括：安全技术交底、搁浅、防风应急、发生险情、人员落水、医疗求助应急、火灾、特殊情况撤离。重点强调环境保护措施。

5.施工区域安全措施

5个施工平台往河床抛放近20个锚，水下钢丝绳纵横交错，工作区覆盖整个河面安全问题犹为突出。水下绳缆易刮伤过往船只船体，绞缠螺旋桨；过往船只螺旋桨将绳缆削断，水上施工平台立马飘移；渔船晚上打捞作业，视线差，易撞上施工平台或者刮擦绳索。项目部施工前办理水上施工手续，海事局已发通告。此外，项目部通过货船老板和附近渔民告知同行，提醒来往船只注意安全。每个抛锚点放置醒目浮筒标识，提示来往船只。若钢丝绳或缆绳斜穿主航道，则在钢丝绳或缆绳中段悬挂混凝土砖，将绳索下拉成下凹弧形，增加上方水层厚度，可减少挂擦过往船只船底或螺旋桨概率。船两侧放置足够的防碰物件（轮胎），船上正确设置通航信号、减速信号、安全警示标志。

6.抛锚定位[3,4]

1、施工平台采用抛锚泊位，船上配备5只铁锚，呈“米”字型分布。配备锚绳为φ28mm的钢丝绳，长度≥120m/根，使锚绳与水面夹角＜15°。特殊情况需要时可配备6个锚，此外多备2个锚放置于施工货船上备用。

钻孔定位工作采用GPS实时RTK差分系统进行。因船墩钻孔分布面积不是很大，船锚尽量远抛，以便通过收放四角的钢丝绳来实现挪船定位，避免重复起锚、抛锚过程。

钻探平台长轴方向宜平行水流方向，或以小角度斜交。严禁将钻探施工平台横摆，垂直水流方向。

7.钻探技术[5,6,7]

据岸上钻孔资料桥区灰岩地层溶蚀强烈发育，溶洞充填卵石、泥沙，故采用多重套管跟管钻进工艺。

左江江水水深流急，流态紊乱，一方面在巨大的水流冲击力作用下造成普通套管严重弯曲，甚至折断，给提下钻带来困难。另一方面，在紊流作用下普通套管在垂直水流方向发生剧烈振颤，造成取芯提钻过程中抖掉岩芯。此外，受电站蓄放水影响，河水位暴涨暴落，孔口护管出露水面时长时短。项目部与上游水电站工作人员密切联系，放水时提前通知项目部。项目部立即通知现场工作机组，做好准备。为使孔口护管始终保持与钻机平齐，在护管上部安装短套管，并准备若干短套管。套管下置预定位置后，除发挥钻探功效外，同时成为钻探平台定位的支点。河底表层地层未知，可能为淤泥、砂卵石或基岩，钻探工作人员在钻探过程中必须严格按照技术规范操作。

8.钻孔施工顺序方案

2艘施工改造船各单独停泊于一个主墩处，从桥墩上游角点处钻孔开始钻孔，打完一排钻孔后再挪往下一排，呈“己”形逐孔逐排往下游挪动。强调先钻上游处钻孔，因挪动货船时可以利用水流冲刷力，顺水放松钢丝绳比逆水拉钢丝绳省力很多。这两处水上钻探以起锚船为交通工具。

施工船离岸后，将已捆扎成窄长矩形的油桶施工平台分部件搬入水上，在水上拼装成型，随即将3台钻探设备搬上施工平台，离岸定位。

鉴于近河岸处副墩水深较浅，距河岸较近，故副墩安置2座油桶施工平台，从上游钻孔开始逐桩往下游开展钻探工作。该2处水上钻探平台各配备一艘小筏作为交通工具，用绳索定位于油桶岸边固定点，用拉纤的方式移动小筏。最后一个油桶施工平台则与施工货船在同一个主墩施工，2台钻机位于桥墩对角位置。

主墩钻孔较多，仅依靠一台设备则不能在计划时间内完成钻探任务。副墩钻孔少，其施工平台上钻探机组完成全部钻孔后，挪至主墩处。最大程度利用油桶施工平台与施工船之间的空隙。在施工过程中，合理安排货船与油桶平台钻机钻孔位置，尽量斜对角布置。当货船与油桶之间空间不够时，撤油桶平台去另一个主墩，直至任何一个桥墩都不能摆下多余的油桶施工平台时，将油桶施工平台拖至河岸浅滩处拆卸。经过精密计算及巧妙安置，一个主墩处最密集时安排1艘施工改造船及2个施工平台。油桶施工平台拆卸后，剩下的钻孔由货船上的钻探机组完成。

9.特殊情况处理（沉船处理方案）：

两个钻孔位置埋有沉船，多方调查访问得知该沉船详细信息。该船沉于2011年，船体长约22m，宽约4.6m。船尾沉于河床，船头边边角露出水面。经专业潜水员水下探查，船体船头部分12m浸泡于河水中，余下10m埋于河底泥砂中。沉船处水深约8～9m，泥砂厚度4～7m。打捞队将数据与图纸发往总公司，结合项目组经多方论证采用方案：租用小型货船，用吸砂泵将沉船船体内泥砂抽出，减轻船重。在岸边建立起支架，装上2台大功率卷扬机，用双股粗钢丝绳徐徐将沉船牵拉至岸边。

10.总结

1）施工前开展踏勘工作，了解地形地貌、地层岩性、水文地质等地质条件，结合构筑物设计方案及工作量、工期等要素，制定勘察方案。

2）选择恰当的水上施工平台及钻探设备，做好租赁船只、购买材料等准备工作。

3）对钻探机组人员开展各项培训工作，施工过程中注意保护环境。

4）钻探设备上船，落实各种安全保障措施。

5）水上钻探平台抛锚定位，船体宜与水流方向平行或小角度斜交。钻孔施工顺序宜从上游至下游。

6）水上钻探施工严格遵守规程，采用合理的钻探方式。钻探中易遇到问题，需沉着应对、恰当处理。上游建有水电站，蓄水放水对钻探影响极大，需及时与电站工作人员联系，并采取应对措施。

7）根据勘察方案安排钻探进度。多水上施工平台协同作业，牵涉因素较多，遇到突发情况灵活安排，不窝工、不冒进。

8）特殊情况，如沉船，宜聘请专业潜水人士探查情况，制定专项方案。