中风化泥岩两种非爆破疏浚方案的成本对比

【摘 要】 为解决中风化泥岩在无法进行爆破施工的地区实施疏浚方案的难题，以巴基斯坦某燃煤电厂项目为例，对中风化泥岩提出两种不同的非爆破疏浚方案：“挖机+破碎锤”方案和“凿岩棒+挖泥船”方案，并对这两种施工方案进行成本分析。根据两种方案不同的施工组织设计，对机具、人工、临时工程等方面的成本进行对比，为同类地质条件下如何选用合理的疏浚方案、如何控制工程成本取得经济效益提供决策依据。

【关键词】 泥岩;疏浚;施工组织;成本分析

0 引 言

泥岩是指弱固结的黏土经过中等程度的后生作用（如挤压作用、脱水作用、重结晶作用和胶结作用）而形成的强固结岩石。泥岩非常坚硬，其抗压强度可达30 MPa，但遇水后易软化，水下开挖泥岩，爆破钻孔效果不佳。

巴基斯坦某燃煤电厂工程（以下简称“电厂工程”）是“中巴经济走廊”优先实施项目，由中国中电国际发电有限公司和巴基斯坦胡布发电有限公司共同投资建设，项目位于巴基斯坦卡拉奇西北胡布镇，距离卡拉奇市区55 km。该电厂项目含2个1万吨级卸煤码头泊位建设和总长约 m的取排水工程，目前已建成并投入运营。电厂工程中涉及疏浚项目的地质为中风化泥岩。因条件所限，通常采用的水下爆破松动泥岩后挖除的方法在此工程项目中不可行，结果分别采用了“挖机 + 破碎锤”和“凿岩棒 + 挖泥船”的非爆破施工方案，并顺利完成疏浚任务。对这两种开挖方式进行施工方案、机具配置、人员配置和成本分析，对高强度泥岩非爆破疏浚方案的制定有重大意义，可为同类地质条件下选用“挖机 + 破碎锤”还是“凿岩棒 + 挖泥船”方案提供参考。

1 工程简介

1.1 取排水工程的疏浚项目

电厂项目中的取排水工程，采用钢筋混凝土暗涵加取排水头方式，取水将海水通过双孔箱涵引入陆地上的前池内，总长 m。排水箱涵长度为 m。单孔引水暗涵过水断面尺寸约为4.5 m ？3.5 m，箱涵采用沉管形式进行安装。由于采用暗涵形式，箱涵施工需要开挖基槽，基槽平均开挖深度为6 m，需疏浚土方量为30万m3。施工水域开挖底层地质为非常坚硬的中风化泥岩。

1.2 码头区疏浚项目

在码头调头圆及航道口门区各存在一处较大的礁盘。航道处礁盘长约370 m、宽约80 m，最浅水深为3.80 m;调头圆处礁盘长约100 m、宽约80 m，最浅水深为5.4 m。

对礁盘钻孔取样，取样结果显示礁盘为中风化砂泥岩，砂泥岩完整性好、强度高，航道口门区礁盘岩样抗压强度大于100 MPa，调头圆区域礁盘岩样抗压强度大于25 MPa，开挖礁盘的土方量约为2万m3，开挖面积约为3万m2。

2 施工方案

2.1 取排水工程疏浚项目施工方案

采用凿岩破碎后抓斗挖泥船进行开挖的“凿岩棒 + 挖泥船”方案，施工工艺流程为：施工准备→船舶就位→基槽凿岩→基槽开挖→水深测量→准备下道工序。

前端为斧头的55T凿岩棒对较大面积的岩盘有较好的破碎效果。这种凿岩棒一般头部两侧呈楔形，并以弧形向凿岩棒中上部过渡，转变为直立式，其形状有利于凿岩棒的能量只向两侧传递，增加对岩土的破坏作用，并且在凿岩棒嵌入岩土过深时可减少棒身侧向的摩擦阻力，使凿岩棒更易提起。[1] 根据当地实际情况，施工布置为：提锤12～15 m，平面纵横向间距1～1.5 m布置凿点，自动下锤;凿岩深度0.8～1 m。

2.2 码头区疏浚项目施工方案

首先对水下地形进行浚前测量，完成测量后将测量结果与设计图纸对比，确认疏浚范围;疏浚范围确认后，对疏浚范围进行分区，并按区对土体进行疏浚;疏浚完成后，开展浚后测量，测量完成后对测量结果进行分析，如存有浅点则对浅点进行二次疏浚，待全部浅点清除后，提请业主验收。码头区疏浚项目施工流程见图1。

3 项目设备人员配置及成本

3.1 施工设备成本

开挖取排水基槽的“凿岩棒+挖泥船”方案的设备成本见表1。

码头礁盘区疏浚采用“挖机 + 破碎锤”的施工方案。从国内采购870挖机，在施工现场将破碎锤安装在挖机上再将挖机开上特制方驳的端部，在方驳另一端加配重，进行凿岩和挖取破碎岩石到开体泥驳上，用时3个月完成泥岩凿除和礁盘清理。施工机械及设备成本见表2。

3.2 人员成本

取排水基槽挖泥疏浚项目人员成本见表3。

码头礁盘清除项目人员成本见表4。

3.3 综合成本

按《沿海港口建设工程概算预算编制规定》取费，按直接工程的1.5%计取临时工程费，9.7%计取施工单位企业管理费，7%计取施工单位利润，可以取得两个疏浚项目的总费用和不含税综合单位成本。两种施工方案的综合单位成本对比见表5。

表5 两种施工方案的综合单位成本对比万元

由表5可知“凿岩棒 + 挖泥船”的疏浚方式综合单位成本远低于“挖机 + 破碎锤”的疏浚方式，但是由于二者疏浚的土方量差距较大，如此比较不具有可比性，因此需要先将疏浚土方量统一，再来比较两种方案的成本优劣。在疏浚土方量同为2万m3的情况，减少部分作业船舶和施工人员，采用“凿岩棒 + 挖泥船”方案的施工工期约为15天，可以求得“凿岩棒+挖泥船”方案疏浚2万m3的施工设备成本（见表6）、人员成本（见表7）和综合单位成本（见表8）。

由此可知，采用“凿岩棒+挖泥船”的疏浚方案，利用与取排水工程同样的施工设备和人员配置，对码头区礁盘进行疏浚，其单位成本为元/ m3，远高于“挖机 + 破碎锤”的施工方案（501.29元/ m3），如果不计“船舶往返调遣”费用，则“凿岩棒+挖泥船”的疏浚方案的单位成本为95.42元/m3，远低于“挖机+破碎锤”的施工方案。

因“凿岩棒+挖泥船”方案中“船舶往返调遣”费用很高，占总成本的比重很大，是与施工土方量无关的不可变成本，可将此项费用作为固定成本，其他费用作为可变成本，而“挖机 + 破碎锤”的施工方案中全部成本皆视为可变成本，可以求得当疏浚土方量为5.17万m3时，两个方案的综合单位成本和总费用相等。

4 结 语

在不考虑工期、资源等其他约束条件的情况下，对于无法采取爆破施工的中风化泥岩的疏浚，当疏浚土方量低于5.17万m3时，采用“挖机 + 破碎锤”方案较“凿岩棒 + 挖泥船”方案成本低;而当疏浚土方量大于5.17万m3时，则采用“凿岩棒+挖泥船”的施工方案更有优势。

参考文献：

[1] 刘永彬.浅谈凿岩棒施工工藝[C].中国交通建设集团有限公司第一届科技大会，2009-10.

收稿日期：2020-01-15

作者简介：李军（1983―），男，硕士、中级工程师，从事水运工程概预算编制、成本测算及投标报价工作