礁石水下凿岩除礁施工技术运用分析——以榕江航道整治工程RJ3合同段清礁工程为例

◎蔡振邦 广东正方圆工程咨询有限公司

去除水下礁石施工，有利于提高航行的安全性，主要的作业内容为清理覆盖层与礁石。实践施工中为控制施工行为引起的震动，维护除礁期间周边的安全性，未选择常用的爆破技术，转用液压劈裂机组合凿岩棒的方式完成除礁。

1.工程概况

案例项目计划清理两处礁石，分别是双溪咀礁石与曲溪礁石，前者在榕江大桥航道的上游200m左右位置，后者则处于北河梅东大桥的下游3.8km处，二者对应航道的同行级别分别是5000t和1000t。案例项目在工期方面的安排中，考虑到航道的日常交通情况，由于过往船只数量大，所以为确保航运和施工安全，大部分的作业任务均安排在白天，同时凿岩施工推进效率低，预计三个月完成。

双溪咀礁石覆盖层的任务量达到716m3，基建开挖量是1077.2m3；曲溪礁石的覆盖层任务量是843.3m3，基建开挖量为1460.m3。根据设计标准，前者水深是8.4m，覆盖层的边坡设置成1∶6，航槽的边坡为1∶0.75；后者水深是6.0m，覆盖层的边坡设置成1∶4，航槽的边坡为1∶0.75。弃渣区安排在双溪咀河段的深槽，水深超过18m。

2.礁石水下凿岩除礁施工技术实践运用分析

在实地进行凿岩操作前，除礁范围内，根据0.1m×0.1m的尺寸进行钻孔，改变原有岩石结构，辅助破岩处理。随后安排专业人员下水，使用液压劈裂设备完成破石，为之后凿岩棒使用创设条件。再利用挖泥船完成表面开挖，直到满足设计参数。结合除礁技术特征与案例项目实况，把处理区域按照20m×20m的规格划分，并做好序号标记，方便现场管理。

2.1 方案确定

案例项目选择凿岩法与液压劈裂机完成除礁施工。其中，使用凿岩棒进行施工，和爆破法相较，该项操作是借助凿岩棒自由落地冲击岩石，岩石在接触瞬间发生物理变化，但由此不会形成强烈振动及噪音等，现场施工作业的安全性相对偏高。但此种处理方式也存在缺陷，施工效率低，且清渣环节处效果不佳，会耗费较长的施工周期，最终投入的造价总额较多。而选用液压劈裂机原因在于：在楔块插入石体后，岩石会出现粉碎及变形的情况，呈现出袋状等形态。压头逐渐进入岩体中，插进深度和载荷不存在关联性，处于均衡提高使得状态。直至达到临界值，会瞬间破碎。袋状周边的岩石发生崩碎，导致载荷短暂降低。继续插入中，载荷随之提高，插进与载荷逐渐形成比例关系。

图1 凿岩棒施工现场图

案例项目通过多方探讨，结合桥体及堤围的基本保护要求、除礁施工区域状况、施工技术等，确定操作方式与次序。拟使用钻机完成密集钻孔，相邻孔洞初始距离参数是1.0m。基于施工现场的情况，适当调整距离参数。派遣专业人员下水破石，最后开展凿岩处理。

2.2 材料设备

根据除礁施工程序，在凿岩前，布置钻机平台，借助潜孔钻机完成密集钻孔。而后安排专业人员潜入水下，使用液压劈裂机进行碎石，随后使用15r凿岩棒彻底击碎岩石，操作4m3规格的挖泥船清理废渣。案例项目拟使用的机器有：液压式的潜孔钻机，用于密集钻孔；抓斗船及泥驳用于处理覆盖层及废渣；还有液压劈裂机、凿岩棒以及交通艇。除礁项目中应用的主要材料采油，预计使用量高达600t。

2.3 液压劈裂机应用

利用液压劈裂设备，把握岩石的脆性特征，借助楔块进行部署，在孔洞中心点进行施工，可产生极为明显分裂力。此环节使用的设备包括泵站与分类器。在施工操作期间，从泵站内向外发射高压油，启动油缸，以形成强大的推力，使中间的楔块伸出，把组内反向的楔块往两侧撑开，然实施对象被分裂。实践操作中，需按照特定的流程开展施工。专业人员要在对应的礁石缝隙上钻出固定规格的孔洞，把液压劈裂机中楔块组放进孔洞内，中部的楔块借助液压压力形成的推动力，促使其他两个楔块移动，产生外放的巨大能量，使礁石几乎瞬间按照预计方向开裂。

2.4 凿岩处理

此项除礁施工技术的运用原理为：让施工对象的岩石遭受冲击，接触点出现弹性变形，随即形成微裂纹，逐渐扩大，呈现放射状，岩石整体在此物理变化中发生碎裂。实践施工中，利用吊机吊起凿岩棒，提高至设定高度后，让其进行自由落体运动，凭借重力加速度，冲撞目标岩石，利用纵向载荷击碎岩石。该施工处理方式最突出的特征是凿岩棒和岩石接触的瞬间，应力值最大且相对集中，虽然被冲击对象的动硬度高于静硬度，但依旧能造成裂缝。并且在冲击速度提高中，岩石本身的脆性会随之提升，有助于产生裂缝。因而，即使冲击能不高，也凿碎岩石。目前国内使用的凿岩棒由铸钢加工，一般呈现出笔状与楔状等，规格区间较大，重量在8～40t内不等，长度一般是3～5m，棒体直径在0.6m～1.2m之间。其中，重量参数是按照施工对象形态、岩层厚度以及起重设备的能力等完成确定。若工程的岩石硬度偏高且岩层厚的情况，可使用规格更大的凿岩棒。通过分析案例工程的实况，凿岩棒重量为13t～20t，操作3～5次便可达到设计参数，在出现漏点与浅点的部分，安排7次施工。

基于本项目的现实情况，应选择4方挖泥船，组合13t～20t笔状凿岩棒，经过细微调整后，和普通的处理操作方式无过大差异。在现场处理前，按照水下地质条件，设置凿岩点位，为保障该过程的凿岩处理效果，通常是根据凿岩棒的直径参数确定点位间距，是直径的1.5～2倍，本项目的凿点间距是1m～1.5m之间，按照梅花桩的样式布设。完成参数设定后，及时组织凿岩处理，每凿一次需进行清渣，循环往复，直到满足设计标准。在完成一部分的凿岩处理后，需再次查看水下岩石情况，结合开挖的情况，调整后续施工的点位分布，以提升凿岩效率。

2.5 清理弃渣

案例项目选用抓斗挖泥机开往，随后运送到弃渣区。在除礁期间，能借助挖泥船处理覆盖层，之后再安排清礁。在岩石已经被破坏至预期程度后，把产生的废渣装在泥驳，运到规划好的发展区，注意要保证均匀抛洒。抓斗的容量规格通常是4m3，绳斗式是比较常用的一类，在此基础上装设绞锚定位装置，以适应复杂的水下环境。挖泥船上配备GPS定位，现场操作展布的锚缆系统包括两根主缆，并在两侧配备一根边缆，可借此控制船尾，并避免施工船只占用正常通行的航道。对于开挖的深度方面，在除礁区域的水位比较稳定位置，布设水位尺，专业技术员需在开工前，查看并记录水位，将施工计划参数和实地测量数据进行校核。按照实际水位和设定开挖参数，确定施工深度，并在开挖中把控处理的深度。采用抓斗挖泥船控制深度参数，是基于水位变化与设定底高确定的，并通过钢缆实现控制。在施工水深等于设计深度参数时，超深不能超过0.5m。如果施工水深小于设计参数，不可进行移位。应通过多次清挖，如若通过清挖处理后，依旧未能满足设计标准，需划定问题区域并记录准确信息，而后实施移动，继续完成施工处理。案例项目使用的挖泥船，通常是顺流作业，并进行分段分条的网格式推进方式。通常一次作业宽度不会达到船体的宽度，且相邻挖坑的重叠范围控制在挖斗宽度的1/3～1/4之内。通常情况下，一次作业处理应达到设计参数，在未能满足预计深度时，应组织分层作业。由于现实作业中的处理深度难以精准控制，所以需在实际作业中，注意对该方面的探测，以免发生超深甚至漏挖的问题。下一步是把挖出的弃渣装进泥驳，另外在抛洒期间，应注意对弃渣区水下情况的探测，以免在该区域发生堆积及高于设计参数的问题。

3.结束语

综上所述，除礁工程对于航道使用而言具有显著的保护作用，使水下深度达到航行的需要，避免过往船只发生触礁的事故。实际施工中，客观条件允许时，尽量使用低震动的处理技术，并注意施工操作安全。