超高硬度礁石水下凿岩除礁施工技术探索
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摘 要：当前清除水下超高硬度礁石的施工，通常会选择使用水下爆破施工技术，并在爆破施工后直接将礁石清除干净。但由于在爆破过程中容易产生巨大震动，且具有较高的危险性，因此对周围建筑物及施工人员的人身安全等均会造成较大安全威胁。故而本文将结合具体项目案例，探索一种全新的超高硬度礁石水下凿岩除礁施工技术，以期能够为相关人员提供必要理论参考。
关键词：超高硬度礁石 水下凿岩除礁 施工技术
本文探究超高硬度礁石水下凿岩除礁施工技术，旨在解决传统水下爆破施工工艺，操作危险性较大、容易影响周围建筑物安全及难以有效清除抗压强度超过70MPa礁石的问题。通过灵活运用各种各样的疏浚设备，针对超高硬度礁石特点设计一种有效水下凿岩除礁施工技术的同时，也能够为实际开展水下凿岩除礁施工给予相应实践指导与帮助。
1.项目概况
为了有效说明超高硬度礁石水下凿岩除礁施工技术，本文选择西江（界首至肇庆）航道扩能升级工程清礁工程为例。该航道扩能升级工程全长171km，沿途经过城镇生活区、桥梁、电厂与码头等，同时在部分施工水域涉及广东魴国家级水产种质资源保护区及西江珍稀鱼类省级自然保护区，保护区生活着国家级、省级水生保护生物。该工程分布着众多厚度约为1m到6m的礁石，其中工程水域地表岩石以微风化至强风化的花岗岩以及其他坚硬岩为主。根据现场地质勘查结果显示，强风化花岗岩层结构大部分破坏，矿物成分出现明显变化，风化裂隙发育且岩体破碎，干钻钻进难度巨大。岩层厚度为0.6m至2.4m，层顶埋深为1.8m至4m。中风化花岗岩层结构部分破坏，沿节理面有次生矿物，有风化裂隙发育，岩体较破碎且同样存在干钻钻进难度大的特点。岩层厚度在1m至6m之间，层顶埋深为1m至5m。微风化花岗岩结构基本不变，只有节理面略有变色，存在少量风化裂隙。層厚在1.6m至5.3m之间，层顶埋深为4.8m至6.3m。由于礁石硬度较高加之施工水域途经城镇生活区、桥梁、电厂、码头及国家级、省级自然保护区，采用水下爆破施工工艺会对沿岸居民、建筑物安全及自然保护区生态环境产生较大影响，因此本文探索一种全新的超高硬度礁石水下凿岩除礁施工技术，以期能够为相关人员提供必要理论参考。
2.超高硬度礁石水下凿岩除礁施工技术分析
2.1施工方案设计
本文通过结合工程实际情况，同时考虑到使用工程既有的反铲式、抓斗式和大型绞吸式挖泥船，以及凿岩锤等既有触礁船机设备，虽然可以在一定程度上帮助完成强风化岩石的开挖施工，但难以有效完成中风化及微风化花岗岩的开挖，尤其是针对抗压强度超过70MPa的礁石更是不具备清除效用。因此经过综合考虑，针对该超高硬度礁石水下凿岩除礁施工工程，本文选择使用钻孔与布设钢锭，搭配凿岩和抓斗的施工方案。即先采用钻孔施工破坏礁石完整性，使得礁石能够出现诸多较大裂隙，随后将钢锭布设于钻孔内部，并利用重锤锤击钢锭，钢锭在受力状态下，原本所受的自身重力将会被转化成对岩石的水平力，由此达到剥离岩石的效果。最后使用大型抓斗船即可有效将超高硬度礁石彻底清除干净。由于该种施工技术无需进行水下爆破施工，大大减少了对周围建筑物及施工水域水生生物、操作人员的不利影响，有效地提高了整体施工安全性，满足工程的生态环保要求。
2.2确定施工参数
本文在充分立足工程实际，并严格参照国家相关规范要求下，为有效保障航道疏浚工程中的平均挖岩深度始终控制在1m以内，采用如下公式计算钻孔深度：
在这一公式当中，H代表钻孔深度，h1、h2则分别代表着设计底高程值与设计超深值，h3则代表保障挖岩质量控制富余值。通过将前期施工勘察等当中获取的相关参数代入上述公式中，经过计算最终将钻孔深度设定为0.5m。要求在布设钻孔时，每隔0.5m布设一个钻孔，且保障所有钻孔孔径均完全相同。但在实际施工过程中，施工人员需要随时密切观察钻孔情况，以便能够对钻孔密度和钻孔数量进行灵活调整，确保其始终与工程实际以及相关施工规定要求相符。
2.3制作布设钢锭
由于该工程中需要清除的礁石硬度较高，尤其存在诸多抗压强度超过70MPa的超高硬度礁石，因此在水下凿岩除礁施工中所需使用的钢锭也必须具有较高材质硬度。要求工程中使用的所有钢材均需要统一按照相关规范操作要求完成基本加工制作后，进行淬火处理提升钢材硬度。依照钻孔实际大小制备圆锥形钢锭，将钻孔孔径设定为0.1m，在与实际破坏岩层的范围面积进行充分考量后，本工程最终选择将圆锥形钢锭长度设定为0.5m，其底部与顶部直径则分别设定为0.07m和0.2m。在后期的试验施工中，工作人员发现许多钢锭难以充分发挥应有破岩成效，且岩石钻孔经常与钢锭相互脱离。为此，工作人员重新对钢锭的形状与尺寸进行优化调整，并适当加深钢锭入孔深度，在有效增加钢锭在锤凿过程中的稳定性的同时，工作人员还将圆环牢固焊接于钢锭上部的侧面位置处，用以系紧钢绳环，便于后续进行钢锭的下放与回收操作。在完成左右钻孔操作后，工作人员每隔一个钻孔布设一个钢锭，未布设钢锭的钻孔可为破礁预留出充足空间。
2.4重锤锤击施工
为有效节约施工成本，工作人员通过对现有资源进行优化整合与充分利用后，对既有的大型抓斗船进行改造，将其抓斗改造成4m×2.1m×0.75m的重锤，利用改造之后的重锤对已经布设完钢锭的礁石区域进行反复锤砸。在实际锤砸时，需要工作人员借助GPS系统对作业船进行精准定位，使其能够始终位于规定作业带上。在将重锤提升至指定高度后将制动离合器松开，此时升至一定高度的重锤将会做自由落体运动，利用其自重对超高硬度礁石进行夯击，由此使得礁石破裂。值得注意的是，工作人员在锤砸过程中提放重锤时不允许将其彻底从水面中提出，否则会大大增加重锤下水阻力，难以获得理想的重锤夯砸成效。由于在重锤锤砸单点初期，将锤砸频率设置为20下，工作人员发现大部分钢锭不仅未能达到破岩效果，同时还会被夯入钻孔之内，对之后清理钢锭造成了不利影响。因此工作人员随后将锤砸频率调整为单点锤击5下至10下，有效避免再次出现钢锭被夯入钻孔孔隙中的情况。而对于部分岩质极为坚硬的区块，工作人员可以视情况适当增加夯击次数或是加密夯击点，逐排重复进行夯击作业直至所有礁石全部破除。最后利用抓斗船进行开挖施工，可一边将钢锭回收，一边借助抓斗与外露钢锭末端相互咬合，再次进行破岩以达到理想水下凿岩除礁施工效果。
2.5礁石清除施工
工程施工中，直接利用现有的抓斗船，配置两条泥驳，采用分层施工作业的方式，按照由上往下的顺序逐层进行清礁，并对各层清礁厚度进行严格控制。结合作业船的实际作业宽度，工作人员将行距与排距分别设定为10m和1.5m，点间距则严格控制在1m，清礁作业中要求工作人员将各分区上层一边起点作为起始开挖点，直至挖到终点后再拖船至该分区一边重新定位进行下一层开挖，最终完成该分区内的全部清礁施工作业。当清礁作业全部结束后，工作人员立即使用专业的测量仪器设备精准测定水深，判断是否存在浅点或是漏凿点，而后根据实际情况及时进行二次布设钢锭并再次进行多次补凿，直至与规定施工要求完全相符即可。
3.结束语
综上所述，针对超高硬度礁石，在进行水下凿岩除礁施工时，工作人员需要充分结合工程实际，并严格按照国家相关标准要求，合理选用与之相适宜的施工技术，并科学设定包括钻孔与钢锭布设、钢锭与重锤尺寸等在内的各项关键施工参数。在实际施工过程中，工作人员也需要密切关注具体施工动态，依照实际施工情况随时对钢锭的形状尺寸、入孔深度以及重锤锤击频率等进行灵活调整，以便能够真正达到水下凿岩除礁的效果。在该工程中，运用钻孔与布设钢锭，搭配凿岩和抓斗的施工方案，在有效完成触礁施工的同时，减少了对附近居民、建筑物的影响，同时也保护了施工水域生态环境，加之该项施工技术操作便捷、施工成本相对较少，因此具有较高的应用价值。
参考文献：
[1]闫庆新.浅谈锤击法、水下钻孔爆破法在清礁工程中的应用[J].珠江水运，2018（13）： 70-71.
[2]张涛.水下凿岩施工在封开西江大桥清礁区的应用[J].中国水运（下半月），2018， 18（07）： 148-149.
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