淺談水下碎巖施工技術在惠州港荃灣港區主航道擴建工程實踐中的應用

紀國梁

摘 要：按照傳統施工工藝，對于水下巖石處理多采用“鉆爆法”，即對巖石進行水下鉆孔、裝藥、爆破使其破碎，再使用抓斗船清挖爆破后松散的石渣。但是，上述巖石區域處于水產資源省級自然保護區內，依據環境保護批文及有關規定，在保護區內不得從事任何爆破作業，以避免海洋漁業資源遭受破壞。另外，巖石區域毗鄰核電站及油庫區，爆破施工產生的地震波還有可能對周邊構筑物造成不利影響。為此，傳統的水下鉆孔爆破施工工藝不適合該巖石區域的處理，本文以惠州港荃灣港區主航道擴建工程為例探討水下碎巖施工技術在實踐中的應用。

關鍵詞：水下碎巖 施工技術 應用

惠州港荃灣港區陸路距惠州市區中心48km，距深圳市區74km，水路距香港維多利亞47n mile，距廣州黃埔港125n mile。荃灣港區作為惠州港主要的港區之一，將形成一個以承擔大宗散貨轉運和集裝箱運輸為主，同時充分發揮水陸條件和鋼鐵聯運優勢，服務臨港工業并大力拓展現代物流的多功能綜合性港區。

1.工程概況

原荃灣港區出海航道人工開挖段全長7.1km，底標高-10.2m（當地理論最低潮面，下同），底寬110m，僅可滿足3萬噸級船舶乘潮進出港。近年來，隨著國際、國內海運船舶大型化步伐加快，惠州港荃灣港區進港航道的規模已不適應生產發展的需要，為此，惠州市政府決定對惠州港荃灣港區主航道進行擴建。項目按照全潮單向通航5萬噸級集裝箱船、兼顧乘潮單向通航7萬噸級散貨船的標準建設，航道長度20.89km，分航道外段、航道內段、荃灣作業區進港航道段及純洲作業區進港航道段。航道外段長9.8km，底寬為160m；荃灣作業區進港航道長2.02km，底寬為120m；內段長5.98km，純洲作業區進港航道段長3.09km，內段及純洲作業區進港航道段底寬均為130m；航道設計底標高外段為-14.7m，其他航道段為-14.5m；航道各段設計邊坡均為1：7。項目疏浚總工程量約1500萬m3，總投資約7億元，采用耙吸式挖泥船進行疏浚施工。

2.水下巖石基本情況

2.1疏浚地質情況

根據巖土工程勘察報告，航道開挖范圍之內的土質主要是淤泥，屬疏浚土分類中的1級土，均為易于開挖的土質。但是，在實際施工過程中，位于航道外段W0+575—W0+665及W2+232—W2+262兩個航道區段水下發現巖石。根據現場試挖取樣情況初步判斷，上述航道區段存在砂巖分布，采用現有耙吸式挖泥船基本無法開挖。

針對航道疏浚地質發生變化的情況，設計單位進行了補充勘察測量。首先，清除巖石區覆蓋層淤泥，將巖石邊界相交的淤泥面水深開挖至設計水深以下，并進行加密水深測量（測圖比例1：500），詳細探明巖石區的分布范圍。其次，對巖石區域進行補充鉆孔勘探，根據補勘結果，兩處巖石區屬15級強風化砂巖，單軸飽和抗壓強度（Rc）30MPa，實測標準貫入擊數（N）約為30擊，耙吸式挖泥船不適合該類巖石的疏浚開挖。

2.2巖石區域航道設計尺度計算及工程量

根據《海港總平面設計規范》（JTJ211-99），航道底質發生變化后航道通航歷時、航道有效寬度等均保持不變，航道底標高需根據不同土質進行分析確定。

依據水深測量圖，W0+575—W0+665及W2+232—W2+262兩處巖石區最淺點水深分別為-12.0m及-14.0m，開挖面積分別為3280m2和375m2。采用斷面法計算兩處巖石區疏浚工程量分別為6530m3和899m3，共計7429 m3（按照超深0.7m，超寬1m計算）。

3.施工方案選擇

從保護海洋環境及周邊設施安全的角度考慮，結合巖石區域工程量較少、分布集中等實際情況，提出采用水下碎巖施工進行巖石清除處理是最為可行的方案。即采用船載起重設備懸吊碎巖錘，起吊至一定高度后松開制動裝置，使碎巖錘以自由落體下落，利用碎巖錘的沖擊力擊碎水下巖石，再采用抓斗船配合泥駁船挖運破碎后的石渣。如此反復多次，直至巖石頂面標高符合設計要求。

4.碎巖施工技術應用

4.1施工船機設備

①碎巖錘：采用鑄鐵制造，錘身為實心圓柱體，下部呈圓錐形，直徑65cm，總長度7m，總重量18.5t；②抓斗挖泥船：斗容13m3，用于碎巖錘的起吊以及巖石破碎后石渣的清挖。③自航泥駁船：艙容1000m3，用于巖石破碎后石渣的裝運。

4.2施工流程

施工定位-清挖覆蓋層-更換碎巖錘-錘擊碎巖-更換抓斗-清運碎石渣。

4.3施工工藝

4.3.1施工準備

在施工前，首先選取代表性的巖石區域進行試錘。在抓斗挖泥船操控系統中導入施工平面控制水深測量圖，并對抓斗船GPS定位系統進行校核，確保在設定區域進行施工作業。首先抓斗挖泥船清除巖石區域表層覆蓋的淤泥層，然后將抓斗更換成碎巖錘進行試碎巖，期間詳細記錄錘擊次數、落距、進尺深度等施工參數，為后續碎巖提供參考依據。

4.3.2錘擊點布設

對巖石區域進行區段劃分，每個碎巖施工區段面積控制在500m2左右。依據抓斗船寬度及吊桿控制范圍，錘擊點按照2m×2m網格布設，并將每個錘擊點布設位置在施工區段平面控制水深測量圖中詳細標示，錘擊點布設范圍應按照設計巖石區域向外側拓寬10m，確保碎巖不產生遺漏。抓斗挖泥船依次完成橫向布點的錘擊后，沿縱向進船2m，再進行下一排橫向布點的錘擊施工，以此類推。

4.3.3錘擊碎巖與清渣

巖石區域的平均碎巖厚度約3m，碎巖錘無法直接錘擊巖石至設計標高。按照分層施工的原則，根據試碎巖過程收集的相關參數，以每層1m厚度進行分層控制。按照錘擊點布設位置，每個布點錘擊4-6次，每次錘擊平均進尺約0.2m，每點錘擊4-6次后可平均破碎巖石約1m。錘擊完成后，挖泥船更換抓斗清挖石渣，然后第一時間對清挖后巖石面進行水深測量。根據現場測量結果，將未達到施工要求的布點在水深測量圖中標識出來，并重點進行補錘和清挖。

4.3.4測量驗收

按照《水運工程質量檢驗標準》（JTS257-2008）有關要求，采用多波速掃海測量的方式對巖石處理的施工質量進行檢驗。測圖比例1：500，測線間距圖上10mm，測點間距圖上5mm，實際測圖呈5m×2.5m方格網加密布置，確保掃測范圍覆蓋全部巖石區域無遺漏。根據多波速掃測結果，航道外段W0+575—W0+665及W2+232—W2+262兩處巖石區域實測最淺點水深分別為-15.2m及-15.3m，符合設計要求達到質量檢驗合格標準。

5.施工管控要點

（1）因碎巖施工需要占用現有通航航道，施工船舶通航安全避讓管理是一項極為重要的工作。施工前應向當地海事及港口船舶調度部門進行報告，詳細說明施工區域、時間等具體作業信息。施工過程中應保持通訊聯絡暢通，在其他船舶進出港前，應提前起錨避讓，尤其在夜間施工時，施工區域周邊應增設警示浮標，必要時需要向海事部門申請進行海工監護，以確保施工及通航安全。

（2）在錘擊施工過程中，重錘與吊鏈之間的連接裝置經過反復的高強度摩擦，易發生損壞導致重錘掉落。施工前應重點檢查連接裝置的牢固性，并增設一條防斷裂保護鋼纜連接重錘與吊鏈，以備在重錘落海后可及時將其撈出，避免對通航安全及施工進度造成影響。

當然，碎巖施工技術處理水下巖石也具有一定局限性，比如對于處理大面積巖石區域施工效率較低，針對抗壓強度較大的巖石碎巖預處理的效果不甚理想等不足。但是，隨著船機大型化的發展趨勢和施工技術的不斷革新優化，憑借其在某些特定條件下良好的適應性以及安全環保方面的顯著優勢，碎巖施工技術在未來的港口及航道水下巖石處理中將會得到更為廣闊的應用空間。endprint