淺談巖石質河床“相對法”液壓破碎疏浚的施工工藝

張浩文，黃晨

（江西省航道工程局，江西 南昌 330008）

航道是水運的命脈，保障航道暢通高效對于水運來講就顯得尤為重要。隨著江西水運建設步伐的加快，“兩橫一縱”內河高等級航道網已經形成，贛江已建成六個梯級樞紐，航道通航條件得到了極大提升。贛江龍頭山樞紐以下工程航段，自樞紐建成蓄水運行后，受清水下泄沖刷和人為采砂等因素影響，造成下游段河床大幅下切，形成巖石質河床，枯水水位持續下降，航道水深趨淺，枯水水深局部不足，成為本航段主要礙航淺灘。水下巖石質河床的疏浚一般采用先爆破后清渣的施工工藝[1,2]，但是爆破工藝存在著施工安全隱患大、環境污染大、審批周期長等問題，如何按時保質完成水下礁石質河床應急疏浚成了一個難題。

1 工程概況

贛江小港口灘、龍務洲灘航道搶通工程河段起于龍頭山樞紐下引航道出口，止于龍務洲尾，全長約20km，現狀為天然航道。工程河段上游為已建龍頭山樞紐，下游為在建的南昌水利樞紐，本搶通工程主要解決南昌水利樞紐建成前龍頭山樞紐至龍務洲河段枯水期通航問題。工程按Ⅲ-（3）級航道標準進行設計，航道尺度為2.2×60×480m（航深×航寬×彎曲半徑），工程主要內容為清礁，清礁工程量3.62 萬m3，設計邊坡1:2，巖石飽和單軸抗壓強度最大為13.2Mpa，平均為7.18Mpa，工期2 個月。本工程的難點在于保證巖石質河床挖槽內無淺點。為如期完成搶通任務，項目實施單位江西省航道工程局在本工程主要采用了液壓破碎清渣的疏浚的施工方法，較好地完成本次搶通任務，取得了良好的效果，其中采用破碎船和清渣船對向同時施工的“相對法”施工工藝屬全國首創。

2 施工工藝原理

巖石質河床“相對法”液壓破碎疏浚是利用一艘破碎船和一艘反鏟式挖泥船在同一軸線上對向“相對”施工。對施工挖槽分層分條分段施工，在破碎船破碎巖石后，對向的反鏟式挖泥船同步清渣，直至一次達到航道設計底標高無淺點。破碎船由反鏟式挖泥船的鏟斗改裝成破碎錘，液壓破碎船的工作原理是利用破碎錘直接在礁石質河床上震動，河床在受到破碎錘沖擊后先在表面產生裂紋并逐步形成放射性裂紋，最后呈體積破碎狀態[3]。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 液壓破碎疏浚施工工藝流程

礁石質河床液壓破碎施工工藝：測量放樣→移船定位→液壓破碎錘破碎→反鏟清渣→泥駁棄渣→硬式掃床自檢→交工，工藝流程圖見圖1。

圖1 工藝流程圖

3.2 液壓破碎疏浚施工操作要點

3.2.1 測量放樣

（1）在施工區域按照規范布設控制網，根據設計圖紙把挖槽特征點坐標導入疏浚船定位軟件進行船舶定位，船舶定位后要采用GNSS 接收機對定位的準確性復核。

（2）按照一定間距布設施工水尺，水尺設置在便于觀測、水流平穩、風浪影響小且不易被船艇碰撞的地方。每組水尺必須由兩支或兩支以上的水尺組成，相應水尺應有10cm 或20cm 的重合，能滿足施工期水位變化讀數要求。

3.2.2 移船定位

考慮到破碎船和清渣船均在航道內施工，占用了部分航道，破碎船和清渣船宜采用定位樁定位，減少施工船舶在施工期對航道通航的影響。當施工船接近挖槽起點時放緩船速，待船舶停穩后先探測定位樁處水深，水深滿足要求后緩慢放下一個定位樁，逐步將船位調整至開挖區域中心線后再落下另一個定位樁。

兩船定于挖槽上游起點，破碎船在上游，清渣船在下游，兩船軸線位于同一分條開挖中心線上，間隔約10m。泥駁靠泊于清渣船遠離航道一側，如圖2。

圖2 兩船對向施工圖

3.3 液壓破碎錘破碎

（1）在進行液壓破碎施工前，可根據巖層厚度制定分層分條破碎開挖方案。開挖寬度根據平臺船寬和挖槽寬度合理選擇，通常采用10m 一條。開挖厚度根據破碎錘尺寸和巖石的類別選擇，通常采用20cm—50cm 一層布設，破碎順水流方向長度一般按2m 一段。

（2）確定分層分條開挖區域后，先將所需施工區域按照孔距 0.5m×0.5m，梅花形布點破碎。需要分層開挖的，在完成2×10m 破碎區域清渣后，立即對該區域進行二次破碎。

（3）開挖時，從容易被破碎的端面開始，將液壓破碎錘的釬桿垂直壓在河床巖石的打擊面上，后開動破碎錘，利用破碎錘的沖擊力將巖石擊碎。破碎時，始終保持在45°角度范圍內操作破碎錘。每擊打5min，將破碎錘提出水面，將破碎錘中的水分排出。水下作業時，每2h 給破碎錘的釬桿加注一次黃油，將鋼釬壓入到下缸體中到位，然后加注黃油[3]。

3.4 反鏟清渣

（1）從挖槽上游起點順流而下清渣，可避免飄石進入疏浚合格挖槽內。

（2）兩船定位于同一開挖軸線上。破碎船破碎2×10m 區域后，清渣船立即對該區域清渣。分層開挖時，第一層清渣完成后破碎船立即對該區域進行二次破碎，清渣船同步對該區域清渣，直至達到設計航道底標高。

（3）清渣船清渣完成后，根據下放深度用鏟斗平掃河床，當發現河床上有淺點時，破碎船立即對該區域進行二次破碎清渣。

3.5 泥駁棄渣

運輸泥駁緊靠清渣船左舷或右舷裝料，方向與航道中心線方向平行，由挖泥船直接將疏浚料挖至運輸泥駁船內，泥駁裝滿后，運至指定棄渣點進行卸泥，在裝料過程中，挖泥船與運輸船均不得越過施工期臨時航道邊線。

4 質量控制要求及措施

根據《水運工程質量檢驗標準》(JTS 257-2008)規定：無備淤深度的航道疏浚工程設計底邊線以內水域嚴禁存在淺點，設計底邊線以內水域的開挖范圍應滿足設計要求，開挖斷面不應小于設計開挖斷面。有備淤深度的航道疏浚工程邊緣水域的底質為中、硬底質時不得存在淺點。本工程硬底質河床挖槽設計深度為2.3m，其中航道設計水深2.2m，硬底質河床水深增加值0.1m，無備淤，且為硬底質河床，故需滿足設計底邊線以內嚴禁存在淺點的質量要求。為滿足質量要求可采取以下措施：

（1）精準計算下放深度，合理控制超深。要勤于觀測水尺，隨時掌握水位變化情況，計算破碎船和清渣船下放深度，合理控制超深；

（2）分條開挖時要有一定的搭接。受反鏟式挖泥船的施工范圍限制，一般需要分條開挖，分條施工時候搭接寬度一般不小于2m；

（3）采用硬式掃床自檢。交工驗收前，施工單位應對挖槽進行自檢，自檢方式應采用硬式掃床，挖槽內無淺點方可交工。

5 設備選型及工效分析

破碎船的選用根據巖石類別和飽和單軸抗壓強度來確定，本工程選用的是55T 反鏟改裝，破碎錘選用的是直徑185mm。清渣船的選取要根據破碎后巖石直徑及航道水深確定，本工程采用的斗容量4m3反鏟式挖泥船較為合適。一個施工船組包含一艘破碎船、一艘清渣船和2艘泥駁組成，施工功效受巖石類別、飽和單軸抗壓強度、巖層厚度等因素影響各不相同，月平均產量約為6000m3-9000m3。

6 施工工藝優缺點

6.1 施工工藝優點

造價低。本施工工藝沒有進入到水運工程定額，工程概預算通常做法是用爆破工藝中的轉孔工序再加上清渣工序組合而成，造價遠低于爆破清渣。根據贛江上幾個類似項目中收集到的人材機的消耗情況，也基本契合預算的組成。

綠色環保、安全。本施工工藝是通過物理方式使巖石裂開，不會產生有害氣體、化學物質等，相比爆破更加綠色環保、安全。

審批快速。爆破施工手續審批較為嚴格、繁瑣，審批周期長。本工藝無須爆破審批，特別是用于航道維護、應急搶通施工項目時，根據《中華人民共和國航道法》無須辦理水上水下施工許可，僅需在海事部門備案，大大縮減了項目工期，提高了工程實施效率，優化了營商環境。

項目工期短。礁石質河床在施工中挖槽內容易形成孤石、飄石，反復清除后仍易存在淺點，若設計水深內仍有殘留的礁石淺點，將無法通過硬式掃床驗收，對航行船舶也將造成巨大的安全威脅。采用“相對法”施工時，挖槽基本可以一次到位，有效提升施工效率和質量，大幅降低施工成本、縮短施工工期。

6.2 施工工藝缺點及解決措施

本施工工藝缺點是受施工水位及流速影響較大。破碎船和清渣船均采用定位樁定位，當施工斷面流速較大時，船舶定位較難，很難開展施工作業。施工水深5m左右為最理想施工水位，當施工水深大于挖機臂長時，破碎船和清渣船均無法作業。解決這一問題可通過選擇更大挖機或改裝挖機臂長等來解決。

7 結論與建議

巖石質河床疏浚工藝主要有爆破、液壓破碎、鑿巖、液態二氧化碳破碎等工藝，“相對法”液壓破碎施工工藝優化了液壓破碎法施工工序，施工工藝較為成熟，具有綠色環保、安全、成本低等優勢，運用于內河航道疏浚施工，取得了良好的效果，具有廣闊的推廣前景。建議水運工程定額編制單位廣泛收集材料，制定該工藝的補充定額，為類似項目規范化實施提供依據。