絞吸挖巖與爆破工藝在較硬巖疏浚工程中的對比分析

摘要：平陸運河15標航道疏浚工程中，由于地質情況較為復雜多變且巖石強度高，擬選用絞吸挖巖或爆破工藝進行疏浚施工。文章通過比對絞吸挖巖工藝及爆破工藝的施工數據，分析兩種工藝的生產效率，確定巖石強度為20～30 MPa時項目應采取的施工工藝，以提高施工效率，縮短航道建設周期。

關鍵詞：航道建設；建設周期；施工工藝；生產效率

中文分類號：U616+.2A050113

0引言

航道開挖可采用多種施工工藝，根據水文地質條件和疏浚施工設備，分為絞吸挖巖、小型機械開挖，或液壓破碎、控制爆破和一般爆破等。平陸運河15標段工程疏浚工程量較大，地質條件復雜且巖石強度高，含大量飽和抗壓強度在20～30 MPa的較硬巖，此類巖石可選用絞吸挖巖或爆破工藝進行疏浚施工。本文通過比選巖石強度相近的情況下，絞吸挖巖工藝與爆破工藝的施工效率，確定針對此類較硬巖的施工工藝，以提高施工效率，縮短航道建設周期。

1工程概況

1.1項目簡介

平陸運河15標段工程地點位于蘭海高速公路欽江大橋以南的航段，航道起于蘭海高速公路欽江大橋，止于欽州港東航道起點，長度為22.02 km。

1.2項目地質情況

根據地勘報告顯示，航道內地質變化復雜，有大量的硬質巖層，勘探點顯示，大部分硬質巖石樣品飽和抗壓強度為20～30 MPa，部分硬質巖石樣品的飽和抗壓強度在30 MPa以上。由于硬質巖層飽和抗壓強度較高，擬使用爆破工藝、絞吸挖巖工藝進行航道疏浚施工。項目對航道施工產生的疏浚石料進行取樣并進行點荷載試驗，結果如表1所示。

為了確定巖石在20～25 MPa、25～30 MPa強度范圍內采用的施工工藝，分別采用爆破工藝、絞吸挖巖工藝對同一強度巖石進行生產效率分析試驗。

2爆破施工工藝介紹

2.1爆破施工工藝流程［1］

根據現場實際，在爆破施工前利用抓斗挖泥船作業完成對爆破區域范圍內表面覆蓋層、松動塊石的清除工作。采用同排孔間微差起爆的方法控制爆破振動，控制合理抵抗線和堵塞長度，確保達到良好的爆破效果。見圖1。

2.1.1鉆孔設備選擇

水下爆破工程根據主要炸礁船裝備垂直固定式110型潛孔鉆機。潛孔鉆機孔距為2.5 m，鉆孔直徑為115 mm，一次開鉆可同時完成8孔的鉆機工作。

2.1.2鉆孔定位

鉆爆船定位采用全站儀，定位精度可在10 cm以內，完全滿足定位精度要求。鉆爆船的移動靠絞錨完成。每鉆完一排孔后再進行下一排孔的定位工作。根據規范要求，定位偏差應≤30 cm。

2.1.3鉆深、孔深計算

鉆孔船只固定好后可進行鉆孔，開鉆孔時根據當前水位計算該鉆孔深度。鉆孔深度=當前實測水位-設計底標高+超深值。先下套管壓緊地面，再下鉆桿，打開供風閥供風，上下反復沖擊同時套管壓緊，使套管壓入地面護好孔口，即可開始正常鉆進。鉆到設計孔深后，壓緊套管，清理孔內石碴，提起鉆桿，將炸藥柱沿套管緩緩送入孔內，用撐炮竹篙將炸藥柱送到孔底。

2.1.4藥包加工、裝藥、堵塞、網絡連接［2］

搬運人員按《爆破安全規程》（GB 6722-2014）進行，特別要強調不得帶打火機、火柴，關閉手機電源。爆破員辦好領用手續，拉好安全網再搬運，領取數量以當班用量為準。運到鉆機船后，由爆破員保管并進行加工，每孔裝藥量、雷管數量均應如數記錄在案。

藥包加工在鋪有木板的房間內進行，每條藥包長度控制在2 m以內。根據不同材料加工方法不同。以竹片為主要材料的加工方法如下：用竹片把藥柱夾好、綁緊，安裝2發雷管，加工炸藥包時根據各孔微差要求，安裝不同段別的雷管，用膠帶把雷管腳線與吊炮繩綁扎在一起，安裝雷管的延時時間由爆破工程技術人員根據自由面、周圍保護物情況確定。段別布置的原則：減小爆破振動，提高爆破效果。裝藥時將藥包緩緩地放入套管內并拉吊炮繩，用竹竿將藥包慢慢送入孔內，并用石碴或粗砂填孔以防藥包浮出炮孔，保證爆破效果。

2.2爆破工藝的工期分析

根據地質勘探報告，分別選取飽和抗壓強度為20～25 MPa巖層及飽和抗壓強度為25～30 MPa巖層的區域，劃分為爆破Ⅰ區、爆破Ⅱ區，進行生產性試驗，計算生產率。

2.2.1飽和抗壓強度為20～25 MPa巖層的施工生產率

在航道樁號K119+300～K119+400段設置寬100 m的施工試驗區域為爆破Ⅰ區。對已施工區域進行數據統計，分析現場6孔炸礁船施工生產效率，具體見表2。

根據表2爆破Ⅰ區施工生產率統計，對飽和抗壓強度為20～25 MPa的巖層采用爆破工藝進行施工的生產率為111.26 m3/h。

2.2.2飽和抗壓強度為25～30 MPa巖層的施工生產率

在航道樁號K113+000～K113+100段設置寬100 m的施工試驗區域為爆破Ⅱ區。對已施工區域進行數據統計，分析現場6孔炸礁船施工生產效率，具體見表3。

根據表3爆破Ⅱ區施工生產率統計，對飽和抗壓強度為25～30 MPa的巖層采用爆破工藝進行施工的生產率為118.11 m3/h。

3絞吸挖巖施工工藝

3.1絞吸挖巖工藝介紹

絞吸船通過船艉與水上管線連接，將鉸刀破碎的巖石通過挖泥船的大功率泥泵將碎石通過排泥管線輸送至指定的吹填區。

3.1.1邊坡位置逐層開挖

采用逐層臺階開挖邊坡，頂角的泥沙易受水浮力、重力等外力影響，導致崩塌滑落，最終形成固定的邊坡結構。

結合工程現場的土體和絞吸船的鉸刀，可以分層設置不同的區域，軟土和硬土并存，一般而言軟土的厚度大，硬土的厚度小。在底部，由于沉積量大，整個區域的土壤與上層相比較硬，需要減小挖深。結合潮汐變化確定土體的開挖施工，漲潮時進行表層土體施工，退潮時開始下層土體施工，避免坍塌的情況。各層的劃分通常是根據鉸刀的性質來確定，盡可能地保持厚度一致。

3.1.2挖深［3］

施工區域的挖掘深度取決于鉸刀的深度，且挖掘的平穩性直接影響施工水平。在疏浚工程施工之前，應對絞吸船中的鉸刀深度進行準確的測量，根據方案標準判定深度情況。在施工的過程中結合實際情況確定鉸刀的深度值。按照工藝標準，可利用卷揚機將橋架的鋼絲繩下放，其原理是：將纜繩固定在吊架滑輪處，另一端固定在鉸刀架滑輪處，經過必要的操作后測量深度，再設定標準的參數值，對比兩者是否出現較大的偏差。

3.2絞吸挖巖施工工藝流程［4］（圖2）

3.3絞吸挖巖施工工藝的工期分析

根據地質勘探報告，分別選取飽和抗壓強度為20～25 MPa巖層及飽和抗壓強度＞25 MPa巖層的區域，劃分為絞吸Ⅰ區、絞吸Ⅱ區，進行生產性試驗，計算生產率。

3.4飽和抗壓強度為20～25 MPa巖層的施工生產率

在航道樁號K119+127～K119+260段設置寬100 m的施工試驗區域為絞吸Ⅰ區。對已施工區域進行數據統計，分析現場3 500 m3/h絞吸船施工生產率，具體見表4。

根據表4絞吸Ⅰ區施工生產率統計，對飽和抗壓強度為20～25 MPa巖層采用絞吸挖巖工藝進行施工的生產率為344 m3/h。

3.5飽和抗壓強度為25～30 MPa巖層的施工生產率

在航道樁號K119+038～K119+127段設置寬100 m的施工試驗區域為絞吸Ⅱ區。對已施工區域進行數據統計，分析現場3 500 m3/h絞吸船施工生產效率，具體見表5。

根據表5絞吸Ⅱ區施工生產率統計，對飽和抗壓強度為25～30 MPa巖層采用絞吸挖巖工藝進行施工的生產率為270 m3/h。

4爆破、絞吸挖巖工藝生產率對比

通過現場采用爆破工藝及絞吸挖巖工藝的生產率比對，在巖層飽和抗壓強度為20～25 MPa時，采用絞吸挖巖工藝的平均生產率為344 m3/h，比采用爆破工藝的平均生產率高232.74 m3/h，絞吸挖巖工藝更具有效率。

在巖層飽和抗壓強度為25～30 MPa時，采用絞吸挖巖工藝的平均生產率為270 m3/h，比采用爆破工藝的平均生產率高151.89 m3/h，絞吸挖巖工藝更具有效率。

當巖石強度在30 MPa以上時，受3 500 m3/h絞吸船鉸刀系統設備限制，無法采用絞吸挖巖工藝進行施工。

5結語

本文通過比對絞吸挖巖工藝及爆破工藝的施工數據，分別對不同巖石強度工況下，絞吸挖巖工藝及爆破工藝的生產率進行核算。

（1）數據表明，相比爆破工藝，采用絞吸挖巖工藝更具優勢，巖石在20～30 MPa的強度區間內，絞吸挖巖工藝生產率比爆破工藝生產率高192.31 m3/h，且巖石強度越低，生產率差值越大。

（2）采用絞吸挖巖工藝前需提前對吹填區進行規劃。考慮的因素包含吹填區的規模、周邊環境的生態影響、建設周期等一系列吹填施工前的準備工作。相較于爆破工藝產生的疏浚石料的清礁堆存，絞吸挖巖工藝對于堆存場的圍堰建設要求更高。

（3）爆破工藝受天氣的影響較為嚴重，如疏浚物的外運會受作業區域降雨影響，施工周期管控難度相較于絞吸挖巖工藝更大。由于絞吸挖巖工藝吹填作業不受天氣影響，可連續施工，因此能有效推進工程的建設進度。

（4）綜合以上，本文對比分析結論適用于主體工程采用絞吸船吹填工藝且巖石強度較高的大型疏浚工程，此類工程可利用已有吹填區和堆存場圍堰，將20～30 MPa的較硬巖爆破疏浚轉化為絞吸開挖，從而提高施工效率，縮短建設周期，取得較好的經濟效益。

參考文獻：

［1］JTS_204-2008，水運工程爆破技術規范［S］.

［2］GB6722-2014，爆破安全規程［S］.

［3］秦記華.絞吸式施工技術在航道疏浚工程中的應用［J］.四川建材，2020（4）：106-107.

［4］JTS 207-2012，疏浚與吹填工程施工規范［S］.

作者簡介：張我貴（1991—），工程師，研究方向：水運工程。