浅谈水下碎岩施工技术在惠州港荃湾港区主航道扩建工程实践中的应用

摘 要：按照传统施工工艺，对于水下岩石处理多采用“钻爆法”，即对岩石进行水下钻孔、装药、爆破使其破碎，再使用抓斗船清挖爆破后松散的石渣。但是，上述岩石区域处于水产资源省级自然保护区内，依据环境保护批文及有关规定，在保护区内不得从事任何爆破作业，以避免海洋渔业资源遭受破坏。另外，岩石区域毗邻核电站及油库区，爆破施工产生的地震波还有可能对周边构筑物造成不利影响。为此，传统的水下钻孔爆破施工工艺不适合该岩石区域的处理，本文以惠州港荃湾港区主航道扩建工程为例探讨水下碎岩施工技术在实践中的应用。

关键词：水下碎岩 施工技术 应用

惠州港荃湾港区陆路距惠州市区中心48km，距深圳市区74km，水路距香港维多利亚47n mile，距广州黄埔港125n mile。荃湾港区作为惠州港主要的港区之一，将形成一个以承担大宗散货转运和集装箱运输为主，同时充分发挥水陆条件和钢铁联运优势，服务临港工业并大力拓展现代物流的多功能综合性港区。

1.工程概况

原荃湾港区出海航道人工开挖段全长7.1km，底标高-10.2m（当地理论最低潮面，下同），底宽110m，仅可满足3万吨级船舶乘潮进出港。近年来，随着国际、国内海运船舶大型化步伐加快，惠州港荃湾港区进港航道的规模已不适应生产发展的需要，为此，惠州市政府决定对惠州港荃湾港区主航道进行扩建。项目按照全潮单向通航5万吨级集装箱船、兼顾乘潮单向通航7万吨级散货船的标准建设，航道长度20.89km，分航道外段、航道内段、荃湾作业区进港航道段及纯洲作业区进港航道段。航道外段长9.8km，底宽为160m；荃湾作业区进港航道长2.02km，底宽为120m；内段长5.98km，纯洲作业区进港航道段长3.09km，内段及纯洲作业区进港航道段底宽均为130m；航道设计底标高外段为-14.7m，其他航道段为-14.5m；航道各段设计边坡均为1：7。项目疏浚总工程量约1500万m3，总投资约7亿元，采用耙吸式挖泥船进行疏浚施工。

2.水下岩石基本情况

2.1疏浚地质情况

根据岩土工程勘察报告，航道开挖范围之内的土质主要是淤泥，属疏浚土分类中的1级土，均为易于开挖的土质。但是，在实际施工过程中，位于航道外段W0+575―W0+665及W2+232―W2+262两个航道区段水下发现岩石。根据现场试挖取样情况初步判断，上述航道区段存在砂岩分布，采用现有耙吸式挖泥船基本无法开挖。

针对航道疏浚地质发生变化的情况，设计单位进行了补充勘察测量。首先，清除岩石区覆盖层淤泥，将岩石边界相交的淤泥面水深开挖至设计水深以下，并进行加密水深测量（测图比例1：500），详细探明岩石区的分布范围。其次，对岩石区域进行补充钻孔勘探，根据补勘结果，两处岩石区属15级强风化砂岩，单轴饱和抗压强度（Rc）30MPa，实测标准贯入击数（N）约为30击，耙吸式挖泥船不适合该类岩石的疏浚开挖。

2.2岩石区域航道设计尺度计算及工程量

根据《海港总平面设计规范》（JTJ211-99），航道底质发生变化后航道通航历时、航道有效宽度等均保持不变，航道底标高需根据不同土质进行分析确定。

依据水深测量图，W0+575―W0+665及W2+232―W2+262两处岩石区最浅点水深分别为-12.0m及-14.0m，开挖面积分别为3280m2和375m2。采用断面法计算两处岩石区疏浚工程量分别为6530m3和899m3，共计7429 m3（按照超深0.7m，超宽1m计算）。

3.施工方案选择

从保护海洋环境及周边设施安全的角度考虑，结合岩石区域工程量较少、分布集中等实际情况，提出采用水下碎岩施工进行岩石清除处理是最为可行的方案。即采用船载起重设备悬吊碎岩锤，起吊至一定高度后松开制动装置，使碎岩锤以自由落体下落，利用碎岩锤的冲击力击碎水下岩石，再采用抓斗船配合泥驳船挖运破碎后的石渣。如此反复多次，直至岩石顶面标高符合设计要求。

4.碎岩施工技术应用

4.1施工船机设备

①碎岩锤：采用铸铁制造，锤身为实心圆柱体，下部呈圆锥形，直径65cm，总长度7m，总重量18.5t；②抓斗挖泥船：斗容13m3，用于碎岩锤的起吊以及岩石破碎后石渣的清挖。③自航泥驳船：舱容1000m3，用于岩石破碎后石渣的装运。

4.2施工流程

施工定位-清挖覆盖层-更换碎岩锤-锤击碎岩-更换抓斗-清运碎石渣。

4.3施工工艺

4.3.1施工准备

在施工前，首先选取代表性的岩石区域进行试锤。在抓斗挖泥船操控系统中导入施工平面控制水深测量图，并对抓斗船GPS定位系统进行校核，确保在设定区域进行施工作业。首先抓斗挖泥船清除岩石区域表层覆盖的淤泥层，然后将抓斗更换成碎岩锤进行试碎岩，期间详细记录锤击次数、落距、进尺深度等施工参数，为后续碎岩提供参考依据。

4.3.2锤击点布设

对岩石区域进行区段划分，每个碎岩施工区段面积控制在500m2左右。依据抓斗船宽度及吊杆控制范围，锤击点按照2m×2m网格布设，并将每个锤击点布设位置在施工区段平面控制水深测量图中详细标示，锤击点布设范围应按照设计岩石区域向外侧拓宽10m，确保碎岩不产生遗漏。抓斗挖泥船依次完成横向布点的锤击后，沿纵向进船2m，再进行下一排横向布点的锤击施工，以此类推。

4.3.3锤击碎岩与清渣

岩石区域的平均碎岩厚度约3m，碎岩锤无法直接锤击岩石至设计标高。按照分层施工的原则，根据试碎岩过程收集的相关参数，以每层1m厚度进行分层控制。按照锤击点布设位置，每个布点锤击4-6次，每次锤击平均进尺约0.2m，每点锤击4-6次后可平均破碎岩石约1m。锤击完成后，挖泥船更换抓斗清挖石渣，然后第一时间对清挖后岩石面进行水深测量。根据现场测量结果，将未达到施工要求的布点在水深测量图中标识出来，并重点进行补锤和清挖。

4.3.4测量验收

按照《水运工程质量检验标准》（JTS257-2008）有关要求，采用多波速扫海测量的方式对岩石处理的施工质量进行检验。测图比例1：500，测线间距图上10mm，测点间距图上5mm，实际测图呈5m×2.5m方格网加密布置，确保扫测范围覆盖全部岩石区域无遗漏。根据多波速扫测结果，航道外段W0+575―W0+665及W2+232―W2+262两处岩石区域实测最浅点水深分别为-15.2m及-15.3m，符合设计要求达到质量检验合格标准。

5.施工管控要点

（1）因碎岩施工需要占用现有通航航道，施工船舶通航安全避让管理是一项极为重要的工作。施工前应向当地海事及港口船舶调度部门进行报告，详细说明施工区域、时间等具体作业信息。施工过程中应保持通讯联络畅通，在其他船舶进出港前，应提前起锚避让，尤其在夜间施工时，施工区域周边应增设警示浮标，必要时需要向海事部门申请进行海工监护，以确保施工及通航安全。

（2）在锤击施工过程中，重锤与吊链之间的连接装置经过反复的高强度摩擦，易发生损坏导致重锤掉落。施工前应重点检查连接装置的牢固性，并增设一条防断裂保护钢缆连接重锤与吊链，以备在重锤落海后可及时将其捞出，避免对通航安全及施工进度造成影响。

当然，碎岩施工技术处理水下岩石也具有一定局限性，比如对于处理大面积岩石区域施工效率较低，针对抗压强度较大的岩石碎岩预处理的效果不甚理想等不足。但是，随着船机大型化的发展趋势和施工技术的不断革新优化，凭借其在某些特定条件下良好的适应性以及安全环保方面的显著优势，碎岩施工技术在未来的港口及航道水下岩石处理中将会得到更为广阔的应用空间。