凿岩棒水下环保碎岩施工工法适用范围

《凿岩棒水下环保碎岩施工工法》适用于以下各种水域、工况的水下环保碎岩施工：

1.沿海、内河水域、自然保护区、水产养殖区等对环境保护要求高，对水击波、振动波和水体污染较敏感的生态敏感区水域。

2.临近码头、护岸、船闸、船坞等建筑物或城市、村镇的水域。

3.建设期内不能停止港口生产、船舶通航密度大的港池航道工程。

凿岩棒水下环保碎岩施工工法工艺原理

《凿岩棒水下环保碎岩施工工法》的工艺原理叙述如下：

在挖泥船的抓斗吊机上装铸钢制造的凿岩棒，施工时将其提升到一定高度后自由落下。依靠重力作用冲击海（河）床岩体。由于凿岩棒具有一定的重量和落高，产生的重力势能远远大于浮阻力，因此使被冲击岩体在一定范围内破碎。

海底的岩石表面受到冲击力的作用时，先在接触处产生弹性变形，随后出现微裂纹，然后逐渐形成放射裂纹，岩石表面突然破裂，最后出现岩体破碎。

这种方法的特点是接触应力瞬间可达极高值，应力比较集中，所以尽管岩石的动硬度要比静硬度大，但仍易产生裂纹。而且冲量愈大，岩石脆性愈大，愈有利于裂隙发育。因此，用不大的冲击能，就可以破碎较坚硬的岩石。

凿岩棒碎岩施工产生的振动波及范围与凿岩棒的重量有关、产生的水击波与凿岩棒的形状有关。不同形状的凿岩棒，将产生不同的入射应力波形。一般而言，细长状凿岩棒入射波的振幅小，波长长；短粗状凿岩棒入射波的振幅大，波长短。改变入射波的形状，主要是改变凿岩棒的形状，可以产生不同的碎岩效果。应用该工法时可根据所在工程的具体岩质条件选择合适形状和重量的凿岩棒，几种不同形状和重量的凿岩棒参见图2所示。

凿岩棒水下环保碎岩施工工法施工工艺

《凿岩棒水下环保碎岩施工工法》的施工工艺流程及操作要点叙述如下：

• 工艺流程

施工工艺流程见图3。

• 操作要点

一、施工区平面控制点布设

1.平面控制点检验

将差分式全球卫星定位系统（DGPS）天线放到各个控制点上进行数据采集，把采集到的数据用XYPLOT软件进行处理，将处理得到的平面坐标与控制点已知坐标进行比较并验证平面控制点，以证实误差符合交通部《水运工程测量规范》的要求。

2.平面控制点的布设

根据业主提供的经过验证的平面控制点，各施工区选用最佳的定位控制点控制整个施工区。施工船定位采用DGPS进行，接收离工程施工区最近的差分站发射的固定频率数据链，以此作为定位的基准数据，精度为±1~3米。

3.浚前水下地形测量

测量船：采用适合工程所在地工况的专用或由机动船改装的测量船，测深仪换能器安装在距测量船船腊1/3~1/2船长位置，DGPS接收机天线与测深仪换能器置于同一铅垂线上，DGPS接收机与测深仪的数据采集同步进行，确保测深点与定位点完全重合并做到测深定标与定位时间完全同步，从而保证测深质量。

水位控制：根据设计资料，依据实际情况和规范要求在施工区附件设立施工水尺，并设置自动验潮仪和潮位遥报仪，实时记录并传报潮位变化情况，以作测量水位修正。

水下地形测量成果整理：根据外业测量成果，整理水下地形图、等深线图等，叠套地质成果资料，形成指导施工的浚前图。

二、施工准备

1.办理水上、水下施工作业许可证、废弃物海洋倾倒许可证、航行通告等必要手续。

2.根据计算机导航画面将挖泥船移入施工区就位。

3.船体定位系统（锚链系统、钢桩系统）选择：在施工水域受限或施工干扰较大的情况下或施工区域较小，礁石面积小要求定位精度较高时使用钢桩系统进行施工；在施工水域条件许可的情况下采用锚链系统施工。

三、凿岩棒选择

1.凿岩棒的重量

主要根据礁石形态、岩层厚度、船舶设备的起重能力以及兼顾施工成本等因素进行选择。一般情况下，岩块硬度较大，岩层较厚时应采用重量较大的凿岩棒施工；而岩层较薄、岩石强度不大、只需凿一次就可以达到设计深度时可选用重量较小的凿岩棒施工。在安全距离允许的范围内，适当增加凿岩棒的重量可提高水下碎岩的施工速度。

2.凿岩棒的形状

前端为斧头形状的凿岩棒对较大面积的岩盘有较好的破碎效果。这种凿岩棒一般头部两侧呈楔形，并以弧形流线向凿岩棒中上部过渡，转变为直立式，其形状有利于凿岩棒的能量只向两侧传递，增加对岩土的破坏作用，并且在凿岩棒嵌入岩土过深时可减少棒身侧向的摩擦阻力，使凿岩棒更易提起来。铅笔形状的凿岩棒可产生集中的冲击荷载，如果下层的岩石比较硬，建议使用笔状凿岩棒。

3.安全距离要求

凿岩棒是在一定水深条件下依靠凿岩棒重力作用冲击岩体破岩，其产生的冲击波和振动波会对水生生物或周边的建筑物造成影响或伤害。施工中产生的振动波及范围与凿岩棒的重量有关、产生的水击波与凿岩棒的形状有关，因此当施工区域靠近养殖区、海洋生物保护区或建筑物时，选择凿岩棒时需考虑凿岩棒产生的冲击波和振动波对养殖物、水生生物和建筑物的影响。由于凿岩棒破岩和炸药水下爆炸破岩除了能量释放速率不一样外，其他效应基本相同，所以其产生的振动波、冲击波等可以参照炸药水下爆炸对鱼类等水生生物和邻近建筑物能否造成伤害或伤害程度作为判断的依据。把凿岩棒的冲击能折算成产生等量能量需要的硝铉类炸药用量，计算凿岩棒施工对水生生物和邻近建筑物的危险区半径。因忽略了较多的阻力，因此计算所得水生生物和建筑物危险半径安全系数比实际的大。根据现场的监测结果，表1的安全距离满足水生生物和建筑物的安全要求。表中列出的安全距离是按不同重量的凿岩棒提升到15米高度下放碎岩进行计算的半径距离。

注：上表建筑物以重力式码头作为参考，取安全振动速度为5厘米/秒。

四、确定施工方案

选择试验区域：根据工程实际情况，可以通过试凿作业为确定凿岩棒的重量和形状、凿岩布点间距以及凿岩棒提升高度提供依据。一般根据地质资料选择岩石抗压强度最大的区域作为试凿区，以不同的组合参数按一定的距离分块试验，一般分块大小30米x30米比较合适。可根据试凿结果和对岩石强度的了解调整各凿岩施工参数。

确定凿岩布点间距：凿岩布点间距要综合考虑凿岩棒的大小、形状和岩盘的层厚及硬度。一般情况下，凿岩棒的布点距离控制在斧头形凿岩棒厚度或者铅笔形和多齿形凿岩棒直径的1.5~2倍左右，参见图4。

凿岩棒的布点间距可参见表2。

覆盖层清挖：主要目的是减少岩石表层存在的软质土削弱凿岩棒的能量、确定礁石区的具体范围、厚度、礁石区边界的地质情况。覆盖层清挖过程中要注意泥层厚度及土质类别，存在粒径较大碎石时施工应使用长齿的石斗。在不影响施工效率的情况下，应尽可能一次开挖到设计标高，以减少凿岩棒施工的面积。

五、碎岩操作要点

1.根据施工区岩层性质、厚度及分布、潮流方向及流速、风向风力等因素，确定合适的施工操作方案。

2.查验DGPS定位显示系统上的方位数据及施工区数据是否正常。

3.将凿岩棒吊起，棒尖靠近水面，这时将仪表上的基准高度复位，并根据潮位数据和施工水深设定水深补偿值。

4.根据施工计划和计算机屏幕画面，将凿岩棒移吊至开凿点上方的指定高度（根据水流急缓程度和方向等实际状况对位置进行修正）。

5.扳动离合器操作手柄，松脱离合器，使凿岩棒自由落下。

6.注视仪表显示的落下深度，在撞击底岩前的适当距离及时制动（制动时间、距离与提棒高度有关，高度越高，制动越早）。

7.观察凿岩棒撞击底岩后主吊缆的松出状态，对制动深度位置值进行调整，避免出现钢丝过度松出或者过度绷紧的现象。

8.手柄扳至离合器合上位置，吊起凿岩棒。凿岩棒一般应吊离水面，以便观察棒体和连接钢丝的状况。

9.根据GPS导航画面以及仪表指示，旋转吊臂至下一个凿岩布点位置。

10.操作过程中与船位集控室保持联系，根据施工位置的变化情况配合船位移动。

11.重复上述4至10的操作，直至该次作业结束。

六、清礁施工步骤

根据测量结果制定清礁施工计划，从凿岩施工转为清礁施工，步骤如下：

1.拆卸凿岩棒，换装硬土抓斗；

2.泥驳靠船的左舷或右舷，或同时靠两舷；

3.根据潮位数据设定水深补偿值；

4.根据计算机导航定位画面将抓斗吊移至开挖位置；

5.按照施工计划和要求进行清挖碎岩和装卸驳作业。

七、提高凿岩施工效率

1.凿岩施工一般按"凿岩一清渣一凿浅点一再清渣”这样的步骤循环施工，要求精确掌握覆盖层凿岩施工和第一次清渣的土质变化，据此合理调整凿岩棒的类型，尽量减少凿岩的次数，提高施工效率。

2.在清渣过程中，应观察挖起碎岩的状况判断碎岩效果，结合测量结果及时对下一步碎岩施工安排和参数作出相应的调整。

3.施工期间，凿岩棒以自由落体反复撞击岩石，一定时间后会对棒端部分造成较大的磨损甚至破损，参见图5。为了保证凿岩效率，应及时对磨损或破损的凿岩棒进行修补。

凿岩棒采用高强度合金铸钢制作，重量大，造价高，一般情况下采用修补方式延长其使用寿命。凿岩棒的修补采用堆焊的方式进行。堆焊工艺要具体根据凿岩棒的材质和修补量考虑选择不同硬度的焊条及其搭配比例、焊接部位预热和保温的时间和温度等，以达到所要求的指标。

八、劳动力组织

无额外的劳动力需求，可按照疏浚工程抓斗挖泥船施工的人员配置进行安排。