林显才 湛江港（集团）股份有限公司

1.引言

由于沿海港口建港选址时通常充分考虑了进出港航道通航条件，选在天然水深优良或土质松软易于进行航道整治的地方，故沿海港口航道水域的浅层土质通常以流泥、淤泥、中粗砂、粉细砂、黏土等为主，遇到大面积岩石层的情况比较少见，故沿海港口航道改善通航条件方式以疏浚为主，这一点有别于内河航道整治时常遇到的礁石问题（需采取炸礁的方式改善航道通航条件）。

但随着海运船舶大型化发展趋势，船舶吃水深度越来越深（40万吨散货船达到-23米），沿海港口进出港航道底标高已经不断突破原有规划，需要对进出港航道进行拓宽加深，在航道加深拓宽过程中也会遇到硬点及小范围的岩石层。由于疏浚前期施工通常按海测图先挖上层，硬点及小范围的岩石层较难发现，而在疏浚施工后期,由于土质特性及密度差异,船型施工特点,人工操作等因素,施工区存在垄沟、浅埂、浅区、浅点等，施工期后期必须进行扫浅，扫浅过程中，硬点及小范围的岩石层就会突现，疏浚后期扫浅施工时，施工效率是非常低的，单位疏浚量成本是最高的,是疏浚工程效率、成本管控的重要阶段。

2.工程案例

2.1 工程概况

本工程所在地为南方沿海地区某重要港口，2019年开始进行主航道改扩建，工程对原有30万吨级主航道改扩建，按满足30万吨级船舶满载乘潮单向通航，兼顾10万吨级船舶和15万吨级散货船全潮通航双向通航的规模建设，航道长64100米，通航宽度为340米，会船区通航宽度510米，配套建设导助航设施等，与此同时，在主航道E点附近的15万吨级支航道也正在实施，主航道及支航道总疏浚量超过6000万方。

本工程施工后期由海测大队进行了3次全面测图及进行了多次的局部补测，在外航道、内航道及支航道发现5个硬点及岩石层区域。通过对硬点及岩石层区域进行磁探、侧扫声纳及浅剖测量，在采用耙吸船、绞吸船试挖效果不佳的情况下，选择合适的凿岩锤结合抓斗船进行硬点及岩石层破碎，进行了多次的扫浅作业，如期完成了项目建设。

2.2 水下凿岩工艺

2.2.1 凿岩锤选择

关于本工程的硬点及岩石层清挖，在考虑使用凿岩锤施工前，已经采用耙吸船、绞吸船进行试挖，已清挖覆盖层至岩层层面，并进行了水下测量。试挖及测量情况为凿岩锤的选择提供了依据，凿岩锤选择主要考虑凿岩锤的重量和形状两个方面。

对于凿岩锤的重量，主要根据岩石形状、质地、厚度、现场已有船机设备性能以及兼顾施工成本等因素进行选择。一般情况下，岩石较硬较厚时采用重量较重的凿岩锤进行施工；岩石厚度偏薄、硬度不大、开凿次数无需超过两次时，可选用重量较轻的凿岩锤施工，有利于节约总成本。

对于凿岩锤形状，凿岩锤前端为楔状或梅花状对面积大且硬度较低的硬点或岩石有较好的效果。这种凿岩锤一般头部两侧呈楔形，总体冲击能量大，以线或面方式传递到待破碎的硬点或岩石层，可多方向传递能量，增加对岩土的整体破坏力作用，但单次操作凿进深度有限。铅笔形状的凿岩锤可产生集中的冲量，在遇到比较坚硬岩石又不适宜爆破的情况下使用，但效率较低。

本工程岩石层硬度为普氏Ⅳ级以下，厚度不超过1.5米，凿岩施工确定采用楔状凿岩锤，凿岩锤重量选用35t。

2.2.2 确定施工方案

根据工程实际情况，选择岩石层范围及强度较大的内航道存在岩石层区域作为试验区域，通过试验区试凿，以确定凿岩布锤方案以及凿岩锤的提升高度。按边长30米的正方形分块分区，凿岩锤的布点距离控制为楔状凿岩锤厚度直径的2 倍。

2.2.3 凿岩操作步骤

（1）分析岩层分布、潮流方向及大小、风向风力等因素，确定施工操作方法；

（2）暖机试运转时要确认发动机、液力变矩器、减速机、各鼓筒等无异常响声和振动，发动机的排气颜色有无异常，燃油、冷却水、操作气体等有无泄漏现象；

（3）查验 GPS 定位电子显示系统上的方位数据及施工区数据，检查操作台上所有指示灯是否正常以及检查控制开关所处位置状态是否符合碎岩操作，检查各操作仪表指示值是否在正常的范围；

（4）凿岩锤起吊靠近水面，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；

（5）根据计算机屏幕的施工画面，将凿岩锤吊至开凿点位置（根据水流急缓程度和方向等因素进行位置的微调），扳动手柄，松脱离合器，凿岩锤自由落下；

（6）注视仪表显示的落下深度，在撞击底岩前适当距离及时制动；

（7）观察凿岩锤撞击底岩后吊缆的松出状态，以便根据情况对制动的深度值进行调整，避免出现钢丝过度松出或者过度绷紧的现象,手柄扳至离合器合上位置，起吊凿岩锤，必须将凿岩锤吊起露出水面，以便观察锤体和连接钢丝的状况；

（8）根据导航画面以及仪表指示，旋转（起伏）吊臂至下一个凿岩布点，与集控室保持联系，根据施工位置的变化情况进行船位移动，重复(4)～(8)操作步骤。

2.2.4 清礁工作流程

凿岩完成后通常需要把碎岩清理外运，当然如果碎石量不大，周边水深土质条件符合“去高填底”要求，可用后续章节的平板法扫浅方式处理。对于需要清运碎岩的工作流程见图1。2.2.5提高凿岩施工效率分析

图1 清礁工作流程

根据本项目浅点深度，凿岩施工一般按“凿岩施工-清碎石-凿浅点-扫浅”这样的步骤循环施工，这就要求一定要精确掌握覆盖层施工和第一次清碎石的土质变化情况，合理选择凿岩锤的类型，尽量地减少凿岩的次数，提高施工效率。

2.3 扫浅施工工艺

施工后期的扫浅工作是整个疏浚工程的重要工序，本工程航道疏浚区域属于营运中的繁忙航道，工程量大，故采用以耙吸船扫浅为主，抓斗船为辅的扫浅方式。其中耙吸船扫浅作业主要扫除连片的浅点，扫浅采用“定深挖泥”和“进退挖泥”相结合的方式；抓斗船扫浅作业主要作用于零星浅点，特别是硬点及岩石层区域，无法采用耙吸船扫浅，又分为“普通抓斗清浅”和新工艺“抓斗挖泥船平板侧推扫浅施工”。

2.3.1 定深挖泥的使用与操作要点

本工程耙吸船施工工艺为装舱溢流法，由于运距远，使用了1万m3和2.1万m3耙吸船扫浅，根据测量结果进行定深挖泥，效率高，属于本工程实施过程中大范围使用的方式。根据浅点高低，控制好每次下耙深度，使它要深于浅点峰值，但不能过深导致耙不动，尤其需要注意松软淤泥质软土或极软土的吸耙问题，以保证耙头不被破坏为原则，必要时进行试耙。

2.3.2 拉锯式进退挖泥法的使用与操作要点

本工程主要是在主航道与支航道连接段（见图2的斜线阴影部分，宽度仅为80米～300米）使用了进退挖泥法，由于连接段右侧的30万吨级主航道和左侧的15万吨级航道均为繁忙的营运航道，为了减少对营运航道的影响，需减少耙吸船的调头次数。进退挖泥法适用于水域受限，难以实施回转调头的情况，耙吸船正常挖进，挖到每次目的地后，起耙至的安全高度，注意防止发生耙头碰撞折损情况，然后倒车使船退回下一次计划起挖点，确认船稳定后再次耙着底挖泥。

图2 主航道与支航道连接段

2.3.3 平板法扫浅的优势及操作要点

针对本工程的扫浅工作，经过对比分许，从工程成本考虑，条件具备的地方使用“抓斗挖泥船平板侧推扫浅施工”（简称“平板法扫浅”），平板法扫浅曾在类似疏浚工程项目中应用，实现了局部位置快速、高质量扫浅。

（1）采用平板法扫浅的效果好、精度高，50m3抓斗挖泥船依靠自重，能始终保持在一个合适预设深度形成一个扫浅平面，在浅区定位精确，清浅效果好，质量能得到保证。其次按照“去高填低”的原则，无需泥驳外运，工效较高。

（2）平板法扫浅操作要点：

①施工流程：

移船至扫浅区域→根据水位确定抓斗下放深度→横移抓斗扫浅→移船进关至下一区域扫→多波束测量检测→不合格则移船重扫，直至满足要求；

②浅点区域确定：根据四波束海测确定大致区域，然后抓斗逐一探测浅点，以防漏扫；

③分条宽度：考虑衔接，分条宽度比抓斗船船宽少2米；

④进关距离：关与关的搭接不低于2米，确定为每关进尺10～15米；

⑤扫浅深度控制：安装完扫浅板后重新对钢箱（板）下边缘的深度进度校准，并在小排钢缆上做好深度标记，必须根据水深及土质情况进行调整，以避免形成新的泥层堆积导致新浅点产生。

3.结束语

本工程采取的凿岩及扫浅工艺顺利地解决了工程中遇到的硬点及岩石层问题，但在选取疏浚施工工艺时，不宜机械式套取某种工艺，应结合施工区域环境、营运航道的通航要求、工程规模等进行综合考虑，科学合理的施工设备及工艺对工程成本控制和效率有重要作用。