随着国民经济建设的持续发展,沿海和内河航道、码头的规划及建设规模不断提升,其中水下土石方开挖工程将不可避免地遇到硬质岩土。随着国家海洋环境保护法律法规的完善和对水产资源、渔业养殖的保护,传统的爆破碎岩施工方法将受到越来越多的限制。同时,扩建期内港口生产、船舶通航不能中断,对爆破作业安全性也提出更多要求。探寻有利于海洋环境保护和满足通航安全要求的新施工方法是适应新形势的迫切要求。
在广州港出海航道二期莲花山东航道预备工程施工中,中交广州航道局有限公司成功地采用凿岩棒进行水下碎岩施工工艺,在凿岩棒碎岩施工对水生生物、渔业养殖物和邻近建筑物的安全距离研究方面填补了国内空白,很好地解决了工程遇到的海洋环境保护、渔业资源保护和港口生产、船舶通航以及周边建筑物安全的难题,取得了明显的经济效益和社会效益。
莲花山东航道位于珠江虎门出海口狮子洋水域,全长7,723米,设计底宽160米,设计底标高-132米,总工程量约157万立方米,其中岩石段长54千米,岩石量为10135万立方米,岩石层厚为1~3米之间。莲花山东航道预备工程是广州港出海航道二期工程中的难点工程,该段地质多为风化岩土质,是二期工程中的“硬骨头”。为了保证各港区的正常生产,整个航道要求间歇性封航施工,即每天高潮前后需要开通5个小时供大型船舶通航。航道毗邻新沙港区码头,如果采用爆破炸礁方案则无法保证码头的稳定性和过往船舶的安全,以及药物对水体造成的污染。因此,工程礁石区全部采用了凿岩棒辅助抓斗施工清除风化岩的施工工艺。
18t笔形凿岩棒
35t斧头形凿岩棒
8t多齿形凿岩棒
根据设计院提供的地质钻孔资料和已掌握的现场土质情况,中交广州航道局有限公司详细分析了地质分布的特点,编制切实可行的施工方案。施工前期,首先选择几块不同底质、不同岩层厚度的区域作为试验区,采用不同类型、不同重量的凿岩棒,采用不同的提升高度、布点间距进行碎岩试验,检测分析岩石的破碎度和可挖性,用以指导后续生产。在正式施工过程中参照选用相对应型号的凿岩棒,碎岩效率显著提高。2005年9月26日两艘凿岩/抓斗挖泥船进入莲花山东航道岩石段施工,并举行撤离演习,2005年10月9—11日国家海洋局南海环境监测中心对施工区以及周围环境进行全面监测,2006年6月30日莲花山东航道岩石施工段完工。
工程船在莲花山东航道礁石区采用铅笔形凿岩棒施工
施工后期,中交广州航道局与安徽理工大学爆破工程与器材研究所合作,进行振动和水击波监测,证明凿岩棒碎岩引起的振动波和水击波均很小,对水生物和毗邻建筑物不会造成伤害。由于凿岩棒碎岩岩石膨松率小,航道水深减小不多,能得到及时维护,确保了建设期内大型船舶的通航安全。采用凿岩棒施工产生的振动波和冲击波均较小,保证了新沙码头的稳定,并可以加快工程的整体进度,使施工在高效、安全、环保中进行。
广州港出海航道二期工程按时完成,其施工工艺被总结提升为工法,成果分别获得2006年度和2007年度全国交通行业优秀质量管理小组及成果奖。凿岩棒于2008年11月获国家知识产权局专利受理,于2009年12月获得国家实用新型专利。