长臂挖掘机水下抛石施工工艺推广

    段斐

    摘 要：随着目前航道整治工程整治技术、管理手段的提高，存在安全隐患的传统挖掘机抛石施工工艺亟需改进。在航道整治工程实施中，采用长臂挖掘机不过档抛石施工，在降低水下抛石施工安全风险方面初显成效，值得推广应用。

    关键词：航道整治 水下抛石 长臂挖掘机 施工工艺

    水下抛石在航道整治、导流堤、围堰、防波堤、护岸及应急抢险等工程中得到广泛应用，且防护效果显著。水下抛石具有导流、消能、防冲等作用，且具有可变形性大、结构稳定、耐久性好、便于维修、取材便利廉价、施工简单等优点，是江河防护工程中最常见的结构形式之一。目前，内河航道整治工程水下抛石主要分为按厚度控制的抛石护面、按坡比控制的抛石补抛施工及按高程控制的抛石筑坝施工三种结构形式。

    挖掘机水下抛石施工特点

    目前水下抛石常采用的施工方法为人工抛投和机械抛投两种，机械抛投主要有开底驳抛石、专用抛石船抛石、网兜抛石、浮吊抛石、装载机抛石、及挖掘机抛石等，其中开底驳抛石、网兜抛石、专用抛投船抛石和装载机抛石主要应用于抛石面广量大的深水作业区域，浮吊抛石因施工效率低下一般只应用于浅水区石料转运上岸施工。因此，挖掘机抛石由于具有施工占用水域面窄、船舶吃水较小、船舶操作灵活等特点，在长江中上游航道整治工程中得到广泛应用。

    传统普通挖掘机水下抛石施工需要挖掘机在块石运输船上过档，存在着船舶压载不平衡的安全隐患，具有较大的安全风险。随着长江航道整治工程的发展，面对新形势、新环境，工程施工安全、质量技术要求不断提高，施工技术也在不断进步，传统普通挖掘机水下抛石施工方式亟需改进。

    随着近年航道整治工程技术不断提升，长江武汉航道工程局尝试采用长臂挖掘机抛石施工工艺，该施工工艺利用专门工作船舶装载长臂挖掘机，从根本上解决了挖掘机水上过档运输船的问题，在降低水下抛石施工安全风险方面取得明显成效，值得推广应用。

    长臂挖掘机水下抛石施工工艺

    水下抛石作业步骤为：定位船定位→抛投船靠泊→运输船靠泊→块石抛投。

    1、定位船选型

    为满足水下抛投施工需要，定位船的船艏配置了三台电动绞关、船艉配置了两台电动绞关；确保适航性和船机性能均良好。

    2、施工工艺流程

    水下抛石是通过抛石船将块石抛投在设计指定的施工区域，施工工艺流程如下：

    3、块石质量

    3.1块石粒径选择

    根据《航道整治工程技术规范》（JTJ312-2003），当流速大于3m/s时，水流作用下的块石粒径可按下式计算：

    d=0.04vf2

    式中：d——块石等容粒径（m）；Vf=建筑物处的最大表面流速（m/s）

    工程区流速岸设计流速3.5m/s进行校核，计算得到抛石粒径d=0.49m。考虑块石外形的不规则性等因素，选定块石粒径为0.25～0.65m，粒径大于0.45m的比例大于85%。

    3.2质量要求

    块石要求石质坚硬，无风化剥落和裂纹，抗风化能力强，在水中受冻后不崩解。不允许使用薄片、条状、尖角石及风化泥岩、页岩。其湿抗压强度应大于50Mpa，软化系数大于 0.7，密度不小于 2.65t/m3。

    4、抛投参数确定

    水下抛石前需先计算好抛投点距河床底的距离，根据距离、流速、流向，计算出漂移距。通过现场抛投试验，确定船舶定位方式、移动控制方法、方量控制方法等。漂移距公式如下：

    Ld=0.74×VfH/G1/6

    式中：Ld—抛石水平落距（m）；H—水深（m）；Vf—表面流速（m/s）；G—块石重量（kg）。

    计算其漂移距离，结合实测漂移距离，将其绘制成水深、流速、流向和漂移距离相对应的表格以供参考。

    5、抛石计量及船舶管理

    为有效控制抛石工程量，确保抛石船舶满足要求，水下抛石工程中使用的船舶相对固定（列入船舶使用计划或调整计划中并经监理工程师审核认可），并采用首船称重计量（在船舶首尾标志清晰满载和空载标线，并建立船舶图片档案，石场装料需在监理工程师旁站监督下进行称重装料并登记在册）的管理方式，统一予以编号，每船需以空载线进场装料并装至满载线。计量中实行欠载不收，超载不计（不计算超出部分石方量）。既可保证抛石量全部到位，又避免了船舶超载带来的安全隐患。

    6、长臂挖掘机抛石施工

    施工网格划分：水下抛石前，技术人员将抛投区域划分为若干个20m×20m的网格，根据网格面积和厚度计算抛投量，编制抛石网格设计工程量，绘制抛石网格示意图。

    船舶驻位：定位船垂直水流定位，石料运到抛投施工区后，运输船吊挂在定位船的下游一侧，与抛投船平行靠泊，设计专业钢结构防撞支架安装于运输船和定位船之间，防止两艘船舶因碰撞变形。

    精确定位：根据已划分的网格，参照块石粒径、水流、漂移距等数据，抛石时采用GPS精确定位，并利用可视化显示仪准确掌握船舶动态，确保船舶定位精准，保证抛石的到位率。

    抛石施工：长臂挖掘机水下抛石采用单边抛投，运输船与抛投船通过连接锚缆绞机移位，每次小移2m。抛石施工做到抛投均匀，不留空缺，确保到位率满足规范和设计要求，对浅水区域内大船无法抛投的部位，采用小船进行抛投和水位上涨后再抛投两种方法解决。

    抛石量控制：施工时，根据抛石船的装载量（监理验收认可的方量）确定抛投数量，通过随时检测方量控制好每个网格的块石工程量，抛完一个网格立即作好记录，然后采用GPS控制绞船移位，进行下一个网格的抛投。

    7、船舶抛锚、起锚及移船

    抛石船及运输船均吊挂在定位船的下游侧，定位船采用4缆法定位，如下图：

    定位船抛锚、起锚由专人指挥，事先要了解锚区的水流流向及流速，河床持锚情况。抛锚应先抛上游方向的锚，然后松缆再抛下流方向的锚；起锚相反，应先起下游方向的锚，带好拖轮后再起上游锚。每次抛锚位置事先由技术人员按照抛石位置长度，流速流向及缆绳长度等确定抛锚距离及角度，由船长指挥抛锚定位。由于定位船需要抛锚定位及移船，为安全起见，伸入河心的两根边缆应酌情布设沉链，便于过往船舶安全航行。

    小范围移船。在同一抛石区内定位船的横移及纵移属小范围移船，抛石定位船主要靠绞、放锚缆来完成；绞、放锚缆不能满足移船要求时，使用小型抛锚艇为定位船移锚，使定位后的抛石定位船又可在新的范围内通过绞、放缆进行定位施工。

    大范围移船。水下抛石施工由一个区段移至下一个区段时需进行大范围移船，大范围移船应收起全部锚缆，用拖轮拖带至新的施工区段重新抛锚定位。所有的抛锚位置事先由技术人员计算确定，以最大效率为原则，避免反复起、抛锚。绞锚结束后和施工过程中应经常对锚缆进行检查，发现走锚、松缆要及时采取措施，并重新校对船位，保证船位准确。

    8、抛石施工要点

    抛石网格须根据运输船型、抛投船挖掘机臂长等综合因素考虑。水下抛石每次移船距离为2m，以保证抛石均匀，无漏抛。抛石应综合考虑施工区域流速、流态以及块石漂移距等。

    抛石前，现场施工员应严格检查运输船舶的满、空载吃水线，把握好欠载不收、超载不计的原则。抛石过程中，施工员必须做好抛石施工记录，内容包括船只定位、移位、船只编号、抛投时间、吨位、复核记录以及水文条件等。

    排上抛石施工应先抛较小块石，再抛大块石，力求较大块石压在较小块石之上，避免抛投块石过程中划破排布。在每抛完一个断面，必须通过测深仪检测，达到设计要求后，立即绘制成图。发现漏抛时，及时进行补抛。

    运输船严禁超载和装载不平衡，运输船按现场施工员要求有序进入抛石区（靠泊定位船），抛石要注意控制船舶平衡，以防船泊倾斜。定位船重新定位时，应指挥抛石船离开，确保安全。抛石作业设有专人指挥，确保施工安全。

    结语

    通过前期试验性施工表明，长臂挖掘机抛石施工不但在降低水下抛石施工安全风险方面取得明显成效，还具有施工占用水域面积小、船舶操作灵活、施工效率高及投入成本低等特点，非常适合在水浅流急、航道较窄的长江中游开展，且满足长江中游航道整治工程施工需要，值得全面推广。

    （作者单位：长江武汉航道工程局）