深水深槽硬岩精准破岩开挖施工关键技术

             主要完成单位：中交广州航道局有限公司

1、项目概况

凿岩工艺作为疏浚工程中物理冲击破坏岩石的手段，通过将凿岩棒提升一定高度后自由下落猛烈冲击岩石，使其破碎崩裂，从而达到顺利清礁的目的。凿岩工艺改“炸”为“凿”，不受施工条件限制，无需增加船机设备，对清礁深度控制准确，能够同时兼顾施工、航道通行以及环境保护，表现出巨大的前景和应用价值。

深水深槽硬岩精准破岩开挖施工关键技术工作原理是由抓斗挖泥船配备破岩锤，采用RTK技术进行平面定位，依据岩层特性预先确定破岩锤凿击排距、位距、次数及提升高度等施工参数，依靠重力自由下落，运用破岩锤制动控制辅助系统精准控制凿击深度，以纵向冲击荷载破碎岩石，硬岩破碎后进行清礁施工；清礁施工由具有定深平挖功能的抓斗式挖泥船实施，可实现破碎岩面的高精度开挖并配备运泥船将清理的岩石运输至指定卸泥区。

  2、技术难点和特点

深水深槽破岩开挖技术涉及多学科领域，包括岩石力学、冲击破碎力学、水力学、工程机械、施工技术等，常规的分析方法不能有效反映深水条件下岩石的冲击破坏机理。该项目成果通过对破岩锤水下碎岩技术进行深入研究，研制了深水条件下破岩锤制动控制辅助系统，将传统凿岩棒开挖法拓展到深水硬岩工况；通过优化破岩锤新型锤头及形态改良，降低了设备损耗、满足大体量硬岩破碎作业需求；通过开展力学试验、数值模拟试验及原位试验，掌握了深水硬岩破碎的宏观规律和致裂机理，择优选取凿岩效果较好的施工参数组合，形成一套解决深水硬岩精准破岩、高效开挖施工关键技术。

3、主要成果和创新点

（1）通过三轴力学试验、动态压缩试验、循环冲击力学试验等获得了岩石冲击破碎规律和致裂机理。

（2）通过数值模拟及现场试验，厘清了冲击破岩裂隙扩展过程、岩石损伤演化过程。提出了不同水深、不同强度岩石、不同冲击速度、不同排距、不同凿击次数、斧式凿岩棒破岩施工作业参数，首次实现了40米水深、100MPa中风化花岗岩破岩锤深水深槽精准破岩开挖高效作业。

（3）开发了破岩锤制动控制辅助系统，通过增设电子控制逻辑模块和研发锤头现场修复技术，实现了制动距离的主动、精准、动态调节，满足了大体量硬岩连续破碎作业安全施工需求。

（4）采用RTK技术进行平面定位，结合水流及水深监测数据，凿击前对破岩锤初始平面位置进行修正，消除了不同水深条件下水流对破岩锤凿击点的影响，形成了深水深槽凿岩施工工艺。

4、成果应用

该项成果提出了一种适用于沿海、内河水域、自然保护区、水产养殖区等对环境保护要求高的生态敏感区或施工期间正常运营的航道、港池区域内的岩石处理的方法，适应性强可应用于水深较深的高强度岩层处理施工，实施精度高；且实施过程不涉及雷管、炸药的使用，对周边环境影响小，绿色环保，操作过程安全可靠。成果已成功应用于深中通道沉管隧道基槽岩石处理工程，实现了深水条件大体量硬岩连续高精度破碎开挖高效作业。

5、经济和社会效益

该项工艺不受施工条件限制，无需增加船机设备，能够同时兼顾施工、航道通行以及环境保护，避免了水下爆破在附近水域中造成的水体污染和破坏周边生态环境，社会和经济效益显著。