水下特殊地形管槽爆破开挖施工工艺及对策探讨

水下特殊地形管槽爆破开挖施工工艺及对策探讨

摘要：怀远（黑龙江）过江管道水下地形复杂，笋状岩石较多，钻机难以成孔，爆破后大块岩石坍塌严重，水下沟槽边坡严重塌方，导致坍塌石方压坏挖泥船的抓斗，严重影响了工程施工进度。本文主要介绍对该工程采取的施工技术措施。

关键词：水下管槽开挖坍塌技术措施

一、工程概况

1.管道概况

龙江（怀远）过河底管道工程位于广西宜州市怀远镇西南约3km家燕村附近。原设计的龙江（怀远）穿越采用隧道方式，由于穿跨越点工程地质属于喀斯特地貌，溶洞、溶沟发育，隧道施工无法进行，进度缓慢。为了不影响整条西南成品油管道施工的总体进度安排，业主和总承包单位变更该管道施工工艺,采用水下爆破、水下开挖管槽、整管下沉施工工艺施工。

2.地形、地貌及周围环境

管道穿跨越河流处河段河道比较顺直，左岸河槽较平，右岸呈“U”形河槽，管道施工期间为2004年9月至2005年1月。施工期间水深约8～22m，水位变幅不大；两岸地面标高在149.0 ~151.0m之间。根据水下测量的地形资料和现场勘查，管道穿跨越点处的水下地形复杂，水下地形犬牙状交错，水下石笋星罗棋布，地形高差起伏大；水中礁石此起彼伏，东岸水下地形陡峭，突变位置多，河床底表面为出露的风化和强风化的石灰岩，石灰岩的裂隙较发育。

二、施工机械及施工方案的确定

1.施工机械

根据工程施工条件分析,本项目的航道属于区间航道, 水路运输无法与其他河流相通,水下和水上施工设备只能通过公路运输才能将设备运到现场。由于受道路运输条件的限制，大型的施工设备如挖泥船和钻机船等必须将原有的设备分割拆除运到现场后再在怀远龙江的水面上拼装。

根据本工程项目内容和工程的工期要求，在该项目主要组织了1艘1.0m3抓斗挖泥

船、组装2艘100吨钻机船安装Φ100型潜孔钻机及配套泥驳、锚艇、交通船等水上施工设备。

2.施工方案

根据地勘资料，管线穿越处河床为基岩，管沟开挖采用水下爆破后开挖成沟，管沟边坡为1：1，沟底宽度为2.5m，开挖深度及高程如图1。

图1. 开挖深度及高程纵断面图

2.1水下爆破设计方案

本工程水下爆破方案根据河段流速、流态、水深（最大水深约22.0m）、岩性、施炸厚度（最大9.0m）等条件，以及施工场地周围建筑物的分布情况，进行综合分析比较，确定了如下的爆破施工方法：

2.1.1采用孔内微差工艺，控制一次起爆炸药量，避免地震波对建筑物造成破坏；

2.1.2钻孔爆破采用φ100mm孔径的潜孔钻机船，孔距1.8m、排距1.8m、孔深、钻孔超深值(即钻孔孔底高程与设计管底标高之差)为1.5 m；根据钻孔直径选用d=85mm药卷直径。

2.2钻机船钻孔及挖泥船清碴方案

2.2.1钻机钻孔定位采用全站仪直接测量，利用钻机船抛设的主缆和横向缆绳移动船位和调整孔位，在孔位上测量水深，根据施工水位高程和设计管底标高以及实测水深计算出岩层的厚度，确定钻孔深度。施工时，安排一艘钻机船由左岸0+15浅水区向k0+235

处逐渐开钻，完成后，再到右岸k0+320~k0+355浅水区开钻。另一艘在河道的深水区k0+235~k0+320开钻。

2.2.2水下开挖管底处管槽设计底宽为2.50m，水下清碴用挖泥船开挖，泥驳装、运、卸。挖泥船施工时边开挖边测水深，挖掘机操作手根据检测结果调整落斗位置，严格按照管槽的设计宽度和边坡坡度进行开挖，直至达到设计要求。

2.2.3开挖石碴按规定运输到指定的河段区域抛卸。因河道工作面小，只能采用一艘挖泥船开挖，开挖时由右岸处向左岸开挖。沟槽开挖好后，采用水下测深仪测量槽底高程和沟槽横断面。另外，在沉管前，潜水员在水下将整条管槽用人工直接检测和清理，避免孤石或石丁损伤管道保护层。

三、水下管沟爆破与开挖施工过程出现的问题及其处理方法

3.1施工难点

水下管槽地质复杂，笋状岩石较多，钻头容易滑动，难以成孔，爆破后大块岩石坍塌严重，尤其是在深水区k0+235~k0+320段，水下岩石风化较严重，并且水下岩质呈现为层状泥夹石，这种地质导致施工过程出现了水下沟槽边坡严重塌方，开挖的工程量比设计工程量大大增加，并导致坍塌石方压坏挖泥船的抓斗，严重影响了工程施工进度。

3.2 主要处理方法

3.2.1采用先进的水下摄影技术，在水下管槽位置，用水下摄影机将水下地形、地貌了解清楚，并根据水下情况及时调整修正爆破参数和施工技术措施。

3.2.2根据水下地形，对有可能影响到沉管翻转下沉的边坡上的石笋，在保证安全的情况下，用裸露爆破或钻孔爆破将石笋炸倒，用挖泥船清碴。

3.2.3对于边坡塌方，根据水下地形情况，采取两种方法，一种是直接用挖泥船将管槽处爆破后松动或坍塌的石方直接清掉，使管槽边坡上石方自然塌成稳定边坡，一种用全站仪定位，将边坡上或边坡外边缘具有软弱的夹层或具有滑动倾向的不稳定石方，爆破后用挖泥船在边坡上清碴，将边坡上可能滑动的石方清掉，保证边坡上的石方不滚动或滑动到基槽。

3.2.4由于挖泥船施工主要依靠抓斗的自重克服水的浮力作用使抓斗插入石碴中，使抓斗在提升时将石碴抓入斗中。在k0+235~k0+320深水区段的施工中，由于水深较大，开始施工时挖泥船抓斗清碴效果比较差，采取将抓斗加重和将抓齿改造两种措施，使抓斗船的自重增大、重心变低，提高清碴效率。

3.2.5在清碴过程，出现了边坡上坍塌的石方将挖泥船抓斗完全覆盖，并且块石的重

量达10多吨，无法将抓斗提起，抓斗也被压坏。潜水员在水下将水下情况摄影清楚后，潜水员在水下将裸露药包放置在块石中间，经过几次引爆，让块石破碎变小，使抓斗可以提起。在水下进行裸露爆破时，安置的药包不能太靠近挖泥船的抓斗及钢丝绳，避免将抓斗炸坏和将钢丝绳炸断。

3.2.6施工中应尽量避免全部炸完后再进行清碴，而应尽可能采取爆破一段即清碴一段的控制方法。一方面，用清碴施工检验爆破质量和初定爆破参数和技术措施的合理性;另一方面，从清碴施工中及早发现质量问题，及早采取有效应对措施，对爆破参数和技术措施进行必要的调整修正。然后经检验再作调整，如此循环，使施工始终能保持良好的质量与效果。

3.2.7对于左右岸的管槽基岩爆破，由于其岩层的厚度在5.0m以内，施工时，可用钻机一次钻孔到设计深度，避免分层爆破；对k0+235~k0+320段的管槽，由于岩层的厚度大，一次性钻爆难度大，爆破效果不明显，因此采取分层钻孔、分层爆破方式。

3.2.8对于岩层厚度大的基岩，爆破时采用微差爆破法，增加爆破临空面，使爆破后的岩石破碎比较均匀，有利于清碴作业，提高管槽开挖工作效率。

3.2.9为了保证管道下沉时安全翻转，上游开挖边坡应略大于设计边坡，开挖石碴不得在管槽附近堆放。施工过程采用GPS跟踪钻机船钻孔定位和挖泥船开挖定位，以保证钻机船钻孔准确和挖泥船开挖断面及落斗点位置准确，从而避免漏炸、欠炸和漏挖、欠挖现象，降低复炸、复挖率。

四、技术措施的效果

本工程设计炸礁工程量10340.0m3，但水下地形复杂，局部沟槽的水深达25m，爆破的岩层厚，局部达十多米，且边坡不太稳定，水下沟槽边坡塌方严重，塌方量超过了3000 m3。由于工程所在地交通不便，大型船舶及大型水上机械无法进场，另外，由于航道较狭窄，河中礁石起伏，无法采取增加施工设备方式以加快施工进度。

实践证明，针对该工程项目的工程情况，所采取的施工技术措施，效果比较明显。仅用了两个多月的时间就完成了水下管道的水下沟槽开挖任务，并且通过了水深测量和水下摄影验收，为管道施工顺利完成提供了保障。■

参考文献：

[1] 交通部第一航务工程局.港口工程施工手册.人民交通出版社，1997.4

[2] 刘家豪.水运工程施工技术.人民交通出版社，1998.9

[3] 周福田.水运工程施工.人民交通出版社，2004.1