CN103556665A - 一种基于岩石软化特性的绞吸船硬质岩石疏浚施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于岩石软化特性的绞吸船硬质岩石疏浚施工方法。本发明属于疏浚工程技术领域。一种基于岩石软化特性的绞吸船硬质岩石疏浚施工方法，其特点是：绞吸船硬质岩石疏浚施工方法是当疏浚位于覆盖层下的水下硬质岩石时，先去掉覆盖层使硬质岩石与水充分接触，待硬质岩石含水率增加，力学强度降低后，绞吸船再进行开挖施工。本发明具有降低挖掘机具的冲击、磨损和船体振动，保证船上设备的运转安全和人员工作环境，产量大幅增加，生产率高，生产成本低，应用范围广等优点。本发明利用自然力进行疏浚，降低能耗显著，还可以用于抓斗、反铲等船型挖掘硬质土进行相关疏浚施工的工程。
Description
技术领域
本发明属于疏浚工程技术领域，特别是涉及一种基于岩石软化特性的绞吸船硬质岩石疏浚施工方法。
背景技术
目前，绞吸式挖泥船具有连续作业、生产效率高、施工成本低等特点，但是在岩石工况下这一特点受到了限制。由于岩石强度大，挖掘阻力和设备负荷随之增大，导致船舶震动，挖掘机具折断或磨损程度加大，船舶生产率下降，挖掘机具的可使用时间缩短，施工成本增高，工期延长。在这种背景下，提高挖泥船的产量就有两种途径：一是提高挖泥船开挖岩石的能力，增大绞刀的功率和桥梁的重量等，但施工成本增加，某些船机改造也难于实现；二是改变挖掘岩石方式，采用水下炸礁法破坏岩石结构，再用抓斗船清理，不过对环保生态影响巨大，非必须工况禁止采用水下爆破作业，此方法受到很多限制，存在生产效率也很低下，实施难度大等技术问题。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于岩石软化特性的绞吸船硬质岩石疏浚施工方法。
本发明的目的是提供一种具有降低挖掘机具的冲击、磨损和船体振动，保证船上设备的运转安全和人员工作环境，生产率大幅高，生产成本低，应用范围广等特点的基于岩石软化特性的绞吸船硬质岩石疏浚施工方法。
本发明首先对岩石层取样，检测岩石强度，如果岩石强度超过了挖泥船的可开挖范围，通过对采样样品放置在海水中浸泡，每隔固定时间测试强度，当强度降低至挖泥船的可开挖范围以内时终止浸泡，所用的浸泡天数为岩石的软化时间。然后在实际工地用挖泥船先对岩石上层的覆盖物剥离，使岩石层与水充分接触，在达超上面试验得出的试验天数后再开挖岩石。这样可提高岩石的可开挖性，实现提高产量、降低成本的目的
本发明的力学机理是：（1）化学效应，水中的成分与岩石成分发生化学反应，成岩矿物被溶蚀，溶解于水中或者溶解后再在其他地方重新沉淀，使岩石强度降低，岩石发生软化；（2）砂岩中的应力垮塌作用，微裂隙尖端的很高强度Si—O键发生水解作用弱化，裂隙扩展；（3）Rhebinder效应，水分子被吸附到颗粒表面，使岩石的表面特性发生变化，从而使岩石强度降低，发生软化；（4）毛细管压力作用造成的岩石泡水软化作用；（5）将水的弱化作用与岩石表面吸附水分子层后性质改变相关联。
本发明基于岩石软化特性的绞吸船硬质岩石疏浚施工方法所采取的技术方案是：
一种基于岩石软化特性的绞吸船硬质岩石疏浚施工方法，其特点是：绞吸船硬质岩石疏浚施工方法是疏浚位于覆盖层下的水下硬质岩石时，先去掉覆盖层使硬质岩石与水充分接触，待硬质岩石含水率增加，力学强度降低后，绞吸船再进行开挖施工。
本发明基于岩石软化特性的绞吸船硬质岩石疏浚施工方法还可以采用如下技术方案：
所述的基于岩石软化特性的绞吸船硬质岩石疏浚施工方法，其特点是：去掉覆盖层后，使硬质岩石与水充分接触的时间为2-10天。
所述的基于岩石软化特性的绞吸船硬质岩石疏浚施工方法，其特点是：绞吸船进行开挖施工时采取T系统挖岩绞刀和挖岩尖齿。
本发明具有的优点和积极效果是：
基于岩石软化特性的绞吸船硬质岩石疏浚施工方法由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明将高强度硬岩通过海水浸泡的时效处理，适当降低岩石的可开挖性，使本来绞吸船无法开挖或挖掘产量低的工程可开挖或提高了产量，同时，降低了挖掘机具的冲击、磨损和船体振动，保证了其他船上设备的运转安全和人员工作环境，总体上提高了生产率，降低了生产成本。
本发明实施简单、容易掌握，通过海水对岩石的时效作用降低岩石层强度，对水环境不会带来正常疏浚作业外的污染，环保节能。
附图说明
图1是本发明基于岩石软化特性的绞吸船硬质岩石疏浚施工方法的流程示意图；
图2是防城港硬区岩石开挖分层施工图。
图中，1、20万吨航道中心线，2、现有的15万吨航道，3、设计的20万吨航道。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
参阅附图1和图2。
实施例1
一种基于岩石软化特性的绞吸船硬质岩石疏浚施工方法，是疏浚位于覆盖层下的水下硬质岩石时，先去掉覆盖层使硬质岩石与水充分接触，待硬质岩石含水率增加，力学强度降低后，绞吸船再进行开挖施工。
去掉覆盖层后，使硬质岩石与水充分接触的时间为2-10天。绞吸船进行开挖施工时采取T系统挖岩绞刀和挖岩尖齿。
广西防城港20万吨级航道工程中有两种风化岩：一种是侏罗系粉砂岩，棕红色，岩芯较完整；一种是志留系粉砂岩(夹泥岩)、细砂岩，为灰黄、灰绿色、灰黑色，可见微弱变质片岩状结构，石英脉较发育，岩面起伏不平，抗压强度值在2.4Mpa～67.7Mpa，属于强风化岩和中风化岩，部分弱风化岩，其中中风化岩占比较大。鉴于以上工程特点，安排亚洲第一的自航绞吸船天鲸号进行防城港施工。天鲸号绞刀功率4200kW，并根据工程特点选配了国际上最先进的T系列专门挖岩绞刀头和挖岩尖齿具有极强的挖岩能力，其桥梁重达1000吨，且可以通过水箱注水的方式增加了桥梁10%以上的重量，进一步提高了挖掘岩石的能力，同时减少船体振动。
在合理的工艺措施及良好的设备保障下，天鲸号防城港挖掘中风化岩石抗压强度达10～30MPa的岩石时，生产率最高接近600立方米/小时，但在进入防城港20万吨级航道工程中在航道东侧拓宽段下层施工时，船舶震动严重，绞刀齿大量折断，无法生产。
根据现场勘察取样，并进行软化系数实验，发现该区域岩石自然状态下单轴抗压强度在40MPa以上，测量最大UCS数据值达到67.7MPa，已经远超过船舶设计值。而该砂岩经海水浸泡5天后，单轴抗压强度明显减小，测值范围为25.1～42.6MPa，软化系数37%～50%。
根据实验数据，决定利用该地区岩石力学指标的水下时效性特点，调整施工工艺方案为分层开挖，即先剥离上层覆盖层后再进行下层整体施工。施工期间，天鲸号自北向南开挖，钢桩立于现15万吨航道东边线，左横移锚下150m远开锚。以钢桩中线右8°为界，先开挖A区域及B区域，之后再开挖经过浸泡软化的C区域下层（见附图2），最终生产率达到平均76m3/h，共开挖岩石量约2.3万方，创造产值350万元。
本实施例具有所述的降低了挖掘机具的冲击、磨损和船体振动，保证了船上设备的运转安全和人员工作环境，提高了生产率，降低了生产成本，应用范围广等积极效果。
Claims (3)
1.一种基于岩石软化特性的绞吸船硬质岩石疏浚施工方法，其特征是：绞吸船硬质岩石疏浚施工方法是疏浚位于覆盖层下的水下硬质岩石时，先去掉覆盖层使硬质岩石与水充分接触，待硬质岩石含水率增加，力学强度降低后，绞吸船再进行开挖施工。
2.根据权利要求1所述的基于岩石软化特性的绞吸船硬质岩石疏浚施工方法，其特征是：去掉覆盖层后，使硬质岩石与水充分接触的时间为2-10天。
3.根据权利要求1或2所述的基于岩石软化特性的绞吸船硬质岩石疏浚施工方法，其特征是：绞吸船进行开挖施工时采取T系列挖岩绞刀和挖岩尖齿。
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