水下深基槽破岩施工方法与流程

本发明涉及疏浚技术领域，特别涉及一种水下深基槽破岩施工方法。

背景技术：

目前国内外疏浚工程中对于水下岩石常采用水下爆破、重型抓斗、机械绞刀或液压破碎锤等方式进行处理。上述水下岩石处理方法可分别对不同水下情况下的岩石进行处理，但也存在着一些问题：如水下爆破技术的施工成本较高、对水下环境影响较大、爆破前需进行环评且相关手续审批困难；重型抓斗依靠自重破岩，受自身重力和水深限制较大，无法大面积对岩石层进行处理，可处理的岩石的强度较小；机械绞刀对岩石硬度较大、水深较深的作业环境难以适用；液压破碎锤施工深度不大，精度较低且对载体稳定性要求高，设备可靠性差。在水下深槽基床施工中需要对中风化岩进行处理，中风化岩具有较高的硬度及强度，而目前国内外并没有相关水下岩石处理工艺可供借鉴，无法满足实际疏浚施工的需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种水下深基槽破岩施工方法，能够对水下深槽基床的岩石进行破岩处理，满足实际疏浚施工的需求。

为实现本发明的目的，采取的技术方案是：

一种水下深基槽破岩施工方法，包括以下步骤：

s1：确定疏浚施工区域的深度和声速剖面信息；

s2：施工船舶通过定位系统对疏浚施工区域进行精准定位；

s3:施工船舶对疏浚施工区域的泥土覆盖层进行开挖；

s4:通过二次测量确定疏浚施工区域的岩石分布情况；

s5:设定凿岩点和凿岩次数，通过破岩锤进行破岩施工；

s6:对破碎的岩石进行清除；

s7：对疏浚施工区域进行测量，若测量结果满足验收标准，则结束该疏浚施工区域的施工，否则重复步骤s5至s7。

进一步的是，在s1步骤中，通过多波束系统和单波束系统来确定疏浚施工区域的深度，通过声速剖面仪获取声速剖面信息，声速剖面信息至少包括疏浚施工区域的温度和盐度。

进一步的是，在s2步骤中，所述定位系统包括rtk定位、gps卫星定位、船舶ais定位和北斗定位。

进一步的是，在s3步骤中，所述的施工船舶为抓斗式挖泥船、耙吸式挖泥船、绞吸式挖泥船中的一种。

进一步的是，在s4步骤中，通过测量船舶的测量数据制作疏浚施工区域的水深图、断面图和三维立体图来确定施工区的浅点区域，并结合施工船舶现场反馈情况，确定岩石分布情况。

进一步的是，在s5步骤中，吊机控制室根据设定的凿岩点和凿岩次数来控制吊机作用于破岩锤。

进一步的是，在s5步骤中，首先吊机将破岩锤提升至水面以上，松开制动，破岩锤依靠其自身的重力落下对岩面进行凿击，通过速度显示器显示破岩锤的下落速度；再通过动力系统将破岩锤提升回水面，调整破岩锤提升高度来控制下落速度；最后吊机控制室控制吊机对下一个点进行凿岩，对疏浚施工区域划进行分条、分层凿岩。

进一步的是，在s5步骤中，根据风化岩的强度调整凿岩点的数量和凿岩次数。

进一步的是，在s7步骤中，通过多波束仪器测量数据制成的断面图、水深图来分析疏浚施工区域的底部是否达到设计标高，疏浚施工区域边坡的坡率是否不陡于设计坡率；若疏浚施工区域的底部达到设计标高，疏浚施工区域边坡的坡率不陡于设计坡率，则结束该疏浚施工区域的施工。

进一步的是，破岩锤的锤尖部分为weartuf450加工修复用合金板材。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明能够对水下深槽基床的岩石进行破岩处理，适应性强可应用于水深较深的各种强度的岩层处理施工，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，极具推广价值。

附图说明

图1是本发明实施例水下深基槽破岩施工方法的流程示意图；

图2是本发明实施例水下破岩施工的作业示意图；

图3是本发明实施例凿岩点布置俯视示意图。

附图标记说明：

10.破岩锤，20.抓斗船，30.吊机控制室，40.凿岩点。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明：

如图1至图3所示，一种水下深基槽破岩施工方法，包括以下步骤：

s1：确定疏浚施工区域的深度和声速剖面信息；

s2：施工船舶通过定位系统对疏浚施工区域进行精准定位；

s3:施工船舶对疏浚施工区域的泥土覆盖层进行开挖；

s4:通过二次测量确定疏浚施工区域的岩石分布情况；

s5:设定凿岩点40和凿岩次数，通过破岩锤10进行破岩施工；

s6:对破碎的岩石进行清除；

s7：对疏浚施工区域进行测量，若测量结果满足验收标准，则结束该疏浚施工区域的施工，否则重复步骤s5至s7。

优选的，在步骤s1中，通过水深测量确定疏浚施工区域深度，所需测量设备包括多波束系统和单波束系统。结合多波束和单波束测深技术的优点，可以提高施工区域水深测量的效率和精度。

单波束系统适用于自然水深较浅的水域，多波束适合水深大于4m且开阔的水域，因此在施工检测过程中，水深大于4m的区域采用多波束测深技术，在浅水区采用单波束测深技术。其单波束工作原理是利用超声脉冲回波，结合rtk实时定位测量水深。

多波束测深系统一般由多波束测深仪、定位系统、姿态传感器、其他辅助传感器、数据采集系统和数据处理系统组成。其工作原理是应用外业软件进行外业导航以及数据采集，接收海上测量平台基站实时差分信号，实现多波束系统搭载rtk的三维水下地形测量，计算机自动采集并同步记录rtk实时定位数据、水下地形数据、罗经数据等信息。

优选的，在步骤s1中，开始施测前，应通过声速剖面仪获取施测区域温度、盐度等与声速剖面变化相关的信息。

优选的，在步骤s2中，根据定位系统对施工区精确的定位，施工船舶可以准确的到达疏浚施工区域，定位系统包括rtk((real-timekinematic)定位、gps卫星定位、船舶ais(automaticidentificationsystem)定位、北斗定位。

优选的，在步骤s3中，施工船舶对施工区泥土覆盖层进行施工，施工船舶可采用抓斗式挖泥船、耙吸式挖泥船、绞吸式挖泥船等疏浚作业设备。

优选的，在步骤s4中，通过测量船舶的测量数据制作施工区域的水深图、断面图和3d图来确定施工区的浅点区域，并结合施工船舶现场反馈情况，确定岩石的分布区域。

优选的，在步骤s5中，如图2所示，将安装好破岩锤10的抓斗船20，通过拖轮移到施工区，通过抛锚艇把抓斗船20固定在预定位置，然后对抓斗船20的定位系统、碟刹系统、动力液压系统等进行施工前调试。

作业时，首先通过吊机控制室30控制吊机作用于破岩锤10，将破岩锤10提升至水面以上，松开制动，破岩锤10依靠其自身的重力从高处自由落下对岩面进行凿击，并通过速度显示器观察破岩锤的下落速度；然后通过动力系统将破岩锤10提升回水面，结合上一次凿岩的下落速度来调整破岩锤10的高度，避免提升过高，下落速度过大，对船舶刹车系统造成破坏；操纵船上的旋转式起重吊机对下一个点进行凿岩，如此周而复始。循环作业，对施工区域划分具体船位进行分条、分层凿岩。

优选的，在步骤s5中，如图2和图3所示，根据破岩锤10的宽度可以调整破岩锤下落点之间的距离，一次下落点区域面积约为1m×1m。从而在水平面内x轴方向形成凿岩点40扇形区域；吊机控制室30通过调整吊机垂直方向的角度，可以对不同排距的岩层进行破岩施工，从而在水平面内y轴方向形成几排凿岩点04。若是强度较弱的风化岩可适当稀疏布置凿岩点40和减少凿岩次数，对于强度较高的风化岩需加密凿岩点40和增加凿岩次数，直到岩石破碎。

在本实施例中，破岩锤10的材质采用特种钢材，由于锤尖部分直接作用于中风化岩，中风化岩具有较高的硬度及强度，所以锤尖部分需要高硬度、耐磨、抗裂等性能，锤尖部分选用weartuf450加工修复用合金板材，weartuf450为耐磨钢板，weartuf450的表面硬度为425-475hb，钢板厚度≤20mm时最小中心硬度为425hb，厚度>20mm时最小中心硬度为表面硬度最小值的95％，厚度≤25mm时冲击韧性典型值为45j/-40℃(-40℉)，屈服强度1175mpa，抗拉强度1400mpa，延伸率10％等性能。破岩锤10的锤尖部分还可以根据实际采用其他材质。

优选的，在步骤s6中，通过抓斗式挖泥船把破碎后的岩石进行清除，在清礁施工时应严格控制下斗深度，防止超挖。

优选的，在步骤s7中，通过多波束仪器测量数据生成的断面图、水深图等综合分析施工区槽底是否达到设计标高，边坡坡率不陡于设计坡率。当清礁作业接近设计要求时，应多次进行测量，防止抓斗船严重超挖；当清礁后未达到设计要求时，则回转到凿岩施工，如此循环作业，对某一区域凿岩达到验收标准后则通过绞锚把船移至下一施工区。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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