一种水下液压柱破碎礁石施工方法与流程

本发明涉及一种水下液压柱破碎礁石施工方法，适用于水运建设工程中消除水体污染及有害效应的新技术，或为了保护敏感建筑物、水中生物而采用的防控噪声、振动、冲击波的绿色环保技术。

背景技术：

目前，国内水运工程中的水下爆破会不可避免的产生爆破振动、水中冲击波及超压等危害，对附近的建(构)筑物及各种设施、设备、水产养殖、水中生物的安全造成影响。凿岩棒或冲击破碎锤等技术能耗大，效率低，锤体容易碰撞、冲击建(构)筑物，质量不易控制，安全性保障低。

技术实现要素：

本发明的目的是为水运建设工程提供一种水下液压柱破碎礁石施工方法，消除水下冲击波、水下振动及水体污染，保护爆区附近较为敏感的建(构)筑物，破碎岩石不会产生碰撞、冲击、噪音等有害效应，安全环保，精确控制破碎范围及破碎块尺寸，增加施工效率，减少能源消耗，解决了特殊条件下水下礁石清除的难题。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：一种水下液压柱破碎礁石施工方法，包括如下步骤：

(1)施工前期准备：根据相关地质、水文条件，结合现场工程实际情况，选择合适的液压柱，孔距、排距、布孔方式决定破碎块尺寸，通过实验得知孔距a与破碎系数k、孔径d有关，孔距a越小，岩石越容易开裂，确立相关函数关系式:a＝f(k,d)，设计孔距、排距及布孔方式，使破碎块尺寸达到理想要求；

(2)钻机船定位：钻机船到达施工区域后，根据自由面所在位置及被破碎体所需被破坏尺寸确定液压柱的安装位置，布置第一排破碎孔，再依据排距布置后续的排数，采用梅花形方式布孔；

(3)水下钻孔：钻孔时，先下套管压紧岩面，再下钻杆，打开供风阀供风，钻具反复上、下冲击，同时推进套管，压紧岩面，确保套管护好孔口后，即可开始正常钻孔，钻到设计孔深后，压紧套管，吹尽孔内石渣，验孔，安装液压柱，确保套管始终护住孔口，提高钻孔、成孔质量；

(4)液压柱安装：钻完孔后，同时安装液压柱，8台钻机同时进行破碎，破碎完第一排后，定位至第二排重复进行钻孔、破碎的工序；

(5)破碎礁石：液压推动活塞组由岩石内部向外膨胀做功，由内部破坏岩石结构，形成水下液压柱破碎礁石，使用六向液压柱进行破碎时，岩石破碎更充分，块度更小，更有利清碴，至施工区的边坡轮廓线时采用用三向液压柱进行破碎，精确保护边坡轮廓的完整、稳定，

(6)液压柱回收：从自由面的第一排开始用四向或六向液压柱依次向后排破碎，破碎3-4排后，安排挖泥船进场清碴。待各孔液压柱将岩石破碎后，操作控制阀使油缸内液压油反向运动，直至活塞杆尖端全部回缩，活塞杆尖端与孔壁完全分离，将液压柱缓慢提升，移船，进入下一排钻孔破碎施工。

破碎块尺寸由孔距、排距、破碎孔布置形式和液压柱型号决定。

液压柱长度决定钻孔深度。

所述步骤(2)中的钻机船定位在没有天然自由面时，使用钻机船密集钻孔人工造面。

所述步骤(4)液压柱安装是按孔深占到液压柱长度的90％进行安装，这样就能取得较好的破碎效果，孔底标高和成孔质量检查可利用定长花竿或水陀，检查钻孔的深度，孔壁顺滑程度。

本发明的有益效果在于：

1)、本方法破碎礁石不会产生水下冲击波，对保护的水生物不会造成危害。

2)本方法可以进行毗邻建筑物的礁石破碎作业，不会对建筑物造成危害。

3)本方法能够精确控制破碎块尺寸，满足废碴二次利用的需要，减少弃碴造成的污染。

4)本方法是安全、绿色环保的新型施工方法。

附图说明

图1是本发明液压柱破碎孔布置图。

图2是本发明液压柱施工剖面图。

图中标记为：第一排破碎孔到自由面的距离w、破碎孔排距b1-b7、破碎孔距a、钻孔深度l1、液压柱长度l2、自由面1、破碎块2、四向液压柱3、岩面4、基岩5。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明所述的水下液压柱破碎礁石施工方法的一个实例，包括如下步骤：

(1)钻机船定位：进行首排钻孔时，为使破碎块2达到理想尺寸，考虑经验公式破碎孔距a＝f，有关变量为破碎系数k、孔径d，根据经验确定首排破碎孔到自由面的距离w，安排施工船舶到达锚泊位置进行施工。当破碎块2尺寸过大或过小时，可适当调节破碎孔排距b1-b7的距离，以达到理想尺寸；

(2)水下钻孔：采用梅花形方式布孔，钻孔深度l1占到液压柱长度l2的90％，钻孔超深0～20cm。钻孔时需精确探测钻孔深度，为液压柱安装提供可靠数据，使用可自由调节长度的可拆卸套管。钻孔时，套管始终压紧岩面，与钻具同时推进，直至达到钻孔深度l1；

(3)液压柱安装：钻孔完毕后，清理孔内石渣，检测孔壁顺滑程度，验孔合格后，吊起四向液压柱3，推送四向液压柱3至套管口，从套管口沿着套管缓慢放下，使四向液压柱3按既定方向缓慢装入孔内，检查液压柱3顶部标高，确认液压柱3安装到位。；

(4)破碎礁石：从首排破碎孔至倒数第二排破碎孔，均使用四向液压柱3破坏礁石，四向液压柱3到达孔底后，活塞杆尖端伸出，基岩5破碎形成破碎块2，岩石被破碎。边坡段则使用三向液压柱，以保护边坡轮廓的完整稳定；

(5)液压柱回收：待各孔液压柱将岩石破碎后，回缩活塞杆，破碎块2掉落。待孔液压柱与孔壁完全分离后，将液压柱缓慢提升。钻机船移船抵达下一排钻孔破碎施工，根据工程现场情况确定破碎n排后清渣，提高施工效率，直至施工结束。

工作原理及过程：

钻机船钻孔完毕后，使用卷扬机及钢丝绳将液压柱沿套管缓缓下放，直至液压柱到达孔底。启动控制系统，给液压柱供油，液压油通过运输管道进入液压缸，推动活塞杆向外运动，活塞杆尖端楔入岩石，岩石被拉裂而形成裂缝，活塞杆继续推进，岩石裂缝进一步扩大，直至岩石破碎。岩石破碎后，操作控制系统，使液压油反向作功，活塞杆收回，卷扬机通过钢丝绳提起液压柱，完成岩石破碎。出现破碎块卡住液压柱时，通过操作液压柱，使活塞杆反复伸缩挤压破碎块，排除破碎块卡柱现象。

应用实例：

2014年钦州港金鼓江航道工程，工期要求2014年9月开工，2015年12月底完工。为了保证燃油管道安全，采用水下液压柱破碎礁石施工方法，破碎孔距为2.5m，排距为1.2m，梅花形布孔，破碎孔径115mm，平均孔深1.75m，水下液压柱直径100mm，水下液压柱2.0m，每个水下液压柱有28个液压缸。每成孔一排，破碎一排，使用10台100型钻孔机，平均每台班完成14排。施工期间受施工船舶、进港船舶影响延缓施工，仍于2015年10月底清挖完成，比合同工期提前两个月，施工质量满足设计要求。

技术特征：

技术总结
一种水下液压柱破碎礁石施工方法，包括如下步骤：(1)施工准备；(2)钻机船定位；(3)水下钻孔；(4)液压柱安装；(5)破碎礁石；(6)液压柱回收。在水运、水利水电工程施工中采用本发明能够控制破碎块体形状、尺寸大小，精确保护轮廓、坡面、基岩不受扰动和破坏，消除震动、冲击、碰撞、噪音等有害效应，有效减小对周围环境及水下生物的影响，在需要保护敏感建筑物的破碎礁石工程中采用本发明，安全无污染，消除了常规爆破对环境造成的危害。

技术研发人员：陆少锋;廖烈宏;陈伟华;王辉;邓强;黄丽红;徐君;李基锐;宁泽忠;邓峰;吴晟英;姚方明;梁进;肖建国;农志祥;袁明;何延凯
受保护的技术使用者：广西新港湾工程有限公司
技术研发日：2019.01.17
技术公布日：2019.05.17