成果簡介科學(xué)技術(shù)獎
深水深槽硬巖精準破巖開挖施工關(guān)鍵技術(shù)
主要完成單位：中交廣州航道局有限公司
1、項目概況
鑿巖工藝作為疏浚工程中物理沖擊破壞巖石的手段，通過將鑿巖棒提升一定高度后自由下落猛烈沖擊巖石，使其破碎崩裂，從而達到順利清礁的目的。鑿巖工藝改“炸”為“鑿”，不受施工條件限制，無需增加船機設(shè)備，對清礁深度控制準確，能夠同時兼顧施工、航道通行以及環(huán)境保護，表現(xiàn)出巨大的前景和應(yīng)用價值。
深水深槽硬巖精準破巖開挖施工關(guān)鍵技術(shù)工作原理是由抓斗挖泥船配備破巖錘，采用RTK技術(shù)進行平面定位，依據(jù)巖層特性預(yù)先確定破巖錘鑿擊排距、位距、次數(shù)及提升高度等施工參數(shù)，依靠重力自由下落，運用破巖錘制動控制輔助系統(tǒng)精準控制鑿擊深度，以縱向沖擊荷載破碎巖石，硬巖破碎后進行清礁施工；清礁施工由具有定深平挖功能的抓斗式挖泥船實施，可實現(xiàn)破碎巖面的高精度開挖并配備運泥船將清理的巖石運輸至指定卸泥區(qū)。
2、技術(shù)難點和特點
深水深槽破巖開挖技術(shù)涉及多學(xué)科領(lǐng)域，包括巖石力學(xué)、沖擊破碎力學(xué)、水力學(xué)、工程機械、施工技術(shù)等，常規(guī)的分析方法不能有效反映深水條件下巖石的沖擊破壞機理。該項目成果通過對破巖錘水下碎巖技術(shù)進行深入研究，研制了深水條件下破巖錘制動控制輔助系統(tǒng)，將傳統(tǒng)鑿巖棒開挖法拓展到深水硬巖工況；通過優(yōu)化破巖錘新型錘頭及形態(tài)改良，降低了設(shè)備損耗、滿足大體量硬巖破碎作業(yè)需求；通過開展力學(xué)試驗、數(shù)值模擬試驗及原位試驗，掌握了深水硬巖破碎的宏觀規(guī)律和致裂機理，擇優(yōu)選取鑿巖效果較好的施工參數(shù)組合，形成一套解決深水硬巖精準破巖、高效開挖施工關(guān)鍵技術(shù)。
3、主要成果和創(chuàng)新點
（1）通過三軸力學(xué)試驗、動態(tài)壓縮試驗、循環(huán)沖擊力學(xué)試驗等獲得了巖石沖擊破碎規(guī)律和致裂機理。
（2）通過數(shù)值模擬及現(xiàn)場試驗，厘清了沖擊破巖裂隙擴展過程、巖石損傷演化過程。提出了不同水深、不同強度巖石、不同沖擊速度、不同排距、不同鑿擊次數(shù)、斧式鑿巖棒破巖施工作業(yè)參數(shù)，首次實現(xiàn)了40米水深、100MPa中風(fēng)化花崗巖破巖錘深水深槽精準破巖開挖高效作業(yè)。
（3）開發(fā)了破巖錘制動控制輔助系統(tǒng)，通過增設(shè)電子控制邏輯模塊和研發(fā)錘頭現(xiàn)場修復(fù)技術(shù)，實現(xiàn)了制動距離的主動、精準、動態(tài)調(diào)節(jié)，滿足了大體量硬巖連續(xù)破碎作業(yè)安全施工需求。
（4）采用RTK技術(shù)進行平面定位，結(jié)合水流及水深監(jiān)測數(shù)據(jù)，鑿擊前對破巖錘初始平面位置進行修正，消除了不同水深條件下水流對破巖錘鑿擊點的影響，形成了深水深槽鑿巖施工工藝。
4、成果應(yīng)用
該項成果提出了一種適用于沿海、內(nèi)河水域、自然保護區(qū)、水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)等對環(huán)境保護要求高的生態(tài)敏感區(qū)或施工期間正常運營的航道、港池區(qū)域內(nèi)的巖石處理的方法，適應(yīng)性強可應(yīng)用于水深較深的高強度巖層處理施工，實施精度高；且實施過程不涉及雷管、炸藥的使用，對周邊環(huán)境影響小，綠色環(huán)保，操作過程安全可靠。成果已成功應(yīng)用于深中通道沉管隧道基槽巖石處理工程，實現(xiàn)了深水條件大體量硬巖連續(xù)高精度破碎開挖高效作業(yè)。
5、經(jīng)濟和社會效益
該項工藝不受施工條件限制，無需增加船機設(shè)備，能夠同時兼顧施工、航道通行以及環(huán)境保護，避免了水下爆破在附近水域中造成的水體污染和破壞周邊生態(tài)環(huán)境，社會和經(jīng)濟效益顯著。
