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加长臂反铲挖掘机在深水急流滩险 水下清碴施工的优势
摘要：以红水河十五滩航道水下炸礁清碴试验施工为例，介绍加长臂反铲挖掘机在深水、急流滩险 ： 水下清碴的优势及体会。 关键词：加长臂反铲挖掘机 深水急流滩 清碴 试验 优势
1 概述 十五滩的航道整治是西南水运出海通道中线起步工程（广西段）恶滩～ 石龙三江口航道整治工程之一。十五滩是红水河滩中，滩长 4.2km，落差 5.49m，流速 5m/s，最浅水深 1.3m，集窄、弯、急、险于一体。本次航 道整治尺度 1.8～2.2m×35～40m×200m（水深×宽度×弯曲半径）和新开排 路航道 1.5m×25m（水深×宽度）参照河工模型试验优选放案 24 而定。整治 原则：着眼“起步”二字，以治险和枯水整治为主，兼顾中、洪水整治，改 善“急” “弯” “窄”状况。整治工程量：水下炸礁 63371m3 ，陆上炸石 、 、 12805m3，围堰炸石 85987m3。施工工期：2001 年 9 月 20 日至 2003 年 1 月 22 日，跨越两个枯水施工期，投入的钻爆设备有中风压钻机船（船上装置改 进型 YQ100 潜孔钻机 4 台）2 艘，由于改进型 YQ100 潜孔钻机在内河各类滩 险上进行水下钻爆，均具有快速、便捷、高效的优势，故在合同工期内完成 水下钻孔爆破是可行的。但施工期投入的清碴设备有抓扬式抓斗挖泥船 （斗容 1.5m3）1 艘，由于流急“漂斗”“卧斗”现象极为严重，台班工效极 、 低；反铲式铲斗挖泥船（斗容 1.5m3，挖深 5.8m）1 艘，由于受上游电站 发电调控下泄流量，施工期水位居高不下，施工水位改正数小于 3m 的天数仅 有 71 天，标准臂长的反铲式铲斗挖泥船则受臂长的限制，无法清挖至设计底 标高。因此施工期仅完成清碴工程量 45.6%（工期已过 65%） ，按此进度
1
清碴无法按合同工期完成十五滩的整治施工。为此第二施工期投入了 2 艘加 长臂反铲式铲斗挖泥船，专攻深水急流滩险段。 2 加长臂反铲挖掘机攻克险段的清碴部署 二期施工的难点在排路进口段、出口段和横浪段，主要工程量也集中于 此，排路进口段由于排路实施围堰施工后，留下堰压部分及上游未施工段， 上堰压段原河床地势较高，排路开通后，形成了 2～3m 的跌坎，流态恶劣； 横浪段河床窄，流速特急达 5m/s；排路出口段在进口段未开通前水流较平缓， 为了安全起见，加长臂反铲挖掘机在红水河十五滩投入生产性的试验前，首 先选择在排路出口的堰压段进行清碴试验，该段流速在 2.0m/s 左右，流态平 稳，主要目的是先试验加长臂挖掘机在深水和流急条件下能否施工，能适应 深水施工后，立即投入第二台加长臂挖掘机，分别攻克该滩两处险段：流速 特急的横浪段及流速急，流态紊乱，迭坎大的排路进口段及上堰压段。这两 处难点解决了，其它部分就会迎刃而解。 3 清碴施工效果 2002 年 10 月 5 日投入台加长臂反铲挖掘机置放在由 “广西车渡 1045” 改造的挖泥船上，首先在排路出口下堰压段进行清碴。由于上堰压段尚未清 挖，通过排路出口的流速较小，在 1.0～2.0m/s 之间，在此段共施工 40 台班， 完成清碴工程量 4039m3／台班， 平均 101m3／台班。 此间曾出现过+5.0～+5.5m 的水位改正数两天， 即施工水深为 7.5～8.0m， 在此水位下该机也能正常清碴， 且能满足进度要求。 2002 年 10 月 29 日投入第二台加长臂反铲挖掘机（上建厂生产的 R942 型挖掘机） ，斗容 1m3，置于“疏浚 21”挖泥船上。该机经过陆地上试调后， 调到施工试验地：排路进口段，由于排路及下堰压段已炸除清通，在上堰压 段的水流形成了落差为 2m 多的迭坎，加之进口处水流紊乱，施工期间水位改
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正数为+2.4～+5.2m 之间，即施工水深为 4.9～7.7 之间，该机能正常安全地进 行清碴，本段由 2002 年 10 月 29 日开始施工，12 月 23 日结束，共施工 75 台 班，完成清碴工程量 7269m3，平均 96.9m3／台班。 十五滩最急流之段——横浪段， 流速达 5m/s 多， 空载船舶航行至此， 均需设置铰滩才能上行。抓斗挖泥船根本无法在此施工，抓斗入水后即被冲 至 5m 之远，且发生“卧斗”现象。小松 PC200—3 加长臂挖掘机在施工期间 水位改正数+2～+5m，即施工水深为 4.2～7.5m，在如此急流的滩险，该机也 能安全地清碴。本段由 2002 年 10 月 29 日开始施工，11 月 23 日结束，共施 工 46 台班，完成清碴工程量 5109m3，平均 111.1m3／台班。 4 不同工况条件下清碴设备的工效对比 加长臂反铲挖掘机投入红水河十五滩深水急流滩险的清碴施工，是在抓 扬式挖掘机、普通反铲挖掘机在上述工况条件下无法实施清碴施工而采取的 施工措施。十五滩投入加长臂反铲挖掘机清碴前后不同的施工期、施工水位、 台班工效、清碴设备施工情况见表 1、表 2。 表 1. 施工期投入清碴设备清碴工效统计
序号 清碴设备 工期 水位改正数天数 清碴施工情况 台班工效 工期 施工 施工 清碴工 利用 ≤3m ≤5m ＞5m 天数 台班 程量 （m3/台班） 率（﹪） （m3） 71 148 53 60 101 12495 123.7 30
1
普通反铲 挖泥船 R942 抓扬式挖泥船
2
01 年 11 月 1 日至 02 年 5 月 20 日 共 201 天 01 年 10 月 1 日至 02 年 5 月 20 日 共 232 天
74
168
66
150
317
16132
50.9
64.9
3
表 2. 第二施工期投入清碴设备清碴工效统计
序号 清碴设备 工期 水位改正数天数 清碴施工情况 台班工效 工期 施工 施工 清碴工 利用 ≤3m ≤5m ＞5m 天数 台班 程量 （m3/台班） 率 （﹪） （m3）
1
2
加长臂反铲 挖泥船 (R942) 加长臂反铲 挖泥船
PC200--3
02 年 10 月 12 日至 03 年 1 月 15 日 共 107 天 02 年 10 月 12 日至
03 年 1 月 15 日
59
105
2
68
98
10269
104.8
63.6
59
105
2
90
139
18729
134.7
84.1
共 107 天 02 年 10 月 12 日至
03 年 1 月 15 日 59 105 2 75 109 5136 47.9 70.1
3
抓扬式挖泥船
共 107 天
从上述统计表得知，施工期投入的普通反铲挖泥船，由于受到反铲 挖掘机臂长的限制，该机施工水深为 5.8m，即只能在水位改正 3.5m 以下 的天数才能进行清挖，虽然在其适应的水位下施工的台班工效高，但工期利 用率太低，投入的抓扬式挖泥船，虽然挖掘深度不受限制，但当施工水深超 过抓斗高度 3.5m、流速大于 2.5m／s 时，抓斗施工的“卧斗”“漂斗”现象 、 非常严重，施工效率极低，显然，十五滩水下炸礁的施工水位居高不下（水 位改正数多为 3~5m，即施工水深 5.5~7.5m）流速急（达 5m／s） ，流态 紊乱等恶劣工况条件下，依靠普通反铲挖泥船及抓扬式挖泥船来清碴，是无 法在 2003 年元月 22 日前按合同期完成施工任务的。 第二施工期，投入了两艘加长臂反铲挖泥船后，施工水深可达 9m， 即水位改正数在 6.5m 以内的工期内均可施工， 且能在流速达 5m／s 的地带施 工。典型的例子：第二施工期仅出现过水位 2 天（水位改正数 5.5m，即 施工水深 8.0m） ，这两艘加长臂反铲挖泥船能安全正常清碴；十五滩横浪段， 流速达 5m/s，中肯段流急、流态紊乱，加长小松 PC200—3 反铲挖泥船也能 安全顺利地进行清碴，台班工效达 111m3／台班；排路进口水流紊乱，上堰压 段水流迭坎大（落差 2m 多） ，流速达 5m／s，加长臂 R942 反铲挖泥船也能安
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全顺利地进行清挖。由于该段采取钻炸与清碴交替施工的办法削掉迭坎，相 互间有一定的干扰，故挖泥船清碴工效受到一定的影响。 5 加长臂反铲挖掘机清碴优势 加长臂反铲挖掘机，在施工水深 9m 以内或流速 5m／s 的滩段清碴施工， 均能达到预期的工效、较好地控制开挖深度、极少出现欠挖或超挖；钻炸后 出现个别盲炮现象石碴未被炸透，只要四周有裂缝，反铲挖掘机也能清挖至 底标，确实有个别石丁挖不掉的，挖掘机斗臂可定位，便于标示上图或岸上 插标，减少了补钻时寻探的时间；由于反铲挖掘机每挖完一小块后，可自行 用斗底平面纵横扫检，故施工后扫床碰杆率较低。相同情况下，加长臂挖掘 机与普通挖掘机比较有如下优点：提高工期利用；扩大开挖范围，减少辅助 工作时间，提 工情况 台班工效 工期 施工 施工 清碴工 利用 ≤3m ≤5m ＞5m 天数 台班 程量 （m3/台班） 率 （﹪） （m3）
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2
加长臂反铲 挖泥船 (R942) 加长臂反铲 挖泥船
PC200--3
02 年 10 月 12 日至 03 年 1 月 15 日 共 107 天 02 年 10 月 12 日至
03 年 1 月 15 日
59
105
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68
98
10269
104.8
63.6
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105
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90
139
18729
134.7
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共 107 天 02 年 10 月 12 日至
03 年 1 月 15 日 59 105 2 75 109 5136 47.9 70.1
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抓扬式挖泥船
共 107 天
从上述统计表得知，施工期投入的普通反铲挖泥船，由于受到反铲 挖掘机臂长的限制，该机施工水深为 5.8m，即只能在水位改正 3.5m 以下 的天数才能进行清挖，虽然在其适应的水位下施工的台班工效高，但工期利 用率太低，投入的抓扬式挖泥船，虽然挖掘深度不受限制，但当施工水深超 过抓斗高度 3.5m、流速大于 2.5m／s 时，抓斗施工的“卧斗”“漂斗”现象 、 非常严重，施工效率极低，显然，十五滩水下炸礁的施工水位居高不下（水 位改正数多为 3~5m，即施工水深 5.5~7.5m）流速急（达 5m／s） ，流态 紊乱等恶劣工况条件下，依靠普通反铲挖泥船及抓扬式挖泥船来清碴，是无 法在 2003 年元月 22 日前按合同期完成施工任务的。 第二施工期，投入了两艘加长臂反铲挖泥船后，施工水深可达 9m， 即水位改正数在 6.5m 以内的工期内均可施工， 且能在流速达 5m／s 的地带施 工。典型的例子：第二施工期仅出现过水位 2 天（水位改正数 5.5m，即 施工水深 8.0m） ，这两艘加长臂反铲挖泥船能安全正常清碴；十五滩横浪段， 流速达 5m/s，中肯段流急、流态紊乱，加长小松 PC200—3 反铲挖泥船也能 安全顺利地进行清碴，台班工效达 111m3／台班；排路进口水流紊乱，上堰压 段水流迭坎大（落差 2m 多） ，流速达 5m／s，加长臂 R942 反铲挖泥船也能安
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全顺利地进行清挖。由于该段采取钻炸与清碴交替施工的办法削掉迭坎，相 互间有一定的干扰，故挖泥船清碴工效受到一定的影响。 5 加长臂反铲挖掘机清碴优势 加长臂反铲挖掘机，在施工水深 9m 以内或流速 5m／s 的滩段清碴施工， 均能达到预期的工效、较好地控制开挖深度、极少出现欠挖或超挖；钻炸后 出现个别盲炮现象石碴未被炸透，只要四周有裂缝，反铲挖掘机也能清挖至 底标，确实有个别石丁挖不掉的，挖掘机斗臂可定位，便于标示上图或岸上 插标，减少了补钻时寻探的时间；由于反铲挖掘机每挖完一小块后，可自行 用斗底平面纵横扫检，故施工后扫床碰杆率较低。相同情况下，加长臂挖掘 机与普通挖掘机比较有如下优点：提高工期利用；扩大开挖范围，减少辅助 工作时间，提高了工效。与抓扬式挖泥船比较：解决了抓斗挖泥船在急流段 施工中出现“卧斗” “漂斗”工效低的难题，同时可以有效地控制了超挖， 、 也能节约成本。 6 体会及建议 6.1 通过十五滩清碴施工实践证明：加长臂反铲挖掘机能够在深水（施工 水深 9m 以下） ，急流（流速 5m／s）滩险上安全高效地进行清碴施工。 爆破后用该机清碴施工具有投斗准确、挖掘能力强、挖深易控、清底平整、 补炸补清率低、工期利用率高、工效高等优点。因此，用普通挖掘机改造为 加长臂挖掘机，作为内河水下清碴设备是可行的。 6.2 如今水下炸礁市场竟争激烈，欲占领市场，仅水下爆破的工效提高是 不够的，清碴设备选用正确与否才是关键。在水下爆破清碴工程中，加长臂 反铲挖掘机配合中风压钻机是搭档设备。 6.3 建议装置加长臂反铲挖掘机的挖泥船的建造应相对轻巧、甲板面上的 主横绞操作系统与液压桩控制操作系统尽量靠近，并保持通视，以便挖泥船
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在深水或急流滩险上施工操作灵活、简便、快捷、安全。■
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