摘要：刚果（金）因加附属引水渠项目进出水口水下石方开挖施工方案，通过采用长臂反铲开挖的方式，不仅确保了项目进度履约，也一定程度上降低了项目成本。本文通过实际案例简要介绍长臂反铲在刚果（金）因加附属引水渠项目上的实际应用，并总结经验，为类似项目提供参考。
关键词：进出水口；长臂反铲；水下石方开挖；水下测量
一、项目背景
刚果（金）因加附属引水渠长约1.2km，由渠身、进水口和出水口3部分组成，合同工程量清单中进水口、出水口水下开挖方量合计18万m3。根据招标文件地质资料和实际地勘揭露，渠道水下岩层主要为带状流纹岩，引水渠进出口段为花岗岩，水下开挖深度约为10-14m。
另外进水口与刚果河连接，出水口与老渠道连接，进出水口水下开挖均面临大水深、高流速的复杂作业条件，因此，进出水口水下开挖是该项目的重难点之一。
该项目合同总工期30个月，考虑前期准备阶段及收尾阶段所占的8个月，实际有效施工期为22个月，其中水下开挖工期不到8个月。因此，该项目的主要风险点为工期短、履约难度大。
二、常规施工方法
常规水下开挖方法为使用船只作为钻爆和开挖平台提供钻孔干地作业条件和水下挖运。
该项目投标阶段，拟定配置2台抓斗式挖泥船进行水下钻孔和水下挖运的施工方案编制投标施工技术方案及资源配置。
抓斗式挖泥船进行水下开挖的施工原理为在船上设置一台进行水下挖掘和抓取的旋转式吊机，使用悬挂在吊机钢缆上的抓斗，并依托其自重作用，伸入水中一定深度后张开抓斗，通过斗齿切入碎石层和闭合抓斗，来挖掘和抓取爆破料。然后，通过操作船上的旋转式吊机，将装满爆破料的抓斗提升出水面，回转到岸边，再通过旋转式吊机的回转，返回到开挖点，进行下一轮水下开挖作业，如此反复循环作业。具体的工作流程为：定位→开挖深度确定→下斗开挖→提升旋转→卸料→挖到设计高程后→转移到下一地点开挖。
水下石渣采用抓斗式挖泥船旋转式吊机运输至岸边，再采用小型反铲二次挖装、自卸汽车运输至指定渣场。
抓斗式挖泥船适用范围比较广，常规施工不受水深限制，优点主要有容易增加开挖深度，对于本项目水下开挖深度10-14m能满足施工需要；缺点是进出水口水流急，流速约为3-5m/s以上，船只定位钢桩插入碎石层难度大，船只受水流影响不易固定，继而导致循环挖装点不易固定，容易造成挖装平整度差，产生超挖和欠挖情况，施工质量控制难度大。
根据投标拟定设备资源配置情况，及刚果（金）实际情况，刚果（金）境内没有类似大型船只，需要从国内采购材料、设备，运输至工地进行工地现场组装船只，船只材料采购、设备海运周期长，组装过程中零星构配件容易缺件、少件，国内定制、采购、运输、拼装约1年工期。一方面工期履约上难度大，另一方面鉴于该项目水下地质情况特殊性及水文等影响因素干扰多，适用性不强。
三、调整施工方法
鉴于上述原因，在项目中标后，项目部对施工方案进行调整。首先在围堰占压部位，上游根据刚果河水位情况、下游根据老渠道水位情况进行回填石渣，回填石渣钻爆平台高出设计洪水位1m，石渣平台形成后采用地质钻造孔，钻孔前先下套管然后再从套管内下钻杆进行钻孔，钻孔深度达到要求后，对钻孔进行洗孔，使钻渣全部排出钻孔，保证实际孔深符合要求。使用防水性较好的乳化炸药柱状连续装药，采取微差控制爆破网络、非电力起爆方式进行松动爆破，钻爆平台施工迅速、施工作业面足够大且可满足大型钻孔设备规模化钻孔。
同时考虑到渠身干地施工开挖设备配置方面，配置了2台沃尔沃700标准臂反铲（斗容4.6m3），每台反铲各定制1套25m长臂（斗容1.6m3）、1套30m长臂（斗容1.2m3），不仅满足了渠身大方量土石方开挖的需要，也满足了水下开挖的需要。
长臂配置方面，25m长臂在水深小于等于12m的情况下，水下开挖幅度能达到约15m；30m长臂在水深小于等于12m的情况下，水下开挖幅度能达到约21m，开挖深度基本满足施工质量要求。同时考虑上述因素及长臂反铲开挖工效，经过设计优化，将进水口、出水口水下开挖各分三个条带进行钻爆开挖，将围堰瘦身，优化后实际水下开挖方量约8.4万m3。在水下爆破后，再次回填石渣至水位以上1m左右。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆根据水位情况，在旱季水位较低时，采用25m长臂反铲将扩填的开挖平台进行收窄开挖出渣；在雨季水位较高时，25m长臂改装成30m长臂反铲将扩填的开挖平台进行开挖平台加高加宽开挖出渣，水位两台长臂反铲从围堰中间同时向左右两岸开始开挖，石渣开挖至围堰上，再采用小反铲挖装、自卸车运输至指定渣场。
四、两种施工方案经济对比
常规施工方案：
考虑抓斗式挖泥船在刚果（金）后续市场情况及转运条件，此设备配置仅适用于该项目，须一次摊销成本，计算材料材料及配件采购、运输、厂家加工制作，及日常费用，此方案的成本预计在900-950万元；
调整施工方案：
调整后设备配置方案为标准臂反铲和各两台加长臂，标准臂反铲在该项目渠身大方量干地开挖中发挥了经济效益，减少了小型反铲的配置；同时该项目结束后可用于其他大型项目，按照剩余40%残值考虑，计算采购、运输、日常费用，成本约为750-800万元。
上述两种方案，调整施工方案不仅在技术上可行，经济上也节约成本约150万元。
五、长臂反铲辅助测量功能使用
该项目水下开挖施工质量要求严，监理、业主聘请了第三方水下检测机构对开挖结果进行验证。为此，项目部因地制宜，使用长臂反铲配合超声波水深测量仪进行水下测量，边开挖边测量，测量结果满足设计要求后，再循环进行开挖。长臂反铲进行辅助测量的功能在该项目上也得到了充分的应用。
长臂反铲辅助测量具体操作使用情况如下：
长臂反铲停在开挖平台上，超声波水深测量仪换能器通过固定装置与长臂反铲铲斗连接，超声波水深测量仪主机放置在岸上，超声波水深测量仪换能器与主机通过50m传输线路连接。测量时，长臂反铲将铲斗伸至水面，将超声波水深测量仪换能器固定于水面以下某一位置（一般为水面以下0.5m）进行水深测量，通过长臂反铲的移动实现区域水下地形测量，具体包含以下步骤：
（1）在长臂反铲开挖幅度范围内基本开挖结束后，长臂反铲停靠在需要测量区域的岸边，为保证测量过程中的设备的安全，反铲停靠时履带正对岸边且履带端部距岸边留1.5-2m的安全距离。
（2）完成测量设备的安装。
（3）长臂反铲将铲斗停在测量区域水面上方，保证换能器处于水面以下0.5m且与水面保持垂直，开始进行该点的水下地形测量工作。
（4）通过长臂反铲大小臂的移动实现测量点位的移动。
（5）测量时，顺长臂反铲履带方向顺序完成一排点位后，通过反铲的移动或回转进行下一排点位的测量。
这种采用长臂反铲进行水下地形测量方法，以长臂反铲作为测量载体，实现了人机分离，测量人员可在岸上进行测量设备的操作，保证了测量人员的人生安全；同时将超声波水深测量仪器的换能器固定在长臂反铲铲斗上，超声波水深测量仪器的换能器可以稳定的处在动水区水面以下某一固定位置，极大了提高了水下地形测量的精度；另外通过长臂反铲大小臂的动作、回转及行走实现水下地形测量点位的准确移动，水下地形测量点位可以根据测量人员的意愿进行移动，可均匀的分布在水下地形测量区域内，极大的提高了水下地形测量的质量和效率。
六、结论
在项目施工方案制定方面，本文作者认为应根据项目个体的特殊性和适用性，制定切实可行的施工方案。本项目采用25m和30m长臂反铲进行水下开挖和辅助水下测量作业，不仅开挖效率满足施工需要，确保了进度履约，也一定程度上降低了成本。本文作者全程参与了方案的制定、设备的选型，并亲历并执行了施工全过程。现提炼成本文，希望可以为类似工程项目提供参考。
参考文献：
[1]张文博.浅析抓斗式挖泥船应用前景[J].技术论坛，2015（09）：246-247.
[2]王其升，徐帮树.泰安抽水蓄能电站水下爆破开挖施工技术[J].地下空间与工程学报，2008（04）：75.
作者简介：
师国栋（19 85-），男，工程师，大学本科学士学历，毕业于甘肃农业大学，主要从事水利工程施工管理。
论文作者:师国栋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/6
标签：水下论文; 测量论文; 抓斗论文; 水深论文; 刚果论文; 钻孔论文; 挖泥船论文; 《基层建设》2019年第27期论文;