加长臂反铲挖掘机在深水急流滩险水下清碴施工的优势广西区柳州航道管理处 解黎湘 林少江摘要：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之王，滩长4.2km，落差5.49m，最大流速5m/s，最浅水深1.3m，集窄、弯、急、险于一体。本次航道整治尺度1.82.2m3540m200m（水深宽度弯曲半径）和新开排路航道1.5m25m（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。但第一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，最大挖深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。因此第一施工期仅完成清碴工程量45.6%（工期已过65%），按此进度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23m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日投入第一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1.02.0m/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7.58.0m，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，施工期间水位改正数为+2.4+5.2m之间，即施工水深为4.97.7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，最大流速达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PC2003加长臂挖掘机在施工期间水位改正数+2+5m，即施工水深为4.27.5m，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. 第一施工期投入清碴设备清碴工效统计序号 清碴设备 水位改正数天数 清碴施工情况 台班工效 工期 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） 普通反铲 01年11月1日至1 挖泥船 02年5月20日 71 148 53 60 101 12495 123.7 30 R942 共201天 01年10月1日至 2 抓扬式挖泥船 02年5月20日 74 168 66 150 317 16132 50.9 64.9 共232天 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 水位改正数天数 清碴施工情况 台班工效 工期 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） 加长臂反铲 02年10月12日至1 挖泥船 03年1月15日 59 105 2 68 98 10269 104.8 63.6 (R942) 共107天 加长臂反铲 02年10月12日至 2 挖泥船 03年1月15日 59 105 2 90 139 18729 134.7 84.1 PC200-3 共107天 02年10月12日至 3 抓扬式挖泥船 03年1月15日 59 105 2 75 109 5136 47.9 70.1 共107天 从上述统计表得知，第一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，该机最大施工水深为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2.5ms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35m，即施工水深5.57.5m）流速急（最大达5ms），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，最大施工水深可达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5ms的地带施工。典型的例子：第二施工期仅出现过最高水位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PC2003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5ms，加长臂R942反铲挖泥船也能安全顺利地进行清挖。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5ms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（最大流速5ms）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最佳搭档设备。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，以便挖泥船在深水或急流滩险上施工操作灵活、简便、快捷、安全。1