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摘 要：内河航道整治工程受水污染防治、生态环境保护等多重因素影响，需采用机械破碎施工破礁。山区航道水下机械破礁常受施工水位高、底质岩石抗压强度大、工后自检精度不够等因素制约，施工效率较低，工期长，成本高。在梯级水电开发的工程条件下，闽江沙溪口至三明台江段航道整治工程改水下机械破碎岩石为陆上干地破碎岩石取得了一定的工程效果。本文立足工程实例，对水下机械破碎岩石、陆上干地破碎岩石的方案进行比选分析，可为类似工程提供参考。
关键词：内河航道;岩石机械破碎;梯级开发;方案对比
中图分类号：U615 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2021）07-0112-03
沙溪为山区性河流，山川地势西北高东南低。闽江沙溪口至三明台江段共建有水电站5座，从上游向下游分别为斑竹水电站、沙县城关水电站、高砂水电站、官蟹水电站、沙溪口水电站，河道已基本形成渠化航道。根据《闽江航运建设总体规划（2015-2025）》要求，闽江沙溪口至三明台江段需达到内河V级航道，通航闽江干流-I型300吨级船舶、兼顾闽江干流-II型500吨级船舶。
本文结合闽江沙溪口至三明台江航道整治工程（第一标段）工程实例对山区性河流梯级开发下的航道整治工程中航道岩石机械破碎的施工方案进行探讨。
1工程项目概况
1.1 工程内容及工程量
闽江沙溪口至三明台江航道整治工程（第一标段）岩石机械破碎工程量主要集中在官蟹水电站至闽江沙溪口航段，设计断面工程量54955m3，超宽超深工程量32577m3，共有111个机械破碎作业区。根据环保及公路、铁路、水电站的有关规定，航道岩石清礁不能使用传统爆破方式，拟采用机械破碎礁石至设计底高程。地质钻探报告显示水下岩石底质为中风化砾砂岩、中风化粉砂岩、中风化凝灰熔岩，抗压强度为35.76～36.20Mpa，机械破碎岩层厚、硬度大、施工难度大。在项目施工质量要求高、进度工期紧的情况下，项目建设的施工技术管理尤为重要。
1.2 工程建设条件
1.2.1 水文
沙溪为雨源型山区河流，汛期水位变幅大，暴涨暴落。沙溪洪水一般发生在 4～6 月，尤以 6 月出现机会较多。
1.2.2 底质类别
拟建场地位于沙溪河铁路桥至三明台江航道河面上，根据地质钻探报告结合现场调研，以官蟹水电站坝下13#礁石为例，施工区域底质为中风化砂砾石，抗压强度为35.80Mpa。
1.2.3 施工水位条件
工程段下游沙溪干流、闽江干流梯级开发纵剖面图见下图1。官蟹水电站至沙溪口水电站航段施工区域位于下一级沙溪口水电站的库区范围，沙溪口水电站正常蓄水位为88.0m（85高程，下同）。航道整治中纵断面设计沙溪口水电站坝上设计底高程为82.9m，官蟹水电站坝下设计底高程为83.9m，纵断面设计高程见下表1。可见，航道破礁施工受沙溪口水电站蓄水位水位影响大。
2施工方案比选
2.1水下机械破碎岩石施工方案（方案一）
水下机械破碎岩石施工方案一般参照国内其他内河航道及闽江干流马尾星罗塔—水口、闽江水口—沙溪口航道整治工程清礁经验，可采用高频风压破碎水下岩石、礁石锤击破碎水下岩石等方式。
施工现场前期采用了高频风压破碎水下岩石的施工方案。高频风压破碎水下岩石是利用岩石之间的裂纹进行高频打击，使其无法形成合力而被分离原来的结合体进而脱落。采用浮式作业平台+挖掘机（配高频破碎锤）的作业方式，对礁石进行高频破碎后更换挖掘头进行清礁，高频风压破碎水下礁石施工工艺流程图如下图2。
礁石锤击破碎水下岩石施工工艺与高频风压破碎水下岩石类似，是将抓斗船上的高频破碎锤替换为斧型重锤，吊起至一定高度，松開刹车，通过斧型重锤的自重及加速度将礁石破碎，整体破碎一层后，再将破碎锤放至抓斗船甲板上更换成抓斗船抓斗清除碎渣[1]。
2.2陆上干地破碎岩石施工方案（方案二）
结合沙溪河梯级开发施工环境，项目可采用沟通下游沙溪口水电站下降蓄水水位，创造低水位施工条件，改水下机械破碎岩石为陆上干地破碎岩石对航道区礁石进行作业的施工方案。水位降低后，原先的暗礁露出水面。通过挖掘机（配高频破碎锤）直接进行破碎、清礁。对于局部高程未露出水面的暗礁，采用修建施工便道进行机械破碎。部分抗压强度较大的底质岩石，采用潜孔钻配合高频破碎锤施工。陆上作业岩石机械破碎工艺流程图见图3。
3施工方案对比及效果分析
3.1 施工工作效率分析
3.1.1水下机械破碎岩石
水下机械破碎岩石功效低。以13#礁石为例（见图4），项目工程区域属于下一级沙溪口水电站库区范围，位于官蟹电站坝下部分，官蟹坝下部分最低通航水位（取官蟹电站尾水位保证率为99.5%）为86.0m，设计底高程为83.9m。据现场临时水尺实测，施工水位常维持在87.0m左右。
以设计底高程83.9m计算（不考虑超深要求），高频破碎锤或斧型重锤需要克服3.0m的水头浮力向水下礁石做功，机械破碎岩石的能量损失严重。
由于施工过程中水深较大，若使用抓斗船等小型设备配合高频破碎锤，在施工作业时会造成船体晃动，进一步影响水上施工效率。
（3）由于闽江干流目前未完成全面通航，且河段水深较浅、河道宽度较小，工程区域周边具备相应船舶检验证书的大型施工船机设备数量少，施工期间难以投入大量作业设备。
项目现场曾采用浮式作业平台+挖掘机（配高频破碎锤）的作业方式对13#礁石进行水下机械破碎，施工3.5个台班，仅完成50m3，每台班完成工程量14.3m3/台班。 3.1.2 陆上机械破碎岩石
陆上作业岩石机械破碎功效较水下机械破碎岩石施工效率大大提高。
陆上干地凿岩便于大规模投入施工作业机械。不受水位变动限制后，现场班组可以全天候施工。且不受水流浮力影响机械做功，作业能力损失小。
（2）相比于水上施工平台需要利用锚定桩固定、移动，陆上机械移动机动性强，施工作业安全性能得到更好保证。
3.2施工成本经济分析
水下机械破碎岩石成本较高。以13#礁石施工为例，由于工程区底质岩石抗压强度大，需要配备强度较高的高频破碎锤，且在施工工程中设备损耗严重。清礁结束后，还需清礁装驳。据测算，预估单价为1430元/m3，施工单价高（表2）。
陆上干地凿岩施工成本低。
对于底质抗压强度较大的岩石，配合潜孔钻施工，高频破碎锤等施工设备损耗大大降低。
（2）陆上作业运输弃渣由铲运机吊运至临时弃渣堆放点，再由陆上装车抛渣。相较水上弃渣由开底驳满载后，运至临时码头弃渣坑进行弃渣处理的处理方式效率高、成本低。
3.3 施工质量控制分析
依据《水运工程质量检验规范》要求，航道工程设计底边线以内水域严禁存在浅点，水深、断面图需要满足设计要求[2]。
水下机械破碎岩石施工质量难以控制。由于项目采用水下分块作业机械破碎，分块区域易出现作业遗漏点，造成浅点出现。中间过程RTK无验潮水深测量受测船姿态变化、定位时延引起的位置偏移、施工班组测量精度等因素影响[3]，存在一定误差。
陆上干地凿岩工程质量能够获得更好保证。在水位降低后使用传统的RTK（Real - time kinematic，实时动态）载波相位差分技术较水上测量精度更高，能够尽可能避免航道整治工程中浅点的遗漏，降低返工风险。
3.4 施工操作可行分析
水下机械破碎岩石施工工艺成熟，操作可行，工程可借鉴经验较多。陆上作业岩石机械破碎需协调上下游水电站运行控制，调节电站下泄流量、蓄水水位，项目管理协调难度较大。方案比选表详见表3。
综上，由于官蟹电站至沙溪口水电站航道作业条件特点，水下机械破碎岩石受到诸多条件限制，且工程进度计划需要跨越沙溪河汛期，施工进度、质量均难以保证。项目现场在前期采用浮式作业平台+挖掘机（配高频破碎锤）的条件下，改水下机械破碎岩石为陆上干地破碎岩石。
4陆上干地破碎岩石施工效果
在有关部门协调下，上游高砂电站、官蟹电站在保证最小生态流量的前提下[4]，减少下泄量。因上游下泄量减小，工程区水流速度降低，水流条件更稳定，为项目提供了更好的施工条件。工程下游沙溪口水电站在枯水期降低蓄水水位，根据项目现场实测，施工期水位在最低时能够下降到83.5m左右。
项目现场在低水位窗口期投入40-50台施工机械，闽江沙溪口至三明台江航道整治（第一标段）在官蟹电站至沙溪口水电站段加强与上下游水电站协调，充分利用低水位窗口期施工条件。强化设备配置和资源组织，在3个月时间完成机械破碎礁石5.3万立方米，项目进展较为顺利。
5結论
（1）推动内河航运高质量发展日益受到国家主管部门重视。航道整治工程受到水资源保护、周边建设项目的限制，越来越多采用岩石机械破碎的施工技术。合理的施工项目管理对航道整治工程中的清礁工程尤为重要。
（2）山区内河梯级开发下，航道整治工程条件受上下游水电站蓄水水位影响很大，在施工期间应建立沟通联动机制，处理好与利益相关者之间的关系，创造有利的施工条件。在项目场地设置临时水尺，实时对水位进行监控，合理安排施工。
（3）水下机械破碎岩石相较陆上干地破碎岩石在施工工艺功效、质量及成本均存在劣势。结合内河梯级开发具体情况，如能改变水下作业为陆上作业，能够极大提高施工作业效率，降低施工成本，保证工程质量。闽江沙溪口至三明台江（第一标段）航道整治工程在官蟹电站至沙溪口水电站航段的工程经验对类似工况下的清礁工程具有一定的借鉴意义。
参考文献：
[1]陈欢.锤击破礁施工技术在闽江干流航道整治工程中的应用论证分析[J].中国水运，2020，（5）：46-51.
[2] JTS257-2008，水运工程质量检验标准[S].
[3]崔坤生，曹正伟，宋晓蛟，左利钦.[J].测绘地理信息，RTK无验潮水深测量误差分析及控制方法，2019，44（3）：38-41.
[4]徐文贤.闽江支流梯级电站开发对生态环境的影响及防治措施[J].四川环境，2016，26（6）：63-68.
关键词：内河航道;岩石机械破碎;梯级开发;方案对比
中图分类号：U615 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2021）07-0112-03
沙溪为山区性河流，山川地势西北高东南低。闽江沙溪口至三明台江段共建有水电站5座，从上游向下游分别为斑竹水电站、沙县城关水电站、高砂水电站、官蟹水电站、沙溪口水电站，河道已基本形成渠化航道。根据《闽江航运建设总体规划（2015-2025）》要求，闽江沙溪口至三明台江段需达到内河V级航道，通航闽江干流-I型300吨级船舶、兼顾闽江干流-II型500吨级船舶。
本文结合闽江沙溪口至三明台江航道整治工程（第一标段）工程实例对山区性河流梯级开发下的航道整治工程中航道岩石机械破碎的施工方案进行探讨。
1工程项目概况
1.1 工程内容及工程量
闽江沙溪口至三明台江航道整治工程（第一标段）岩石机械破碎工程量主要集中在官蟹水电站至闽江沙溪口航段，设计断面工程量54955m3，超宽超深工程量32577m3，共有111个机械破碎作业区。根据环保及公路、铁路、水电站的有关规定，航道岩石清礁不能使用传统爆破方式，拟采用机械破碎礁石至设计底高程。地质钻探报告显示水下岩石底质为中风化砾砂岩、中风化粉砂岩、中风化凝灰熔岩，抗压强度为35.76～36.20Mpa，机械破碎岩层厚、硬度大、施工难度大。在项目施工质量要求高、进度工期紧的情况下，项目建设的施工技术管理尤为重要。
1.2 工程建设条件
1.2.1 水文
沙溪为雨源型山区河流，汛期水位变幅大，暴涨暴落。沙溪洪水一般发生在 4～6 月，尤以 6 月出现机会较多。
1.2.2 底质类别
拟建场地位于沙溪河铁路桥至三明台江航道河面上，根据地质钻探报告结合现场调研，以官蟹水电站坝下13#礁石为例，施工区域底质为中风化砂砾石，抗压强度为35.80Mpa。
1.2.3 施工水位条件
工程段下游沙溪干流、闽江干流梯级开发纵剖面图见下图1。官蟹水电站至沙溪口水电站航段施工区域位于下一级沙溪口水电站的库区范围，沙溪口水电站正常蓄水位为88.0m（85高程，下同）。航道整治中纵断面设计沙溪口水电站坝上设计底高程为82.9m，官蟹水电站坝下设计底高程为83.9m，纵断面设计高程见下表1。可见，航道破礁施工受沙溪口水电站蓄水位水位影响大。
2施工方案比选
2.1水下机械破碎岩石施工方案（方案一）
水下机械破碎岩石施工方案一般参照国内其他内河航道及闽江干流马尾星罗塔—水口、闽江水口—沙溪口航道整治工程清礁经验，可采用高频风压破碎水下岩石、礁石锤击破碎水下岩石等方式。
施工现场前期采用了高频风压破碎水下岩石的施工方案。高频风压破碎水下岩石是利用岩石之间的裂纹进行高频打击，使其无法形成合力而被分离原来的结合体进而脱落。采用浮式作业平台+挖掘机（配高频破碎锤）的作业方式，对礁石进行高频破碎后更换挖掘头进行清礁，高频风压破碎水下礁石施工工艺流程图如下图2。
礁石锤击破碎水下岩石施工工艺与高频风压破碎水下岩石类似，是将抓斗船上的高频破碎锤替换为斧型重锤，吊起至一定高度，松開刹车，通过斧型重锤的自重及加速度将礁石破碎，整体破碎一层后，再将破碎锤放至抓斗船甲板上更换成抓斗船抓斗清除碎渣[1]。
2.2陆上干地破碎岩石施工方案（方案二）
结合沙溪河梯级开发施工环境，项目可采用沟通下游沙溪口水电站下降蓄水水位，创造低水位施工条件，改水下机械破碎岩石为陆上干地破碎岩石对航道区礁石进行作业的施工方案。水位降低后，原先的暗礁露出水面。通过挖掘机（配高频破碎锤）直接进行破碎、清礁。对于局部高程未露出水面的暗礁，采用修建施工便道进行机械破碎。部分抗压强度较大的底质岩石，采用潜孔钻配合高频破碎锤施工。陆上作业岩石机械破碎工艺流程图见图3。
3施工方案对比及效果分析
3.1 施工工作效率分析
3.1.1水下机械破碎岩石
水下机械破碎岩石功效低。以13#礁石为例（见图4），项目工程区域属于下一级沙溪口水电站库区范围，位于官蟹电站坝下部分，官蟹坝下部分最低通航水位（取官蟹电站尾水位保证率为99.5%）为86.0m，设计底高程为83.9m。据现场临时水尺实测，施工水位常维持在87.0m左右。
以设计底高程83.9m计算（不考虑超深要求），高频破碎锤或斧型重锤需要克服3.0m的水头浮力向水下礁石做功，机械破碎岩石的能量损失严重。
由于施工过程中水深较大，若使用抓斗船等小型设备配合高频破碎锤，在施工作业时会造成船体晃动，进一步影响水上施工效率。
（3）由于闽江干流目前未完成全面通航，且河段水深较浅、河道宽度较小，工程区域周边具备相应船舶检验证书的大型施工船机设备数量少，施工期间难以投入大量作业设备。
项目现场曾采用浮式作业平台+挖掘机（配高频破碎锤）的作业方式对13#礁石进行水下机械破碎，施工3.5个台班，仅完成50m3，每台班完成工程量14.3m3/台班。 3.1.2 陆上机械破碎岩石
陆上作业岩石机械破碎功效较水下机械破碎岩石施工效率大大提高。
陆上干地凿岩便于大规模投入施工作业机械。不受水位变动限制后，现场班组可以全天候施工。且不受水流浮力影响机械做功，作业能力损失小。
（2）相比于水上施工平台需要利用锚定桩固定、移动，陆上机械移动机动性强，施工作业安全性能得到更好保证。
3.2施工成本经济分析
水下机械破碎岩石成本较高。以13#礁石施工为例，由于工程区底质岩石抗压强度大，需要配备强度较高的高频破碎锤，且在施工工程中设备损耗严重。清礁结束后，还需清礁装驳。据测算，预估单价为1430元/m3，施工单价高（表2）。
陆上干地凿岩施工成本低。
对于底质抗压强度较大的岩石，配合潜孔钻施工，高频破碎锤等施工设备损耗大大降低。
（2）陆上作业运输弃渣由铲运机吊运至临时弃渣堆放点，再由陆上装车抛渣。相较水上弃渣由开底驳满载后，运至临时码头弃渣坑进行弃渣处理的处理方式效率高、成本低。
3.3 施工质量控制分析
依据《水运工程质量检验规范》要求，航道工程设计底边线以内水域严禁存在浅点，水深、断面图需要满足设计要求[2]。
水下机械破碎岩石施工质量难以控制。由于项目采用水下分块作业机械破碎，分块区域易出现作业遗漏点，造成浅点出现。中间过程RTK无验潮水深测量受测船姿态变化、定位时延引起的位置偏移、施工班组测量精度等因素影响[3]，存在一定误差。
陆上干地凿岩工程质量能够获得更好保证。在水位降低后使用传统的RTK（Real - time kinematic，实时动态）载波相位差分技术较水上测量精度更高，能够尽可能避免航道整治工程中浅点的遗漏，降低返工风险。
3.4 施工操作可行分析
水下机械破碎岩石施工工艺成熟，操作可行，工程可借鉴经验较多。陆上作业岩石机械破碎需协调上下游水电站运行控制，调节电站下泄流量、蓄水水位，项目管理协调难度较大。方案比选表详见表3。
综上，由于官蟹电站至沙溪口水电站航道作业条件特点，水下机械破碎岩石受到诸多条件限制，且工程进度计划需要跨越沙溪河汛期，施工进度、质量均难以保证。项目现场在前期采用浮式作业平台+挖掘机（配高频破碎锤）的条件下，改水下机械破碎岩石为陆上干地破碎岩石。
4陆上干地破碎岩石施工效果
在有关部门协调下，上游高砂电站、官蟹电站在保证最小生态流量的前提下[4]，减少下泄量。因上游下泄量减小，工程区水流速度降低，水流条件更稳定，为项目提供了更好的施工条件。工程下游沙溪口水电站在枯水期降低蓄水水位，根据项目现场实测，施工期水位在最低时能够下降到83.5m左右。
项目现场在低水位窗口期投入40-50台施工机械，闽江沙溪口至三明台江航道整治（第一标段）在官蟹电站至沙溪口水电站段加强与上下游水电站协调，充分利用低水位窗口期施工条件。强化设备配置和资源组织，在3个月时间完成机械破碎礁石5.3万立方米，项目进展较为顺利。
5結论
（1）推动内河航运高质量发展日益受到国家主管部门重视。航道整治工程受到水资源保护、周边建设项目的限制，越来越多采用岩石机械破碎的施工技术。合理的施工项目管理对航道整治工程中的清礁工程尤为重要。
（2）山区内河梯级开发下，航道整治工程条件受上下游水电站蓄水水位影响很大，在施工期间应建立沟通联动机制，处理好与利益相关者之间的关系，创造有利的施工条件。在项目场地设置临时水尺，实时对水位进行监控，合理安排施工。
（3）水下机械破碎岩石相较陆上干地破碎岩石在施工工艺功效、质量及成本均存在劣势。结合内河梯级开发具体情况，如能改变水下作业为陆上作业，能够极大提高施工作业效率，降低施工成本，保证工程质量。闽江沙溪口至三明台江（第一标段）航道整治工程在官蟹电站至沙溪口水电站航段的工程经验对类似工况下的清礁工程具有一定的借鉴意义。
参考文献：
[1]陈欢.锤击破礁施工技术在闽江干流航道整治工程中的应用论证分析[J].中国水运，2020，（5）：46-51.
[2] JTS257-2008，水运工程质量检验标准[S].
[3]崔坤生，曹正伟，宋晓蛟，左利钦.[J].测绘地理信息，RTK无验潮水深测量误差分析及控制方法，2019，44（3）：38-41.
[4]徐文贤.闽江支流梯级电站开发对生态环境的影响及防治措施[J].四川环境，2016，26（6）：63-68.