冲击锤凿岩作业施工方案2014年2月18日目录第一章工艺概况 (3)一、凿岩方式适用环境 (3)二、工艺原理 (3)三、凿岩作业优缺点 (4)第二章施工工艺 (6)一、凿岩前准备 (6)二、冲击锤凿岩流程 (7)第三章凿岩进度分析及效率保证措施 (13)一、进度分析 (13)二、施工效率保证措施 (13)第四章凿岩安全注意事项 (14)第一章工艺概况一、凿岩方式适用环境针对施工区域周边环境复杂、周边建筑物离施工区较近，被保护要求较高、对海洋生物和海洋环境保护要求高，综合分析下在不宜采用爆破岩石预处理法的情况下，采用凿岩的形式对岩层事先预处理（凿碎），再进行清挖。
二、工艺原理将挖泥船的抓斗换成55T重冲击锤，施工时将其提升至一定高度后自由落下。
依靠重力作用冲击海床，以纵向撞击力破碎岩石。
海底的岩石表面受到冲击力的作用时，接触处产生冲击变形，随后出现微裂纹，多次锤击后岩石表面破裂，出现岩体破碎，具体根据不同地质其凿岩原理不同：1.1硬地质：冲击锤通过自由落体运动在岩石表面冲击时，接触处会产生裂纹，经过多次凿击后，岩石表层破碎；又由于冲击锤在凿点1结束凿击后，在凿点2凿击过程中，在冲击锤陷入岩层表面瞬间，冲击力向两边扩散，在力的挤压下会使岩层深处部分出现膨胀，导致深层岩石松动；1.2硬地质（夹层）：在冲击力的作用下，将岩层凿穿，以便清挖；1.3硬地质（覆盖层）：在冲击力的作用下，将覆盖物下层震松，甚至震裂；三、凿岩作业优缺点岩石预处理大多采用爆破破岩处理，然后用挖泥船或铰吸船等疏浚设备进行清除，但是在环境复杂周边建筑物较多的情况下，采用爆破炸礁方案无法保证爆破作业对周边建筑物的稳定，从而选择冲击锤辅助抓斗船施工清除岩石，采用该种方法进行岩石预处理与炸礁岩石预处理对比分析如下：3.1采用爆破方式作业3.1.1优点（1）施工效率高；（2）岩石预处理效果好；3.1.2缺点（1）爆破时所产生的冲击波和地震波对码头以及过往船只的影响较大，对海洋生物也会造成一定影响，在爆破前必须做好一系列的防护措施，导致成本加大，而且工期也会相对的延长；（2）爆破后炸药所产生的化学成分对海洋环境影响较大；（3）在爆破前还需要全面封航，给码头的生产带来影响；（4）对当地的渔业生产有较大影响；（5）所需投入的船机设备较多；3.2采用冲击锤凿岩方式作业3.2.1优点（1）冲击锤施工工艺是对挖泥船功能的改进，将“斗”改为“凿”，施工方法与抓斗挖泥类似，无需另增挖泥设备。
（2）凿岩施工和炸礁施工对比，炸礁作业无法保证对码头的稳定性及过往船舶安全的影响，但是凿岩作业可以有效的保证这两点。
（3）在凿岩施工过程中，施工船能根据码头生产、进出港船舶的需要及时抛锚、起锚，避让船舶，解决了施工和生产之间的矛盾，而炸礁施工工艺则无法达到这一要求。
（4）如果采用炸礁作业在爆破时水下冲击波和地震波较大，并且炸药会对水体造成污染；而采用凿岩作业，不仅对周边水体污染较小，而且由于其产生的冲击波和地震波较小，对海洋生物和周边建筑的影响都很小，具有环保的意义。
3.2.2缺点（1）施工效率比爆破作业慢；（2）岩石预处理效果比爆破作业差；（3）对抓斗船的钢丝绳、制动系统损伤大；第二章施工工艺一、凿岩前准备1.1设备调试将吊机挖泥程序状态，改至冲击锤凿岩程序状态，在冲击锤“自由落体“运动中主要关键在于刹车装置，一般以“碟刹”方式最为常用：1.1.2该种方式可以根据海床的高低随意调整钢丝绳刹车长度，（如冲击区域初始标高为-9m，钢丝绳刹车长度可设置为在到达-11m时开始刹车），同时更有效的降低了刹车片的磨损程度；1.2冲击锤组装1.2.1材料准备序号设备名称型号数量单位用途1冲击锤55T1个冲击凿岩层2主钢丝绳∮52mm13米与冲击锤相连，凿岩3保险钢丝绳∮52mm13米与冲击锤相连防止由于主钢丝绳断裂冲击锤落水4卸扣100T2个连接主钢丝绳与旋转接头5老虎扣50T4个紧固钢丝绳，防止滑落，减少磨损1.2.2冲击锤连接冲击锤连接效果的好坏直接关系到冲击锤的安全和凿岩施工的效率。
如果连接不好，不但冲击锤会掉入海里面去影响施工，而且打捞也相当的困难，因此宜采用有足够强度的牢固连接方式：用带有旋转接头的锚链将副吊和冲击锤主钢丝绳连接，主钢丝绳从冲击锤主孔穿过与锚链另一端相连（主钢丝绳和锚链之间用卸扣过渡）；为了确保冲击锤在冲击过程中的安全，用一根钢丝绳，一头将其固定在冲击锤保险孔上，一头固定在挖泥船直接与船体连接，更好的对冲击锤做了保险工作；注：①连接冲击锤的钢丝绳、卸扣质量要求较高，选用时应考虑的其抗拉强度，以避免频繁更换钢丝绳而影响施工；②卸扣固定螺栓全部进行满焊，防止在冲击过程中由于震动导致松动掉落；二、冲击锤凿岩流程冲击锤凿岩流程为“施工船定位—覆盖层清理—凿岩—清渣—凿硬点—再清渣”这样的步骤循环施工；2.1施工船定位2.1.1凿岩定位方式与清渣定位方式一样，根据锚位图配合GPS 将锚抛至指定位置，利用定位系统定位；2.1.2根据施工区域地质资料结合施工船工作能力，制定凿岩布点，以下三种：（1）方案一：地质坚硬（大于50击），每排制定凿岩点4-5个，每个凿岩点凿击至设计深度（无论凿击多少次），下锤高度为初始岩面+水面至冲击锤高度10m，初始水面至冲击锤高度随初始岩面的增高而相对提高，尽量控制下锤高度为20m 左右，排与排之间使用梅花型布点方式；保险钢缆从此孔穿过另一头在系缆墩固定（2）方案二：地质较硬（大于30击小于50击），每排制定凿岩点3个，每个凿岩点凿击3次,下锤高度为初始岩面+水面至冲击锤高度5m，初始水面至冲击锤高度随初始岩面的增高而相对提高，尽量控制下锤高度为15m左右，排与排之间使用梅花型布点方式；（3）方案三：地质较软（小于30击），每排制定凿岩点5个，每个凿岩点凿击1次，下锤高度为初始岩面+水面至冲击锤高度5m，初始水面至冲击锤高度随初始岩面的增高而相对提高，尽量控制下锤高度为15m左右，排与排之间使用梅花型布点方式；2.2覆盖层清理主要目的是减少岩石表层的软质土削弱冲击锤的能量、确定礁石区的具体范围、厚度、礁石区边界的地质情况。
2.3凿岩2.3.1凿岩操作2.3.1.1所有组装工作完成后，吊机手操作吊机将冲击锤缓缓起吊，待钢丝绳全部拉紧检查无误后，吊机臂趴至70°左右，将冲击锤放置在水面调零；2.3.1.2利用沉挖系统配合制动装置进行“自由落体”运动，该动作完全由吊机手自行控制，期间多次尝试从不同高度往下冲击，经过研究从14m高位置（初始岩面+水面至冲击锤高度5m，初始水面至冲击锤高度随初始岩面的增高而相对提高，尽量控制下锤高度为14m-15m之间）往下冲击效果较好，并且能使设备的损耗程度降至最低；注：如果是在夹层区域凿岩，以将岩层凿穿为准；2.3.2凿岩冲击能计算假设冲击锤凿岩时从岩层上20m处自由落下撞击岩石的动能通过公式E=mgh 进行计算。
式中：E--冲击锤自由落体撞击岩石的动能J；m--物体的重量kg，这里指冲击锤，本工程配备的冲击锤为55吨；g--重力加速度9.8m/s2；h—冲击锤的落高m；E=55000×9.8×20=10780000J；1m³空气的压力为0.1MPa的能量为P×V=100000×1=10万焦耳。
因此，1078万焦耳能量可以产生10.8MPa的压力，即冲击锤从20m落下撞击岩石产生的压力为10.8MPa。
2.3.3凿岩和爆破的能量关系1kg TNT炸药爆破产生的能量为419万焦耳，55吨重凿岩棒从20m处落下撞击岩石产生的能量为1078万焦耳相当于2.6kgTNT炸药爆破产生的能量。
1m³空气的压力为0.1MPa的能量为P×V=100000×1=10万焦耳。
因此，1078万焦耳能量可以产生10.8MPa的压力，即凿岩棒从20m落下撞击岩石产生的压力为10.8MPa。
根据1kg TNT炸药爆炸的作用力，在爆炸时1m外的作用力约为50MPa，所以凿岩棒的作用力和2.6kgTNT炸药的爆炸的作用力基本相同。
2.4清渣将“冲击锤”更换成“抓斗”对已凿岩区域按照设计要求进行清渣工作。
在清渣过程中应观察挖起碎岩的状况判断破岩效果，结合测量结果及时对下一步破岩施工安排和参数做出相应的调整；第三章凿岩进度分析及效率保证措施一、进度分析根据地质软硬程度不同凿岩布点数量不同，以岩石击数≤50为例，进度分析如下：根据挖泥船作业长度20m为例，排距1.5m（以冲击锤横向距离而定），每排凿岩布点设计为5个，每个点凿击20次，单次凿击时间约1.5分钟，每排作业时间约为2.5小时，按每日作业时间16小时计算，每日可作业6排，单排施工面积为30㎡，每日作业面积约为180㎡。
以上分析是按照岩石厚度1m进行的分析，随着岩石厚度的增加，作业时间相应增加。
二、施工效率保证措施2.1要求精确掌握覆盖层凿岩施工和第一次清渣土质变化，据此合理调整冲击锤凿岩次数，提高施工效率；2.2施工期间，冲击锤以自由落体反复撞击岩石，一定时间后会对棒端部分造成较大的磨损甚至破损，为了保证冲击锤的破岩效率，应及时对磨损或破损的冲击锤进行修补；2.3抓斗船必需备有质量较好和数量较多的主吊钢丝绳以及制动装置备件，提高船舶的时间利用率，主要是由于主吊钢丝绳高频率的做往复运动，以及制动装置的频繁使用，钢丝和制动装置容易损坏，早作准备可减少船舶修理等备件的时间，提高施工效率；第四章凿岩安全注意事项1、施工前需对地质资料进行充分的分析，以取得第一手资料，根据资料做好凿岩布点计划，指导工作顺利能顺利展开；2、每次交班后，接班人员必须对冲击锤进行检查，检查内容如下：2.1主钢丝绳、保险钢丝绳磨损情况，必要时进行更换，保证安全；2.2卸扣卡销、老虎扣是否震松，电焊固定处是否开焊；3、吊机手在操作冲击锤“自由落体”过程中，必须严格按照规定操作，根据海床高度随时调整下垂高度，保证凿击效果；4、吊机手在凿岩时，必须时刻注意1#、2#锚位置钢丝绳（锚链）的安全，在夜间视线不明时，领班（定位人员）可对吊机手做出相应的指示；5、凿岩过程中，在冲击锤提出水面时会出现左右摇摆现象，吊机手必须待其停止摇摆后再做下一步动作；6、凿岩过程中，吊机手必须时刻注意海床高程的变化，随时调整挟制钢丝绳长度，以免出现在深水域凿岩时，由于钢丝绳制动长度太短，发生事故；7、吊机手凿岩必须严格按照设计要求进行，防止因凿岩点位置发生较大偏差造成实际凿岩点不均匀，使部分区域岩石没有破碎而直接影响下一步破岩和清渣效果；8、加强保险钢丝绳，并且保险钢丝绳与主吊钢丝绳能同时固定在同一扣件上，以防止连接钢丝绳或卡环断裂后冲击锤失落水底；9、保险钢丝绳应要有一定的长度，如果过长这样很容易造成保险钢丝绳缠到主钢丝绳上，使保险钢丝绳先于主钢丝绳拉断或被冲击锤凿断；10、在凿岩期间所有人员严禁逗留在吊机臂下方，防止吊臂上的某个零部件或绣块由于震动掉落，砸到人员；11、在凿岩期间，刹车装置中刹车片由于高速摩擦，放出大量热能，吊机手必须时刻检查，防止着火；14。