[工作精品论文]工艺优化后的控制加载爆炸挤淤置换法在台山核电站护岸工程中的应用斌

中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集工艺优化后的控制加载爆炸挤淤置换法在台山核电站护岸工程中的应用李松斌1吴京平2（1、中交四航局第二工程有限公司，广州，510300；2、宁波科宁爆炸技术工程有限公司，宁波，315040）摘要本文介绍控制加载爆炸挤淤置换法在台山核电站厂前区防洪护岸工程（以下简称“台山核电站护岸工程”）施工中的应用，结合护岸工程特点，特别介绍了通过对控制加载爆炸挤淤置换法的施工工艺进行改进、拓展，采用“陆上全断面填石推进一次性大爆填置换淤泥陆上回挖超填石料”新工艺的情况。工程实践表明这种应用与优化是成功的，对类似工程具有借鉴意义和推广价值。关键词控制加载爆炸挤淤置换法护岸应用优化1工程概况广东台山核电站位于珠江八大口门的崖门和虎跳门出口黄茅海西侧，工程海域为高栏列岛高栏、荷包、大襟及南水诸岛所包围。护岸全长约1500M，爆填堤心石为0500KG块石，外侧采用4T扭王字块体护面，内侧回填开山石。护岸工程海域平均水深约1M、淤泥厚度大于10M，结构型式为带挡浪墙的斜坡式抛石堤，挡浪墙顶高程为1180M。护岸坡脚外侧有约42M的水下宽平台，以满足核电高标准的设防要求。该护岸工程具有如下特点海域水深较浅，淤泥厚度较深；由于使用功能的要求，护岸需要有较高的整体稳定安全性能或较高的抗震稳定性，堤侧水下填石平台宽度较常规要求大得多，需对堤身两侧淤泥进行较大范围的置换；临时施工辅助航道及基槽开挖施工困难。对于这种形式的护岸施工，关键在于500M标高以下的水下部分施工，以往业界已有成熟的施工方案，即水上挖泥和抛石方案。2常规施工方法介绍目前，在较厚淤泥海域利用爆炸法处理软基的护岸工程中，常规施工方法如下“控制加载爆炸挤於置换法”排除堤身水下部分淤泥；用挖泥船开挖坡脚及宽平台部位的淤泥；利用船机设备，水上抛填坡脚及宽平台部位的各种规格的石料；安放面层石及护面块体；堤身水面以上部分施工。本护岸工程原设计方案和施工方案均采用这种常规方法。对于深淤泥浅滩海域，为满足水上施工要求，需要预先开挖辅助（如运泥航道，抛石船施工航道等），甚至还要建临时施工码头。挖泥船挖除的淤泥，须弃至海洋主管部门指定的深海弃泥区，距离较远，本工程的弃泥区运距大于30KM。在这种常规施工方法中，水上挖泥和弃泥、水上抛石、开挖和维护临时施工航道等工序，造价高、风险大、耗时多；特别是在台风季节，防台任务重，且开挖后的基槽和航道的维护工作量大。3施工方案优化针对上述常规施工方法中出现的难题，该护岸工程通过对“控制加载爆炸挤淤置换法”施工工艺进行改进、拓展，采用“陆上全断面填石推进一次性大爆填置换淤泥陆上回挖超填石料”的创新工艺，形成堤身和堤侧水下宽平台，避免了大量的水上作业工序。作者简介李松斌（197608），男，工程师，从事港口航道项目施工管理工作。615中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集采用这种新方法，须从护岸的接岸端（一端或两端接陆），逐步向海上推进，大都为陆上施工。从陆上控制抛填宽度，使陆上抛石一次性覆盖设计全断面（见图1），控制抛填高度及爆炸药量，通过堤侧水下平台上方抛填开山石的自重荷载及炸药爆炸的综合作用，挤出堤身及堤侧宽平台下的淤泥；抛石体在抛填爆炸的循环作用下，形成堤身和堤侧宽平台的完全置换。爆填完成后，将堤侧宽平台上方的多余加载石料回挖至堤身，结合陆上理坡，形成堤身设计断面。爆炸挤淤填石爆炸挤淤填石水下镇压平台回挖区爆填宽度回挖区宽度图1爆填宽度及回挖区断面示意图堤身推进爆填时，由于堤身宽度太宽，堤头淤泥挤出相对较困难，如果堤头形成的淤泥包过高，可适当清除堤头淤泥包至原泥面。本工程的施工方法完全取消了水上抛石，并取消了大部分的挖泥工作量，将水上作业完全改为陆上作业，施工受天气、波浪、潮汐、水深等因素影响较小，施工简便，成本降低，工期易于控制。4主要技术措施根据控制加载爆炸挤淤置换法原理，结合护岸的实际工程特点，在方案优化实施过程中，主要采取了如下技术措施。41抛填控制本工程抛填尺度参数控制是关键技术之一，从抛填宽度及高度两个参数进行控制。411抛填宽度控制根据堤身和堤侧水下平台宽度的总和，确定抛填宽度。412抛填高程控制抛填高度的设计应从两个方面考虑。一方面，要保证该高程在施工期高水位及一定的施工期常见波浪作用下，堤顶不会过水，从而形成陆上抛填施工条件。计算公式如下HHHHBW1其中H1堤顶抛填标高，MHW设计高水位，MHB施工期常见波高，MH富余高度，M另一方面，堤顶高程确定后，应使堤身在自重作用下产生的地基应力大于地基处淤泥在极限平衡状态下所需的荷载值，确保淤泥质土体在堤身抛石体自重的作用下已经破坏，产生堤身的连续下沉。同时计算在该设计高程下堤身的抛填方量，以满足形成堤身全断面所需的石方量，并使自重的挤淤深度尽量深。自重的挤淤深度计算公式如下616中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集0230000/3/2/422DHBDBDDCDCSSUSU其中B堤顶抛填宽度，MH泥面以上堤身高度，MCU淤泥抗剪切强度，KPAS淤泥重度，KN/M3抛石体重度，KN/M3D0自重挤淤深度，M泥面BHD0抛石体图2堤身挤淤深度确定示意图最终确定堤顶的抛填高程取以上两种情况计算结果中的最大值。本工程取500。42爆炸处理按“控制加载爆破挤淤置换法”的要求进行总炸药量及药包数量的计算（1）根据抛填高度和抛填宽度，确定填石自重挤淤深度，自重挤淤深度D0通过如下公式确定023000/3/2/4220DHBDBDDCDCSSUSU（2）估计堤头爆破下沉平均深度D1011DDKD其中，K10206，D为挤淤总深度（3）给定每炮抛填进尺B,一般取410M，按212KGBDKQ计算单药包重量。其中，K20204，B为每炮进尺，D1为堤头爆破下沉高度。（4）堤头爆填药包的间距A应满足如下关系0620413/13QKA其中，K3812，Q为单药包重量，值为球形药包的半径。3/10620Q（5）堤头爆填布设的药包的个数M应满足如下关系21MMM其中，M1为堤头前面所布设的药包的个数，M2为堤头两侧所布设的药包的个数，M1617中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集和M2应分别满足如下关系1/INT41ABBKMM/INT252ABKM其中，B为堤顶宽度，BM为堤身在泥面处的宽度，K40408，和K51015。（6）堤身两侧布设的单药包的重量和药包间距分别为所述的堤头爆填布设的单药包重量和药包间距的0512倍。堤头抛填参数表表1爆前堤顶宽度M爆后堤顶宽度M抛填进尺M爆前堤顶高程（M）外侧内侧爆后堤顶高程（M）外侧内侧57505216505216堤头爆炸参数表表2单药包重（KG）药包间距（M）药包个数个）药包埋深（M）单炮药量（KG）导爆索（M）304025352260880880侧向爆炸参数表表3单药包重量（KG）一次处理长度（M）外侧内侧药包间距（M）药包位置2030252530泥石交界43陆上回挖平台多余石料几次堤头爆填及两侧爆填完成后，利用挖掘机将水下平台上的多余石料回挖至堤身，再理坡形成设计堤心断面，见图3。回挖区水下镇压平台爆炸挤淤填石爆炸挤淤填石图3回挖断面示意图44淤泥包处理由于一次性爆填宽度由常规的堤身拓展到了坡脚宽平台，宽度大大增加，在浅滩深淤泥海域，堤头淤泥包会大量隆起。若淤泥包隆起过高，就会影响爆填石料的落底效果。可在堤头前面适当距离备用一台绞吸船，如果淤泥包过高，使堤头爆填落底困难，采用绞吸船绞吸堤头前端的淤泥，以降低淤泥包高度；45设计断面简化常规的设计方案是堤身坡脚处有多层不同种类的规格石护面，坡脚外宽平台的填石一般为0100KG，堤身填筑的堤心料为0250KG的开山石（含泥量小于5）。而采用本施工方案后，由于堤身和堤身外侧镇脚宽平台施工的一体化，堤身和坡脚外侧的镇脚宽平台均可618中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集采用堤心料。同时，坡脚和坡脚外宽平台上面的垫层石也可统一规格。这样就大大化简了设计断面，更方便施工，且不降低堤的质量。5经济及社会效益比较若按常规的施工方法，本护岸工程需要施工费用约人民币10,234万元；通过采用本优化方案后，工程施工合同价降至人民币约6986万元，节省约3248万元，费用节省比例超过30。详见表4。表4序号常规方案优化方案费用节省额（万元）1挖泥船挖泥外弃（运距17海里）1045万M3绞吸船清除淤泥包及航道淤泥325万M324002水上抛填约48万M3块石及陆上推理（推填）约385万M3规格石陆上推理（推填）25万M3规格石19803坡脚平台侧爆及爆夯约27万M3无4204爆填开山石（0500KG）786万M3爆填开山石（0500KG）1896万M313405增加回挖开山石约387万M33206措施费用等节约额1087合计节约额（人民币万元）3248采用优化方案还最大限度地保护了环境，避免了1045万方的淤泥外弃，省去了申请海域淤泥倾倒区的工作，节省了相关的环评费、淤泥倾倒费、环境监测费等。同时，由于本优化方案不需要开挖航道，所以也节省了大量可能发生的施工航道开挖及维护费用，并有效控制相应的进度风险。本优化方案首先在台山核电站厂前区防洪护岸工程施工中得到成功实施，同时也在宁德核电厂西护岸工程施工中得到推广应用。6结语经过分析、论证，对该护岸工程设计方案和施工方案进行了优化，通过对控制加载爆炸挤淤置换法的拓展，采用“陆上全断面填石推进一次性大爆填置换淤泥陆上回挖超填石料”的施工方法，对护岸的500M标高以下的原设计和施工方案进行了较大幅度优化，并成功实施。（1）该护岸工程设计施工优化方案是可行的。采用陆上推进一次性形成堤身及水下宽平台（泥下堤身基础最大宽度951M，堤侧平台宽度419M，最大淤泥深13M），突破了常规的宽平台水下挖泥和抛石的施工工艺，可保证水下宽平台的宽度与深度、结构整体性更好，有利于工程质量与工程施工控制。按本优化方案施工，理论上一次成型的平台宽度还可加大。（2）优化方案取消了临时出海运泥航道和临时抛石施工航道的开挖，取消了护岸坡脚外侧宽平台基槽的开挖并将基槽填石和坡脚规格石的水上船机抛填转化为陆上填石施工，有效减少了船机的使用数量，降低了施工和管理难度，化简了施工工序，提高了工效，同时优化方案的实施还避免了海上纳泥区的申请和海上大量弃泥，有利于环境保护。（3）降低了工程成本与工程风险。通过对常规方法的优化，新施工方法在台山核电站护岸工程施工中得到了成功应用，从而节省工程费造价超三千万元，约占原常规施工方案造价的30，另外还大大降低了工程安全、质量、进度、环境和防台的风险。619中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文