高频破碎锤水下破礁特性的现场试验研究.pdf
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1、2023 年 9 月水运工程Sep.2023第 9 期 总第 614 期Port&Waterway EngineeringNo.9 Serial No.614高频破碎锤水下破礁特性的现场试验研究裴邦学1,蒋国兴2,钟润兵1,韩亚峰2,杜建如1(1.长江重庆航道工程局,重庆 400010;2.重庆交通大学 河海学院,重庆 400074)摘要:为研究长江航道环境敏感区生态清礁技术,通过开展高频破碎锤水下清礁现场试验,研究高频破碎锤水下清礁特性,优化破礁参数。试验结果表明:高频破碎锤锤击过程中钎杆嵌入礁石的速度随钎杆和礁石接触面的增大而逐渐降低。钎杆嵌入深度随锤击时间的增大依次经历陡增、缓增及恒定
2、3 个阶段,依次对应高频破碎锤的高效破岩、低效破岩和无效破岩阶段。高频破碎锤水下清礁的单次最优锤击时间为 20 s,最优锤击间距为 0.3 m。研究成果对丰富环境敏感区水下生态清礁技术具有重要的参考价值。关键词:环境敏感区;水下清礁;高频破碎锤;破岩特性;破礁参数中图分类号:U616文献标志码:A文章编号:1002-4972(2023)09-0198-05Field test of underwater reef breaking characteristics of high frequency hydraulic breaking hammerPEI Bangxue1 JIANG Guox
3、ing2 ZHONG Runbing1 HAN Yafeng2 DU Jianru1 1.Changjiang Chongqing Waterway Engineering Bureau Chongqing 400010 China 2.College of River and Ocean Chongqing Jiaotong University Chongqing 400074 China Abstract To study the ecological reef clearing technology in the environmentally sensitive area of th
4、e Yangtze River channel the field test of underwater reef clearing with high frequency hydraulic breaking hammer is carried out to study the underwater reef clearing characteristics of high frequency hydraulic breaking hammer and optimize the reef breaking parameters.The test results show that the s
5、peed of the drilling rod embedded in the reef gradually decreases with the increase of the contact surface between the drilling rod and the reef.With the increase of strike time the embedment depth of the drilling rod experiences three stages in turn steep increase slow increase and constant corresp
6、onding to the high efficiency rock breaking low efficiency rock breaking and ineffective rock breaking stages of the high frequency hydraulic breaking hammer in turn.The single optimal strike time of high frequency hydraulic breaking hammer is 20 seconds and the optimal strike distance is 0.3 meters
7、.The research results have important reference value for enriching underwater ecological reef clearing technology in environmentally sensitive areas.Keywords environmentally sensitive area underwater reef clearing high frequency hydraulic breaking hammer rock breaking property reef breaking paramete
8、rs收稿日期:2022-12-29基金项目:国家自然科学基金项目(42302332),重庆市自然科学基金面上项目(CSTB2023NSCQ-MSX0913)作者简介:裴邦学(1973),男,高级工程师,从事航道疏浚工程等方面的工作。长江航运能力的提升在服务“一带一路”倡议及长江经济带、交通强国、长江上游航运中心建设中发挥着重要作用。而长江航道内分布的大量碍航礁石对船舶安全航行造成了大量隐患,阻 第 9 期裴邦学,等:高频破碎锤水下破礁特性的现场试验研究碍了长江航运能力的提升。航道整治中的礁石清理方法主要包括机械破礁和化学爆破两大类,其中机械破礁主要包括重锤凿岩、液压致裂、铣挖和水射流等,化学爆
9、破主要包括水下裸露爆破、微差爆破等 1-5。水下钻爆法清礁是目前使用较为广泛的清礁方式之一 6-8。而由于长江重庆段部分礁石位于“四大家鱼”核心保护区内,水下爆破清礁将对水生物及水环境造成严重破坏。因此,在环境敏感区不宜采取爆破法清礁。其他破礁方法如:重锤凿岩效率较低,对抓斗船的钢丝绳、制动系统损伤较大 9-13;水下液压柱破礁法对存在临空面的礁石破碎效果良好,而对于无临空面的大块礁石破岩效率明显降低 14-15;高速水射流破岩法则因水中能量衰减快、切割缝隙窄小等缺点,不适用于河流礁石切除 16-18。针对目前长江航道环境敏感区缺乏安全、高效的水下清礁技术这一问题,本文提出采用高频破碎锤进行水
10、下清礁。通过开展高频破碎锤水下破礁现场试验,研究高频破碎锤的水下清礁特性,优化破礁参数。旨在为扩展环境敏感区水下生态清礁技术提供参考。1 工程概况1.1 现场清礁区域和清礁设备破碎锤清礁试验地点为老鹰石清礁区,位于重庆涪陵蔺市。老鹰石清礁试验区设计水位为145.72 m,开挖底高程为 144.00 m。现场试验期间,试验区的水位为 150.15152.65 m,水流流速为1.812.17 ms。老鹰石孤礁长约 9 m,宽约 7 m。清理礁石厚度 0.254.50 m。老鹰石试验区见图 1。图 2 为现场试验所用的高频破碎锤,其型号为HB3600,性能参数为:工作质量 3.6 t,工作流量240
11、300 Lmin,冲击频率 280560 次min,工作油压 16 18 MPa,钎杆直径 170 mm,主机质量3563 t。图 1 老鹰石试验区图 2 高频破碎锤破碎锤钎杆类型为锥四边形钎杆。钎杆直径17 cm,钎杆总长 100 cm,钎杆尖端近似为边长为 4 cm 的正方形,尖端渐变段长 25 cm。破碎锤钎杆的材质为 42crmo 钢,其性能参数为:屈服强度 930 MPa,弹性模量 210 GPa,泊松比 0.3,密度 7.85 tm3。1.2 清礁区礁石力学参数现场挖泥船清渣时,获得较完整的岩样,将岩样取回到实验室制取成直径为 50 mm、高为100 mm的标准圆柱试件。对试件进行
12、岩石单轴压缩试验和常规三轴试验,得到现场清礁试验区礁石的岩性为砂岩,其力学参数为:密度 2.540 tm3,单轴抗压强度为 33.74 MPa,内摩擦角 46.40,黏聚力 6.75 MPa,泊松比 0.22。2 现场清礁试验方案现场分别进行单点和多点锤击试验。单点锤击试验目的在于得到破碎锤在额定档位下的最优991水 运 工 程2023 年锤击时间,随后采用得出的最优锤击时间进行多点锤击试验,锤击间距分别取 1.0 m(区域)、0.3 m(区域)和 0.5 m(区域)。通过计算不同间距下的清礁量,确定最优的锤击间距。试验中首先开展单点锤击试验,为避免前一锤击点的锤击对下一点的锤击效果产生影响,
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