[发明专利]一种水下凿岩施工参数现场试验方法

权利要求书

1.一种水下凿岩施工参数现场试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、施工区域岩层钻探；进行土质勘察，掌握施工土质特性及分布特点，勘察方法包括测量、钻探、取样及室内土工试验，测算施工岩层饱和单轴抗压强度；

S2、试验区域选划；根据施工区域的岩层钻探结果，选择饱和单轴抗压强度最大的施工区域进行凿岩施工现场原位试验；

S3、试验方案设计；采用GPS定位配合钢丝悬吊凿岩棒，利用凿岩棒在空中与水中的自由降落形成的冲击力对水下岩层进行破碎；

S4、试验区域表面覆盖层开挖；水下硬岩表面有土质较为松软的覆盖层，采用抓斗式挖泥船清除表面覆盖层，为下层凿岩试验提供作业条件；

S5、试验前水深测量；在试验开始前，首先使用多波束测深系统测量试验区域水深，确定试验区域底高程，绘制水下地形图；

S6、现场凿岩试验；对试验区分块，使单因素试验单元A与多因素试验单元B形似“ABAB”交替布置；原位试验按照单因素及多因素试验分别进行凿岩作业；其中通过凿岩棒进行单因素试验单元A与多因素试验单元B进行凿岩操作时，凿岩棒的重心方向呈对称布置；凿岩完成后使用抓斗对各实验区凿击后的破碎岩块进行抓取，对抓得的岩石分拣取样时选择形状规则大小适当的岩石试样；通过改变凿岩棒的重心位置，获取不同凿岩棒不同重心位置时凿岩棒对岩层的破碎面积及破碎深度；

S7、试验样品获取；样品抓取完成后用清水对样品进行冲洗，去除岩样表面泥垢；冲洗结束后，对每个试验方案的样品进行收集整理，装入专用采样袋内，并按序堆放；

S8、试验后水深测量；在原位试验结束后，再次使用多波束测深系统测量试验区的水深，获取凿岩试验后的试验区域水深；

S9、样品的整理与统计；试验效果通过硬岩处理厚度、岩石破碎块度及分形维数进行评判，需对该三种因素进行整理与统计；

S10、试验结果的分析及计算；针对单因素和多因素试验，分别对试验数据进行分析及计算，对试验效果进行评价。

2.根据权利要求1所述的一种水下凿岩施工参数现场试验方法，其特征在于：所述试验方案设计包括单因素试验和多因素试验，其中

单因素试验采用控制变量法对凿岩棒提升高度、凿岩落锤前后位置距离、凿岩落锤左右位置距离和凿击次数分别进行试验；通过调整单一参数，控制其他因素不变化，分别验证各种因素条件下的凿岩施工效果，并测算施工效率，揭示单种凿岩参数对岩石破碎效果和清礁厚度的影响规律；

多因素试验对凿岩棒提升高度、凿岩落锤前后位置距离、凿岩落锤左右位置距离和凿击次数四种因素分别设定三个水平参数，通过EXCEL列表方式设计四因素三水平的正交试验，研究四种因素影响凿岩施工效果的主次关系。

3.根据权利要求2所述的一种水下凿岩施工参数现场试验方法，其特征在于：所述硬岩处理的厚度确定方法为：在原位试验前使用多波束测深系统测量试验区域的水深，在全部试验区域凿岩结束后再次使用多波束测深系统测量试验区域的水深，两次水深的差值即为所用试验方案的凿岩厚度；

所述岩石破碎块度的确定方法为：使用不同孔径的网筛对凿岩后的岩样进行筛分，网筛的孔径分别为3cm、5cm、10cm、15cm、20cm、25cm和30cm，超过30cm孔径的岩石，测定岩石的长、宽、高；

所述筛分完成后绘制级配曲线，采用岩块的平均粒径和级配不均匀系数研判岩石块度分布特征，不均匀系数越大表示碎石颗粒粒径分布越不均匀。

4.根据权利要求3所述的一种水下凿岩施工参数现场试验方法，其特征在于：所述凿岩棒包括本体(1)，本体(1)顶部铰接有一组吊耳(11)，本体(1)内对称布置有一对空腔(12)，两个空腔(12)底部通过管道相互连通；所述空腔(12)中滑动密封连接有活塞(13)，活塞(13)将空腔(12)分割为上腔(14)和下腔(15)；所述下腔(15)中装满水银；一侧所述空腔(12)中设有转轴(16)，转轴(16)一端贯穿活塞(13)并与活塞(13)螺纹连接，转轴(16)另一端延伸至空腔(12)顶部的开槽内；所述开槽内通过支架固连有电机(17)，电机(17)输出轴固连有一号齿轮(18)；所述转轴(16)与一号齿轮(18)对应位置固连有二号齿轮(19)，二号齿轮(19)与一号齿轮(18)啮合。