范佳鑫 吳永輝

中億豐建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 江蘇 蘇州 215131

1 線切割在工程應(yīng)用中的意義

在市政工程的施工過(guò)程中，常常會(huì)碰到各式各樣的地下障礙物。有些障礙物因?yàn)榭臻g受限，大型施工機(jī)械無(wú)法靠近；有些因?yàn)榍捌谖锾讲坏轿唬斐尚陆ńY(jié)構(gòu)體與原有結(jié)構(gòu)物空間位置相沖突。諸如此類原因，就需要一種施工簡(jiǎn)單、擾動(dòng)小、效率高、安全費(fèi)用投入少的施工方法來(lái)對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)體進(jìn)行必要的破拆移除。

2 工程案例

背景工程位于某城市快速干線附近，共需施工φ800mm的PE管2 104 m、φ710mm的PE管107 m、φ2 000mm的鋼筋混凝土沉井5座、160mm×240mm鋼筋混凝土沉井20座。其中，W2沉井（圖1）直徑為6.5 m（內(nèi)徑），壁厚600mm，整體高度為6.3 m，沉井東側(cè)3 m處為電力井以及高壓鐵塔，南側(cè)為供電拖管管網(wǎng)以及新建河道，北側(cè)與西側(cè)緊靠新建某路橋梁錐坡以及橋梁河道擋墻區(qū)。工程施工之前已對(duì)高壓電線入地端進(jìn)行過(guò)物探，但沉井下沉施工后，發(fā)現(xiàn)入地電纜管段走向與物探時(shí)完全不符（事后分析是電纜管套管在以前拖拉施工的過(guò)程中有走位變形）。下沉沉井約3.7 m后，沉井壁南側(cè)下方刃腳遭遇110 kV·A高壓電纜套管（圖2、圖3），沉井需要拔出后移位施工。

圖1 W2沉井平面位置

圖2 W2沉井處管線調(diào)查示意

W2沉井位置較為特殊，與快速干線直線距離近300 m，且道路落差有3 m左右，該井段也正處于道橋施工區(qū)域的近河端，現(xiàn)狀施工便道寬約3 m，通行段限高3 m，無(wú)法滿足大型重裝吊車及其配重進(jìn)場(chǎng)。

經(jīng)驗(yàn)算，沉井自重近300 t，且已有3.7 m處于下層泥土之中，在下沉遇障后項(xiàng)目組采取了快速井內(nèi)回填穩(wěn)住壁體，加強(qiáng)沉井監(jiān)測(cè)等措施。

圖3 W2沉井周邊土層開(kāi)挖示意

因?yàn)?10 kV·A高壓電纜牽涉面廣，通過(guò)停電后再遷移沉井的施工方案是行不通的。為最大限度地減少沉井拆移過(guò)程對(duì)電纜管網(wǎng)產(chǎn)生的二次破壞，同時(shí)盡可能最大程度地保留原沉井結(jié)構(gòu)體再利用，經(jīng)方案比選確定采用振動(dòng)極小的靜力線切割工藝[1-2]。

3 線切割施工工藝簡(jiǎn)介

3.1 繩鋸概述

本工程線切割施工工藝采用無(wú)損靜力DSM-10A金剛石繩鋸切割。

金剛石繩鋸切割的原理為：通電后機(jī)器啟動(dòng)通過(guò)金剛石繩在液壓電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下環(huán)繞切割體作高速運(yùn)動(dòng)，反復(fù)研磨切割體，直至切割體被靜力切割成塊。

金剛石為單晶研磨材料，施工過(guò)程中利用液壓電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，高壓油管遠(yuǎn)距離實(shí)現(xiàn)操作控制。這樣，作業(yè)過(guò)程相對(duì)安全，施工過(guò)程中人員也不用靠近障礙物，作業(yè)過(guò)程相對(duì)方便，振動(dòng)小，噪聲較低。特別是對(duì)被切割物體不能大面積進(jìn)行擾動(dòng)的情況下就能實(shí)現(xiàn)切割分離[3-6]。

金剛石線切割以水作為冷媒對(duì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的金剛石繩冷卻，同時(shí)水也可以沖走施工過(guò)程產(chǎn)生的碎顆粒。其主要施工特點(diǎn)有：

1）切割物無(wú)論體積、形狀、大小均不受約束。

2）施工過(guò)程中，切割的線速度相當(dāng)快，切口較為平順。

3）可以根據(jù)施工條件的不同進(jìn)行任意方向的布局切割。

4）施工速度快，人員可遠(yuǎn)距離控制，同時(shí)也可以對(duì)一些特殊的作業(yè)環(huán)境進(jìn)行施工，如遇水下障礙物等，可減少與作業(yè)面的接觸，相對(duì)安全。

5）對(duì)被拆物體的擾動(dòng)很小，也有利于對(duì)周邊環(huán)境的保護(hù)。

施工工藝流程為：確定切割斷面位置→鉆吊裝孔和穿繩孔→安裝固定導(dǎo)向輪→固定繩鋸機(jī)→安裝金剛石繩索→連接相關(guān)操作系統(tǒng)→設(shè)置安全防護(hù)攔→切割。

3.2 固定繩鋸機(jī)及導(dǎo)向輪

通過(guò)化學(xué)錨栓固定主腳架及輔助腳架，從而使繩鋸主體以及導(dǎo)向輪安穩(wěn)固定在結(jié)構(gòu)體需要切割的平面，在安裝的過(guò)程中金剛繩輪導(dǎo)向輪的邊緣一定要和穿繩孔的中心線對(duì)準(zhǔn)。

3.3 安裝繩索

將金剛石繩索按順序纏繞在主動(dòng)輪及輔助輪上，繩子的纏繞方向要和主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)方向一致。

3.4 安全防護(hù)措施

施工現(xiàn)場(chǎng)的用水、用電線路以及施工作業(yè)控制臺(tái)的放置，需要合理規(guī)劃。切割過(guò)程中，繩子作業(yè)方向上不得有任何人員靠近，當(dāng)有機(jī)械故障時(shí)，必須待操作人員斷電后再接近。

作業(yè)區(qū)設(shè)置醒目的安全防護(hù)區(qū)，并豎立安全警示標(biāo)志、標(biāo)牌。

進(jìn)場(chǎng)施工前應(yīng)首先對(duì)施工機(jī)具進(jìn)行調(diào)試，并進(jìn)行所有操作人員的入場(chǎng)安全教育以及技術(shù)交底。

3.5 切割工藝

3.5.1 切割

切割機(jī)開(kāi)機(jī)后，通過(guò)控制臺(tái)將金剛石繩進(jìn)行適度的拉緊，冷卻水開(kāi)始循環(huán)供應(yīng)，啟動(dòng)控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪牽引金剛石繩進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)切割，施工中注意切割機(jī)體是否有松動(dòng)，金剛石繩是否發(fā)生偏移，以保證切割沿著設(shè)定方向運(yùn)行。

3.5.2 切割參數(shù)的選擇

金剛石繩運(yùn)轉(zhuǎn)線速度一般為20 m/s左右，在施工時(shí)要保證切割過(guò)程有足量的水進(jìn)行沖洗，確保對(duì)金剛石繩的正常冷卻。

3.5.3 切割過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題

1）金剛石繩鋸的切割方向。金剛石繩鋸卡子上均設(shè)有明顯的運(yùn)行箭頭，當(dāng)然也可以用繩鋸本身的串珠進(jìn)行分別，串珠體長(zhǎng)的在尾端，短的在前部，所以短的前部就是切割的運(yùn)動(dòng)方向。施工時(shí)要正確進(jìn)行區(qū)分，不要進(jìn)行反向施工運(yùn)動(dòng)。

2）金剛石繩鋸的連接。金剛石繩鋸使用前要先進(jìn)行一個(gè)閉合環(huán)的連接。其操作方法及步驟為：

① 兩端裸露的鋼絲繩長(zhǎng)度=接頭長(zhǎng)度。

② 把兩端裸露的鋼絲繩接入鋼質(zhì)接頭，并與串珠無(wú)縫隙對(duì)接。

③ 利用金剛石繩鋸專用液壓鉗壓緊接頭扣。首先把接頭中部置于鉗內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)90°后就扣壓1次，然后把接頭兩端置于液壓鉗中并再進(jìn)行依次施壓，最后接頭中部再扣壓，扣壓完成后，對(duì)各個(gè)檢查接頭處的角磨機(jī)進(jìn)行飛邊去毛刺。

4 金剛石繩切割在本工程中的應(yīng)用

4.1 現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備

施工用水為就近河道接入，該切割機(jī)械施工用電功率為22 kW，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)市政電網(wǎng)接入點(diǎn)，采用50 kW發(fā)電機(jī)供電。

4.2 施工順序

1）在環(huán)切之前，應(yīng)沿沉井壁四周開(kāi)鑿單次切割的作業(yè)孔，沉井壁外周長(zhǎng)為24.718 m，每6.2 m開(kāi)鑿1個(gè)φ10 cm左右的穿繩作業(yè)孔，每環(huán)共4孔。

2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，將切割機(jī)液壓油泵操控臺(tái)安置于沉井東側(cè)電力井以北2 m處。切墻機(jī)的附著電動(dòng)機(jī)以及驅(qū)動(dòng)輪沿每一環(huán)切線布置。每一環(huán)切次序以逆時(shí)針?lè)绞竭M(jìn)行。

3）施工步驟為：沉井內(nèi)外測(cè)量→切割線放樣→切墻機(jī)安裝→環(huán)形切割墻體→吊車移除切割部分。

4.3 切割分段與分塊

根據(jù)W2沉井的現(xiàn)狀，并考慮到施工現(xiàn)場(chǎng)可允許進(jìn)入的吊機(jī)的起吊能力，將W2沉井從上至下分為2 500、2 000、1 800mm共3環(huán)分別起吊，設(shè)2道切割線（圖4）。

圖4 沉井切割分段立面示意

4.4 施工準(zhǔn)備

1）環(huán)切施工前，在切割機(jī)安裝的部位搭設(shè)好支撐腳手架，切割機(jī)在第1道環(huán)切線平面安裝時(shí)采用挖機(jī)將其起吊，發(fā)電機(jī)以及配電箱準(zhǔn)備就位，并準(zhǔn)備好漆性筆，便于在對(duì)沉井壁體進(jìn)體分段前進(jìn)行編號(hào)。

2）沿φ6 500mm圓形沉井周邊位置測(cè)量放線、彈測(cè)墨線位、在切割部位打設(shè)好膨脹螺栓、安裝切割機(jī)。

3）吊孔的設(shè)置：孔徑20 cm。

4.5 施工方法

1）第1環(huán)：沿第1道環(huán)切線分割后，再沿沉井壁體高度方向?qū)⑵淇v切為3塊，用漆性筆對(duì)壁體端側(cè)分別進(jìn)行編寫(xiě)以便于按順序組裝，采用1臺(tái)160 t吊機(jī)吊移，每塊設(shè)置2個(gè)吊孔，沿第1環(huán)高度方向在每塊1/2高度處，距每塊的縱切邊緣線約1.8 m。

2）第2環(huán)：第1環(huán)全部壁體吊移后，采用挖機(jī)將第2環(huán)壁體環(huán)向四周土體沿井周向外2 m范圍內(nèi)土方挖除，挖深1.2 m，為第2環(huán)環(huán)切施工以及第3環(huán)提供吊移條件（也不宜挖得過(guò)深，否則第2環(huán)吊移后周邊土體容易塌方），與此同時(shí)將向北平移4 m范圍內(nèi)的場(chǎng)地平整。環(huán)切后設(shè)置4個(gè)吊孔（圖5），孔高度位于井壁高度的1/2，用漆性筆對(duì)壁體進(jìn)行編號(hào)，利用2臺(tái)160 t吊機(jī)進(jìn)行施工全過(guò)程的吊移工作。

圖5 沉井切割后現(xiàn)場(chǎng)分段吊裝示意

3）第3環(huán)，分成2個(gè)半環(huán)進(jìn)行吊裝，環(huán)切后再縱向分塊，采用2臺(tái)160 t吊機(jī)吊移，設(shè)置4個(gè)吊孔，孔位于沉井刃腳上方凹槽上口向下2/3處，距離第2環(huán)切線700mm。

第3環(huán)吊裝是最困難的，由于壁體與土方的吸附作用，變向地增加了吊裝的質(zhì)量，同時(shí)該環(huán)吊移必須一次性到位，如果吊移不成功，將對(duì)下方電纜管段產(chǎn)生不可估量的二次損傷，導(dǎo)致整個(gè)吊裝施工過(guò)程的失敗。

因此，為了一次性吊移的順利進(jìn)行，最關(guān)鍵的就是要對(duì)壁體進(jìn)行減阻處理，先利用南側(cè)吊機(jī)給壓在110 kV·A電纜通道的沉井壁施加一個(gè)吊力，目的是保證該部分壁體不再向下擾動(dòng)，然后利用北側(cè)的吊機(jī)吊動(dòng)另一側(cè)壁體，吊移的過(guò)程中采用吊起一段距離后，略回放，之后再吊的方式，同時(shí)利用水泵就近從河道內(nèi)取水向沉井壁體沖水，進(jìn)行減阻處理，待整個(gè)壁體徹底松動(dòng)后，再吊移。

沉井環(huán)切吊移后，分別將其臨時(shí)堆放于W2井位的東北側(cè)20 m處。待場(chǎng)地整體向北平移4 m平整完畢，再依次對(duì)吊塊環(huán)樣進(jìn)行組裝。

4.6 沉井壁體組裝

1）在沉井壁體全部完成吊移后，安排挖機(jī)將沉井重新安置的范圍進(jìn)行平整，并測(cè)量定位，經(jīng)監(jiān)理工程師現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)后實(shí)施沉井重新組裝。

2）將在臨時(shí)堆放場(chǎng)堆置的沉井壁體，采用吊機(jī)分片吊起，在新的沉井位置按原沉井環(huán)切前的壁體結(jié)構(gòu)依順序進(jìn)行拼裝，拼裝過(guò)程應(yīng)保證原壁體充分結(jié)合緊密。

3）原沉井移除后，原沉井位變成基坑，應(yīng)立即使用水泵及時(shí)排出減阻過(guò)程中產(chǎn)生的水，用挖機(jī)將破損電纜管段覆土全部清理，按設(shè)計(jì)要求對(duì)已損壞的電纜套管段重新加設(shè)套管并采用混凝土包固處理，混凝土包固強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后再對(duì)管段部位實(shí)施回填。

4）壁體組裝完成并經(jīng)監(jiān)理確認(rèn)壁體環(huán)縫合一后方可下沉，壁體自重以及下沉后土體對(duì)沉井壁吸附的共同作用，使得沉井再次下沉，未見(jiàn)滲水。

4.7 施工中的主要安全考慮

1）吊裝施工為特殊工種，必須持證上崗，且要求工人操作水平熟練。

2）沉井吊移后基坑較深，在吊移前應(yīng)將沉井四周的土方逐步放坡向外翻挖轉(zhuǎn)移，以免沉井塊狀物移走后基坑坍塌。

3）吊機(jī)作業(yè)過(guò)程中，信號(hào)工密切注視吊機(jī)臂的高度變化，必須保證高壓線下方凈空的安全作業(yè)高度。

4）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)情況，為保證吊機(jī)安全進(jìn)退場(chǎng)且有良好的作業(yè)起吊條件，吊機(jī)進(jìn)場(chǎng)前需對(duì)行進(jìn)路線及吊機(jī)停放位置進(jìn)行大面積鋼板鋪設(shè)，每塊鋼板前后交錯(cuò)、無(wú)縫搭接。鋼板鋪設(shè)時(shí)應(yīng)做到輕拿輕放，嚴(yán)禁鋼板凌空拋放，減少施工振動(dòng)對(duì)沉井壁體的影響，避免產(chǎn)生二次傷害。

5）切割過(guò)程中要時(shí)刻保證冷卻水沒(méi)有供應(yīng)故障。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，施工過(guò)程中遭遇不可跨越的地下不明障礙物的情況時(shí)有發(fā)生，在施工之前，施工技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)真細(xì)致地對(duì)施工區(qū)域內(nèi)的地上、地下障礙物進(jìn)行詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)核查以及坑探工作，對(duì)各個(gè)障礙物構(gòu)造情況、地理位置全部逐項(xiàng)核實(shí)，對(duì)不能滿足設(shè)計(jì)及要求的障礙物，應(yīng)擬定拆遷方法或改變?cè)O(shè)計(jì)位置，提前進(jìn)行預(yù)處理，避免因前期準(zhǔn)備工作不足而產(chǎn)生額外的工程量，從而既增加了施工成本，也容易產(chǎn)生新的安全隱患。