李宏晉

(中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司 山西太原 030032)

1 前言

由于工程更新及改造的需要，常常需要將既有的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆除。常用的拆除方法主要有人工鑿除、機(jī)械破除、爆破法拆除及靜力切割等，而金剛石繩鋸靜力切割技術(shù)以其安全、環(huán)保、穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)受到業(yè)界青睞[1-3]。本文根據(jù)蘭新高鐵某段路基上拱病害整治實(shí)例，將橋梁、地鐵、機(jī)場(chǎng)等工程中常用的繩鋸切割技術(shù)首次引入到高鐵路基上拱整治施工中，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)既有結(jié)構(gòu)的破除，順利完成施工任務(wù)，效果較好[46]。

2 工程概況及施工方案

某高鐵路基工點(diǎn)中心附近為1-3 m箱型涵，本段路基形式為路堤，路基平均高3.2 m，涵洞底部均低于兩側(cè)地面(0.5～1.5)m。

2.1 病害描述及成因分析

軌檢數(shù)據(jù)顯示，上拱段發(fā)生在路涵過(guò)渡段及兩側(cè)路基，自2017年11月至2019年1月26日，最大上拱量為86.6 mm，上拱發(fā)生在墊層與填料部位。分層監(jiān)測(cè)表明變形主要發(fā)生在涵洞過(guò)渡段路基面以下(3.5～4.0)m，膨脹變形主要在涵洞過(guò)渡段砂礫石摻5%水泥的褥墊層范圍。過(guò)渡段及墊層中的硫酸鹽與水泥反應(yīng)生成鈣礬石(水化硫鋁酸鈣)、硅灰石膏等物質(zhì)，產(chǎn)生體積膨脹是引起上拱的主要原因。

根據(jù)病害情況及原因分析，結(jié)合工點(diǎn)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)采取保留無(wú)砟道床板，進(jìn)行板下暗挖置換整治措施。單側(cè)封閉上行線，采用多個(gè)輔助豎井作為施工通道進(jìn)行暗挖置換，上行線完成后轉(zhuǎn)換行別，換側(cè)施工。換填段為單層結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)寬度4.3 m、高度3.4 m；非換填段為雙層結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)寬度4.3 m、高度5.4 m。

2.2 總體施工方案

(1)施工段落單線封鎖，單線運(yùn)營(yíng)。

(2)整治段單線圍擋結(jié)構(gòu)封閉。

(3)輔助豎井施工，非換填段線間豎向預(yù)設(shè)微型樁。

(4)以豎井為施工通道，線路縱向掏挖，分步進(jìn)尺挖除深層膨脹填料。每步開(kāi)挖后及時(shí)用鋼筋混凝土封閉。每個(gè)循環(huán)的工序?yàn)榉植桨低凇踔А壴摻睢！鷿仓鐝?qiáng)混凝土→下一個(gè)循環(huán)。

(5)非混凝土換填段分上下兩層開(kāi)挖，上層完成后開(kāi)挖下層。

(6)混凝土換填段的基床表層暗挖及支撐施作。

(7)落道調(diào)整及恢復(fù)。

(8)恢復(fù)正常運(yùn)營(yíng)速度，施工結(jié)束。

3 繩鋸選擇與應(yīng)用

3.1 繩鋸切割工作原理

繩鋸無(wú)損切割工藝是金剛石繩索在液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)下繞切割面高速運(yùn)動(dòng)研磨切割體，完成切割工作。由于使用金剛石單晶作為研磨材料，可以對(duì)石材、鋼筋混凝土等堅(jiān)硬物體進(jìn)行切割，切割過(guò)程中高速運(yùn)轉(zhuǎn)的金剛石繩索靠水冷卻，并將研磨碎屑帶走[7]。

3.2 引入繩鋸施工的原因

換填段基床表層暗挖及支撐施工時(shí)，軌道板下?lián)Q填混凝土需要大量拆除。分析對(duì)比常用的拆除方法，即人工鑿除、機(jī)械破除、爆破法拆除及靜力切割等，最后引入繩鋸切割技術(shù)施工。

(1)人工直接鑿除

人工風(fēng)鎬、電鎬鑿除，鑿除效率非常低，再加上軌道板下作業(yè)空間限制，無(wú)法滿足工期要求。

(2)爆破拆除

爆破拆除效率高，現(xiàn)場(chǎng)為高鐵路基既有線施工，基于行車安全及防振動(dòng)要求，不適用此法。

(3)機(jī)械破除

采用挖掘機(jī)炮錘破除，效率雖然比人工高，但受軌道板下作業(yè)空間限制，不適用此法。

(4)繩鋸切割

該技術(shù)不受被切割物體積大小和形狀的限制，切割件大小可隨意控制，能切割和拆除大型混凝土構(gòu)件，可以實(shí)現(xiàn)任意方向的切割，如橫向、豎向、對(duì)角線方向等[8]。

如何在有限的時(shí)間及空間里快速地進(jìn)行路基表層暗挖置換施工，是本次施工中的技術(shù)難題。借鑒橋梁、地鐵混凝土支撐梁繩鋸切割技術(shù)，將本次整治中的高鐵路基軌道板理解為梁體，將軌道板下需要鑿除的混凝土采用繩鋸切割，再用千斤頂頂推出軌道板外，然后再人工風(fēng)鎬、電鎬鑿除，使原來(lái)軌道板下人工狹小空間鑿除作業(yè)變?yōu)檐壍腊逋鈧?cè)人工自由空間鑿除作業(yè)，大大提高了工作效率。

4 路基表層暗挖施工方案及實(shí)施

將軌道板支承層兩側(cè)對(duì)應(yīng)的封閉層破除，工作槽人工開(kāi)挖；工程鉆孔機(jī)水平開(kāi)孔，然后用繩鋸DSLP32將軌道板下路基表層分段切割，并用50 t千斤頂將切割塊頂推出軌道板；最后人工風(fēng)鎬、電鎬鑿除，手推車廢渣外運(yùn)。鑿除后及時(shí)用可調(diào)支撐對(duì)軌道板進(jìn)行支撐，間距1 m。

主要施工步驟見(jiàn)圖1～圖5。

圖1 工作槽開(kāi)挖

圖2 工程鉆孔機(jī)開(kāi)孔

圖3 繩鋸切割

圖4 千斤頂頂推及人工鑿除

圖5 臨時(shí)可調(diào)支撐就位

(1)工作槽開(kāi)挖

人工風(fēng)鎬開(kāi)挖，將軌道板支承層兩側(cè)對(duì)應(yīng)的封閉層破除，路肩破除范圍與工作槽頂面范圍一致。工作槽沿軌道板支承層向外側(cè)開(kāi)挖寬度1.5 m、深度1.1 m，為軌道板下路基基床表層開(kāi)挖創(chuàng)造空間條件。

(2)工程鉆孔機(jī)開(kāi)孔

工程鉆孔機(jī)開(kāi)孔定位，工程技術(shù)人員對(duì)路基整治基床表層暗挖段進(jìn)行分段，每段2～3 m，交底至測(cè)量班。測(cè)量班現(xiàn)場(chǎng)按交底放樣，軌道板上做出標(biāo)記。

按測(cè)量放樣點(diǎn)位，在軌道板下支撐層或級(jí)配碎石上手持電鉆開(kāi)4個(gè)M16螺栓孔，用4根M16自鎖螺栓將工程鉆孔機(jī)定位。螺栓定位前，首先將工程鉆孔機(jī)調(diào)平，然后水平開(kāi)孔，為繩鋸切割創(chuàng)造條件。

(3)繩鋸切割

切割時(shí)，要分段分層切割，先分段再分層、先垂直切割再水平切割。切割過(guò)程中，嚴(yán)格按照繩鋸操作規(guī)程作業(yè)，確保切割質(zhì)量和切割安全。

垂直切割作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖6，水平切割作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖7。

圖6 垂直切割作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)

圖7 水平切割作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)

檢查切割線路是否按照兩個(gè)開(kāi)孔孔位間直線行走。如果兩個(gè)切割面不能在同一個(gè)平面，就會(huì)造成1個(gè)切面的無(wú)效，發(fā)現(xiàn)跑偏，及時(shí)糾偏[9]。由于矩形切割塊長(zhǎng)寬比很大，再加上軌道板下切割體介質(zhì)不同(換填混凝土、支撐層混凝土、換填級(jí)配碎石等)，水平切割時(shí)切割線路易跑偏，水平切割行走是控制施工的要點(diǎn)。

切割過(guò)程中，由于鏈條轉(zhuǎn)速較快，混凝土碎塊及鋼鏈條碎珠容易彈出傷人，切割前必須將防護(hù)罩安裝到位，并且切割現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置工作區(qū)域防護(hù)隔離。嚴(yán)禁在鋼鏈條切割范圍內(nèi)站人[10]，確保安全。

防止繩鋸切割產(chǎn)生的廢水漫流，設(shè)置廢水匯集點(diǎn)，并做專業(yè)處理。

(4)千斤頂頂推

兩個(gè)50 t千斤頂同步頂推，頂推控制行程要相同，防止頂偏切割體卡死。超出千斤頂行程時(shí)，加墊鋼墊塊后繼續(xù)頂推。

(5)人工鑿除

每個(gè)切割塊由兩個(gè)千斤頂同步橫向頂推，將切割體推至軌道板另一側(cè)工作槽內(nèi)，由4名工人用2臺(tái)風(fēng)鎬鑿除，1臺(tái)手推車倒運(yùn)。由于軌道板2.8 m寬，工作槽1.5 m寬，每個(gè)切割塊需分2～3次完成頂推、鑿除工作。

(6)臨時(shí)可調(diào)支撐

切割體頂推時(shí)軌道板下懸空，采用加工好的可調(diào)支撐及時(shí)進(jìn)行臨時(shí)支撐施作，每1 m2的懸空面積布置1個(gè)臨時(shí)可調(diào)支撐。

需要加工大量的可調(diào)支撐，考慮加工的剛度及可調(diào)行程用于確保切割頂推后軌道板的穩(wěn)定，在滿足落道及填充條件前，軌道板標(biāo)高需調(diào)整。

軌道板下填充時(shí)，可調(diào)支撐無(wú)法拆出，只能直接澆入填充混凝土中。

(7)施工監(jiān)測(cè)

作業(yè)時(shí)，加強(qiáng)軌道板的安全監(jiān)測(cè)工作。施工過(guò)程中對(duì)線路及軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保施工過(guò)程線路的安全。掌握行車過(guò)程中軌道結(jié)構(gòu)的縱橫向位移變化，為動(dòng)態(tài)調(diào)整施工參數(shù)、實(shí)現(xiàn)信息化施工提供依據(jù)，并實(shí)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分級(jí)管理制度[11]。

5 方案優(yōu)缺點(diǎn)分析

(1)該方案能較好地適應(yīng)高鐵路基既有線施工，能在有限的時(shí)間、狹小的空間內(nèi)完成任務(wù)，使路基表層暗挖工序工期有了保障。繩鋸切割由傳統(tǒng)的軌道板下暗挖轉(zhuǎn)換為軌道板下切割、頂推、軌道板外鑿除，極大地提高了工作效率，原計(jì)劃15 d完成換填段32 m路基基床表層的工作任務(wù)提前3 d完成。

(2)由于本次工程數(shù)量較小，繩鋸切割頂推后，采用人工鑿除，效率較低。如果工程數(shù)量較大，建議采用繩鋸切割加小型挖機(jī)配破碎錘機(jī)械鑿除的組合方案，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)既有線軌道板、管線等的保護(hù)。橋梁及地鐵常規(guī)使用的切割后吊裝工作，由于高鐵既有線路基上各種管線的限制，吊裝不適用于此類施工。

(3)繩鋸切割施工速度快、作業(yè)空間要求小、靜力切割無(wú)振動(dòng)、切割切口平直光滑、操作安全、對(duì)環(huán)境污染小[12]。在本次路基上拱病害整治中，其施工安全、快速、高效的優(yōu)點(diǎn)得以充分發(fā)揮。

(4)繩鋸切割的基床表層如果是換填的混凝土，由于混凝土整體性好，強(qiáng)度高，繩鋸切割易操作，切割效率一般大于2 m2/h；如果是級(jí)配碎石，則整體性相對(duì)混凝土差一些，切割線路容易跑偏，工效相對(duì)低一些，一般在1 m2/h左右。

6 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)高鐵既有線病害整治施工工期緊張、需要對(duì)既有成品保護(hù)等特點(diǎn)，引入繩鋸切割技術(shù)，在高鐵路基上拱病害整治表層暗挖置換施工中得到良好的應(yīng)用，有效地解決了施工中的技術(shù)難題，技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理，值得在同類施工中應(yīng)用推廣。