李永林，胡紫航，劉永奎，劉傳軍，張一波

（1.山東文登抽水蓄能有限公司，山東省威海市 264419；2.中鐵十四局集團第二工程有限公司，山東省泰安市 271000）

0 引言

目前，抽水蓄能電站上下水庫、廠房、引水系統(tǒng)、各類輔助洞室、道路交通等施工存在大量的石方開挖工程量，主要采用爆破開挖施工方式[1]。采用傳統(tǒng)爆破施工工藝，安全風險高，爆破開挖方式進行地下廠房高邊墻施工，爆破結構面平整度不高，且容易造成抽水蓄能隱形裂隙，存在潛在安全隱患。因此亟需在抽水蓄能電站工程建設中積極應用新技術、新材料、新工藝、新設備等方式，替代民用爆炸物品使用，降低安全風險[2]。在此背景下，文登抽水蓄能電站開展了繩鋸切割新型開挖技術研究，總結形成了一套包含設備選型、施工組織、作業(yè)流程及工藝控制的繩鋸切割施工技術，以減少爆破振動對圍巖的損害。本文將對比常規(guī)爆破與切割兩種開挖方式，對廠房高邊墻圍巖穩(wěn)定性進行分析。

結合在文登抽水蓄能電站的試驗數(shù)據(jù)，確定施工設備的參數(shù)和選型，研究地下洞室高邊墻切割施工技術，研究高邊墻與洞室交叉口施工工藝、設備施工過程、運行過程及技術環(huán)節(jié)，為地下廠房高邊墻和洞室交叉部位切割施工提供施工技術經(jīng)驗。

1 工程概況

文登抽水蓄能電站地下廠房長214.5m、高53.5m，巖壁吊車梁以上寬26.5m、以下寬25m，主副廠房、主機間、安裝場成矩形布置。廠房第Ⅱ～Ⅲ層邊墻采用切割開挖，開挖高程66～56m。地下廠房區(qū)巖性以二長花崗巖和石英二長巖為主，整體塊狀結構，圍巖以Ⅰ、Ⅱ類為主，有f202、f203斷層Ⅲ類圍巖，圍巖強度110～130MPa，圍巖完整性較好[3]。

在地下廠房高邊墻部位與母線洞形成交叉部位采用繩鋸切割施工，對切割石塊整體外運，基礎底部經(jīng)過清理后，無需進行二次清洗情況下進行高側壁和洞室現(xiàn)場繼續(xù)施工，為后續(xù)施工提供了良好工作面，提高開挖效率，且具有安全、經(jīng)濟效益。

2 方案比選及確定

2.1 施工方案比選

經(jīng)市場調研，綜合考慮地下廠房開挖設備空間布置要求、現(xiàn)有市場切割設備和工藝方法熟練度、傳統(tǒng)爆破開挖方式及各類施工工藝方法對作業(yè)環(huán)境影響等因素，對各類施工方法進行了分析比選，見表1。

表1 地下廠房高邊墻施工方法比選分析表Table 1 Construction method comparison and analysis table of high side wall of underground powerhouse

2.2 施工方案確定

由于切割部分選擇在地下廠房第Ⅱ層邊墻開始，施工場地空間小，距離頂拱層起拱位置高度有限，整體地下洞室空間密閉，需采取噪聲小、灰塵少、具有設備所需的布置空間、施工速度快的工藝方案，經(jīng)過綜合分析，選擇金剛石繩鋸切割機設備，采用繩鋸切割方法對高邊墻與洞室交叉口進行施工。

金剛石繩鋸切割機具有明顯優(yōu)點：繩鋸切割機的技術先進，實用性和適用性高，能夠切割不同類型的混凝土構件；切割機全自動化，在進行切割施工時，能夠自動控制切割的路線和切割的速度；切割機進行切割時，能夠進行橫向、豎向、傾斜切割，靈活性強，施工方便；運用切割機的導向輪，可以在復雜的施工環(huán)境下進行切割施工，適用性強[4]。

3 施工技術難點

抽水蓄能電站地下洞室較多，高邊墻與地下洞室的交叉部位多，為保證切割料能夠順利取料，地下廠房中部提前進行爆破施工，形成了臨空面，為切割創(chuàng)造高邊墻切割條件的同時，爆破存在的潛在不穩(wěn)定塊體較多，需重點清理。基礎面采用爆破施工，設備布置基面不平整，設備布設要求平整度高，需提前調平，保證切割時切割設備平穩(wěn)。地下廠房對高邊墻的穩(wěn)定性要求高，切割時要做好切割部位監(jiān)測。

4 繩據(jù)切割技術應用

4.1 繩鋸切割原理及設備技術參數(shù)

繩鋸切割通過把金剛石繩安裝在繩鋸機械的飛輪和導論上，飛輪固定在電動機軸上，運用主電動機的轉動帶動金剛石繩轉動，通過繩上的金剛珠研磨，切割混凝土或石材。金剛石繩鋸能夠把切割面切割的平整，能切割多種斷面，大小面積構件均能進行切割，還可以切割不規(guī)則構件，在廣泛切割工藝中進行運用[5]。

文登抽水蓄能電站使用的繩鋸切割機型號為SJ-37D。切割機主要組成部分包括繩鋸驅動裝置、飛輪、相關操作系統(tǒng)、導向輪、金剛石鋸繩。繩鋸切割設備及相關參數(shù)見表2。

表2 繩據(jù)切割設備及參數(shù)表Table 2 Rope cutting equipment and parameters list

4.2 繩鋸切割施工的影響因素

地下廠房高邊墻切割施工時，影響切割施工的因素包括切割機功率、金剛石繩鋸施工狀態(tài)、對切割施工工藝設計、現(xiàn)場施工環(huán)境。對不同構件進行切割的施工所制定的切割方案不同，根據(jù)工程概況制定合理的切割施工方案，以達到好的施工效果；根據(jù)切割構件的不同選擇合理的切割設備和切割參數(shù)，進行切割施工時能夠產(chǎn)生好的切割效果；根據(jù)工程概況和構件的大小，選擇合理的切割設備，避免大的切割面用小功率的切割設備進行切割施工，對施工造成不好的效果[6]。

4.3 繩鋸切割施工工藝方法

金剛石繩鋸切割主要施工工方法是施工準備、測量放樣、穿線孔鉆孔、繩鋸機械系統(tǒng)安裝（含金剛石繩穿孔和導向輪安裝等）、繩鋸切割等。

（1）施工準備：清理施工場地，重點將場地底部和石塊清理干凈，現(xiàn)場四周進行圍欄防護，做好配電箱和電纜敷設，現(xiàn)場儲備水箱用于繩鋸施工中冷卻金剛石繩，設置好排水措施等。

（2）測量放樣：在切割面位置處，選擇切割面矩形直角角點進行標記，按照4個角點位置相互保證水平和豎直聯(lián)通進行測量放點，確定切割穿線的豎直和水平向孔各2個。

（3）穿線孔鉆孔：按照測量放樣的點和孔向，搭建鉆孔機架，先采用短鉆桿進行預開孔，然后更換長鉆桿整體貫通，鉆孔過程中注意測量孔斜和偏差，鉆孔后，穿入PVC套管對孔內進行保護。

（4）繩鋸機械系統(tǒng)安裝：安裝線鋸之前，做好電源、水源和選址準備，根據(jù)水平和豎向兩個切割方向設備布置空間需要，規(guī)劃好繩鋸機械系統(tǒng)的設置位置。在切割面1～3m處進行軌道安裝，從前往后鋪設，使軌道平順，安裝完畢后，對軌道水平度檢查。將繩鋸設備安裝在軌道上，連接電源和操作臺，在沒有負載情況下來回移動繩鋸設備進行試運行。試運行正常后，將繩鋸機移至導軌前端，根據(jù)垂直切割要求將主驅動輪旋轉到所需高度狀態(tài)，并選擇合適位置將垂直導輪或水平導輪安裝固定在巖體上。按照切割施工需求選擇合理長度的金剛石繩穿入孔內，垂直切割時自水平孔入繩，垂直孔穿出[7]。

（5）繩鋸操作交底：對繩鋸切割工藝進行安全風險分析，針對風險點源制定預控措施和操作規(guī)程，對機械操作人員進行專項技術交底和安全培訓，設備電源線和控制線保持正常狀態(tài)，接地裝置良好。操作臺設置在距繩鋸側面不小于5m位置，切割方向嚴禁處于操作員面向方向，切割垂直面時，嚴禁靠近切割繩相同施工方向和俯看切割繩孔。挪動冷卻管時要從切割縫位置操作，避免繩斷裂時對人員損傷。施工過程中，需安全員旁站監(jiān)督，快要切割完成時，轉化為人工切割，減慢切割速度，繩鋸切割完成后及時清洗設備上巖漿。設備使用中，要對設備滾動部件潤滑保養(yǎng)，對金剛石繩檢查是否有裂紋、變形等[8]。

（6）繩鋸切割控制要點：金剛石繩安裝要牢固可靠，防止繩鋸脫落，保證切割面平整；安裝時，保證鋼珠安裝方向與繩鋸回旋轉動方向一致，檢查串珠大小一致性，避免卡鋸和切割面不均勻。金剛石繩連接接頭，用專用液壓鉗擰緊，確保繩鋸縫與珠子連接緊密。切割過程中，要做好安全措施，尤其是用電、吊裝，設置安全防護裝置，做好警示標志，防止人員靠近切割機[9]。

4.4 高邊墻繩鋸切割具體實施方法

4.4.1 地下廠房安裝間高邊墻繩鋸切割施工

文登抽水蓄能電站地下廠房安裝間邊墻繩鋸切割具體方法如下，穿繩孔布設見圖1。

圖1 穿繩孔布設示意圖（單位：mm）Figure 1 Rope hole layout diagram（unit：mm）

打設穿繩孔。對豎直孔（孔1）用YT-28手風鉆打孔，豎直孔徑50mm，鉆孔完畢后檢查，保證孔徑和孔深，隨即對孔位清理和保護，防止殘渣堵孔；在地下廠房第Ⅲ層下部邊墻設置開挖輪廓線，打通水平穿線孔2，使水平孔與豎直孔相交連通，水平孔孔深3m，每次切割進尺3m；在邊墻切割完成后打孔水平穿線孔3，為下步切割施工提供切割通道便于運輸切割料。固定繩鋸機及導向輪，采用M16化學錨栓固定繩鋸主腳架，導向輪固定在硬巖上，導向輪邊緣與穿孔的中心線對齊。金剛石繩穿過穿孔1、孔2，與繩鋸活輪、輔助輪連接。邊壁輪廓切割完成后，金剛石繩分別穿過穿孔2和孔3、孔1和孔3。

4.4.2 地下廠房通風機室以下端墻繩鋸切割施工

文登抽水蓄能電站地下廠房2號通風機室以下至廠房Ⅱ層底部（高程67.9m～高程55m）端墻繩鋸切割具體方法如下。

打設穿繩孔。因選擇的部位12.9m高，豎直孔需采用100B潛孔鉆鉆孔作業(yè)，鉆孔直徑90mm，間距1.5m，從2號通風機室底部高程自上而下鉆孔貫通至交通洞頂部，部分鉆至地下廠房Ⅱ層底部高程55m處，高程55m處打設水平孔穿線孔，水平穿線孔孔深1.5m，與垂直穿線孔連通，作為繩鋸切割通道。端墻輪廓線切割完成后，打設垂直于端墻的穿線孔，為下一步切割取料提供切割通道。用M16化學錨栓固定繩鋸主腳架，導向輪固定于堅硬巖石上，導向輪邊緣與穿繩孔的中心線對準，將金剛石繩穿過穿線孔，與繩鋸主動輪及輔助輪連接，通過控制盤調整主動輪提升張力，保證金剛石繩適當繃緊，啟動循環(huán)冷卻水，驅動主動輪帶動金剛石繩索回轉切割。

5 繩鋸切割施工技術成效

繩鋸切割技術因其獨特的無塵、低噪聲、高效率、高質量、設備成本低、切割形狀適應范圍廣等特點，越來越多的在混凝土結構拆除中廣泛應用，但在抽水蓄能地下洞室高邊墻施工中首次在文登抽水蓄能電站應用。對比傳統(tǒng)爆破法、風鎬切割法等巖石開挖施工工藝，傳統(tǒng)地下洞室開挖辦法雖技術成熟但缺點較多，如污染嚴重、噪聲大、安全風險高、環(huán)境影響大、開挖質量差等。采用繩鋸進行地下洞室高邊墻和高端墻開挖施工，利用反復摩擦切割原理，經(jīng)實踐論證，抽水蓄能地下洞室邊墻繩鋸切割技術優(yōu)點明顯。切割面效果見圖2。

圖2 切割面效果Figure 2 Cutting surface effect

（1）安全性能好。繩鋸切割設備重量輕、體積小且操作方便，為成套購置，安全性能高，作業(yè)過程中，安全風險小，隱患少，操作手是專門的技能型人才，與傳統(tǒng)爆破開挖作業(yè)人員相比，安全素質和技能高，整體作業(yè)過程安全可靠性高。金剛石串珠線鋸機安全性能高，易于現(xiàn)場安全管理。

（2）作業(yè)環(huán)境影響小。施工時繩鋸進行切割面打磨，由于電動液壓馬達運行平穩(wěn)且繩鋸與支撐構件接觸面很小，所發(fā)出的音量可限制在44dB之內。無有害氣體影響人員職業(yè)健康。在繩鋸切割過程中，采用地下圍巖滲水冷卻即可滿足繩鋸降溫需求，施工用水同時起到潤滑繩鋸作用，可以清除巖粉，因金剛石繩屬于線狀結構，可有效控制運轉過程中污水飛濺，也無石粉飛逸，整體安全文明施工效果好。

（3）開挖質量高。切割作業(yè)是一種高速金剛石串珠鋸，利用研磨圍巖邊墻的原理，與爆破開挖施工比，無沖擊波振動影響，不會造成圍巖深層破壞，不損害周圍建筑物結構安全。開挖出來的地下洞室高邊墻切割面平整度高、成鏡面效果，克服了傳統(tǒng)工藝存在的弊端。

（4）施工效率高。繩鋸切割布設簡便，工序簡單，切割速度快，設備靈活，易于更換部件和轉序，不受火工品重大節(jié)日等受控的影響，可保證連續(xù)施工。

（5）綜合成本低。繩鋸切割設備購置單價低、穿入金剛石繩后可穩(wěn)定地在軌道上自行切割、減少了大量的人員投入，低勞動強度可獲得高破巖能力的作業(yè)；工序簡單效率高，可較少管理人員成本投入；施工質量好，由設計優(yōu)化支護參數(shù)，節(jié)省工程投資。

6 結論

本文結合文登抽水蓄能電站實際案例，對高邊墻與端墻切割技術進行了研究和分析，詳細闡述了抽水蓄能地下洞室高邊墻和端墻使用繩鋸切割的工藝流程，通過應用，得出了繩鋸切割施工的技術要點，對比分析了出了繩鋸切割施工成效，該技術應用于抽水蓄能地下洞室開中，具有安全性能好、作業(yè)環(huán)境影響小、開挖質量高、施工效率高、綜合成本低的優(yōu)勢，通過實踐論證了繩鋸切割技術可適合于抽水蓄能地下洞室高邊墻開挖施工。