運營鐵路明洞拆除施工技術(shù)

蔡宇

摘要：本文以太興鐵路工程中拆除太嵐線營業(yè)線明洞為例，介紹了營業(yè)鐵路封鎖要點條件下，采用金剛石繩鋸切割法拆除明洞的施工組織、施工方案、施工方法、施工工藝、計算資料、安全措施等施工技術(shù)，為今后類似的營業(yè)鐵路拆除大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：運營鐵路 明洞拆除 繩鋸切割 施工技術(shù)

1 工程概述

新建太興鐵路在明洞里程段將既有太嵐線通過換邊撥道改造為雙線鐵路，線間距5.2m，改造后太興右線距明洞右邊墻2.70m，太興左線距明洞左邊墻1.23m，既有明洞無法滿足改造要求，因此明洞需要拆除改建。

既有楊家村一號明洞主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩側(cè)邊墻為素混凝土結(jié)構(gòu)，明洞長度23.9m，其主體墻身高度為4.65m，厚度為1.1m；拱頂高度6.86m，拱部厚度為0.5m；兩側(cè)洞門高度為8.02m，洞頂覆土厚度為2.35m。既有太嵐線為單線鐵路，明洞位于半徑R=600m的曲線上，60kg/m無縫線路，Ⅱ型砼枕1840根/km，電力牽引供電，回流線緊貼明洞內(nèi)墻。在既有明洞內(nèi)，通信線路緊貼明洞右側(cè)拱部內(nèi)墻，信號電纜走地下。

2 明洞拆除施工方案

2.1 總體方案 楊家村一號明洞主體為鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，且洞內(nèi)既有太嵐線為電氣化鐵路，如在營業(yè)線上直接采取動力破碎拆除該明洞，對既有鐵路運營影響較大，且對既有鐵路設(shè)備存在嚴(yán)重安全風(fēng)險。本著最大限度減少對營業(yè)線運營干擾的原則，明洞主體采用金剛石繩鋸靜力切割成塊，先在兩端用水鉆各開一個鉆孔，然后將繩鋸由鉆孔伸入并連接起來，再利用繩鋸進行切割，金剛石繩鋸切割速度為1m2/h。汽車吊吊出鐵路限界以外。明洞上部渡槽及擋墻拆除采取機械配合人工自上而下的拆除方法，洞頂及兩側(cè)覆土同步分層挖除，直至洞身整體外露。

2.2 施工程序及工期安排 明洞拆除工期計劃29天，具體安排如下：U型渡槽拆除及防護棚架搭設(shè)2天，洞門端墻拆除及洞頂、兩側(cè)覆土清除4天，水鉆打眼（拱圈及邊墻）2天，拱圈拆除5天，邊墻拆除11天，防護棚架拆除5天。

2.3 隊伍部署 明洞拆除分為主體切割拆除和附屬破碎拆除兩部分，施工隊伍計劃安排2個。主體切割拆除隊伍：勞力30人，負(fù)責(zé)明洞拱圈及邊墻的切割和吊除；附屬破碎拆除隊伍：勞力30人，負(fù)責(zé)明洞拱頂渡槽、端墻及回填土的清拆。

3 明洞拆除施工方法和施工工藝

3.1 搭設(shè)防護棚架 根據(jù)現(xiàn)場實際勘測，明洞內(nèi)側(cè)凈跨5.5m，斜交角度為64°，為保證既有鐵路運營安全及滿足現(xiàn)場施工條件，結(jié)合既有楊家村1#明洞拆除工期要求，洞門防護棚架要求前期搭設(shè)完畢，為保證在明洞端墻拆除期間，防止物體墜落到鐵路設(shè)備及行車線上，因此對施工過程可能對既有線安全造成影響的范圍采取防護棚架防護。防護棚架的總體布置形式由下向上依次為條形基礎(chǔ)、鋼管柱、工字鋼、槽鋼、木板。南北側(cè)各施工防護棚架長度為2m，寬度為7.2m。條形基礎(chǔ)內(nèi)預(yù)埋φ25mm高強螺栓，每根鋼管柱設(shè)置6根預(yù)埋螺栓，鋼管柱底部法蘭與預(yù)埋螺栓栓接。鋼管柱采用φ630mm螺旋鋼管，高度7.2m，兩根鋼管立柱之間采用8#槽鋼焊接，間距2.5m，確保單個條形基礎(chǔ)上鋼管柱整體穩(wěn)定。鋼管柱安裝完成后在其頂部擺放1道雙10#槽鋼鋼架，槽鋼與鋼管柱采用螺栓連接，確保防護棚架整體穩(wěn)定。橫向平鋪16#槽鋼，間距30cm，橫向16#槽鋼與縱梁采用螺栓連接，16#槽鋼上平鋪5cm木板，端頭采用木板作為擋頭板，防止拆除過程中零星碎塊跌落影響鐵路行車安全。

鋼管柱單根長度最長為7.2m，合計重量為Q=（3.14×0.63×78.5×7.2）=1.118t。根據(jù)現(xiàn)場實際測量，吊車采取20噸汽車吊，吊裝作業(yè)半徑為12m，主臂伸長19.73m，作業(yè)角度為θ=52.54°，最大吊裝重量為3.36噸，安全系數(shù)為K=3.36/1.118=3。

為了防止兩側(cè)棄渣滾入鐵路范圍，影響鐵路行車安全，在鋼管柱外側(cè)高度2m以下設(shè)置10mm厚鋼板防護，鋼板與鋼管柱焊接。

3.2 渡槽及擋墻拆除 明洞上部渡槽及擋墻拆除采取自上而下的拆除方法。為防止拆除過程中有碎塊墜落，損壞接觸網(wǎng)及回流線等鐵路設(shè)備，確保施工及建筑垃圾外運過程中既有太嵐線的運營安全，在明洞出入端兩側(cè)沿線路方向各2m設(shè)置鋼管柱棚架防護，凈空與凈寬不小于既有明洞尺寸。明洞兩端豎墻及兩側(cè)覆土同步分層挖除。

拱頂以上部分端墻及渡槽拆除作業(yè)利用1-12m框架橋側(cè)位頂進封鎖點進行，拱頂以下豎墻拆除時，采用人工配合挖掘機進行拆除，出入口兩端左右兩側(cè)各配置兩臺風(fēng)鎬，共配置8臺同時作業(yè)，端墻身破碎厚度控制在0.5m以內(nèi)，配合挖掘機挖除兩側(cè)回填土。棄土及建筑垃圾采用挖掘機裝車，自卸車運輸。

第一步：明洞上部渡槽及擋墻拆除前，封鎖要點在出入口兩端2m范圍搭設(shè)鋼管柱棚架防護，基礎(chǔ)采用C25混凝土條形基礎(chǔ)，鋼管柱間距100cm，明洞兩端線路兩側(cè)各設(shè)置2根，鋼管柱頂縱向設(shè)置25b工字鋼，線路上方橫向搭設(shè)8#槽鋼橫梁，采用焊接方式進行固結(jié)。搭設(shè)高度與渡槽高度一致，鋼管柱棚架外側(cè)采用10mm鋼板進行隔離硬防護。第二步：機械清運地面表層渣土，使渡槽底板外露。第三步：防護棚架搭設(shè)完成后，利用1-12m框架橋頂進封鎖點對明洞拱頂以上部分采用破碎炮拆除，盡量減少混凝土碎塊落在防護架上，碎渣用挖掘機裝車，自卸車外運。第四步：拆除明洞左右兩端豎墻的同時將槽背回填土同步挖運，直至明洞拱圈及邊墻整體裸露。

3.3 明洞主體拆除 明洞主體拆除由兩部分組成，分別為拱圈及兩側(cè)邊墻。明洞主體拆除均采用繩鋸靜態(tài)切割完成，切割成塊后，用吊車吊出外棄。

3.3.1 明洞切割面積計算 ①明洞拱圈混凝土參數(shù)計算：

拱圈頂部斷面面積：

（60/360）×π×（2.822-2.222）≈1.3m2endprint

拱圈兩側(cè)斷面面積：

2×（45/360）×π×（4.122-3.522）≈3.0m2

起拱線處每側(cè)斷面面積：0.5×23.9=12.0m2

拱圈總重：（1.3+3.0）×23.9×2.5=257t

既有明洞中間有一道沉降縫，故拱圈需分4次分割使之平均分成6部分，計6塊，每塊平均長4.0m，重43.0t，采用吊機吊裝方案。采用200t吊車（配重69t），回轉(zhuǎn)半徑9.22m、臂長21.9m的情況下額定起吊能力為55t，則吊裝安全系數(shù)=59/43=1.37。

起拱線處每單元段截面面積為：12/6=2.0m2

拱圈鋼筋混凝土切割總面積為41.2m2。

②明洞邊墻混凝土參數(shù)計算：

明洞邊墻混凝土重量計算：

邊墻橫截面面積：1×4.7=4.7m2

邊墻底面面積：1×23.9=23.9m2（邊墻寬為1m）

單側(cè)邊墻總重：（1.3+3.6）×23.9×2.5=292.8t

既有明洞單側(cè)邊墻需分5次分割使之平均分成6部分，計6塊，每塊平均長4.0m，重48.8t，采用吊機吊除方案。采用200t吊車，在配重69t、回轉(zhuǎn)半徑6.28m、臂長13.9m的情況下額定起吊能力為82t，則吊裝安全系數(shù)=82/48.8=1.68。

每單元段邊墻底面截面面積為：23.9/6=4m2（故需四套繩鋸?fù)瑫r切割）

邊墻鋼筋混凝土切割面積為85.4m2。

③鋼絲繩檢算：

鋼絲繩選擇

縱梁吊裝采用φ64鋼絲繩吊裝。鋼絲繩檢算：

Fo=K'*（d*d）*Ro/1000

d——鋼絲繩公稱直徑mm；

Ro——鋼絲繩公稱抗拉強度Mpa，取1670Mpa；

K'——最小破斷拉力系數(shù)，取0.3；

最小破斷拉力Fo=64*64*1670/1000*0.3=2052KN

鋼絲繩自身安全系數(shù)取6，則鋼絲繩的允許安全拉力為：2052KN/6=342KN=34t。吊裝過程中鋼絲繩雙股受力，則每端允許吊裝68t，每臺吊車實際最大吊重約48.8t，鋼絲繩安全系數(shù)為68/48.8=1.39。

3.3.2 明洞主體拱圈拆除 ①拆除方法。明洞全長23.9m，經(jīng)綜合考慮，對拱圈分成六個等分的節(jié)段。第一步：沿垂直明洞軸線進行切割，在每一道切割中弧形段頂部開一鉆孔，然后在兩側(cè)起拱線處各開一個鉆孔，由兩套繩鋸?fù)瑫r切割，在一個封鎖點內(nèi)完成二道拱圈切割（對向同步進行）。第二步：沿該單元節(jié)段兩側(cè)起拱線進行切割，由兩套切割機同時切割，起拱線切割前，吊機就位，將吊機鋼絲繩提前穿入吊裝孔，并將其成受力狀態(tài)，待該拱圈節(jié)段與邊墻完全分離后，由吊機將其起吊。以此類推，依次完成6個節(jié)段的切割吊運。既有明洞拱圈需分2次分割使之分成6部分，起拱線處需切割3次，金剛石繩鋸功效為1m2/h。故明洞拱頂部分拆除需用5個封鎖點，每次封鎖點需3小時。②拆除步驟。第一步：要點120分鐘，接觸網(wǎng)停電，對明洞內(nèi)回流線設(shè)絕緣套防護。通信對路纜改移，信號專業(yè)監(jiān)護信號設(shè)備及電纜。第二步：點前準(zhǔn)備：在封鎖前對明洞拱段正頂部及左右兩側(cè)起拱線處分別鉆一切割孔，單元節(jié)段對稱設(shè)置4個吊裝孔（所有鉆孔在封鎖點前不得打通，必須保證預(yù)留10cm厚度不鉆透）。第三步：要點180分鐘，給點后迅速打通六個切割孔，安裝調(diào)試?yán)K鋸切割設(shè)備，進行拱圈切割，四套繩鋸?fù)瑫r進行，各需2.5個小時。切割完畢后，點畢開通。同樣的方法完成第二次拱頂橫向切割。第四步：要點180分鐘，吊機就位，將吊機鋼絲繩垂下。給點后迅速打通八個吊裝孔，將吊機鋼絲繩迅速穿入吊裝孔，安裝調(diào)試?yán)K鋸切割設(shè)備，使拱圈成受力狀態(tài)，沿第一個、第六個單元節(jié)段兩側(cè)起拱線由四套切割機同時切割，切割需要2.5小時。待該拱圈節(jié)段與邊墻完全分離后，由吊機將其起吊。重復(fù)第二步至第五步直至將明洞拱圈拆除完畢。③拱圈混凝土吊移。吊機最不利位置參數(shù)：最大回轉(zhuǎn)半徑為9.22m，最大臂長約為21.9m，每塊拱圈混凝土自重約為43t。根據(jù)混凝土自重，參考吊車性能，確定采用一臺200t吊車進行拱圈混凝土吊除作業(yè)。200t吊車在配重69t，回轉(zhuǎn)半徑10m，臂長21.9m的情況下額定起吊能力為59t，吊裝安全系數(shù)為59/43=1.37。吊裝前嚴(yán)格卡控吊車站位的地基承載能力，并背向線路方向做等距離、等臂長試吊，嚴(yán)防吊車傾覆，確保吊裝作業(yè)的安全進行。

3.3.3 明洞邊墻拆除 ①拆除方法。明洞拱圈切割吊裝作業(yè)完成后，進行邊墻拆除施工。每側(cè)邊墻切割五道，將其平均分成六單元段，在相鄰兩單元段中部、墻底及每單元段底部各鉆一切割孔，采用金剛石繩鋸整體切割。每單元段中部鉆兩個吊裝孔，切割單元段底部前吊車鋼絲繩成受力狀態(tài)。依次循環(huán)進行拆除作業(yè)，直到明洞邊墻全部拆除完畢。此次拆除邊墻過程中的32個切割孔，24個吊裝孔，必須在封鎖前完成，在列車通過期間不得進行鉆孔。明洞邊墻每側(cè)需分5次分割使之分成6部分，邊墻根部需切割6次。故明洞邊墻部分拆除需用11個封鎖點，每次封鎖點需3小時。②拆除步驟。第一步：邊墻兩側(cè)槽背回填同步分層，對稱開挖，開挖至邊墻底部，并預(yù)留足夠的工作面。第二步：每側(cè)邊墻切割五道，將其平均分成六單元段，在相鄰兩單元段中部及墻底各鉆一切割孔，在每單元段中部鉆兩個吊裝孔，底部鉆一個切割孔。合計32個切割孔，24個吊裝孔，此56個鉆孔必須在封鎖前完成，在列車通過期間不得進行鉆孔。第三步：封鎖線路，待接觸網(wǎng)停電后，安裝調(diào)試?yán)K鋸切割設(shè)備，采用兩套金剛石繩鋸?fù)瑫r進行，先切割邊墻上半部分，切割需要2.5小時。切割完畢后，結(jié)束封鎖。第四步：封鎖線路，待接觸網(wǎng)停電后，安裝調(diào)試?yán)K鋸切割設(shè)備，采用兩套金剛石繩鋸?fù)瑫r進行，切割邊墻下半部分，切割需要2.5小時。切割完畢后，結(jié)束封鎖。第五步：吊機就位，將吊機鋼絲繩垂下。封鎖線路，待接觸網(wǎng)停電后，迅速將吊機鋼絲繩迅速穿入吊裝孔，安裝調(diào)試?yán)K鋸切割設(shè)備，使邊墻成受力狀態(tài)，在邊墻底部使用兩套設(shè)備同時進行切割，切割需要2.5小時。待該拱圈節(jié)段與邊墻完全分離后，吊機起吊。重復(fù)第三步至第五步，直至將剩余11塊邊墻部分全部拆除。③邊墻混凝土吊移。吊機最不利位置參數(shù)：最大回轉(zhuǎn)半徑為6.28m，最大臂長約為13.9m，每塊拱圈混凝土自重約為48.8t。根據(jù)混凝土自重，參考吊車性能，確定采用一臺200t吊車進行拱圈混凝土吊除作業(yè)。200t吊車在配重69t，回轉(zhuǎn)半徑7m，臂長17.6m的情況下額定起吊能力為82t，吊裝安全系數(shù)為82/48.8=1.68。吊裝前嚴(yán)格卡控吊車站位的地基承載能力，并背向線路方向做等距離、等臂長試吊，嚴(yán)防吊車傾覆，確保吊裝作業(yè)的安全進行。

4 施工安全措施

4.1 對全體參戰(zhàn)人員進行營業(yè)線施工培訓(xùn)，根據(jù)批復(fù)的施工方案進行技術(shù)交底，使全體參戰(zhàn)人員明白施工內(nèi)容、施工工序及注意事項，明確分工及各自崗位職責(zé)。

4.2 封鎖施工前與鐵路設(shè)備單位簽定安全協(xié)議，對附近的接觸網(wǎng)桿、信號設(shè)備、電纜等行車設(shè)備進行安全防護。

4.3 對封鎖地段的停車標(biāo)、作業(yè)標(biāo)、慢行標(biāo)，安排專人設(shè)置看守，及時插撤。

4.4提前預(yù)想可能發(fā)生的事故和問題，編制應(yīng)急方案，準(zhǔn)備應(yīng)急機具和人員。

4.5 大型機械及操作人員必須手續(xù)齊全，吊機規(guī)格型號必須符合方案要求。

4.6 切割孔及吊裝孔的位置，需在技術(shù)人員的放樣確定后，方可開鉆，防止孔位偏差造成切割不暢，甚至吊重分配不良，造成安全事故。

4.7 明洞邊墻拆除后，需保證邊墻混凝土主體在枕木底以下50cm，確保新建軌道道床的整體穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)道床軟硬過渡不均。

4.8 銷點開通前要進行詳細檢查，對拆除部位進行檢查，查看是否有松動的混凝土塊等存在掉落到線路上的風(fēng)險，對接觸網(wǎng)線及線路進行檢查，檢查合格具備開通條件后，方可報開通。

5 結(jié)語

楊家村一號鐵路明洞拆除工程量大，工期緊，技術(shù)復(fù)雜，為鐵路營業(yè)線施工，其中鐵路封鎖點20個。封鎖施工中采用金剛石繩鋸切割法拆除，嚴(yán)格執(zhí)行施工方案，精心施工，施工組織、技術(shù)、安全、質(zhì)量等各項控制措施到位，確保了每個封鎖點線路的安全正點開通，做到了一點不晚、一人不傷、一事不出，受到了各級領(lǐng)導(dǎo)的高度評價，同時為今后拆除上跨既有鐵路明洞等大體積混凝土構(gòu)筑物施工提供了有益借鑒。

參考文獻：

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[2]杜松.特殊地形條件下隧道明洞施工技術(shù)探討[J].山西建筑， 2013（04）.

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