金剛石繩鋸在深圳地鐵新舊車站接駁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)拆除施工中的應(yīng)用

何茂周

(深圳市市政工程總公司，廣東深圳 518034)

0 引言

我國(guó)正處于社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要時(shí)期，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中舉足輕重。由于工程更新、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)械破除及爆破法拆除等，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)界的青睞。在相關(guān)研究中，文獻(xiàn)［1－4］分別介紹了金剛石繩鋸在立交橋修復(fù)改造工程、大體積設(shè)備基礎(chǔ)改造工程、發(fā)射工位導(dǎo)流槽拆除工程中的應(yīng)用;舒安等［5］總結(jié)了幾種深基坑混凝土內(nèi)支撐拆除方法的特點(diǎn);盧彬榮等［6］將繩鋸無(wú)損切割技術(shù)應(yīng)用到地鐵車站臨時(shí)封堵墻拆除工程中。在地鐵建設(shè)過(guò)程中，由于2條線路分期建設(shè)，將形成新建結(jié)構(gòu)與運(yùn)營(yíng)中的地鐵車站接駁問(wèn)題，需要對(duì)已運(yùn)營(yíng)地鐵車站部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆除。在這方面，陳進(jìn)山等［7］以深圳地鐵3號(hào)線老街站接駁工程為例，論述了臨時(shí)加固防護(hù)、分部切割既有結(jié)構(gòu)、新舊結(jié)構(gòu)接駁等技術(shù);張國(guó)亮等［8］、宋博［9］、強(qiáng)健［10］以工程實(shí)例為背景，建立三維數(shù)值分析模型，計(jì)算了受力變形情況，并提出了防護(hù)措施。本文在上述研究的基礎(chǔ)上，主要致力于解決地鐵接駁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)拆除中的施工難題，如環(huán)境條件復(fù)雜、技術(shù)環(huán)保要求高、安全風(fēng)險(xiǎn)大等，對(duì)比分析人工鑿除、機(jī)械破除、淺孔微差爆破、靜力爆破及金剛石靜力切割施工方案的優(yōu)缺點(diǎn)，提出并應(yīng)用了金剛石繩鋸與金剛石水鉆相結(jié)合的靜力切割技術(shù)。

1 工程概況

1.1 新建車站及接駁節(jié)點(diǎn)概況

深圳新建地鐵9號(hào)線與已運(yùn)營(yíng)的地鐵2號(hào)線十字換乘。9號(hào)線景田站總長(zhǎng)243.8 m，車站基坑被2號(hào)線景田站分成南、北2部分，南、北基坑分別長(zhǎng)70.9 m和68.4 m。車站主體為地下3層框架結(jié)構(gòu)，島式站臺(tái)。景田站總平面布置見(jiàn)圖1。

圖1 景田站總平面圖Fig.1 General plan of Jingtian interchange station

2號(hào)線景田站為地下2層結(jié)構(gòu)，換乘節(jié)點(diǎn)處為地下3層結(jié)構(gòu)，側(cè)式站臺(tái)，節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)2號(hào)線施工時(shí)已經(jīng)完成。節(jié)點(diǎn)交叉處3層結(jié)構(gòu)需要接駁，先拆除2號(hào)線部分連續(xù)墻、側(cè)墻，拆除由上至下分層分塊進(jìn)行;后進(jìn)行節(jié)點(diǎn)處板、墻結(jié)構(gòu)的接駁施工，9號(hào)線與2號(hào)線之間設(shè)置1.5 m寬的后澆帶，后澆帶采用模板支架由下至上分層現(xiàn)澆施工。景田站接駁節(jié)點(diǎn)平面圖及斷面圖見(jiàn)圖2和圖3。

1.2 需要拆除鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)情況

1.2.1 側(cè)墻情況

2號(hào)線側(cè)墻厚70 cm，節(jié)點(diǎn)處23.08 m長(zhǎng)度需拆除。側(cè)墻負(fù)1層、負(fù)2層、負(fù)3層拆除高度分別為4.55、4.5、6.12 m。側(cè)墻拆除范圍示意圖見(jiàn)圖 4(陰影部分為拆除范圍)。

1.2.2 連續(xù)墻情況

2號(hào)線地下連續(xù)墻厚度80 cm。拆除范圍為豎向自頂板橫梁THL4頂面至底板橫梁BHL3底面，高度21.5 m，橫向?qū)挾葹?4.48 m。地下連續(xù)墻拆除范圍示意圖見(jiàn)圖5(陰影部分為拆除范圍)。

1.3 影響接駁的環(huán)境條件

1.3.1 站內(nèi)施工環(huán)境條件

1)2號(hào)線車站是側(cè)式站臺(tái)，車站連續(xù)墻、側(cè)墻結(jié)構(gòu)直接與站臺(tái)板相接，施工區(qū)域均位于地鐵乘客通行、侯車范圍。

2)2號(hào)線靠近兩面?zhèn)葔Ω饔幸徊看怪鄙惦娞荩娞葸吘壟c側(cè)墻距離僅為1 cm。

圖2 景田站接駁節(jié)點(diǎn)平面圖(單位:mm)Fig.2 Plan of connection node of Jingtian interchange station(mm)

圖3 景田站接駁節(jié)點(diǎn)斷面圖(單位:mm)Fig.3 Profile of connection node of Jingtian interchange station(mm)

圖4 側(cè)墻拆除范圍示意圖(單位:mm)Fig.4 Demolition scope of side wall(mm)

3)2號(hào)線側(cè)墻上有數(shù)塊電子顯示屏，側(cè)墻內(nèi)有管線通過(guò)，側(cè)墻兩側(cè)均有消防栓。

1.3.2 管線、交通影響情況

1)南側(cè)距離地下連續(xù)墻1.2 m處有一根直徑200 cm的雨水管。雨水管采用在冠梁、混凝土支撐梁上架設(shè)貝雷梁，通過(guò)型鋼將雨水管懸吊在貝雷梁上，貝雷粱支撐荷載已考慮了以后安裝座式電動(dòng)葫蘆吊裝混凝土塊的附加作用。雨水管及貝雷梁處于接駁節(jié)點(diǎn)后澆帶上方，拆除的鋼筋混凝土塊無(wú)法從原位吊裝出來(lái)。雨水管懸吊體系見(jiàn)圖6。

圖5 地下連續(xù)墻拆除范圍示意圖(單位:mm)Fig.5 Demolition scope of diaphragm wall(mm)

圖6 雨水管懸吊體系圖Fig.6 Water pipe suspension system

2)車站基坑被已2號(hào)線景田站分成南、北2部分，施工圍擋開(kāi)門(mén)方向分別位于車站南北兩端頭，南側(cè)基坑側(cè)面無(wú)通行條件，北側(cè)基坑側(cè)面僅有1個(gè)車行通道。運(yùn)輸通道條件差，起吊、運(yùn)輸能力受限。

2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)拆除方案比選

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)拆除常用的方案主要有人工鑿除、機(jī)械破除、淺孔微差爆破、靜力爆破及金剛石靜力切割。各種方案優(yōu)缺點(diǎn)分析、比選見(jiàn)表1和表2。

表1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)拆除方案優(yōu)缺點(diǎn)分析表Table 1 Advantages and disadvantages of different reinforced concrete structure demolition methods

表2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)拆除方案比選表Table 2 Comparison and contrast among different reinforced concrete structure demolition methods

深圳地鐵景田站新舊車站接駁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)拆除施工，位置位于運(yùn)營(yíng)地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)，離部分車站設(shè)備距離極近，不僅要保證車站設(shè)備的正常使用，而且對(duì)施工產(chǎn)生的噪音、振動(dòng)、煙塵要求嚴(yán)格，稍有不慎就可能引發(fā)報(bào)警影響運(yùn)營(yíng);更要確保地鐵乘客、施工人員安全萬(wàn)無(wú)一失。同時(shí)，施工部位受管線、運(yùn)輸條件限制較多，施工環(huán)境復(fù)雜。

通過(guò)上述分析可知，在如此復(fù)雜環(huán)境條件下、技術(shù)環(huán)保要求高、安全風(fēng)險(xiǎn)大的運(yùn)營(yíng)地鐵車站接駁施工中，金剛石靜力切割技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，質(zhì)量、進(jìn)度、安全文明施工效果好，成為首選方案。

3 施工方案

3.1 分塊設(shè)計(jì)

分塊設(shè)計(jì)原則:保證安全，滿足吊裝、運(yùn)輸能力，分塊數(shù)量宜少不宜多;連續(xù)墻、側(cè)墻綜合考慮，盡量同時(shí)切割;2號(hào)線保留結(jié)構(gòu)部位只切割連續(xù)墻。

根據(jù)結(jié)構(gòu)情況及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，將側(cè)墻、地下連續(xù)墻分別分割成52、69塊。最大分塊尺寸為3.0 m×3.0 m，最大分塊質(zhì)量為18 t。側(cè)墻分塊示意圖見(jiàn)圖7，地下連續(xù)墻分塊示意圖見(jiàn)圖8。

圖7 側(cè)墻分塊示意圖(單位:cm)Fig.7 Block division of side wall(cm)

圖8 地下連續(xù)墻分塊示意圖(單位:cm)Fig.8 Block division of diaphragm wall(cm)

3.2 施工方案

采用金剛石水鉆與金剛石繩鋸相結(jié)合的靜力切割方式:地下連續(xù)墻切割范圍外輪廓線4條邊采用金剛石水鉆鉆排孔分割，局部不能滿足水鉆鉆孔作業(yè)條件的需人工配合鑿除;每一分塊的4個(gè)角采用金剛石水鉆鉆孔，其余分割線采用金剛石繩鋸切割。地下連續(xù)墻與側(cè)墻重疊部分，分塊尺寸相同，同時(shí)切割，2號(hào)線各層板或橫梁、立柱結(jié)構(gòu)只切割連續(xù)墻部分。由于地下連續(xù)墻與側(cè)墻之間有一層防水卷材，分開(kāi)吊裝。型鋼支架上安裝座式電動(dòng)葫蘆配合汽車吊垂直吊裝，站內(nèi)鋪設(shè)軌道、平板車水平運(yùn)輸。

金剛石繩鋸切割機(jī)采用意大利進(jìn)口的TYROLIT(泰利萊)PPH25繩鋸切割機(jī)4臺(tái)，每臺(tái)班切割面積為15～20 m2。金剛石水鉆取芯機(jī)型號(hào)為HZ－300，最大鉆孔直徑D300 mm。

3.3 拆除順序

總體拆除順序?yàn)樽陨隙乱来吻懈?，每一層分塊進(jìn)行。具體順序如下:

1)拆除連續(xù)墻－1－連續(xù)墻－4。

2)拆除負(fù)1層編號(hào)為側(cè)墻1－1－側(cè)墻1－16的側(cè)墻和地下連續(xù)墻，在防水層處將其分開(kāi)，分別吊運(yùn);剩余4根立柱處只切割該部位連續(xù)墻。

3)拆除負(fù)2層編號(hào)為側(cè)墻2－1－側(cè)墻2－16的側(cè)墻和地下連續(xù)墻，在防水層處將其分開(kāi)，分別吊運(yùn);剩余4根立柱處只切割該部位連續(xù)墻。

4)拆除連續(xù)墻－37－連續(xù)墻－43。

5)拆除負(fù)3層編號(hào)為側(cè)墻3－1－側(cè)墻3－20的側(cè)墻和地下連續(xù)墻，在防水層處將其分開(kāi)，分別吊運(yùn);剩余4根立柱處只切割該部位連續(xù)墻。

6)拆除連續(xù)墻－64－連續(xù)墻－69。

3.4 吊裝、運(yùn)輸方案

9號(hào)線結(jié)構(gòu)頂板澆筑完畢，混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，采用鋼支架(間距1.5 m)將雨水管支撐在頂板上，將雨水管由懸吊變?yōu)橹?，?shí)現(xiàn)貝雷梁受力體系的轉(zhuǎn)換，然后在貝雷梁上安裝座式電動(dòng)葫蘆(見(jiàn)圖9)。

圖9 座式電動(dòng)葫蘆Fig.9 Seated electric hoist

將分割成塊的混凝土塊用金剛石水鉆取吊裝孔2～4個(gè)，南側(cè)基坑懸吊雨水管的貝雷梁上安裝25 t座式電動(dòng)葫蘆。先用座式電動(dòng)葫蘆豎向懸吊的同時(shí)，用1臺(tái)5 t卷?yè)P(yáng)機(jī)橫向平移混凝土塊將其向外拖出80～150 cm;再吊放至軌道平板車上(軌道和平板車采用型鋼自制);然后水平轉(zhuǎn)運(yùn)至南端頭盾構(gòu)機(jī)吊出口處;最后采用50 t汽車吊轉(zhuǎn)至地面上。座式電動(dòng)葫蘆見(jiàn)圖9。北側(cè)基坑西側(cè)車行施工通道靠2號(hào)線連續(xù)墻處擺放50 t汽車吊，將拆除后的混凝土塊直接吊轉(zhuǎn)至地面上。

3.5 工藝原理及施工方法

1)金剛石水鉆鉆孔。金剛石水鉆鉆孔是由鉆孔機(jī)帶動(dòng)金剛石鉆頭加壓、回轉(zhuǎn)，鉆頭胎體金剛石顆粒研磨切削鋼筋和混凝土，完成鉆孔切割工作。使用繩鋸切割時(shí)先在分塊的4個(gè)角鉆孔，孔徑為200 mm。鉆進(jìn)過(guò)程中采用水冷卻，并攜帶出磨削下來(lái)的粉屑?？孜徊捎檬之?huà)線法及開(kāi)孔控制器進(jìn)行控制，鉆孔前必須將水鉆取芯機(jī)牢固固定在墻面上。

2)金剛石繩鋸切割。金剛石繩鋸切割是通過(guò)液壓馬達(dá)高速驅(qū)動(dòng)帶有金剛石串珠的鋼絲繩索繞著被切割物體運(yùn)轉(zhuǎn)，在一定張拉力的作用下，高速磨削被切割物體，產(chǎn)生的磨屑和熱量被冷卻水帶走，最終達(dá)到分離被切割物體的目的。

將被切割塊臨時(shí)固定，在分塊的兩個(gè)水平或豎向角孔中穿入繩鋸鏈條進(jìn)行切割作業(yè)，切割過(guò)程中采用水冷卻，并攜帶出磨削下來(lái)的粉屑，完成一條切割縫后再進(jìn)行下一條切割。使用繩鋸切割時(shí)，混凝土塊兩側(cè)及底面墊入厚度3 mm的四氟板以降低橫向遷移時(shí)的阻力。金剛石繩鋸切割現(xiàn)場(chǎng)照片見(jiàn)圖10。

圖10 金剛石繩鋸切割現(xiàn)場(chǎng)照片F(xiàn)ig.10 Picture of cutting by diamond wire saw

4 對(duì)運(yùn)營(yíng)車站結(jié)構(gòu)及設(shè)施的保護(hù)措施

4.1 地鐵2號(hào)線運(yùn)營(yíng)車站設(shè)施保護(hù)措施

1)在2號(hào)線側(cè)設(shè)置型鋼加預(yù)制板全封閉式圍擋隔離出施工區(qū)域。施工圍擋距離側(cè)墻80 cm，同時(shí)將兩側(cè)消防栓、電梯門(mén)的區(qū)域空出，高度為地面至上層樓板底面全高范圍。

2)采用靜力切割作業(yè)時(shí)需用水冷卻，因此圍擋底部及電梯四周地面用水泥砂漿砌筑尺寸為10 cm×10 cm的擋水堤，防止施工用水流入運(yùn)營(yíng)車站內(nèi)。

3)進(jìn)行切割作業(yè)時(shí)，電梯側(cè)面須用厚度不小于2 cm的木板防護(hù)，防止切割時(shí)繩鋸鏈條斷裂時(shí)飛出而損壞電梯。

4.2 既有車站結(jié)構(gòu)改造保護(hù)措施

地下連續(xù)墻保留段高度約5.2 m，且拆除時(shí)相應(yīng)的THL4橫梁尚未施工，為防止連續(xù)墻發(fā)生下沉、位移等危險(xiǎn)，因此必須采取支護(hù)措施，支護(hù)措施采取在TAL4梁頂面以上部位增設(shè)腰梁的技術(shù)方案。腰梁截面尺寸為80 cm×140 cm，通過(guò)橫向植筋與地連墻連接。

5 施工監(jiān)測(cè)

5.1 常規(guī)施工監(jiān)測(cè)

地鐵車站接駁施工是技術(shù)性要求很高的工作，施工監(jiān)測(cè)是工程實(shí)施的重要環(huán)節(jié)。主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有:地表沉降，連續(xù)墻、側(cè)墻沉降及變形，各層板沉降，周邊建筑物、管線沉降及變形等。測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖11。

5.2 自動(dòng)化施工監(jiān)測(cè)

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置于2號(hào)線軌行區(qū)軌道和拱頂，長(zhǎng)度范圍兩端各向2號(hào)線區(qū)間延長(zhǎng)1倍節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)度即總長(zhǎng)46 m，采用全站儀24 h全自動(dòng)監(jiān)測(cè)3D變形情況。自動(dòng)化變形監(jiān)測(cè)控制指標(biāo)見(jiàn)表3。

圖11 地鐵接駁施工2號(hào)線車站測(cè)點(diǎn)布置示意圖Fig.11 Layout of monitoring points of Metro station during demolition

表3 自動(dòng)化變形監(jiān)測(cè)控制指標(biāo)表Table 3 Control indices of deformation measured by automatic monitoring system

根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，常規(guī)施工監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均沒(méi)有超過(guò)預(yù)警值，車站結(jié)構(gòu)及周邊建筑物、管線處于安全可控狀態(tài)。

6 結(jié)論與建議

深圳地鐵新建9號(hào)線景田站與運(yùn)營(yíng)地鐵2號(hào)線車站接駁連續(xù)墻、側(cè)墻拆除工程，為了解決環(huán)境條件復(fù)雜、技術(shù)環(huán)保要求高、安全風(fēng)險(xiǎn)大等施工難題，在施工工藝中很好地將金剛石繩鋸、金剛石水鉆相結(jié)合，并采取了一系列安全防護(hù)措施，有效地降低了施工噪音、減少了粉塵，確保了施工安全、既有結(jié)構(gòu)安全、運(yùn)營(yíng)地鐵及乘客安全。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)縫開(kāi)合度、軌道間距及軌道橫向差異沉降在整個(gè)施工過(guò)程中均處于安全允許范圍以內(nèi)。整個(gè)施工工藝和防護(hù)措施均取得了成功。

存在的不足有:需要較大作業(yè)空間，被拆結(jié)構(gòu)應(yīng)具備相應(yīng)尺寸并實(shí)現(xiàn)對(duì)穿作業(yè)條件;且在經(jīng)濟(jì)效益方面不具有明顯優(yōu)勢(shì)，建議進(jìn)一步改進(jìn)機(jī)械設(shè)備性能，降低施工成本，以取得更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］ 張毅，楊光值.金剛石無(wú)損鉆切技術(shù)在西關(guān)環(huán)島橋梁改造中的應(yīng)用［J］.施工技術(shù)，2013(6):424－427.(ZHANG Yi，YANG Guangzhi.Use of diamond incision technology in the Bridge of Xiguan Island Ring improvement engineering［J］.Construction Technology，2013(6):424 －427.(in Chinese))

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