線切割在沉井避障移位施工中的應用研究

范佳鑫 吳永輝

中億豐建設集團股份有限公司 江蘇 蘇州 215131

1 線切割在工程應用中的意義

在市政工程的施工過程中，常常會碰到各式各樣的地下障礙物。有些障礙物因為空間受限，大型施工機械無法靠近；有些因為前期物探不到位，造成新建結(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，就需要一種施工簡單、擾動小、效率高、安全費用投入少的施工方法來對相關結(jié)構(gòu)體進行必要的破拆移除。

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)。工程施工之前已對高壓電線入地端進行過物探，但沉井下沉施工后，發(fā)現(xiàn)入地電纜管段走向與物探時完全不符（事后分析是電纜管套管在以前拖拉施工的過程中有走位變形）。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，無法滿足大型重裝吊車及其配重進場。

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

圖3 W2沉井周邊土層開挖示意

因為110 kV·A高壓電纜牽涉面廣，通過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程對電纜管網(wǎng)產(chǎn)生的二次破壞，同時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極小的靜力線切割工藝[1-2]。

3 線切割施工工藝簡介

3.1 繩鋸概述

本工程線切割施工工藝采用無損靜力DSM-10A金剛石繩鋸切割。

金剛石繩鋸切割的原理為：通電后機器啟動通過金剛石繩在液壓電動機的驅(qū)動下環(huán)繞切割體作高速運動，反復研磨切割體，直至切割體被靜力切割成塊。

金剛石為單晶研磨材料，施工過程中利用液壓電動機驅(qū)動，高壓油管遠距離實現(xiàn)操作控制。這樣，作業(yè)過程相對安全，施工過程中人員也不用靠近障礙物，作業(yè)過程相對方便，振動小，噪聲較低。特別是對被切割物體不能大面積進行擾動的情況下就能實現(xiàn)切割分離[3-6]。

金剛石線切割以水作為冷媒對高速運轉(zhuǎn)的金剛石繩冷卻，同時水也可以沖走施工過程產(chǎn)生的碎顆粒。其主要施工特點有：

1）切割物無論體積、形狀、大小均不受約束。

2）施工過程中，切割的線速度相當快，切口較為平順。

3）可以根據(jù)施工條件的不同進行任意方向的布局切割。

4）施工速度快，人員可遠距離控制，同時也可以對一些特殊的作業(yè)環(huán)境進行施工，如遇水下障礙物等，可減少與作業(yè)面的接觸，相對安全。

5）對被拆物體的擾動很小，也有利于對周邊環(huán)境的保護。

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

3.2 固定繩鋸機及導向輪

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

3.3 安裝繩索

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

3.4 安全防護措施

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

作業(yè)區(qū)設置醒目的安全防護區(qū)，并豎立安全警示標志、標牌。

進場施工前應首先對施工機具進行調(diào)試，并進行所有操作人員的入場安全教育以及技術交底。

3.5 切割工藝

3.5.1 切割

切割機開機后，通過控制臺將金剛石繩進行適度的拉緊，冷卻水開始循環(huán)供應，啟動控制系統(tǒng)驅(qū)動主動輪牽引金剛石繩進行轉(zhuǎn)動切割，施工中注意切割機體是否有松動，金剛石繩是否發(fā)生偏移，以保證切割沿著設定方向運行。

3.5.2 切割參數(shù)的選擇

金剛石繩運轉(zhuǎn)線速度一般為20 m/s左右，在施工時要保證切割過程有足量的水進行沖洗，確保對金剛石繩的正常冷卻。

3.5.3 切割過程中應注意的問題

1）金剛石繩鋸的切割方向。金剛石繩鋸卡子上均設有明顯的運行箭頭，當然也可以用繩鋸本身的串珠進行分別，串珠體長的在尾端，短的在前部，所以短的前部就是切割的運動方向。施工時要正確進行區(qū)分，不要進行反向施工運動。

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

① 兩端裸露的鋼絲繩長度=接頭長度。

② 把兩端裸露的鋼絲繩接入鋼質(zhì)接頭，并與串珠無縫隙對接。

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90°后就扣壓1次，然后把接頭兩端置于液壓鉗中并再進行依次施壓，最后接頭中部再扣壓，扣壓完成后，對各個檢查接頭處的角磨機進行飛邊去毛刺。

4 金剛石繩切割在本工程中的應用

4.1 現(xiàn)場準備

施工用水為就近河道接入，該切割機械施工用電功率為22 kW，現(xiàn)場無市政電網(wǎng)接入點，采用50 kW發(fā)電機供電。

4.2 施工順序

1）在環(huán)切之前，應沿沉井壁四周開鑿單次切割的作業(yè)孔，沉井壁外周長為24.718 m，每6.2 m開鑿1個φ10 cm左右的穿繩作業(yè)孔，每環(huán)共4孔。

2）根據(jù)現(xiàn)場情況，將切割機液壓油泵操控臺安置于沉井東側(cè)電力井以北2 m處。切墻機的附著電動機以及驅(qū)動輪沿每一環(huán)切線布置。每一環(huán)切次序以逆時針方式進行。

3）施工步驟為：沉井內(nèi)外測量→切割線放樣→切墻機安裝→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)場可允許進入的吊機的起吊能力，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2道切割線（圖4）。

圖4 沉井切割分段立面示意

4.4 施工準備

1）環(huán)切施工前，在切割機安裝的部位搭設好支撐腳手架，切割機在第1道環(huán)切線平面安裝時采用挖機將其起吊，發(fā)電機以及配電箱準備就位，并準備好漆性筆，便于在對沉井壁體進體分段前進行編號。

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

3）吊孔的設置：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，用漆性筆對壁體端側(cè)分別進行編寫以便于按順序組裝，采用1臺160 t吊機吊移，每塊設置2個吊孔，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（也不宜挖得過深，否則第2環(huán)吊移后周邊土體容易塌方），與此同時將向北平移4 m范圍內(nèi)的場地平整。環(huán)切后設置4個吊孔（圖5），孔高度位于井壁高度的1/2，用漆性筆對壁體進行編號，利用2臺160 t吊機進行施工全過程的吊移工作。

圖5 沉井切割后現(xiàn)場分段吊裝示意

3）第3環(huán)，分成2個半環(huán)進行吊裝，環(huán)切后再縱向分塊，采用2臺160 t吊機吊移，設置4個吊孔，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，同時該環(huán)吊移必須一次性到位，如果吊移不成功，將對下方電纜管段產(chǎn)生不可估量的二次損傷，導致整個吊裝施工過程的失敗。

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

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

4.6 沉井壁體組裝

1）在沉井壁體全部完成吊移后，安排挖機將沉井重新安置的范圍進行平整，并測量定位，經(jīng)監(jiān)理工程師現(xiàn)場確認后實施沉井重新組裝。

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

3）原沉井移除后，原沉井位變成基坑，應立即使用水泵及時排出減阻過程中產(chǎn)生的水，用挖機將破損電纜管段覆土全部清理，按設計要求對已損壞的電纜套管段重新加設套管并采用混凝土包固處理，混凝土包固強度達標后再對管段部位實施回填。

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

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）吊機作業(yè)過程中，信號工密切注視吊機臂的高度變化，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)場土質(zhì)情況，為保證吊機安全進退場且有良好的作業(yè)起吊條件，吊機進場前需對行進路線及吊機停放位置進行大面積鋼板鋪設，每塊鋼板前后交錯、無縫搭接。鋼板鋪設時應做到輕拿輕放，嚴禁鋼板凌空拋放，減少施工振動對沉井壁體的影響，避免產(chǎn)生二次傷害。

5）切割過程中要時刻保證冷卻水沒有供應故障。

5 結(jié)語

隨著市政基礎設施建設的快速發(fā)展，施工過程中遭遇不可跨越的地下不明障礙物的情況時有發(fā)生，在施工之前，施工技術人員應認真細致地對施工區(qū)域內(nèi)的地上、地下障礙物進行詳細的現(xiàn)場核查以及坑探工作，對各個障礙物構(gòu)造情況、地理位置全部逐項核實，對不能滿足設計及要求的障礙物，應擬定拆遷方法或改變設計位置，提前進行預處理，避免因前期準備工作不足而產(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。