金剛石繩鋸在深圳地鐵新舊車站接駁鋼筋混凝土結構拆除施工中的應用

何茂周

(深圳市市政工程總公司，廣東深圳 518034)

0 引言

我國正處于社會主義經濟發展的重要時期，基礎設施建設在國民經濟中舉足輕重。由于工程更新、改造的需要，常常需要將既有的混凝土結構進行拆除。常用的拆除方法主要有人工鑿除、機械破除及爆破法拆除等，而金剛石繩鋸靜力切割技術以其安全、環保、穩定的優勢受到業界的青睞。在相關研究中，文獻［1－4］分別介紹了金剛石繩鋸在立交橋修復改造工程、大體積設備基礎改造工程、發射工位導流槽拆除工程中的應用;舒安等［5］總結了幾種深基坑混凝土內支撐拆除方法的特點;盧彬榮等［6］將繩鋸無損切割技術應用到地鐵車站臨時封堵墻拆除工程中。在地鐵建設過程中，由于2條線路分期建設，將形成新建結構與運營中的地鐵車站接駁問題，需要對已運營地鐵車站部分結構進行拆除。在這方面，陳進山等［7］以深圳地鐵3號線老街站接駁工程為例，論述了臨時加固防護、分部切割既有結構、新舊結構接駁等技術;張國亮等［8］、宋博［9］、強健［10］以工程實例為背景，建立三維數值分析模型，計算了受力變形情況，并提出了防護措施。本文在上述研究的基礎上，主要致力于解決地鐵接駁鋼筋混凝土結構拆除中的施工難題，如環境條件復雜、技術環保要求高、安全風險大等，對比分析人工鑿除、機械破除、淺孔微差爆破、靜力爆破及金剛石靜力切割施工方案的優缺點，提出并應用了金剛石繩鋸與金剛石水鉆相結合的靜力切割技術。

1 工程概況

1.1 新建車站及接駁節點概況

深圳新建地鐵9號線與已運營的地鐵2號線十字換乘。9號線景田站總長243.8 m，車站基坑被2號線景田站分成南、北2部分，南、北基坑分別長70.9 m和68.4 m。車站主體為地下3層框架結構，島式站臺。景田站總平面布置見圖1。

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

2號線景田站為地下2層結構，換乘節點處為地下3層結構，側式站臺，節點結構2號線施工時已經完成。節點交叉處3層結構需要接駁，先拆除2號線部分連續墻、側墻，拆除由上至下分層分塊進行;后進行節點處板、墻結構的接駁施工，9號線與2號線之間設置1.5 m寬的后澆帶，后澆帶采用模板支架由下至上分層現澆施工。景田站接駁節點平面圖及斷面圖見圖2和圖3。

1.2 需要拆除鋼筋混凝土結構情況

1.2.1 側墻情況

2號線側墻厚70 cm，節點處23.08 m長度需拆除。側墻負1層、負2層、負3層拆除高度分別為4.55、4.5、6.12 m。側墻拆除范圍示意圖見圖 4(陰影部分為拆除范圍)。

1.2.2 連續墻情況

2號線地下連續墻厚度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，橫向寬度為24.48 m。地下連續墻拆除范圍示意圖見圖5(陰影部分為拆除范圍)。

1.3 影響接駁的環境條件

1.3.1 站內施工環境條件

1)2號線車站是側式站臺，車站連續墻、側墻結構直接與站臺板相接，施工區域均位于地鐵乘客通行、侯車范圍。

2)2號線靠近兩面側墻各有一部垂直升降電梯，電梯邊緣與側墻距離僅為1 cm。

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

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

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

3)2號線側墻上有數塊電子顯示屏，側墻內有管線通過，側墻兩側均有消防栓。

1.3.2 管線、交通影響情況

1)南側距離地下連續墻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貝雷梁，通過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點后澆帶上方，拆除的鋼筋混凝土塊無法從原位吊裝出來。雨水管懸吊體系見圖6。

圖5 地下連續墻拆除范圍示意圖(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號線景田站分成南、北2部分，施工圍擋開門方向分別位于車站南北兩端頭，南側基坑側面無通行條件，北側基坑側面僅有1個車行通道。運輸通道條件差，起吊、運輸能力受限。

2 鋼筋混凝土結構拆除方案比選

鋼筋混凝土結構拆除常用的方案主要有人工鑿除、機械破除、淺孔微差爆破、靜力爆破及金剛石靜力切割。各種方案優缺點分析、比選見表1和表2。

表1 鋼筋混凝土結構拆除方案優缺點分析表Table 1 Advantages and disadvantages of different reinforced concrete structure demolition methods

表2 鋼筋混凝土結構拆除方案比選表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構拆除施工，位置位于運營地鐵保護區內，離部分車站設備距離極近，不僅要保證車站設備的正常使用，而且對施工產生的噪音、振動、煙塵要求嚴格，稍有不慎就可能引發報警影響運營;更要確保地鐵乘客、施工人員安全萬無一失。同時，施工部位受管線、運輸條件限制較多，施工環境復雜。

通過上述分析可知，在如此復雜環境條件下、技術環保要求高、安全風險大的運營地鐵車站接駁施工中，金剛石靜力切割技術具有明顯的優勢，質量、進度、安全文明施工效果好，成為首選方案。

3 施工方案

3.1 分塊設計

分塊設計原則:保證安全，滿足吊裝、運輸能力，分塊數量宜少不宜多;連續墻、側墻綜合考慮，盡量同時切割;2號線保留結構部位只切割連續墻。

根據結構情況及現場實際條件，將側墻、地下連續墻分別分割成52、69塊。最大分塊尺寸為3.0 m×3.0 m，最大分塊質量為18 t。側墻分塊示意圖見圖7，地下連續墻分塊示意圖見圖8。

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

圖8 地下連續墻分塊示意圖(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合的靜力切割方式:地下連續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條件的需人工配合鑿除;每一分塊的4個角采用金剛石水鉆鉆孔，其余分割線采用金剛石繩鋸切割。地下連續墻與側墻重疊部分，分塊尺寸相同，同時切割，2號線各層板或橫梁、立柱結構只切割連續墻部分。由于地下連續墻與側墻之間有一層防水卷材，分開吊裝。型鋼支架上安裝座式電動葫蘆配合汽車吊垂直吊裝，站內鋪設軌道、平板車水平運輸。

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

3.3 拆除順序

總體拆除順序為自上而下依次切割，每一層分塊進行。具體順序如下:

1)拆除連續墻－1－連續墻－4。

2)拆除負1層編號為側墻1－1－側墻1－16的側墻和地下連續墻，在防水層處將其分開，分別吊運;剩余4根立柱處只切割該部位連續墻。

3)拆除負2層編號為側墻2－1－側墻2－16的側墻和地下連續墻，在防水層處將其分開，分別吊運;剩余4根立柱處只切割該部位連續墻。

4)拆除連續墻－37－連續墻－43。

5)拆除負3層編號為側墻3－1－側墻3－20的側墻和地下連續墻，在防水層處將其分開，分別吊運;剩余4根立柱處只切割該部位連續墻。

6)拆除連續墻－64－連續墻－69。

3.4 吊裝、運輸方案

9號線結構頂板澆筑完畢，混凝土達到設計強度后，采用鋼支架(間距1.5 m)將雨水管支撐在頂板上，將雨水管由懸吊變為支托，實現貝雷梁受力體系的轉換，然后在貝雷梁上安裝座式電動葫蘆(見圖9)。

圖9 座式電動葫蘆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，南側基坑懸吊雨水管的貝雷梁上安裝25 t座式電動葫蘆。先用座式電動葫蘆豎向懸吊的同時，用1臺5 t卷揚機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);然后水平轉運至南端頭盾構機吊出口處;最后采用50 t汽車吊轉至地面上。座式電動葫蘆見圖9。北側基坑西側車行施工通道靠2號線連續墻處擺放50 t汽車吊，將拆除后的混凝土塊直接吊轉至地面上。

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帶動金剛石鉆頭加壓、回轉，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。使用繩鋸切割時先在分塊的4個角鉆孔，孔徑為200 mm。鉆進過程中采用水冷卻，并攜帶出磨削下來的粉屑?？孜徊捎檬之嬀€法及開孔控制器進行控制，鉆孔前必須將水鉆取芯機牢固固定在墻面上。

2)金剛石繩鋸切割。金剛石繩鋸切割是通過液壓馬達高速驅動帶有金剛石串珠的鋼絲繩索繞著被切割物體運轉，在一定張拉力的作用下，高速磨削被切割物體，產生的磨屑和熱量被冷卻水帶走，最終達到分離被切割物體的目的。

將被切割塊臨時固定，在分塊的兩個水平或豎向角孔中穿入繩鋸鏈條進行切割作業，切割過程中采用水冷卻，并攜帶出磨削下來的粉屑，完成一條切割縫后再進行下一條切割。使用繩鋸切割時，混凝土塊兩側及底面墊入厚度3 mm的四氟板以降低橫向遷移時的阻力。金剛石繩鋸切割現場照片見圖10。

圖10 金剛石繩鋸切割現場照片Fig.10 Picture of cutting by diamond wire saw

4 對運營車站結構及設施的保護措施

4.1 地鐵2號線運營車站設施保護措施

1)在2號線側設置型鋼加預制板全封閉式圍擋隔離出施工區域。施工圍擋距離側墻80 cm，同時將兩側消防栓、電梯門的區域空出，高度為地面至上層樓板底面全高范圍。

2)采用靜力切割作業時需用水冷卻，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營車站內。

3)進行切割作業時，電梯側面須用厚度不小于2 cm的木板防護，防止切割時繩鋸鏈條斷裂時飛出而損壞電梯。

4.2 既有車站結構改造保護措施

地下連續墻保留段高度約5.2 m，且拆除時相應的THL4橫梁尚未施工，為防止連續墻發生下沉、位移等危險，因此必須采取支護措施，支護措施采取在TAL4梁頂面以上部位增設腰梁的技術方案。腰梁截面尺寸為80 cm×140 cm，通過橫向植筋與地連墻連接。

5 施工監測

5.1 常規施工監測

地鐵車站接駁施工是技術性要求很高的工作，施工監測是工程實施的重要環節。主要監測項目有:地表沉降，連續墻、側墻沉降及變形，各層板沉降，周邊建筑物、管線沉降及變形等。測點布置見圖11。

5.2 自動化施工監測

自動化監測點布置于2號線軌行區軌道和拱頂，長度范圍兩端各向2號線區間延長1倍節點長度即總長46 m，采用全站儀24 h全自動監測3D變形情況。自動化變形監測控制指標見表3。

圖11 地鐵接駁施工2號線車站測點布置示意圖Fig.11 Layout of monitoring points of Metro station during demolition

表3 自動化變形監測控制指標表Table 3 Control indices of deformation measured by automatic monitoring system

根據監測結果，常規施工監測和自動化施工監測數據均沒有超過預警值，車站結構及周邊建筑物、管線處于安全可控狀態。

6 結論與建議

深圳地鐵新建9號線景田站與運營地鐵2號線車站接駁連續墻、側墻拆除工程，為了解決環境條件復雜、技術環保要求高、安全風險大等施工難題，在施工工藝中很好地將金剛石繩鋸、金剛石水鉆相結合，并采取了一系列安全防護措施，有效地降低了施工噪音、減少了粉塵，確保了施工安全、既有結構安全、運營地鐵及乘客安全。通過實時監控發現，結構縫開合度、軌道間距及軌道橫向差異沉降在整個施工過程中均處于安全允許范圍以內。整個施工工藝和防護措施均取得了成功。

存在的不足有:需要較大作業空間，被拆結構應具備相應尺寸并實現對穿作業條件;且在經濟效益方面不具有明顯優勢，建議進一步改進機械設備性能，降低施工成本，以取得更好的經濟效益和社會效益。

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