繩鋸在高鐵路基上拱病害整治中的應用

李宏晉

(中鐵十二局集團第二工程有限公司 山西太原 030032)

1 前言

由于工程更新及改造的需要，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、爆破法拆除及靜力切割等，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青睞[1-3]。本文根據蘭新高鐵某段路基上拱病害整治實例，將橋梁、地鐵、機場等工程中常用的繩鋸切割技術首次引入到高鐵路基上拱整治施工中，成功實現了對既有結構的破除，順利完成施工任務，效果較好[46]。

2 工程概況及施工方案

某高鐵路基工點中心附近為1-3 m箱型涵，本段路基形式為路堤，路基平均高3.2 m，涵洞底部均低于兩側地面(0.5～1.5)m。

2.1 病害描述及成因分析

軌檢數據顯示，上拱段發生在路涵過渡段及兩側路基，自2017年11月至2019年1月26日，最大上拱量為86.6 mm，上拱發生在墊層與填料部位。分層監測表明變形主要發生在涵洞過渡段路基面以下(3.5～4.0)m，膨脹變形主要在涵洞過渡段砂礫石摻5%水泥的褥墊層范圍。過渡段及墊層中的硫酸鹽與水泥反應生成鈣礬石(水化硫鋁酸鈣)、硅灰石膏等物質，產生體積膨脹是引起上拱的主要原因。

根據病害情況及原因分析，結合工點實際情況，設計采取保留無砟道床板，進行板下暗挖置換整治措施。單側封閉上行線，采用多個輔助豎井作為施工通道進行暗挖置換，上行線完成后轉換行別，換側施工。換填段為單層結構，結構寬度4.3 m、高度3.4 m；非換填段為雙層結構，結構寬度4.3 m、高度5.4 m。

2.2 總體施工方案

(1)施工段落單線封鎖，單線運營。

(2)整治段單線圍擋結構封閉。

(3)輔助豎井施工，非換填段線間豎向預設微型樁。

(4)以豎井為施工通道，線路縱向掏挖，分步進尺挖除深層膨脹填料。每步開挖后及時用鋼筋混凝土封閉。每個循環的工序為分步暗挖→初支→綁扎鋼筋→支模→澆筑早強混凝土→下一個循環。

(5)非混凝土換填段分上下兩層開挖，上層完成后開挖下層。

(6)混凝土換填段的基床表層暗挖及支撐施作。

(7)落道調整及恢復。

(8)恢復正常運營速度，施工結束。

3 繩鋸選擇與應用

3.1 繩鋸切割工作原理

繩鋸無損切割工藝是金剛石繩索在液壓馬達驅動下繞切割面高速運動研磨切割體，完成切割工作。由于使用金剛石單晶作為研磨材料，可以對石材、鋼筋混凝土等堅硬物體進行切割，切割過程中高速運轉的金剛石繩索靠水冷卻，并將研磨碎屑帶走[7]。

3.2 引入繩鋸施工的原因

換填段基床表層暗挖及支撐施工時，軌道板下換填混凝土需要大量拆除。分析對比常用的拆除方法，即人工鑿除、機械破除、爆破法拆除及靜力切割等，最后引入繩鋸切割技術施工。

(1)人工直接鑿除

人工風鎬、電鎬鑿除，鑿除效率非常低，再加上軌道板下作業空間限制，無法滿足工期要求。

(2)爆破拆除

爆破拆除效率高，現場為高鐵路基既有線施工，基于行車安全及防振動要求，不適用此法。

(3)機械破除

采用挖掘機炮錘破除，效率雖然比人工高，但受軌道板下作業空間限制，不適用此法。

(4)繩鋸切割

該技術不受被切割物體積大小和形狀的限制，切割件大小可隨意控制，能切割和拆除大型混凝土構件，可以實現任意方向的切割，如橫向、豎向、對角線方向等[8]。

如何在有限的時間及空間里快速地進行路基表層暗挖置換施工，是本次施工中的技術難題。借鑒橋梁、地鐵混凝土支撐梁繩鋸切割技術，將本次整治中的高鐵路基軌道板理解為梁體，將軌道板下需要鑿除的混凝土采用繩鋸切割，再用千斤頂頂推出軌道板外，然后再人工風鎬、電鎬鑿除，使原來軌道板下人工狹小空間鑿除作業變為軌道板外側人工自由空間鑿除作業，大大提高了工作效率。

4 路基表層暗挖施工方案及實施

將軌道板支承層兩側對應的封閉層破除，工作槽人工開挖；工程鉆孔機水平開孔，然后用繩鋸DSLP32將軌道板下路基表層分段切割，并用50 t千斤頂將切割塊頂推出軌道板；最后人工風鎬、電鎬鑿除，手推車廢渣外運。鑿除后及時用可調支撐對軌道板進行支撐，間距1 m。

主要施工步驟見圖1～圖5。

圖1 工作槽開挖

圖2 工程鉆孔機開孔

圖3 繩鋸切割

圖4 千斤頂頂推及人工鑿除

圖5 臨時可調支撐就位

(1)工作槽開挖

人工風鎬開挖，將軌道板支承層兩側對應的封閉層破除，路肩破除范圍與工作槽頂面范圍一致。工作槽沿軌道板支承層向外側開挖寬度1.5 m、深度1.1 m，為軌道板下路基基床表層開挖創造空間條件。

(2)工程鉆孔機開孔

工程鉆孔機開孔定位，工程技術人員對路基整治基床表層暗挖段進行分段，每段2～3 m，交底至測量班。測量班現場按交底放樣，軌道板上做出標記。

按測量放樣點位，在軌道板下支撐層或級配碎石上手持電鉆開4個M16螺栓孔，用4根M16自鎖螺栓將工程鉆孔機定位。螺栓定位前，首先將工程鉆孔機調平，然后水平開孔，為繩鋸切割創造條件。

(3)繩鋸切割

切割時，要分段分層切割，先分段再分層、先垂直切割再水平切割。切割過程中，嚴格按照繩鋸操作規程作業，確保切割質量和切割安全。

垂直切割作業現場見圖6，水平切割作業現場見圖7。

圖6 垂直切割作業現場

圖7 水平切割作業現場

檢查切割線路是否按照兩個開孔孔位間直線行走。如果兩個切割面不能在同一個平面，就會造成1個切面的無效，發現跑偏，及時糾偏[9]。由于矩形切割塊長寬比很大，再加上軌道板下切割體介質不同(換填混凝土、支撐層混凝土、換填級配碎石等)，水平切割時切割線路易跑偏，水平切割行走是控制施工的要點。

切割過程中，由于鏈條轉速較快，混凝土碎塊及鋼鏈條碎珠容易彈出傷人，切割前必須將防護罩安裝到位，并且切割現場設置工作區域防護隔離。嚴禁在鋼鏈條切割范圍內站人[10]，確保安全。

防止繩鋸切割產生的廢水漫流，設置廢水匯集點，并做專業處理。

(4)千斤頂頂推

兩個50 t千斤頂同步頂推，頂推控制行程要相同，防止頂偏切割體卡死。超出千斤頂行程時，加墊鋼墊塊后繼續頂推。

(5)人工鑿除

每個切割塊由兩個千斤頂同步橫向頂推，將切割體推至軌道板另一側工作槽內，由4名工人用2臺風鎬鑿除，1臺手推車倒運。由于軌道板2.8 m寬，工作槽1.5 m寬，每個切割塊需分2～3次完成頂推、鑿除工作。

(6)臨時可調支撐

切割體頂推時軌道板下懸空，采用加工好的可調支撐及時進行臨時支撐施作，每1 m2的懸空面積布置1個臨時可調支撐。

需要加工大量的可調支撐，考慮加工的剛度及可調行程用于確保切割頂推后軌道板的穩定，在滿足落道及填充條件前，軌道板標高需調整。

軌道板下填充時，可調支撐無法拆出，只能直接澆入填充混凝土中。

(7)施工監測

作業時，加強軌道板的安全監測工作。施工過程中對線路及軌道結構狀態進行監測，確保施工過程線路的安全。掌握行車過程中軌道結構的縱橫向位移變化，為動態調整施工參數、實現信息化施工提供依據，并實行監測數據分級管理制度[11]。

5 方案優缺點分析

(1)該方案能較好地適應高鐵路基既有線施工，能在有限的時間、狹小的空間內完成任務，使路基表層暗挖工序工期有了保障。繩鋸切割由傳統的軌道板下暗挖轉換為軌道板下切割、頂推、軌道板外鑿除，極大地提高了工作效率，原計劃15 d完成換填段32 m路基基床表層的工作任務提前3 d完成。

(2)由于本次工程數量較小，繩鋸切割頂推后，采用人工鑿除，效率較低。如果工程數量較大，建議采用繩鋸切割加小型挖機配破碎錘機械鑿除的組合方案，同時加強對既有線軌道板、管線等的保護。橋梁及地鐵常規使用的切割后吊裝工作，由于高鐵既有線路基上各種管線的限制，吊裝不適用于此類施工。

(3)繩鋸切割施工速度快、作業空間要求小、靜力切割無振動、切割切口平直光滑、操作安全、對環境污染小[12]。在本次路基上拱病害整治中，其施工安全、快速、高效的優點得以充分發揮。

(4)繩鋸切割的基床表層如果是換填的混凝土，由于混凝土整體性好，強度高，繩鋸切割易操作，切割效率一般大于2 m2/h；如果是級配碎石，則整體性相對混凝土差一些，切割線路容易跑偏，工效相對低一些，一般在1 m2/h左右。

6 結束語

針對高鐵既有線病害整治施工工期緊張、需要對既有成品保護等特點，引入繩鋸切割技術，在高鐵路基上拱病害整治表層暗挖置換施工中得到良好的應用，有效地解決了施工中的技術難題，技術上可行、經濟上合理，值得在同類施工中應用推廣。