线切割在沉井避障移位施工中的应用研究

范佳鑫 吴永辉

中亿丰建设集团股份有限公司 江苏 苏州 215131

1 线切割在工程应用中的意义

在市政工程的施工过程中，常常会碰到各式各样的地下障碍物。有些障碍物因为空间受限，大型施工机械无法靠近；有些因为前期物探不到位，造成新建结构体与原有结构物空间位置相冲突。诸如此类原因，就需要一种施工简单、扰动小、效率高、安全费用投入少的施工方法来对相关结构体进行必要的破拆移除。

2 工程案例

背景工程位于某城市快速干线附近，共需施工φ800mm的PE管2 104 m、φ710mm的PE管107 m、φ2 000mm的钢筋混凝土沉井5座、160mm×240mm钢筋混凝土沉井20座。其中，W2沉井（图1）直径为6.5 m（内径），壁厚600mm，整体高度为6.3 m，沉井东侧3 m处为电力井以及高压铁塔，南侧为供电拖管管网以及新建河道，北侧与西侧紧靠新建某路桥梁锥坡以及桥梁河道挡墙区。工程施工之前已对高压电线入地端进行过物探，但沉井下沉施工后，发现入地电缆管段走向与物探时完全不符（事后分析是电缆管套管在以前拖拉施工的过程中有走位变形）。下沉沉井约3.7 m后，沉井壁南侧下方刃脚遭遇110 kV·A高压电缆套管（图2、图3），沉井需要拔出后移位施工。

图1 W2沉井平面位置

图2 W2沉井处管线调查示意

W2沉井位置较为特殊，与快速干线直线距离近300 m，且道路落差有3 m左右，该井段也正处于道桥施工区域的近河端，现状施工便道宽约3 m，通行段限高3 m，无法满足大型重装吊车及其配重进场。

经验算，沉井自重近300 t，且已有3.7 m处于下层泥土之中，在下沉遇障后项目组采取了快速井内回填稳住壁体，加强沉井监测等措施。

图3 W2沉井周边土层开挖示意

因为110 kV·A高压电缆牵涉面广，通过停电后再迁移沉井的施工方案是行不通的。为最大限度地减少沉井拆移过程对电缆管网产生的二次破坏，同时尽可能最大程度地保留原沉井结构体再利用，经方案比选确定采用振动极小的静力线切割工艺[1-2]。

3 线切割施工工艺简介

3.1 绳锯概述

本工程线切割施工工艺采用无损静力DSM-10A金刚石绳锯切割。

金刚石绳锯切割的原理为：通电后机器启动通过金刚石绳在液压电动机的驱动下环绕切割体作高速运动，反复研磨切割体，直至切割体被静力切割成块。

金刚石为单晶研磨材料，施工过程中利用液压电动机驱动，高压油管远距离实现操作控制。这样，作业过程相对安全，施工过程中人员也不用靠近障碍物，作业过程相对方便，振动小，噪声较低。特别是对被切割物体不能大面积进行扰动的情况下就能实现切割分离[3-6]。

金刚石线切割以水作为冷媒对高速运转的金刚石绳冷却，同时水也可以冲走施工过程产生的碎颗粒。其主要施工特点有：

1）切割物无论体积、形状、大小均不受约束。

2）施工过程中，切割的线速度相当快，切口较为平顺。

3）可以根据施工条件的不同进行任意方向的布局切割。

4）施工速度快，人员可远距离控制，同时也可以对一些特殊的作业环境进行施工，如遇水下障碍物等，可减少与作业面的接触，相对安全。

5）对被拆物体的扰动很小，也有利于对周边环境的保护。

施工工艺流程为：确定切割断面位置→钻吊装孔和穿绳孔→安装固定导向轮→固定绳锯机→安装金刚石绳索→连接相关操作系统→设置安全防护拦→切割。

3.2 固定绳锯机及导向轮

通过化学锚栓固定主脚架及辅助脚架，从而使绳锯主体以及导向轮安稳固定在结构体需要切割的平面，在安装的过程中金刚绳轮导向轮的边缘一定要和穿绳孔的中心线对准。

3.3 安装绳索

将金刚石绳索按顺序缠绕在主动轮及辅助轮上，绳子的缠绕方向要和主动轮驱动方向一致。

3.4 安全防护措施

施工现场的用水、用电线路以及施工作业控制台的放置，需要合理规划。切割过程中，绳子作业方向上不得有任何人员靠近，当有机械故障时，必须待操作人员断电后再接近。

作业区设置醒目的安全防护区，并竖立安全警示标志、标牌。

进场施工前应首先对施工机具进行调试，并进行所有操作人员的入场安全教育以及技术交底。

3.5 切割工艺

3.5.1 切割

切割机开机后，通过控制台将金刚石绳进行适度的拉紧，冷却水开始循环供应，启动控制系统驱动主动轮牵引金刚石绳进行转动切割，施工中注意切割机体是否有松动，金刚石绳是否发生偏移，以保证切割沿着设定方向运行。

3.5.2 切割参数的选择

金刚石绳运转线速度一般为20 m/s左右，在施工时要保证切割过程有足量的水进行冲洗，确保对金刚石绳的正常冷却。

3.5.3 切割过程中应注意的问题

1）金刚石绳锯的切割方向。金刚石绳锯卡子上均设有明显的运行箭头，当然也可以用绳锯本身的串珠进行分别，串珠体长的在尾端，短的在前部，所以短的前部就是切割的运动方向。施工时要正确进行区分，不要进行反向施工运动。

2）金刚石绳锯的连接。金刚石绳锯使用前要先进行一个闭合环的连接。其操作方法及步骤为：

① 两端裸露的钢丝绳长度=接头长度。

② 把两端裸露的钢丝绳接入钢质接头，并与串珠无缝隙对接。

③ 利用金刚石绳锯专用液压钳压紧接头扣。首先把接头中部置于钳内，转动90°后就扣压1次，然后把接头两端置于液压钳中并再进行依次施压，最后接头中部再扣压，扣压完成后，对各个检查接头处的角磨机进行飞边去毛刺。

4 金刚石绳切割在本工程中的应用

4.1 现场准备

施工用水为就近河道接入，该切割机械施工用电功率为22 kW，现场无市政电网接入点，采用50 kW发电机供电。

4.2 施工顺序

1）在环切之前，应沿沉井壁四周开凿单次切割的作业孔，沉井壁外周长为24.718 m，每6.2 m开凿1个φ10 cm左右的穿绳作业孔，每环共4孔。

2）根据现场情况，将切割机液压油泵操控台安置于沉井东侧电力井以北2 m处。切墙机的附着电动机以及驱动轮沿每一环切线布置。每一环切次序以逆时针方式进行。

3）施工步骤为：沉井内外测量→切割线放样→切墙机安装→环形切割墙体→吊车移除切割部分。

4.3 切割分段与分块

根据W2沉井的现状，并考虑到施工现场可允许进入的吊机的起吊能力，将W2沉井从上至下分为2 500、2 000、1 800mm共3环分别起吊，设2道切割线（图4）。

图4 沉井切割分段立面示意

4.4 施工准备

1）环切施工前，在切割机安装的部位搭设好支撑脚手架，切割机在第1道环切线平面安装时采用挖机将其起吊，发电机以及配电箱准备就位，并准备好漆性笔，便于在对沉井壁体进体分段前进行编号。

2）沿φ6 500mm圆形沉井周边位置测量放线、弹测墨线位、在切割部位打设好膨胀螺栓、安装切割机。

3）吊孔的设置：孔径20 cm。

4.5 施工方法

1）第1环：沿第1道环切线分割后，再沿沉井壁体高度方向将其纵切为3块，用漆性笔对壁体端侧分别进行编写以便于按顺序组装，采用1台160 t吊机吊移，每块设置2个吊孔，沿第1环高度方向在每块1/2高度处，距每块的纵切边缘线约1.8 m。

2）第2环：第1环全部壁体吊移后，采用挖机将第2环壁体环向四周土体沿井周向外2 m范围内土方挖除，挖深1.2 m，为第2环环切施工以及第3环提供吊移条件（也不宜挖得过深，否则第2环吊移后周边土体容易塌方），与此同时将向北平移4 m范围内的场地平整。环切后设置4个吊孔（图5），孔高度位于井壁高度的1/2，用漆性笔对壁体进行编号，利用2台160 t吊机进行施工全过程的吊移工作。

图5 沉井切割后现场分段吊装示意

3）第3环，分成2个半环进行吊装，环切后再纵向分块，采用2台160 t吊机吊移，设置4个吊孔，孔位于沉井刃脚上方凹槽上口向下2/3处，距离第2环切线700mm。

第3环吊装是最困难的，由于壁体与土方的吸附作用，变向地增加了吊装的质量，同时该环吊移必须一次性到位，如果吊移不成功，将对下方电缆管段产生不可估量的二次损伤，导致整个吊装施工过程的失败。

因此，为了一次性吊移的顺利进行，最关键的就是要对壁体进行减阻处理，先利用南侧吊机给压在110 kV·A电缆通道的沉井壁施加一个吊力，目的是保证该部分壁体不再向下扰动，然后利用北侧的吊机吊动另一侧壁体，吊移的过程中采用吊起一段距离后，略回放，之后再吊的方式，同时利用水泵就近从河道内取水向沉井壁体冲水，进行减阻处理，待整个壁体彻底松动后，再吊移。

沉井环切吊移后，分别将其临时堆放于W2井位的东北侧20 m处。待场地整体向北平移4 m平整完毕，再依次对吊块环样进行组装。

4.6 沉井壁体组装

1）在沉井壁体全部完成吊移后，安排挖机将沉井重新安置的范围进行平整，并测量定位，经监理工程师现场确认后实施沉井重新组装。

2）将在临时堆放场堆置的沉井壁体，采用吊机分片吊起，在新的沉井位置按原沉井环切前的壁体结构依顺序进行拼装，拼装过程应保证原壁体充分结合紧密。

3）原沉井移除后，原沉井位变成基坑，应立即使用水泵及时排出减阻过程中产生的水，用挖机将破损电缆管段覆土全部清理，按设计要求对已损坏的电缆套管段重新加设套管并采用混凝土包固处理，混凝土包固强度达标后再对管段部位实施回填。

4）壁体组装完成并经监理确认壁体环缝合一后方可下沉，壁体自重以及下沉后土体对沉井壁吸附的共同作用，使得沉井再次下沉，未见渗水。

4.7 施工中的主要安全考虑

1）吊装施工为特殊工种，必须持证上岗，且要求工人操作水平熟练。

2）沉井吊移后基坑较深，在吊移前应将沉井四周的土方逐步放坡向外翻挖转移，以免沉井块状物移走后基坑坍塌。

3）吊机作业过程中，信号工密切注视吊机臂的高度变化，必须保证高压线下方净空的安全作业高度。

4）根据现场土质情况，为保证吊机安全进退场且有良好的作业起吊条件，吊机进场前需对行进路线及吊机停放位置进行大面积钢板铺设，每块钢板前后交错、无缝搭接。钢板铺设时应做到轻拿轻放，严禁钢板凌空抛放，减少施工振动对沉井壁体的影响，避免产生二次伤害。

5）切割过程中要时刻保证冷却水没有供应故障。

5 结语

随着市政基础设施建设的快速发展，施工过程中遭遇不可跨越的地下不明障碍物的情况时有发生，在施工之前，施工技术人员应认真细致地对施工区域内的地上、地下障碍物进行详细的现场核查以及坑探工作，对各个障碍物构造情况、地理位置全部逐项核实，对不能满足设计及要求的障碍物，应拟定拆迁方法或改变设计位置，提前进行预处理，避免因前期准备工作不足而产生额外的工程量，从而既增加了施工成本，也容易产生新的安全隐患。