城市聚集区绳锯切割石方开挖施工技术的应用

王 静

(浙江省第一水电建设集团股份有限公司，浙江 杭州 310051)

1 工程概况

广西来宾水环境综合治理项目红水河、北之江防洪管理草鞋沟防洪排涝闸及排涝泵站工程主要包括防洪排涝闸1座、排涝泵站1座及附属配套设施等。泵站位于草鞋沟防洪闸右侧，泵站设计抽排流量为23.6m3/s，装机容量4×450kW，主要由进水池、泵房、出水管组成。草鞋沟防洪闸2孔，孔口尺寸为6.0m×6.0m，采用C25钢筋混凝土结构。工程施工难点是主要是泵房与防洪闸整体基岩开挖，岩体为深灰、浅灰色的燧石灰岩，其石方开挖工程量为36343m3。草鞋沟泵站及防洪闸基础开挖施工位于城市聚集区内，处于岩溶地区，基坑处为整体岩石。采用了静定爆破法与P360液压挖掘机破碎法破除基坑石方，当开挖至完整的基础燧质石灰岩层时，由于有地下水、岩溶渗透水，造成静定爆破法中使用的化学膨胀剂失效，施工效果已不明显、工效极低，严重影响了本工程施工进度。为此，通过结合地质勘测资料、现场实际开挖状况、考虑基础为整体基岩、地下水及岩溶渗透水等因素，经过多次研究和分析，决定采用国外先进的切割设备，根据地质勘测数据和现场实际情况，综合考虑了基岩、地下水和岩溶渗透水等因素，决定使用绳锯切割石方开挖施工法，将整体基岩进行分区分块切割，并使用起重机进行吊装和运输，提高了石方开挖效率，尤其对整体基坑石方开挖效果最佳。

2 工艺原理

绳锯切割石方开挖施工是金刚石绳索在液压马达驱动下绕切割面高速运动研磨切割体，从而实现石头、砖块、水泥块和其他坚固的建筑结构的切割，完成切割工作。由于使用金刚石单晶作为研磨材料，故此可以对石材、钢筋混凝土等坚硬物体进行切割。采用液压马达驱动的切割系统，可以实现高度的自主性能，液压泵的精确定位和远程操作，可以显著地改善切削的效果，而且，由于它的低振动和低噪声，可以更加高效地将受力体进行分离。

金刚石绳索在切割过程中运转，通过冷却水来冷却切割部分，并将研磨碎屑带走。这种技术具有许多优点，包括：ⓐ不受物体尺寸和形状的限制，可以切割和拆除大型的整体岩石；ⓑ切割速度快，切口平直，无须进行后续步骤，一次性完成；ⓒ可以实现任何方向的切割，如水平、垂直、对角线等；ⓓ解决了传统爆破拆除施工过程中的振动、噪声和灰尘等问题；ⓔ在水下、危险作业区等特殊环境下，也能够进行切割。金刚石绳索具有出色的操纵性能，能够实现超出常规设备和技术的远程切割，从而大大提升了工作效率。

3 工艺流程

测量放样，将被切割的区域分块，确定各分块面域长度、宽度及深度→确定分块切割水平面、垂直面或斜面→底部水平切割面钻两个水平透孔(地眼)与垂直孔(天眼)用于穿绳及安装绳锯；垂直面钻一个水平孔(地眼)与一个垂直孔(天眼)用于穿绳及安装绳锯→潜水钻孔机钻水平孔(钻头直径90mm、孔深6～12m为宜)、凿岩机钻垂直孔(钻头直径73mm、孔深6～12m为宜)→安装切割机水平导轨及固定导向轮→固定绳锯机→安装金刚石绳索→连接相关操作系统→设置安全护栏→开机前检查施工用电线路是否安全→开机→过程中绳锯切割孔位沿线通水冷却等，其间进行监控量测、安全检查、安全判定。

4 施工操作要点

4.1 水平底面造孔

a.先按钻孔位置放样出测量控制轴线、开孔中心线，测量其开孔高程。然后固定水平潜孔钻机，对其电源、安全防护等进行安全检查后，开机启动。开机速度先慢，后保持匀速。此阶段主要施工要点就是控制好轴线左右偏差在±3cm以内，确保在同一水平面上钻孔。在每次1m的钻探过程中，通过使用水平仪、水平管、全站仪和激光仪等测量工具，进行监控和纠正，以确保精确的定位。

b.大功率气液联动潜孔钻，适应于钻水平孔。其钻孔速度为6m/h，钻孔12m，考虑校核等其他施工因素，预计3h即可造孔成功(见图1)。

图1 水平底面造孔(地眼)示意图

4.2 垂直立面造孔

a.将水平硬质管插入预先制作的水平孔中，并让它露出1m的距离。用另一硬质杆件立直，拉线，吊起铅块，以确定垂直钻孔的位置。接着，人工使用凿岩机进行开孔，并对其进行电源和安全防护等进行安全检查，最后启动机器。开机速度先慢，后保持匀速。此阶段主要施工要点就是控制好轴线左右偏差在±3cm以内，确保在水平线上。每进尺1m，使用激光仪、水平管等测量工具，对其进尺进行精确的监控和纠正。用硬质杆件刻度检查其开孔钻进深度。从垂直孔将水灌入，如水平孔有水流出，刚表示穿绳孔已贯通。

b.垂直钻孔采用液压式凿岩机，适应于垂直孔，钻孔深度可达15m。其钻孔速度为6m/h，钻孔12m，考虑校核等其他施工因素，预计2h即可造孔成功(见图2)。

图2 垂直立面造孔(天眼)示意图

4.3 水平底面切割

a.先切割水平底面，固定导轨，导轨宽度1.2m，长度8m，在安装完金刚石绳锯主机之后，先确认金刚绳活接已经被牢固地连接上后，并且接通电源，就可以开始切割了。金刚石绳锯主机会在切割过程中不断向后退，每次进尺6m之后，就会重新连接上绳锯。阶段主要施工要点就是金刚绳锯的穿孔，利用硬质管与杆头缠绕5mm钢丝牵引线，然后放入硬质水平杆与杆头挂多面钩子，深进孔底后左右旋转，挂住5mm钢丝牵引线拉出孔外。最后牵引线牵住1.1cm金刚石绳锯穿过孔内，在孔外活接。

b.主机切割水平切割速度为8m2/h，底部面积144m2，历时18h即可切割完成(见图3)。

4.4 垂直立面切割

金刚石绳锯机在切割好水平底面后，再进行垂直立面切割。可以先切割一面，1h以后，加入另一台绳锯机设备，两个垂直面72m2，可以同时切割，切割速度为8m2/h，历时9h即可完成切割(见图4)。

4.5 施工工法系统图

切割石体体积12m(长)×12m(宽)×12m(深)=864m3。常规一个施工循环基本历时36h(4.5个工日)。其主机工效864m3/4.5工日=192m3/工日。常规一组按6人工人计算，工效32m3/工日×工人，工人费用6元/m3计，那么人工费用192元/工日(见图5)。

图5 金刚石绳锯施工工法系统示意图

4.6 绳锯切割操作要点

4.6.1 安装水平导轨、固定绳锯机及导向轮

切割机导轨平行架设，稳固垫平。在安装时，必须牢牢把握好导向轮的位置，使其边缘与穿过的绳子的中心线对准重合，从而达到最佳的切削性能。

4.6.2 安装绳索

采用先进的金刚石绳索技术，将主动轮和辅助轮牢牢地连接在一起，绳索的方向必须与主动轮的运动方向保持一致，以确保安全可靠地运行。

4.6.3 相关操作系统的连接及安全防护技术措施

为了确保安全，必须严格遵守规定的安全技术流程，在绳索切割过程中，应当采取有效的安全措施，以确保绳索的运动方向得到有效的控制，以防止发生危险和意外情况。

4.6.4 切割

使用电动马达操作，通过控制盘调整主动轮提升张力，保证金刚石绳适当绷紧，供给循环冷却水，再启动使用另一个电动马达，并让它带动金刚石绳索进行旋转切割[1]；在操作过程中，需密切关注监测机座的稳定性，并要及时地调节导向轮的位置，以便确保切割绳处于同一平面位置。

4.6.5 切割参数的选择

为了提高效率，需要精准地调节切割参数，使金刚石绳的运行速度达到30m/s。此外，为了让金刚石绳得到充分的冷却，还需要注意使用充足的清洁剂，并将磨削下来的粉屑清除。通过精确的控制，保证切割过程的高效性、精确性和可靠性。

4.6.6 切割过程中应注意的问题

a.如遇到卡绳、断绳现象，为了确保安全，采取适当的预防和处理措施。现场安全防护措施必须严谨，谢绝无关人员观摩。

b.金刚石绳锯的连接。金刚石绳锯使用前须连接一个闭合的循环。具体的流程如下：ⓐ采用钢质活接接头，要确保金刚石绳锯两端裸露钢丝绳长度等于活接接头长度；ⓑ将两头裸露钢丝绳插入钢质接头，确保金刚石绳锯的接头与它相邻部位之间的串珠无任何缝隙；ⓒ使用金刚石绳锯专用液压钳，它在固定的位置上，将接头扣压紧；扣压时按照接头中部→接头两端→接头中部的顺序，依次置于液压钳中扣压，只要每转动90°就扣压一次[2]；ⓓ完成之后检查接头，使用角磨机或其他工具，彻底清理掉螺丝的飞边及毛刺。

4.7 监控量测、安全判定

为及时、准确地控制基坑工程开挖后的实际尺寸、标高，动态地将有关数据及时反馈，以进行调整。主要测量：ⓐ为了精准地测量出切割体的位置，须精准地检查垂直孔的深浅，并将其精准地控制在±3cm之内；ⓑ为了精准地测量出切割体的长短，须精准地检查水平孔的深浅，并将其精准地控制在±3cm之内；ⓒ为了避免绳索发生断裂，必须通过操作控制盘精准地调节切割参数，确保金刚石绳的运行速度达到30m/s，并且具备足够的富裕度，以免剧绳断裂伤人。

5 质量控制

a.严格执行《水利水电工程单元工程施工质量验收评定标准——地基处理与基础工程》(SL 633—2012)工程质量控制标准，确保工程质量。

b.在开始施工之前，必须仔细检查工程所在地的地质勘探资料，以确定该区域的岩石类型、构造特征、风化层厚度、破碎程度、软弱层状况以及地下水的状况。如果在施工过程中遇到了问题，应该立即采取适当的措施来解决，并采取有效的应急处理方案。

c.为了保证开挖基坑位置准确，切割破除后，需对破碎的岩石进行清理，并对每个基坑的尺寸、垂直度和深度进行校核，以便及时纠正。

6 结 语

广西来宾水环境综合治理项目的草鞋沟防洪排涝闸及排涝泵站工程采用金刚石绳索技术，通过液压马达的驱动，将金刚石绳索围绕着切割面进行高速旋转，从而实现施工过程中无须使用炸药，有效地保护了周围建筑物、人群的安全，并且大大减少了粉尘的污染，还能够实现多个工作面的同步施工，大大缩短了工期，并且降低了成本投入，经济与社会效益显著。