运营铁路明洞拆除施工技术

蔡宇

摘要：本文以太兴铁路工程中拆除太岚线营业线明洞为例，介绍了营业铁路封锁要点条件下，采用金刚石绳锯切割法拆除明洞的施工组织、施工方案、施工方法、施工工艺、计算资料、安全措施等施工技术，为今后类似的营业铁路拆除大体积混凝土结构施工提供了参考依据。

关键词：运营铁路 明洞拆除 绳锯切割 施工技术

1 工程概述

新建太兴铁路在明洞里程段将既有太岚线通过换边拨道改造为双线铁路，线间距5.2m，改造后太兴右线距明洞右边墙2.70m，太兴左线距明洞左边墙1.23m，既有明洞无法满足改造要求，因此明洞需要拆除改建。

既有杨家村一号明洞主体结构为钢筋混凝土结构，两侧边墙为素混凝土结构，明洞长度23.9m，其主体墙身高度为4.65m，厚度为1.1m；拱顶高度6.86m，拱部厚度为0.5m；两侧洞门高度为8.02m，洞顶覆土厚度为2.35m。既有太岚线为单线铁路，明洞位于半径R=600m的曲线上，60kg/m无缝线路，Ⅱ型砼枕1840根/km，电力牵引供电，回流线紧贴明洞内墙。在既有明洞内，通信线路紧贴明洞右侧拱部内墙，信号电缆走地下。

2 明洞拆除施工方案

2.1 总体方案 杨家村一号明洞主体为钢筋混凝土整体结构，且洞内既有太岚线为电气化铁路，如在营业线上直接采取动力破碎拆除该明洞，对既有铁路运营影响较大，且对既有铁路设备存在严重安全风险。本着最大限度减少对营业线运营干扰的原则，明洞主体采用金刚石绳锯静力切割成块，先在两端用水钻各开一个钻孔，然后将绳锯由钻孔伸入并连接起来，再利用绳锯进行切割，金刚石绳锯切割速度为1m2/h。汽车吊吊出铁路限界以外。明洞上部渡槽及挡墙拆除采取机械配合人工自上而下的拆除方法，洞顶及两侧覆土同步分层挖除，直至洞身整体外露。

2.2 施工程序及工期安排 明洞拆除工期计划29天，具体安排如下：U型渡槽拆除及防护棚架搭设2天，洞门端墙拆除及洞顶、两侧覆土清除4天，水钻打眼（拱圈及边墙）2天，拱圈拆除5天，边墙拆除11天，防护棚架拆除5天。

2.3 队伍部署 明洞拆除分为主体切割拆除和附属破碎拆除两部分，施工队伍计划安排2个。主体切割拆除队伍：劳力30人，负责明洞拱圈及边墙的切割和吊除；附属破碎拆除队伍：劳力30人，负责明洞拱顶渡槽、端墙及回填土的清拆。

3 明洞拆除施工方法和施工工艺

3.1 搭设防护棚架 根据现场实际勘测，明洞内侧净跨5.5m，斜交角度为64°，为保证既有铁路运营安全及满足现场施工条件，结合既有杨家村1#明洞拆除工期要求，洞门防护棚架要求前期搭设完毕，为保证在明洞端墙拆除期间，防止物体坠落到铁路设备及行车线上，因此对施工过程可能对既有线安全造成影响的范围采取防护棚架防护。防护棚架的总体布置形式由下向上依次为条形基础、钢管柱、工字钢、槽钢、木板。南北侧各施工防护棚架长度为2m，宽度为7.2m。条形基础内预埋φ25mm高强螺栓，每根钢管柱设置6根预埋螺栓，钢管柱底部法兰与预埋螺栓栓接。钢管柱采用φ630mm螺旋钢管，高度7.2m，两根钢管立柱之间采用8#槽钢焊接，间距2.5m，确保单个条形基础上钢管柱整体稳定。钢管柱安装完成后在其顶部摆放1道双10#槽钢钢架，槽钢与钢管柱采用螺栓连接，确保防护棚架整体稳定。横向平铺16#槽钢，间距30cm，横向16#槽钢与纵梁采用螺栓连接，16#槽钢上平铺5cm木板，端头采用木板作为挡头板，防止拆除过程中零星碎块跌落影响铁路行车安全。

钢管柱单根长度最长为7.2m，合计重量为Q=（3.14×0.63×78.5×7.2）=1.118t。根据现场实际测量，吊车采取20吨汽车吊，吊装作业半径为12m，主臂伸长19.73m，作业角度为θ=52.54°，最大吊装重量为3.36吨，安全系数为K=3.36/1.118=3。

为了防止两侧弃渣滚入铁路范围，影响铁路行车安全，在钢管柱外侧高度2m以下设置10mm厚钢板防护，钢板与钢管柱焊接。

3.2 渡槽及挡墙拆除 明洞上部渡槽及挡墙拆除采取自上而下的拆除方法。为防止拆除过程中有碎块坠落，损坏接触网及回流线等铁路设备，确保施工及建筑垃圾外运过程中既有太岚线的运营安全，在明洞出入端两侧沿线路方向各2m设置钢管柱棚架防护，净空与净宽不小于既有明洞尺寸。明洞两端竖墙及两侧覆土同步分层挖除。

拱顶以上部分端墙及渡槽拆除作业利用1-12m框架桥侧位顶进封锁点进行，拱顶以下竖墙拆除时，采用人工配合挖掘机进行拆除，出入口两端左右两侧各配置两台风镐，共配置8台同时作业，端墙身破碎厚度控制在0.5m以内，配合挖掘机挖除两侧回填土。弃土及建筑垃圾采用挖掘机装车，自卸车运输。

第一步：明洞上部渡槽及挡墙拆除前，封锁要点在出入口两端2m范围搭设钢管柱棚架防护，基础采用C25混凝土条形基础，钢管柱间距100cm，明洞两端线路两侧各设置2根，钢管柱顶纵向设置25b工字钢，线路上方横向搭设8#槽钢横梁，采用焊接方式进行固结。搭设高度与渡槽高度一致，钢管柱棚架外侧采用10mm钢板进行隔离硬防护。第二步：机械清运地面表层渣土，使渡槽底板外露。第三步：防护棚架搭设完成后，利用1-12m框架桥顶进封锁点对明洞拱顶以上部分采用破碎炮拆除，尽量减少混凝土碎块落在防护架上，碎渣用挖掘机装车，自卸车外运。第四步：拆除明洞左右两端竖墙的同时将槽背回填土同步挖运，直至明洞拱圈及边墙整体裸露。

3.3 明洞主体拆除 明洞主体拆除由两部分组成，分别为拱圈及两侧边墙。明洞主体拆除均采用绳锯静态切割完成，切割成块后，用吊车吊出外弃。

3.3.1 明洞切割面积计算 ①明洞拱圈混凝土参数计算：

拱圈顶部断面面积：

（60/360）×π×（2.822-2.222）≈1.3m2endprint

拱圈两侧断面面积：

2×（45/360）×π×（4.122-3.522）≈3.0m2

起拱线处每侧断面面积：0.5×23.9=12.0m2

拱圈总重：（1.3+3.0）×23.9×2.5=257t

既有明洞中间有一道沉降缝，故拱圈需分4次分割使之平均分成6部分，计6块，每块平均长4.0m，重43.0t，采用吊机吊装方案。采用200t吊车（配重69t），回转半径9.22m、臂长21.9m的情况下额定起吊能力为55t，则吊装安全系数=59/43=1.37。

起拱线处每单元段截面面积为：12/6=2.0m2

拱圈钢筋混凝土切割总面积为41.2m2。

②明洞边墙混凝土参数计算：

明洞边墙混凝土重量计算：

边墙横截面面积：1×4.7=4.7m2

边墙底面面积：1×23.9=23.9m2（边墙宽为1m）

单侧边墙总重：（1.3+3.6）×23.9×2.5=292.8t

既有明洞单侧边墙需分5次分割使之平均分成6部分，计6块，每块平均长4.0m，重48.8t，采用吊机吊除方案。采用200t吊车，在配重69t、回转半径6.28m、臂长13.9m的情况下额定起吊能力为82t，则吊装安全系数=82/48.8=1.68。

每单元段边墙底面截面面积为：23.9/6=4m2（故需四套绳锯同时切割）

边墙钢筋混凝土切割面积为85.4m2。

③钢丝绳检算：

钢丝绳选择

纵梁吊装采用φ64钢丝绳吊装。钢丝绳检算：

Fo=K'*（d*d）*Ro/1000

d——钢丝绳公称直径mm；

Ro——钢丝绳公称抗拉强度Mpa，取1670Mpa；

K'——最小破断拉力系数，取0.3；

最小破断拉力Fo=64*64*1670/1000*0.3=2052KN

钢丝绳自身安全系数取6，则钢丝绳的允许安全拉力为：2052KN/6=342KN=34t。吊装过程中钢丝绳双股受力，则每端允许吊装68t，每台吊车实际最大吊重约48.8t，钢丝绳安全系数为68/48.8=1.39。

3.3.2 明洞主体拱圈拆除 ①拆除方法。明洞全长23.9m，经综合考虑，对拱圈分成六个等分的节段。第一步：沿垂直明洞轴线进行切割，在每一道切割中弧形段顶部开一钻孔，然后在两侧起拱线处各开一个钻孔，由两套绳锯同时切割，在一个封锁点内完成二道拱圈切割（对向同步进行）。第二步：沿该单元节段两侧起拱线进行切割，由两套切割机同时切割，起拱线切割前，吊机就位，将吊机钢丝绳提前穿入吊装孔，并将其成受力状态，待该拱圈节段与边墙完全分离后，由吊机将其起吊。以此类推，依次完成6个节段的切割吊运。既有明洞拱圈需分2次分割使之分成6部分，起拱线处需切割3次，金刚石绳锯功效为1m2/h。故明洞拱顶部分拆除需用5个封锁点，每次封锁点需3小时。②拆除步骤。第一步：要点120分钟，接触网停电，对明洞内回流线设绝缘套防护。通信对路缆改移，信号专业监护信号设备及电缆。第二步：点前准备：在封锁前对明洞拱段正顶部及左右两侧起拱线处分别钻一切割孔，单元节段对称设置4个吊装孔（所有钻孔在封锁点前不得打通，必须保证预留10cm厚度不钻透）。第三步：要点180分钟，给点后迅速打通六个切割孔，安装调试绳锯切割设备，进行拱圈切割，四套绳锯同时进行，各需2.5个小时。切割完毕后，点毕开通。同样的方法完成第二次拱顶横向切割。第四步：要点180分钟，吊机就位，将吊机钢丝绳垂下。给点后迅速打通八个吊装孔，将吊机钢丝绳迅速穿入吊装孔，安装调试绳锯切割设备，使拱圈成受力状态，沿第一个、第六个单元节段两侧起拱线由四套切割机同时切割，切割需要2.5小时。待该拱圈节段与边墙完全分离后，由吊机将其起吊。重复第二步至第五步直至将明洞拱圈拆除完毕。③拱圈混凝土吊移。吊机最不利位置参数：最大回转半径为9.22m，最大臂长约为21.9m，每块拱圈混凝土自重约为43t。根据混凝土自重，参考吊车性能，确定采用一台200t吊车进行拱圈混凝土吊除作业。200t吊车在配重69t，回转半径10m，臂长21.9m的情况下额定起吊能力为59t，吊装安全系数为59/43=1.37。吊装前严格卡控吊车站位的地基承载能力，并背向线路方向做等距离、等臂长试吊，严防吊车倾覆，确保吊装作业的安全进行。

3.3.3 明洞边墙拆除 ①拆除方法。明洞拱圈切割吊装作业完成后，进行边墙拆除施工。每侧边墙切割五道，将其平均分成六单元段，在相邻两单元段中部、墙底及每单元段底部各钻一切割孔，采用金刚石绳锯整体切割。每单元段中部钻两个吊装孔，切割单元段底部前吊车钢丝绳成受力状态。依次循环进行拆除作业，直到明洞边墙全部拆除完毕。此次拆除边墙过程中的32个切割孔，24个吊装孔，必须在封锁前完成，在列车通过期间不得进行钻孔。明洞边墙每侧需分5次分割使之分成6部分，边墙根部需切割6次。故明洞边墙部分拆除需用11个封锁点，每次封锁点需3小时。②拆除步骤。第一步：边墙两侧槽背回填同步分层，对称开挖，开挖至边墙底部，并预留足够的工作面。第二步：每侧边墙切割五道，将其平均分成六单元段，在相邻两单元段中部及墙底各钻一切割孔，在每单元段中部钻两个吊装孔，底部钻一个切割孔。合计32个切割孔，24个吊装孔，此56个钻孔必须在封锁前完成，在列车通过期间不得进行钻孔。第三步：封锁线路，待接触网停电后，安装调试绳锯切割设备，采用两套金刚石绳锯同时进行，先切割边墙上半部分，切割需要2.5小时。切割完毕后，结束封锁。第四步：封锁线路，待接触网停电后，安装调试绳锯切割设备，采用两套金刚石绳锯同时进行，切割边墙下半部分，切割需要2.5小时。切割完毕后，结束封锁。第五步：吊机就位，将吊机钢丝绳垂下。封锁线路，待接触网停电后，迅速将吊机钢丝绳迅速穿入吊装孔，安装调试绳锯切割设备，使边墙成受力状态，在边墙底部使用两套设备同时进行切割，切割需要2.5小时。待该拱圈节段与边墙完全分离后，吊机起吊。重复第三步至第五步，直至将剩余11块边墙部分全部拆除。③边墙混凝土吊移。吊机最不利位置参数：最大回转半径为6.28m，最大臂长约为13.9m，每块拱圈混凝土自重约为48.8t。根据混凝土自重，参考吊车性能，确定采用一台200t吊车进行拱圈混凝土吊除作业。200t吊车在配重69t，回转半径7m，臂长17.6m的情况下额定起吊能力为82t，吊装安全系数为82/48.8=1.68。吊装前严格卡控吊车站位的地基承载能力，并背向线路方向做等距离、等臂长试吊，严防吊车倾覆，确保吊装作业的安全进行。

4 施工安全措施

4.1 对全体参战人员进行营业线施工培训，根据批复的施工方案进行技术交底，使全体参战人员明白施工内容、施工工序及注意事项，明确分工及各自岗位职责。

4.2 封锁施工前与铁路设备单位签定安全协议，对附近的接触网杆、信号设备、电缆等行车设备进行安全防护。

4.3 对封锁地段的停车标、作业标、慢行标，安排专人设置看守，及时插撤。

4.4提前预想可能发生的事故和问题，编制应急方案，准备应急机具和人员。

4.5 大型机械及操作人员必须手续齐全，吊机规格型号必须符合方案要求。

4.6 切割孔及吊装孔的位置，需在技术人员的放样确定后，方可开钻，防止孔位偏差造成切割不畅，甚至吊重分配不良，造成安全事故。

4.7 明洞边墙拆除后，需保证边墙混凝土主体在枕木底以下50cm，确保新建轨道道床的整体稳定性，避免出现道床软硬过渡不均。

4.8 销点开通前要进行详细检查，对拆除部位进行检查，查看是否有松动的混凝土块等存在掉落到线路上的风险，对接触网线及线路进行检查，检查合格具备开通条件后，方可报开通。

5 结语

杨家村一号铁路明洞拆除工程量大，工期紧，技术复杂，为铁路营业线施工，其中铁路封锁点20个。封锁施工中采用金刚石绳锯切割法拆除，严格执行施工方案，精心施工，施工组织、技术、安全、质量等各项控制措施到位，确保了每个封锁点线路的安全正点开通，做到了一点不晚、一人不伤、一事不出，受到了各级领导的高度评价，同时为今后拆除上跨既有铁路明洞等大体积混凝土构筑物施工提供了有益借鉴。

参考文献：

[1]薛旭辉，刘静.铁路行车线隧道明洞施工技术[J].施工技术， 2010（S1）.

[2]杜松.特殊地形条件下隧道明洞施工技术探讨[J].山西建筑， 2013（04）.

[3]燕明胜.善庆峪隧道明洞施工技术[J].山西建筑，2011（16）.endprint