金刚石绳锯在深圳地铁新旧车站接驳钢筋混凝土结构拆除施工中的应用

何茂周

(深圳市市政工程总公司，广东深圳 518034)

0 引言

我国正处于社会主义经济发展的重要时期，基础设施建设在国民经济中举足轻重。由于工程更新、改造的需要，常常需要将既有的混凝土结构进行拆除。常用的拆除方法主要有人工凿除、机械破除及爆破法拆除等，而金刚石绳锯静力切割技术以其安全、环保、稳定的优势受到业界的青睐。在相关研究中，文献［1－4］分别介绍了金刚石绳锯在立交桥修复改造工程、大体积设备基础改造工程、发射工位导流槽拆除工程中的应用;舒安等［5］总结了几种深基坑混凝土内支撑拆除方法的特点;卢彬荣等［6］将绳锯无损切割技术应用到地铁车站临时封堵墙拆除工程中。在地铁建设过程中，由于2条线路分期建设，将形成新建结构与运营中的地铁车站接驳问题，需要对已运营地铁车站部分结构进行拆除。在这方面，陈进山等［7］以深圳地铁3号线老街站接驳工程为例，论述了临时加固防护、分部切割既有结构、新旧结构接驳等技术;张国亮等［8］、宋博［9］、强健［10］以工程实例为背景，建立三维数值分析模型，计算了受力变形情况，并提出了防护措施。本文在上述研究的基础上，主要致力于解决地铁接驳钢筋混凝土结构拆除中的施工难题，如环境条件复杂、技术环保要求高、安全风险大等，对比分析人工凿除、机械破除、浅孔微差爆破、静力爆破及金刚石静力切割施工方案的优缺点，提出并应用了金刚石绳锯与金刚石水钻相结合的静力切割技术。

1 工程概况

1.1 新建车站及接驳节点概况

深圳新建地铁9号线与已运营的地铁2号线十字换乘。9号线景田站总长243.8 m，车站基坑被2号线景田站分成南、北2部分，南、北基坑分别长70.9 m和68.4 m。车站主体为地下3层框架结构，岛式站台。景田站总平面布置见图1。

图1 景田站总平面图Fig.1 General plan of Jingtian interchange station

2号线景田站为地下2层结构，换乘节点处为地下3层结构，侧式站台，节点结构2号线施工时已经完成。节点交叉处3层结构需要接驳，先拆除2号线部分连续墙、侧墙，拆除由上至下分层分块进行;后进行节点处板、墙结构的接驳施工，9号线与2号线之间设置1.5 m宽的后浇带，后浇带采用模板支架由下至上分层现浇施工。景田站接驳节点平面图及断面图见图2和图3。

1.2 需要拆除钢筋混凝土结构情况

1.2.1 侧墙情况

2号线侧墙厚70 cm，节点处23.08 m长度需拆除。侧墙负1层、负2层、负3层拆除高度分别为4.55、4.5、6.12 m。侧墙拆除范围示意图见图 4(阴影部分为拆除范围)。

1.2.2 连续墙情况

2号线地下连续墙厚度80 cm。拆除范围为竖向自顶板横梁THL4顶面至底板横梁BHL3底面，高度21.5 m，横向宽度为24.48 m。地下连续墙拆除范围示意图见图5(阴影部分为拆除范围)。

1.3 影响接驳的环境条件

1.3.1 站内施工环境条件

1)2号线车站是侧式站台，车站连续墙、侧墙结构直接与站台板相接，施工区域均位于地铁乘客通行、侯车范围。

2)2号线靠近两面侧墙各有一部垂直升降电梯，电梯边缘与侧墙距离仅为1 cm。

图2 景田站接驳节点平面图(单位:mm)Fig.2 Plan of connection node of Jingtian interchange station(mm)

图3 景田站接驳节点断面图(单位:mm)Fig.3 Profile of connection node of Jingtian interchange station(mm)

图4 侧墙拆除范围示意图(单位:mm)Fig.4 Demolition scope of side wall(mm)

3)2号线侧墙上有数块电子显示屏，侧墙内有管线通过，侧墙两侧均有消防栓。

1.3.2 管线、交通影响情况

1)南侧距离地下连续墙1.2 m处有一根直径200 cm的雨水管。雨水管采用在冠梁、混凝土支撑梁上架设贝雷梁，通过型钢将雨水管悬吊在贝雷梁上，贝雷粱支撑荷载已考虑了以后安装座式电动葫芦吊装混凝土块的附加作用。雨水管及贝雷梁处于接驳节点后浇带上方，拆除的钢筋混凝土块无法从原位吊装出来。雨水管悬吊体系见图6。

图5 地下连续墙拆除范围示意图(单位:mm)Fig.5 Demolition scope of diaphragm wall(mm)

图6 雨水管悬吊体系图Fig.6 Water pipe suspension system

2)车站基坑被已2号线景田站分成南、北2部分，施工围挡开门方向分别位于车站南北两端头，南侧基坑侧面无通行条件，北侧基坑侧面仅有1个车行通道。运输通道条件差，起吊、运输能力受限。

2 钢筋混凝土结构拆除方案比选

钢筋混凝土结构拆除常用的方案主要有人工凿除、机械破除、浅孔微差爆破、静力爆破及金刚石静力切割。各种方案优缺点分析、比选见表1和表2。

表1 钢筋混凝土结构拆除方案优缺点分析表Table 1 Advantages and disadvantages of different reinforced concrete structure demolition methods

表2 钢筋混凝土结构拆除方案比选表Table 2 Comparison and contrast among different reinforced concrete structure demolition methods

深圳地铁景田站新旧车站接驳钢筋混凝土结构拆除施工，位置位于运营地铁保护区内，离部分车站设备距离极近，不仅要保证车站设备的正常使用，而且对施工产生的噪音、振动、烟尘要求严格，稍有不慎就可能引发报警影响运营;更要确保地铁乘客、施工人员安全万无一失。同时，施工部位受管线、运输条件限制较多，施工环境复杂。

通过上述分析可知，在如此复杂环境条件下、技术环保要求高、安全风险大的运营地铁车站接驳施工中，金刚石静力切割技术具有明显的优势，质量、进度、安全文明施工效果好，成为首选方案。

3 施工方案

3.1 分块设计

分块设计原则:保证安全，满足吊装、运输能力，分块数量宜少不宜多;连续墙、侧墙综合考虑，尽量同时切割;2号线保留结构部位只切割连续墙。

根据结构情况及现场实际条件，将侧墙、地下连续墙分别分割成52、69块。最大分块尺寸为3.0 m×3.0 m，最大分块质量为18 t。侧墙分块示意图见图7，地下连续墙分块示意图见图8。

图7 侧墙分块示意图(单位:cm)Fig.7 Block division of side wall(cm)

图8 地下连续墙分块示意图(单位:cm)Fig.8 Block division of diaphragm wall(cm)

3.2 施工方案

采用金刚石水钻与金刚石绳锯相结合的静力切割方式:地下连续墙切割范围外轮廓线4条边采用金刚石水钻钻排孔分割，局部不能满足水钻钻孔作业条件的需人工配合凿除;每一分块的4个角采用金刚石水钻钻孔，其余分割线采用金刚石绳锯切割。地下连续墙与侧墙重叠部分，分块尺寸相同，同时切割，2号线各层板或横梁、立柱结构只切割连续墙部分。由于地下连续墙与侧墙之间有一层防水卷材，分开吊装。型钢支架上安装座式电动葫芦配合汽车吊垂直吊装，站内铺设轨道、平板车水平运输。

金刚石绳锯切割机采用意大利进口的TYROLIT(泰利莱)PPH25绳锯切割机4台，每台班切割面积为15～20 m2。金刚石水钻取芯机型号为HZ－300，最大钻孔直径D300 mm。

3.3 拆除顺序

总体拆除顺序为自上而下依次切割，每一层分块进行。具体顺序如下:

1)拆除连续墙－1－连续墙－4。

2)拆除负1层编号为侧墙1－1－侧墙1－16的侧墙和地下连续墙，在防水层处将其分开，分别吊运;剩余4根立柱处只切割该部位连续墙。

3)拆除负2层编号为侧墙2－1－侧墙2－16的侧墙和地下连续墙，在防水层处将其分开，分别吊运;剩余4根立柱处只切割该部位连续墙。

4)拆除连续墙－37－连续墙－43。

5)拆除负3层编号为侧墙3－1－侧墙3－20的侧墙和地下连续墙，在防水层处将其分开，分别吊运;剩余4根立柱处只切割该部位连续墙。

6)拆除连续墙－64－连续墙－69。

3.4 吊装、运输方案

9号线结构顶板浇筑完毕，混凝土达到设计强度后，采用钢支架(间距1.5 m)将雨水管支撑在顶板上，将雨水管由悬吊变为支托，实现贝雷梁受力体系的转换，然后在贝雷梁上安装座式电动葫芦(见图9)。

图9 座式电动葫芦Fig.9 Seated electric hoist

将分割成块的混凝土块用金刚石水钻取吊装孔2～4个，南侧基坑悬吊雨水管的贝雷梁上安装25 t座式电动葫芦。先用座式电动葫芦竖向悬吊的同时，用1台5 t卷扬机横向平移混凝土块将其向外拖出80～150 cm;再吊放至轨道平板车上(轨道和平板车采用型钢自制);然后水平转运至南端头盾构机吊出口处;最后采用50 t汽车吊转至地面上。座式电动葫芦见图9。北侧基坑西侧车行施工通道靠2号线连续墙处摆放50 t汽车吊，将拆除后的混凝土块直接吊转至地面上。

3.5 工艺原理及施工方法

1)金刚石水钻钻孔。金刚石水钻钻孔是由钻孔机带动金刚石钻头加压、回转，钻头胎体金刚石颗粒研磨切削钢筋和混凝土，完成钻孔切割工作。使用绳锯切割时先在分块的4个角钻孔，孔径为200 mm。钻进过程中采用水冷却，并携带出磨削下来的粉屑。孔位采用十字画线法及开孔控制器进行控制，钻孔前必须将水钻取芯机牢固固定在墙面上。

2)金刚石绳锯切割。金刚石绳锯切割是通过液压马达高速驱动带有金刚石串珠的钢丝绳索绕着被切割物体运转，在一定张拉力的作用下，高速磨削被切割物体，产生的磨屑和热量被冷却水带走，最终达到分离被切割物体的目的。

将被切割块临时固定，在分块的两个水平或竖向角孔中穿入绳锯链条进行切割作业，切割过程中采用水冷却，并携带出磨削下来的粉屑，完成一条切割缝后再进行下一条切割。使用绳锯切割时，混凝土块两侧及底面垫入厚度3 mm的四氟板以降低横向迁移时的阻力。金刚石绳锯切割现场照片见图10。

图10 金刚石绳锯切割现场照片Fig.10 Picture of cutting by diamond wire saw

4 对运营车站结构及设施的保护措施

4.1 地铁2号线运营车站设施保护措施

1)在2号线侧设置型钢加预制板全封闭式围挡隔离出施工区域。施工围挡距离侧墙80 cm，同时将两侧消防栓、电梯门的区域空出，高度为地面至上层楼板底面全高范围。

2)采用静力切割作业时需用水冷却，因此围挡底部及电梯四周地面用水泥砂浆砌筑尺寸为10 cm×10 cm的挡水堤，防止施工用水流入运营车站内。

3)进行切割作业时，电梯侧面须用厚度不小于2 cm的木板防护，防止切割时绳锯链条断裂时飞出而损坏电梯。

4.2 既有车站结构改造保护措施

地下连续墙保留段高度约5.2 m，且拆除时相应的THL4横梁尚未施工，为防止连续墙发生下沉、位移等危险，因此必须采取支护措施，支护措施采取在TAL4梁顶面以上部位增设腰梁的技术方案。腰梁截面尺寸为80 cm×140 cm，通过横向植筋与地连墙连接。

5 施工监测

5.1 常规施工监测

地铁车站接驳施工是技术性要求很高的工作，施工监测是工程实施的重要环节。主要监测项目有:地表沉降，连续墙、侧墙沉降及变形，各层板沉降，周边建筑物、管线沉降及变形等。测点布置见图11。

5.2 自动化施工监测

自动化监测点布置于2号线轨行区轨道和拱顶，长度范围两端各向2号线区间延长1倍节点长度即总长46 m，采用全站仪24 h全自动监测3D变形情况。自动化变形监测控制指标见表3。

图11 地铁接驳施工2号线车站测点布置示意图Fig.11 Layout of monitoring points of Metro station during demolition

表3 自动化变形监测控制指标表Table 3 Control indices of deformation measured by automatic monitoring system

根据监测结果，常规施工监测和自动化施工监测数据均没有超过预警值，车站结构及周边建筑物、管线处于安全可控状态。

6 结论与建议

深圳地铁新建9号线景田站与运营地铁2号线车站接驳连续墙、侧墙拆除工程，为了解决环境条件复杂、技术环保要求高、安全风险大等施工难题，在施工工艺中很好地将金刚石绳锯、金刚石水钻相结合，并采取了一系列安全防护措施，有效地降低了施工噪音、减少了粉尘，确保了施工安全、既有结构安全、运营地铁及乘客安全。通过实时监控发现，结构缝开合度、轨道间距及轨道横向差异沉降在整个施工过程中均处于安全允许范围以内。整个施工工艺和防护措施均取得了成功。

存在的不足有:需要较大作业空间，被拆结构应具备相应尺寸并实现对穿作业条件;且在经济效益方面不具有明显优势，建议进一步改进机械设备性能，降低施工成本，以取得更好的经济效益和社会效益。

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