绳锯在高铁路基上拱病害整治中的应用

李宏晋

(中铁十二局集团第二工程有限公司 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、爆破法拆除及静力切割等，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青睐[1-3]。本文根据兰新高铁某段路基上拱病害整治实例，将桥梁、地铁、机场等工程中常用的绳锯切割技术首次引入到高铁路基上拱整治施工中，成功实现了对既有结构的破除，顺利完成施工任务，效果较好[46]。

2 工程概况及施工方案

某高铁路基工点中心附近为1-3 m箱型涵，本段路基形式为路堤，路基平均高3.2 m，涵洞底部均低于两侧地面(0.5～1.5)m。

2.1 病害描述及成因分析

轨检数据显示，上拱段发生在路涵过渡段及两侧路基，自2017年11月至2019年1月26日，最大上拱量为86.6 mm，上拱发生在垫层与填料部位。分层监测表明变形主要发生在涵洞过渡段路基面以下(3.5～4.0)m，膨胀变形主要在涵洞过渡段砂砾石掺5%水泥的褥垫层范围。过渡段及垫层中的硫酸盐与水泥反应生成钙矾石(水化硫铝酸钙)、硅灰石膏等物质，产生体积膨胀是引起上拱的主要原因。

根据病害情况及原因分析，结合工点实际情况，设计采取保留无砟道床板，进行板下暗挖置换整治措施。单侧封闭上行线，采用多个辅助竖井作为施工通道进行暗挖置换，上行线完成后转换行别，换侧施工。换填段为单层结构，结构宽度4.3 m、高度3.4 m；非换填段为双层结构，结构宽度4.3 m、高度5.4 m。

2.2 总体施工方案

(1)施工段落单线封锁，单线运营。

(2)整治段单线围挡结构封闭。

(3)辅助竖井施工，非换填段线间竖向预设微型桩。

(4)以竖井为施工通道，线路纵向掏挖，分步进尺挖除深层膨胀填料。每步开挖后及时用钢筋混凝土封闭。每个循环的工序为分步暗挖→初支→绑扎钢筋→支模→浇筑早强混凝土→下一个循环。

(5)非混凝土换填段分上下两层开挖，上层完成后开挖下层。

(6)混凝土换填段的基床表层暗挖及支撑施作。

(7)落道调整及恢复。

(8)恢复正常运营速度，施工结束。

3 绳锯选择与应用

3.1 绳锯切割工作原理

绳锯无损切割工艺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，完成切割工作。由于使用金刚石单晶作为研磨材料，可以对石材、钢筋混凝土等坚硬物体进行切割，切割过程中高速运转的金刚石绳索靠水冷却，并将研磨碎屑带走[7]。

3.2 引入绳锯施工的原因

换填段基床表层暗挖及支撑施工时，轨道板下换填混凝土需要大量拆除。分析对比常用的拆除方法，即人工凿除、机械破除、爆破法拆除及静力切割等，最后引入绳锯切割技术施工。

(1)人工直接凿除

人工风镐、电镐凿除，凿除效率非常低，再加上轨道板下作业空间限制，无法满足工期要求。

(2)爆破拆除

爆破拆除效率高，现场为高铁路基既有线施工，基于行车安全及防振动要求，不适用此法。

(3)机械破除

采用挖掘机炮锤破除，效率虽然比人工高，但受轨道板下作业空间限制，不适用此法。

(4)绳锯切割

该技术不受被切割物体积大小和形状的限制，切割件大小可随意控制，能切割和拆除大型混凝土构件，可以实现任意方向的切割，如横向、竖向、对角线方向等[8]。

如何在有限的时间及空间里快速地进行路基表层暗挖置换施工，是本次施工中的技术难题。借鉴桥梁、地铁混凝土支撑梁绳锯切割技术，将本次整治中的高铁路基轨道板理解为梁体，将轨道板下需要凿除的混凝土采用绳锯切割，再用千斤顶顶推出轨道板外，然后再人工风镐、电镐凿除，使原来轨道板下人工狭小空间凿除作业变为轨道板外侧人工自由空间凿除作业，大大提高了工作效率。

4 路基表层暗挖施工方案及实施

将轨道板支承层两侧对应的封闭层破除，工作槽人工开挖；工程钻孔机水平开孔，然后用绳锯DSLP32将轨道板下路基表层分段切割，并用50 t千斤顶将切割块顶推出轨道板；最后人工风镐、电镐凿除，手推车废渣外运。凿除后及时用可调支撑对轨道板进行支撑，间距1 m。

主要施工步骤见图1～图5。

图1 工作槽开挖

图2 工程钻孔机开孔

图3 绳锯切割

图4 千斤顶顶推及人工凿除

图5 临时可调支撑就位

(1)工作槽开挖

人工风镐开挖，将轨道板支承层两侧对应的封闭层破除，路肩破除范围与工作槽顶面范围一致。工作槽沿轨道板支承层向外侧开挖宽度1.5 m、深度1.1 m，为轨道板下路基基床表层开挖创造空间条件。

(2)工程钻孔机开孔

工程钻孔机开孔定位，工程技术人员对路基整治基床表层暗挖段进行分段，每段2～3 m，交底至测量班。测量班现场按交底放样，轨道板上做出标记。

按测量放样点位，在轨道板下支撑层或级配碎石上手持电钻开4个M16螺栓孔，用4根M16自锁螺栓将工程钻孔机定位。螺栓定位前，首先将工程钻孔机调平，然后水平开孔，为绳锯切割创造条件。

(3)绳锯切割

切割时，要分段分层切割，先分段再分层、先垂直切割再水平切割。切割过程中，严格按照绳锯操作规程作业，确保切割质量和切割安全。

垂直切割作业现场见图6，水平切割作业现场见图7。

图6 垂直切割作业现场

图7 水平切割作业现场

检查切割线路是否按照两个开孔孔位间直线行走。如果两个切割面不能在同一个平面，就会造成1个切面的无效，发现跑偏，及时纠偏[9]。由于矩形切割块长宽比很大，再加上轨道板下切割体介质不同(换填混凝土、支撑层混凝土、换填级配碎石等)，水平切割时切割线路易跑偏，水平切割行走是控制施工的要点。

切割过程中，由于链条转速较快，混凝土碎块及钢链条碎珠容易弹出伤人，切割前必须将防护罩安装到位，并且切割现场设置工作区域防护隔离。严禁在钢链条切割范围内站人[10]，确保安全。

防止绳锯切割产生的废水漫流，设置废水汇集点，并做专业处理。

(4)千斤顶顶推

两个50 t千斤顶同步顶推，顶推控制行程要相同，防止顶偏切割体卡死。超出千斤顶行程时，加垫钢垫块后继续顶推。

(5)人工凿除

每个切割块由两个千斤顶同步横向顶推，将切割体推至轨道板另一侧工作槽内，由4名工人用2台风镐凿除，1台手推车倒运。由于轨道板2.8 m宽，工作槽1.5 m宽，每个切割块需分2～3次完成顶推、凿除工作。

(6)临时可调支撑

切割体顶推时轨道板下悬空，采用加工好的可调支撑及时进行临时支撑施作，每1 m2的悬空面积布置1个临时可调支撑。

需要加工大量的可调支撑，考虑加工的刚度及可调行程用于确保切割顶推后轨道板的稳定，在满足落道及填充条件前，轨道板标高需调整。

轨道板下填充时，可调支撑无法拆出，只能直接浇入填充混凝土中。

(7)施工监测

作业时，加强轨道板的安全监测工作。施工过程中对线路及轨道结构状态进行监测，确保施工过程线路的安全。掌握行车过程中轨道结构的纵横向位移变化，为动态调整施工参数、实现信息化施工提供依据，并实行监测数据分级管理制度[11]。

5 方案优缺点分析

(1)该方案能较好地适应高铁路基既有线施工，能在有限的时间、狭小的空间内完成任务，使路基表层暗挖工序工期有了保障。绳锯切割由传统的轨道板下暗挖转换为轨道板下切割、顶推、轨道板外凿除，极大地提高了工作效率，原计划15 d完成换填段32 m路基基床表层的工作任务提前3 d完成。

(2)由于本次工程数量较小，绳锯切割顶推后，采用人工凿除，效率较低。如果工程数量较大，建议采用绳锯切割加小型挖机配破碎锤机械凿除的组合方案，同时加强对既有线轨道板、管线等的保护。桥梁及地铁常规使用的切割后吊装工作，由于高铁既有线路基上各种管线的限制，吊装不适用于此类施工。

(3)绳锯切割施工速度快、作业空间要求小、静力切割无振动、切割切口平直光滑、操作安全、对环境污染小[12]。在本次路基上拱病害整治中，其施工安全、快速、高效的优点得以充分发挥。

(4)绳锯切割的基床表层如果是换填的混凝土，由于混凝土整体性好，强度高，绳锯切割易操作，切割效率一般大于2 m2/h；如果是级配碎石，则整体性相对混凝土差一些，切割线路容易跑偏，工效相对低一些，一般在1 m2/h左右。

6 结束语

针对高铁既有线病害整治施工工期紧张、需要对既有成品保护等特点，引入绳锯切割技术，在高铁路基上拱病害整治表层暗挖置换施工中得到良好的应用，有效地解决了施工中的技术难题，技术上可行、经济上合理，值得在同类施工中应用推广。