清遠(yuǎn)樞紐二線船閘圍堰水下繩鋸切割技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

謝志杰，羅錦雄，黃茂興，陸金倫

(廣東省源天工程有限公司，廣東 廣州 511340)

1 工程概況

清遠(yuǎn)樞紐二線船閘工程布置在已建清遠(yuǎn)水利樞紐一線船閘右側(cè)，兩條船閘的中心軸線平行，中心距為90 m，設(shè)計(jì)最大船舶等級(jí)為1 000 t級(jí)。二線船閘圍堰與基坑采用(單排、雙排)地連墻+上部擋水建筑物的形式，即作為船閘施工期間的擋水圍堰結(jié)構(gòu)，也是船閘基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)。其中，上游縱向、橫向全年圍堰頂標(biāo)高為17.52 m；下游縱向、橫向全年圍堰頂標(biāo)高為13.91 m。

2 上下游橫向圍堰拆除施工工況分析

船閘主體結(jié)構(gòu)工程完工后，需拆除與外江相連的上下游橫向圍堰，并與上下游引航道順接形成船閘過(guò)水和船只通行通道。其中，需拆除的上游橫向圍堰為雙排格形鋼筋混凝土地連墻(墻厚1 m，3.78 m高程以上部位，上游常水位10.81 m)+鋼筋混凝土連板(板厚0.8 m)+上部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，需拆除的下游橫向圍堰為單排鋼筋混凝土地連墻(墻厚0.8 m，-3.74 m高程以上部位，下游常水位隨下游情況而變化)。

對(duì)于正常水位以上部位，以及上游雙排地連墻中靠基坑內(nèi)側(cè)的地連墻，可利用結(jié)構(gòu)自身以及基坑內(nèi)側(cè)地面作為施工平臺(tái)，采用挖掘機(jī)+液壓破碎錘、人工風(fēng)炮輔助等措施進(jìn)行拆除(相當(dāng)于陸上拆除)；正常水位以下圍堰與基坑結(jié)構(gòu)由于與外江水相接，其拆除施工勢(shì)必形成水下作業(yè)。

外部施工環(huán)境：新建二線船閘緊挨一線船閘，且一線船閘已正常對(duì)外運(yùn)營(yíng)；二線船閘施工期間不能影響一線船閘運(yùn)營(yíng)，不封航、不斷航；上下游橫向圍堰拆除時(shí)間為3—4月汛前多雨季節(jié)，汛情的變化也會(huì)影響圍堰與基坑結(jié)構(gòu)的拆除。

3 工藝措施的研究

常用近距離建筑物、結(jié)構(gòu)物拆除方法有水鉆切割、圓盤(pán)鋸切割、繩鋸切割、靜力爆破、機(jī)械拆除和人工拆除等[1]。基于本工程工況特點(diǎn)，對(duì)以上備選方案比選，擬選擇繩鋸切割機(jī)支架水下定位法方案，對(duì)水下圍堰與基坑結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆除施工。

根據(jù)國(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)，繩鋸切割機(jī)多用于陸上結(jié)構(gòu)體切割或水下混凝土樁：固定布置在結(jié)構(gòu)面上，鏈繩(可通過(guò)鉆孔輔助)繞結(jié)構(gòu)物套牢、接動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)輪后即可進(jìn)行切割[2]。本工程水下圍堰結(jié)構(gòu)原采用地連墻，不僅高度、體積大，而且水平和豎直方向與下部結(jié)構(gòu)(引航道底部)連成一體，且大部分位于水下，繩鋸切割機(jī)鏈繩無(wú)法像一般陸上應(yīng)用場(chǎng)景那樣操作。如何在水下為鏈繩尋找一個(gè)著陸點(diǎn)，使得繩鋸切割機(jī)能以此為基點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)鏈繩與主機(jī)之間形成閉合環(huán)路？為此，通過(guò)查閱相關(guān)資料并結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)及類(lèi)似工程案例[3-5]，通過(guò)采用搭建支架進(jìn)行水下精準(zhǔn)定位，即依據(jù)水下圍堰外形尺寸采用角鋼焊接相應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)支架，把支架架設(shè)在圍堰結(jié)構(gòu)頂上；在支架上設(shè)置一系列的定向滑輪結(jié)構(gòu)，使鏈繩通過(guò)定向滑輪組與繩鋸切割機(jī)主機(jī)轉(zhuǎn)輪相連接并形成順暢的、可流轉(zhuǎn)的閉合環(huán)路[6]，從而使繩鋸切割機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)水下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體的切割施工。繩鋸切割機(jī)縱向橫向切割初始狀態(tài)剖面示意見(jiàn)圖1～2。

圖1 繩鋸切割機(jī)縱向切割初始狀態(tài)示意(縱剖面)

圖2 繩鋸切割機(jī)縱向切割初始狀態(tài)示意(橫剖面)

4 主要施工方法

1)根據(jù)擬拆除的水下圍堰結(jié)構(gòu)外形尺寸，利用施工現(xiàn)場(chǎng)庫(kù)存的角鋼焊接一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)支架。該鋼結(jié)構(gòu)支架總體可分上下兩部分(見(jiàn)圖3)：上部可視為支承體，用于架設(shè)在擬切割物結(jié)構(gòu)上，并作為萬(wàn)向輪組的固定平臺(tái)，其類(lèi)似桁架的結(jié)構(gòu)也可為閉合的金剛石鏈繩轉(zhuǎn)動(dòng)、切割所產(chǎn)生的張緊內(nèi)力提供承載體，保證整個(gè)切割體系運(yùn)行時(shí)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；下部為延伸體，用于將切割體系的作用邊際范圍延伸至所需部位(本工程中將切割點(diǎn)延伸至低于引航道底高程30 cm的位置)，并通過(guò)膨脹螺栓將延伸體固定在擬切割物上，起進(jìn)一步加固作用。在延伸體底端部焊接幾段圓鋼管供金剛石鏈繩穿管而過(guò)，起固定作用，同時(shí)也為端部萬(wàn)向輪的架設(shè)提供接入點(diǎn)。

圖3 繩鋸切割機(jī)支架示意

延伸體分成幾段，應(yīng)用時(shí)可根據(jù)切割單元的實(shí)際高度，對(duì)延伸體的長(zhǎng)度進(jìn)行拼接、切割調(diào)整，以滿足施工所需。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地空間實(shí)際情況并結(jié)合吊裝設(shè)備吊裝能力、繩鋸切割機(jī)設(shè)備滿足切割結(jié)構(gòu)體積大小，本工程水平方向擬按3 m/塊的長(zhǎng)度對(duì)切割單元進(jìn)行分塊。

2)將準(zhǔn)備好的鋼結(jié)構(gòu)支架吊運(yùn)并架設(shè)至切割單元結(jié)構(gòu)體上；用膨脹螺栓對(duì)延伸體進(jìn)行加固固定處理。在水上，將金剛石鏈繩分別套在繩鋸切割機(jī)主機(jī)滑輪、萬(wàn)向輪組以及位于支架上部的2個(gè)萬(wàn)向輪；水下部分派潛水員進(jìn)行配合，將鏈繩帶至水下后由外向內(nèi)套入底部萬(wàn)向輪，再將兩端鏈繩繩頭帶回水上套在切割單元結(jié)構(gòu)頂部。在設(shè)備已就位、萬(wàn)向輪已接繩的情況下，適當(dāng)拉緊鏈繩并用液壓鉗對(duì)繩頭進(jìn)行機(jī)械連接，使金剛石鏈繩成一閉合環(huán)路并保持一定的張緊度。

3)上述準(zhǔn)備工作完成，即可開(kāi)始進(jìn)行切割施工。首先施工的是對(duì)切割單元進(jìn)行縱向由上而下的切割(第1道切割)，一直持續(xù)到切割線去到擬定底標(biāo)高。第1道切割完成施工。

4)待第1道切割到底后，將繩鋸切割機(jī)推輪、軌道及支架整體移位(往水平切割方向移動(dòng)；移動(dòng)距離比切割單元長(zhǎng)度大，約為切割單元長(zhǎng)度的1.5倍)。移位過(guò)程中，金剛石鏈繩仍處于卡在第1道切割縫底標(biāo)高的狀態(tài)。當(dāng)支架整體向前平移后，底部鏈繩的狀態(tài)變?yōu)椋阂欢丝ㄔ谇懈羁p底，然后水平伸向支架底部的萬(wàn)向輪，套入萬(wàn)向輪后再引向支架上部的萬(wàn)向輪。移位并固定好支架后，即可開(kāi)始進(jìn)行第2道切割施工——底部橫向切割。

因?yàn)榈撞挎溊K一端卡在已切割縫底部，一端套在底部萬(wàn)向輪上，這一部分鏈繩整體是水平向，所以當(dāng)繩鋸切割機(jī)張緊后開(kāi)始切割時(shí)，切口會(huì)從第1道切割縫端部開(kāi)始，水平往切割方向行進(jìn)。

5)當(dāng)完成底部水平向切割后，此時(shí)切割單元只剩下另一邊的縱向面尚未切割，而這1道面則選擇由下而上進(jìn)行切割。由潛水員帶著另外一根鏈繩下水，在切割單元底部另一側(cè)邊線處將鏈繩穿過(guò)水平向切割縫，分別從兩側(cè)拉上水面至結(jié)構(gòu)頂部。在結(jié)構(gòu)頂設(shè)置另外一臺(tái)繩鋸切割機(jī)，與從兩側(cè)拉上來(lái)的鏈繩接起來(lái)，準(zhǔn)備妥當(dāng)后可以進(jìn)行第3道切割——由下而上的縱向切割。

與此同時(shí)，原來(lái)橫向的第2道切割，按步驟4將繩鋸切割機(jī)移位后仍可沿水平方向繼續(xù)進(jìn)行切割。

此時(shí)，切割單元①的第3道縱向切割，同時(shí)也是相鄰的切割單元②的第1道縱向切割；而同步的水平向切割則是切割單元②的第2道橫向切割。

6)當(dāng)切割單元①的第3道切割完成時(shí)，單元①的整個(gè)切割施工就全部完成了。將結(jié)構(gòu)頂上的設(shè)備、支架等物件清理后，從頂部預(yù)鉆的吊裝孔處掛上鋼絲吊繩，即可用船吊進(jìn)行吊裝離場(chǎng)。

7)切割單元②的底部水平切割完成后，重復(fù)步驟5即可完成單元②的切割。

按上述流程往復(fù)操作，即可逐塊將水下圍堰進(jìn)行切割、調(diào)運(yùn)離場(chǎng)。

5 施工改進(jìn)措施

研究施工方案時(shí)，對(duì)個(gè)別因素尚未考慮周全，導(dǎo)致最初施工過(guò)程中也遇到一些障礙。對(duì)此及時(shí)總結(jié)了教訓(xùn)，并作了相應(yīng)的改進(jìn)與完善措施。

5.1 加塞墊片

切割過(guò)程中，需在已切割的縫隙中穿入另一根鏈繩進(jìn)行縱向切割。而切割單元本身自重是很大的，切割后由于自重原因，上部切割體會(huì)整體向下沉降(即使整體沉降的幅度非常小)，但也勢(shì)必會(huì)進(jìn)一步侵占本就已經(jīng)很小的縫隙空間，導(dǎo)致增加穿繩的難度。

為此，制作了楔形的鋼板墊片，在后續(xù)切割底部橫向割縫過(guò)程中，安排潛水員將楔形墊片打入切割縫中(間隔約1 m)，依靠楔形墊片的支撐作用，減少切割體自重沉降對(duì)切割縫的影響，提高了穿繩工序的工作效率。

5.2 第1塊切割單元需按梯形結(jié)構(gòu)進(jìn)行切割

由于切割跨度大，繩鋸切割機(jī)難以保證切割線條會(huì)一直保持十分平直，尤其是圍堰結(jié)構(gòu)體在不同部位的配筋率也會(huì)不同，導(dǎo)致在同一塊切割單元中不同部位的硬度也會(huì)產(chǎn)生變化，進(jìn)而對(duì)切割的平直效果產(chǎn)生更大影響。對(duì)第1塊切割單元，左右兩邊都與相鄰的結(jié)構(gòu)體有接觸，如果兩邊的切割面存在不同步的錯(cuò)臺(tái)或不平整，那就會(huì)大大增加邊與邊之間的摩擦，給吊運(yùn)工作帶來(lái)極大的麻煩。

因此，第1塊切割單元切割底部橫向切割前，在布置支架的時(shí)候，應(yīng)有意識(shí)地調(diào)整支架底部萬(wàn)向輪的方向，使切割縫稍作傾斜(即切割單元形成上寬下窄的倒梯形結(jié)構(gòu))，這樣就會(huì)大大降低首塊切割體的吊裝工作難度。當(dāng)?shù)?塊圍堰吊運(yùn)走后，整段橫向圍堰已經(jīng)出現(xiàn)1個(gè)缺口了，可以為接下來(lái)其他切割單元的吊裝提供足夠的空間。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)此工藝順利地將上下游橫向圍堰水下部分的結(jié)構(gòu)體切割、吊運(yùn)完畢，施工效率高、成本較合理，最重要的是切割施工1次完成，無(wú)殘留的混凝土塊、無(wú)殘留的雜亂鋼筋需二次清理、切割，大大縮短了切割工序的工期及成本，為二線船閘的順利通航爭(zhēng)取了有利條件。