中铁十四局集团隧道工程有限公司 山东济南 250001
提要：随着城市地铁建设的快速发展，越来越多的外围领域施工技术应用到了地铁建设中来。本文就此以长沙地铁3号线10标烈士公园东站附属施工阶段的地连墙拆除为例，展开说明了多种施工技术在大规模地连墙拆除中的应用，包括绳锯切割、水钻取孔、液压破碎锤、静力破碎等综合性技术。针对以上不同施工技术方案，阐述了其工作原理及技术指标，实践证明了方案的安全可行，为以后类似工程施工提供参考，具有一定的推广价值。
关键词：明挖 地连墙 金刚绳锯 静力破碎 水钻取孔 破碎锤
1 应用背景介绍
1.1工程概况
烈士公园东站位于晚报大道与车站北路交叉路口北侧，沿车站北路由南向北敷设。本站施工工法采用全明挖顺作法，车站基坑外包总长为186.6m，标准段基坑宽24.3m，车站主体基坑深约20m，采用厚800mm，深度约28m的地下连续墙做围护结构。车站主体结构为两柱三跨框架结构，上下两层，东侧顶板上方外挂设备层，西侧为永久迁改的钢筋混凝土排水箱涵。顶板覆土深度最厚约5m，最浅约1.2m。车站大小里程端接盾构区间，均需预留盾构吊出井保证盾构吊出。
车站附属为4个出入口，2组风亭，均采用明挖法施工。车站附属主要集中在东侧，西侧只有4号出入口位于车站靠南端头。东侧附属包含1号风亭、1号出入口、2号风亭、2号出入口及设备厅，同基坑合建，南北长约183.4m，总面积约4356m2，平面异形，深度约15m，体量巨大（土方量约6.5万方），结构复杂。整个东侧附属基坑东侧为钻孔桩，西侧为原主体地下连续墙，附属基坑开挖完成后需对地下连续墙进行大面积拆除，使主体和附属联通。地连墙拆除为靠基坑西侧整个主体范围，共划分27块破除区域，编号为1~27，破除总面积1300m2，计1144m3。拆除区域见下图1.1所示。
图1.1 东侧附属地连墙拆除区域
1.2周边现状环境
（1）地上环境：烈士公园东站位于车站北路主干道上，四周环境复杂，基坑周边高层建筑密布。1号风亭北侧为17层的瑞丰家园小区高层建筑，两层地下室，地下室埋深6~8m，最近距离约10m。东侧为西湖社区服务中心，离基坑最近距离约18 m。南侧、西侧分别临近晚报大道和车站北路。2号风亭东侧为17层瑞丰家园和雍景园小区高层建筑，离芙蓉银行仅为5.4m。且临近省委小区，政治敏感性较强，安全文明施工要求较高。
（2）地下环境：地下管线综合繁杂，包含DN800自来水管、DN1500污水管、城通、电信、燃气等管道，迁改难度极大。地质条件差，根据地勘报告及主体基坑开挖阶段现场实际揭示地层情况看，自上而下分别为杂填土、素填土、淤泥质土、粉土、细沙、圆砾卵石、残积粉质粘土、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩。淤泥质黏土层埋深约5-6m，且地下水丰富，可能同时受地下管沟渗水影响，施工阶段东侧附属出现桩间较为严重的渗漏水现象，采取桩外增补袖阀管双液注浆后方完成堵漏。
综合以上条件分析，东侧附属基坑开挖存在较大安全风险，确保围护结构安全是保证基坑安全最重要的前提。
2 主要方案及技术措施
2.1总体施工筹划
根据现状特点、场地围挡、路面交通条件及工程筹划，附属施工分两个阶段组织实施。
第一阶段：东侧附属完成施工三期一阶段围挡，先行施工东侧附属8轴以北围护结构、地下连续墙拆除及主体结构。
第二阶段：东侧附属南端完成全部管线迁改后，南端弧形围挡拉直，完成8轴以南围护结构，随基坑开挖拆除地下连续墙，直至完成所有主体结构。
东侧附属南端1风亭局部及北端2号风亭为双层结构，其余区域均为单层结构，针对不同部位采取不同的拆除方案。地连墙拆除方案总体筹划：根据开挖顺序，先拆8轴以北段，后拆8轴以南段。首先，拆负二层，采用金刚绳锯切割加破碎锤破碎的方案拆除。然后，拆负一层，采用金刚绳锯切割结合静力膨胀破碎的方案破除。负二层地墙破碎混凝土块随土方开挖同步装车外运，负一层破碎块需人工清除吊运至基坑外。
东侧附属基坑开挖顺序见下图2所示。
图2.1 东侧附属施工组织图
2.2 工程重难点分析
（1）地连墙大面积破除后，对于围护结的稳定性及地面沉降的监测是本工程的重点，需加大对围护结构的监测频率。
（2）地连墙与已完主体结构密贴，地墙拆除后的应力释放较大，影响车站主体结构质量。拆除过程中，如何尽量减少对主体结构的破坏是施工的难点之一。
（3）本工程位于城市区域中心，周围均是密集居民小区及商铺楼，交叉口南端约200m为省委小区，安全文明施工标准要求高。采用破碎锤破除地连墙过程产生较大噪音。如何组织快速施工，合理安排作业时间，最大程度减少民扰、扰民，提高安全文明施工标准是本工程的难点之一。
（4）负二层地墙拆除随土方开挖同步进行，操作安全简便，但负一层的地墙拆除需待附属中板结构达到设计强度、换撑等完成后方可进行，各方条件与负二层地连墙拆除存在极大差异，需要制定专项拆除方案为本工程一大难点。
2.3负二层地连墙拆除方案及主要措施
土方开挖进入负二层后，随土方开挖进度随挖随破。在地连墙负二层已暴露约3m高度后，由人工进入车站内部，在预留洞口位置搭设脚手架，靠两竖向边，采用水钻取6个透孔，为绳锯切割提供条件。切缝位置为顶部及两侧，共3条边缝。切割完成后，由液压破碎锤进入基坑，以未开挖土层标高面为工作平台对已完成切割的地连墙从上往下破碎开口，随后保证破碎锤能垂直与地墙厚度一面持续破除至设计标高为止。
图2.5 换撑示意图
负一层地连墙破除时，为考虑减少对附属中板结构及主体结构影响，不宜采用振动较大的机械破除，同样采用金刚绳锯进行分块切割。切割时因下层已拆除，上部地连墙处于悬吊状态，故切割时，只切除两边，上边保留。但切割完成后不采用破碎锤破除，而在地连墙上按间距1.0m打孔，孔深装入膨胀剂，通过膨胀破碎的方法将地连墙炸裂，随后可辅以小炮机或人工风镐配合破碎混凝土块。膨胀破碎分两个阶段实施，第一阶段先破碎上半部分，破除混凝凝土保留钢筋。第二阶段继续切割两边，增加炸裂自由面，完成剩余部分破除，最后割除钢筋。破除混凝土时，对应在附属及主体结构位置铺设木板，保证施工的安全及对已完结构的保护。
图2.6 炸裂效果示意图
2.5 后浇带范围地连墙拆除方案
后浇带位于附属中板和主体结构板之间所夹地连墙部分约1.3m宽范围，需待地连墙全部拆除完成后方可将附属中板与主体中板连接。为保证安全，后浇带施工以预留洞口为单位，地连墙拆除一处完成一处浇筑。该区域拆除同中板以上部分依次往下至中板以下部分。
2.6综合施工技术说明
2.6.1水钻取孔
一般水钻机使用在墙体、板体上钻孔切割，用于穿管、穿线等，特殊情况下，连续打孔后可整体切割大型钢筋混凝土结构件。因其体积小，人工操作方便，应用较为广泛。本工程采用2台水钻，型号为圣仕宝195型，最大取孔直径为260mm。取孔目的为金刚绳锯两端穿线。钻孔时必须保证钻机平稳牢固、且垂直于取孔面，开始钻进时低速进行，同时通水降温、携渣、润滑、降尘，保证安全施工。
2.6.2液压破碎锤
液压破碎锤是工程建设领域内最为常用的工程机械之一，大规模的钢筋混凝土结构混凝土剔凿均采用此类机械，俗称炮机，可将钢筋剥离，工作速度快，效率高，钢筋可回收利用。挖掘机进场时，一般都携带破碎锤与挖斗，两者互换安装，可实现不同功能。本工程采用1台斗山220炮机。
破碎锤破除地连墙时，应从上往下进行，破锤破碎方向应垂直受力于地连墙厚度面，减少对主体结构水平推力及震动力。混凝土破除完成一段，割除一段钢筋。在破除立柱后方地墙时，炮机应位于地墙侧面，可从切割侧面垂直作用于立面上。如下图2.7所示，箭头为破锤作用方向。
图2.7 破锤作用方向
2.6.3静力破碎
原理：将破碎剂装入岩石或混凝土事先布眼的钻孔内后，被破碎物体就会经历出现裂缝、裂缝传播、裂缝扩大三个过程。灌入混凝土和岩石的钻孔中，可产生50MPa的膨胀压力，经过一段时间，便可以在无震动、无噪音、无飞石和无毒气情况下把混凝土和岩石破碎、切割，最后采辅以人工风镐轻松破除。产生膨胀压力的破碎机理见图2-8。
图2.8破碎机理
静力破碎剂的作用生效时间，依照使用产品的不同而变化。产品一定，环境温度一定，破裂时间相对稳定。装药后6～12h，装药部位产生裂隙，24h内药剂的胀裂能量释放完毕。根据药剂情况，在装药后12h左右，可以使用风镐、钢钎橇落残余喷层。
2.6.4金刚绳锯
金刚绳锯切割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做为研磨材料，故可以对石材、钢筋混凝土等坚硬物体进行切割。切割是在液压马达驱动下进行的，液压泵运转平稳，并且可以通过高压油管远距离控制操作，所以切割过程中不但操作安全方便，而且震动和噪音很小，被切割物体能在几乎无扰动的情况下被分离。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。本工程金刚石绳锯采用 启元●动力DL-05型绳锯切割机2台。
3 安全及质量保证措施
（1）因车站内部封闭时间较长，人员首次进入前，应检测内部气体状况，符合要求方可进入，不满足要求时，应采用通风设备置换内部空气。
（2）水钻取孔时，因上部孔位偏高，需搭设脚手架进行高空作业，需做好安全防护措施。且取孔时尽量垂直取孔，严格按照水钻取孔工艺造孔，孔位角度及偏差等应符合后期绳锯切割要求。
（3）绳锯切割过程中，应专人全程控制切割进度，随时调整切割速度、角度、给水，防止绳锯断裂、切割过长等现象。操作手应远离切割面，避免意外发生。
（4）破碎锤破除时，严禁人员靠近破除区域，防止破除碎块飞溅伤人，需设立警戒区分隔。中板结构应满铺5cm厚木板，或1cm厚钢板，防止碎块掉落造成对混凝土结构破坏。同样在地连墙密贴主体结构区域范围破除时，应预留一定厚度由人工配合凿除，防止破碎锤控制不当造成对主体结构的损伤。
（5）在地连墙破除期间应密切监视检测点变化情况，如发现监测数据变化异常，或累计达到报警值，应立即停止破除，分析原因，采取措施，保证基坑稳定。
（6）破除与土方开挖存在交叉作业时段，需合理组织安排，减少相互影响。如可先开挖靠地连墙一侧土方，待地连墙暴露后，炮机就位破除，挖机可在对面开挖，互不干扰。
（7）在割除钢筋前，需检查确认所有松动、悬挂、悬空的混凝土块均已敲落，排除险情后方可进行钢筋割除作业，防治坠物伤人。
4 效益分析
本工程受前期条件制约太严重，工期压力极为紧张，在保证安全及质量前提下，如何加快进度是工程建设的重中之重，有进度才有效益。因车站整个东侧附属同基坑合建，这为基坑大开挖及流水作业提供了至关重要的条件。但受地下管线影响，南段基坑一直无法提供作业面，为加快进度，故考虑在基坑中部增设一排临时旋喷隔离桩以保证北段基坑先行组织施工。从安全、质量、进度、经济方面考虑，本工程地连墙拆除综合技术应用具有以下方面的效益。
（1）安全性高。项目前期多次组织内、外部专家会议，讨论可实施性方案，确保了方案的安全，为现场指导施工提供了安全保障。
（2）质量可控。通过在采取各种措施，对主体结构的保护进行了加强，包含主动措施及被动措施，使得结构受损降低到最小。
（3）施工速度快。地连墙拆除以绳锯切割为辅，破锤大面积破除为主，一处预留洞口面积为8.45×4.95m，地连墙厚度800mm。一台炮机耗时12小时全部破除完成，如果增加机械投入，约6小时全部拆除完成。以划分好的流水段为单位，一个流水段内组织一次破除，可实现快速破除。
（4）节约成本。从混凝土有筋结构的拆除单价方面考虑，采用绳锯切割最贵，静态爆破其次，机械破除再次，人工破除最低。本工程以此为出发点，以机械和人工破除为主，绳锯切割和静力爆破为辅，合理分配工程量，将成本控制到最低，为项目增效。
5 结束语
长沙地铁3号线烈士公园东站东侧附属结构极为复杂，中间段含电缆夹层及电缆井，两端为双层架构，平面异形，施工难度大，为3号线唯一一座附属难度极大的工程。大面积拆除的地连墙，各项综合技术应用在本工程得到了较好利用。如此一系列的技术措施应用，既满足了既有结构安全，又加快了施工进度，节约了成本，属成功案例。
参考文献
[1]董志远.地铁车站结构混凝土静力切割施工探讨[J].中国新技术新产品，2011（21）：
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[3]花燕舟.钢筋混凝土结构物金刚石绳锯无损静力[J]拆除技术。铁道建设，2014（2）：
论文作者:傅亮亮
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第33期
论文发表时间:2019/3/5
标签：基坑论文; 附属论文; 结构论文; 主体论文; 车站论文; 静力论文; 中板论文; 《建筑学研究前沿》2018年第33期论文;