摘要：新建深圳至茂名铁路江门至茂名段DK389+176（对应既有广茂铁路里程为K358+120），有一既有倒虹吸，因新建铁路设计增加一股道的建设要求，需要进行拆除既有倒虹吸竖井，在接长底部主体涵身后，施做新的竖井；该施工点位于茂名站内，倒虹吸竖井紧靠茂名站货场的货物列车调车线，该专线每日运转频繁，因此拆除竖井的施工安全风险极高。本施工方案通过采用合理方案比选，现场采用机械切割竖井，大型起重机吊运，最终安全顺利完成了工程施工。
关键词：倒虹吸；安全防护；竖井切割；吊运解体；钻石钢线绳切割
Analysis and Process Control of Reverse Siphon Cutting Technology for Adjacent Business Line
Lin Dahao
（China Railway 25 Group first Engineering Co.，Ltd.）Guangzhou，Guangdong 515600） Abstract The DK389+176 of Jiangmen-Maoming section of the newly built Shenzhen-Maoming Railway（corresponding to the existing Guangzhou-Maoming Railway mileage of K358+120）has an existing inverted siphon.Due to the construction requirement of adding a channel in the design of the new railway，it is necessary to remove the existing inverted siphon shaft and build a new shaft behind the main culvert at the bottom；the construction site is located in Maoming Station，and the inverted siphon shaft is close to the cargo yard of Maoming Station.The shunting line of freight train runs frequently every day，so the construction safety risk of demolishing the shaft is very high.The construction scheme has been successfully completed by adopting reasonable scheme selection，mechanical cutting of shaft and large crane hoisting on site，and finally the project construction has been completed safely and smoothly.
1 工程概况
1.1 概述
新建深茂铁路茂名段DK389+176（既有广茂铁路里程为K358+120），该里程点既有倒虹吸横穿茂名站4股道，其中下行最左侧为茂名站货场货物机车调车线，该涵为茂名市高州水库向下游茂南开发区袂花镇方向农业灌溉的主要通道，涵洞中心线与正线夹角为61°，底部主体涵身采用2-1.5m钢筋砼框架涵，既有竖井内径为尺寸3.2m*1.2m，壁厚0.5m，井深9.9m，竖井顶部顺接灌溉沟渠，沟渠宽度为3m，高度为2.5m，墙身厚度为0.5m。深茂铁路的建设，茂名站货场既有的调车专线将被增建广茂复线占用，因此需要新增加一股道，还建调车专线。根据设计要求，将拆除既有倒虹吸的竖井7.6m高，拆除既有灌溉渠10m，底部主体涵身接长13m，新建一个同样高度的竖井并顺接回既有灌溉渠，恢复通水。如图1所示：
图1
1.2 既有线情况调查
施工期间茂名站暂未进行电气化升级，无接触网影响。该施工点茂名站为四线并行，下行最左侧为茂名站货场货物机车调车专线，运输频繁但行车速度缓慢，倒虹吸竖井紧邻货专线的排水沟，竖井外墙至专线线间距为7m，如图2所示。
图2
1.3 倒虹吸现场情况调查
既有倒虹吸竖井原设计开口为2.5m高，顺接的灌溉渠水位低，施工中抽排尽水将比较容易，灌溉渠大里程有防护栏栅，施工中必须拆除提供空间；小里程为小片荔枝林，原地面标高与竖井出水口基本一致，可处理出施工平台1个，适合机械摆放，现场混凝土罐车进出通过新建线路基进入，整个施工平台将清理得满足挖掘机，起重机同时摆放。另外，与现场防护栏栅平行的，有一组10kv高压线，将会限制施工条件。如图3所示。
1.4 现场其他调查情况
施工点的三改调查：提前与工务段、通信段、供电局等相关部门联系，采取专业的仪器探测，人工配合开挖探槽，勘察地下埋设的所有管线的情况，并形成书面记录签字确认。调查清楚后，施工现场应采用标识牌和彩旗定出下埋的管线方位，对有影响施工的进行改移和保护，设置警示牌，所有工作结束后再次确认，才可进行施工。
图3
2 倒虹吸竖井拆除施工方案比选
2.1 方案一
采用2台CAT320挖掘机带破碎锤解体：竖井设计内径为尺寸3.2m*1.2m，壁厚0.5m，深9.9m，可计算得出混凝土方量较小。若采用CAT320挖掘机带破碎锤解体，其优点为：设备灵活，功率强大，破碎效率较高，经济实惠。但存在以下的缺点：
（1）混凝土破碎时，大部分块状物直接跌落至原地面、既有线排水沟，会堵塞排水沟，同时不排除存在一部分小块会出现飞溅超限，将会影响货物调车线的列车运行；
（2）混凝土破碎时，产生的粉尘将比较大，现场采用水管喷水不能彻底解决，将一定程度影响列车行车视线
（3）2台CAT320挖掘机同步工作，现场破碎锤产生的机械振动将很大，因竖井紧挨既有线，长时间的振动会影响既有通信信号设备的运转，且破碎至底部将会损坏倒虹吸主体墙身。
2.2 方案二
采用钻石钢线绳切割机解体：钻石钢线绳切割机为新型混凝土切割设备，其优势是：
（1）设备小巧灵活，安装简便，现场使用小型三轮车即可送到现场，拆卸装运方便，现场所需操作人员少，切割效率高，可连续作业；机械和人员防护措施比较容易，在可控范围内。
（2）混凝土切割时同步使用清水对切割绳降温，不产生灰尘和碎渣。切割后结构物尺寸基本不变，位移小，安全稳定；随着切割高度逐步下降，现场施工安全也逐步提高。
（3）混凝土切割时，产生的机械振动非常小，也基本不会产生噪音，对行车干扰小，只要控制好切割后的吊装作业，大大降低了安全风险。
（4）钢筋砼成块整体切割，大量减少工作量，后续吊装后建筑垃圾呈大块状，易堆放处理且施工过程可最大限度的减少现场的污染，易于后续施工安排。
综上所述，从保障茂名站货物调车线列车安全运行的前提下，综合考虑了施工工期，成本，现场施工条件，施工效率和施工经济等方面，最终确定选用钻石钢线绳切割机解体的方案进行施工。
3 施工前重点准备工作
（1）根据广铁建函【2015】562号文，结合现场原地面条件，施工地段采用硬隔离防护（金属网片）对既有线进行物理隔离，并悬挂安全警示牌，安排专人看守，防止机械人员进入和横跨，影响列车行车。金属网片距货物调车专线轨中不小于2.5m，金属网片（尺寸：长1.8m，高1.2m），立柱采用Φ20mm钢管，间距1.8米，立柱埋深不小于0.4米。现场根据机械数量派驻持证安全防护员，按规定要求进行盯控，对施工中的挖掘机，钻石钢线绳切割机和起重机等机械进行一机一防护，确保施工机械安全操控得到控制。施工现场架设萤石云监控设备，实现实时监控，监管单位等多个管理部门协同监督，确保整个施工过程可控性。与铁路及地方有关部门联系，施工前搞好施工范围内的管线拆迁工作，并与有关设备管理单位签订安全协议。
（2）与茂名市水务局签订施工停水协议，对上游的2个闸口进行封闭，并用槽钢和沙袋进行加固，每个闸口安排看守人员进行24小时盯控，可对施工点进行预警。现场对即将破除的既有灌溉渠，用砖砌1m高封闭进行防倒灌，施工现场准备大功率抽水设备2台以上，预防下雨竖井重新积水时能快速排干。
（3）为保证起重机有足够的位置和切割设备工作空间，满足起重机吊装时靠近铁路处荷载满足安全的要求，根据现场情况，需将现场的小片荔枝林砍伐，把竖井口既有的灌溉渠道凿除10m长，机械平整填筑碎石稳定层后压实作为切割机的工作平台，该碎石稳定层将随着竖井切割一并往下降低。起重机工作平台需经过轻型动力触探承载力满足要求后用砼硬化，保证起重机吊装安全同时也可以保证下雨天起重机也能进场正常作业。竖井拆除顺序如下：竖井和沟渠抽排干水→处理施工场地→设置切割孔及机械安装→切割作业及吊装→砼块破碎解体。本方案主要介绍切割和吊装重点。
4 竖井切割技术分析
（1）切割拆除技术分析的重点主要是切割过程中的最不利荷载块（每节段切割块重量）的确定、起重机吊装能力选择、拆除和吊装的安全及稳定检算。切割块的大小决定了需配合吊装的起重机的吨位，切割块太小会浪费时间增加出问题的风险，因为晚上已超出临近日施工计划不得作业，都只能在白天施工；切割块太大需要配备大型起重机，需要一个相当大的吊装场地，不安全又不经济。因此主要考虑每节段切割的高度和起重机的吨位选择。拆除和吊装的安全及稳定检算分析是通过模型计算节段切割块受力满不满足单独受力及吊装受力的要求，能不能保证切割或者吊装过程中节段构筑物不断裂和起重机的稳定性。
（2）最不利荷载块计算和起重机的选择：本施工根据邻近营业线和场地限制的影响（起重机摆设的位置距离竖井中心距离约9.3m，且把切割节段吊离小里程至远离起重机9.5m处破碎），另外受制于起重机摆放场地的上方有10kv高压线，需预留足够的安全距离（相关规定为6m）。经查询相关起重机性能参数，查得三一重工80t起重机参数表（如图4），当工作半径为8m~9.5m，臂展12m，可吊起20.8t~27.8t的重物。我们可计算：假设竖井按照每节高度1.5m切割，则重量为：（4.24*2.2-1.5*1.2*）*1.5*2.4t/m3=20.6t，完全在起重机的吊重可控范围之内；另外，通过电力部门了解得知高压线距离原地面距离为13m，而根据动力触探实验得知原地面需降低1.5m才满足受力，因此处理后高压线与场地距离为14.5m，扣除安全距离和起重机车高，则最终起重机有效空间约为6m，若起重机预留3.5m吊绳，我们还可计算得出，起重机的臂展为10.55m，如（如图5），也在起重机参数范围内。经以上计算并保守从安全方面考虑，确定选择80t的起重机和节段切割长度定为1.5m。
图4
图5
（3）最后一项工作是进行拆除和吊装的安全评估，和稳定性检算，请专业的评估单位对节段砼块应力和抗裂进行检算，设备管理单位对现场和方案进行勘察和审查，根据检算结果和审查，竖井的切割及吊装在最不利荷载的情况下满足应力和抗裂要求，切割及吊装方案是可行的。
5 竖井切割过程控制要点
（1）切割前，从竖井顶往下1.5m的位置，在竖井的外墙边墙处，利用钻孔机分别开凿一个直径为20mm的孔，便于钻石钢线绳穿过墙身固定和稳定。
（2）预先设置后续起重机的吊装孔（为了保证吊装安全，对切断的节段采取捆绑式吊装），每节段在切割截面顶部往下30cm，在统一高度，靠近墙身倒角的边墙位置，利用钻孔机开凿一个直径为50mm的孔，每节段开5个孔作为吊装孔，便于Φ40mm钢丝绳穿过墙身，吊装孔的设置利用列车运行间隙完成。如图6所示
图6
（3）同时还需同时设置第二节段的切割孔，根据前文所述，按照每节段1.5m进行切割，在竖井的外墙边墙处，分别开凿一个直径为20mm的孔，此项工作为循环作业，为的是能使切割作业不间断。
（4）切割时需保持机械的匀速运转和控制锯绳的张力适中，这样切割线才能平直顺滑。切割过程中必须不间断的淋水冷却绳锯。现场的安全防护员必须保持与驻站联络员的通话联系，收集来往列车时刻信息，并提前通知切割机操作手提前降速停机，列车通过后恢复作业，严格按照现场一机一防护的要求进行监控，列车来临，现场所有机械提前5分钟停止作业，此项工作将保障营业线铁路行车安全。
6 切割块吊装控制及注意事项
一节段切割块切割完后即开始吊装，80t起重机在场地就位并整理到位，重点注意起重机的支腿位置放置钢板及垫木保障稳定。钢丝绳穿过吊装孔并扣在起重机吊钩上，为了保证吊装安全，对切断的节段采取捆绑式吊装，钢丝吊绳与砼接触面处需安装相应的钢瓦片，防止钢丝绳吊装时被磨断影响吊装安全，另外，需在吊钩处设置一根牵引绳，由专人负责牵引来减少吊块的晃动。启动卷扬机，对起吊钢丝绳施加一定的张力，张力大小以比切割节段总重小为宜，起吊后须等被吊物体平稳后才能移动，根据现场的施工条件，节段吊装将统一方向，即全部往小里程方向堆放，落地之后随即采用1台CAT320挖掘机带破碎锤解体。每次吊装前必须对起重机具进行安全检查与记录，对起重机的制动，吊钩、钢丝绳等安全装置等进行检查，发现不正常时及时排除直至正常运行。吊装过程中，起臂时，现场安全防护员需重点查看起重机臂展高度与上方高压线的安全距离，不得超限。整个吊装过程，防护员需驻站联络员紧密通话，利用列车行车间隙时间进行操作。
7 邻近营业线安全防护注意事项
邻近营业线施工前必须做好物理隔离措施，悬挂安全标示牌，防止机械侵限和人员进入既有线，避免造成安全事故。务必严格按照管理单位批准的日计划施工，不得超内容施工。驻站联络员，安全防护员、工务监督人员、设备管理单位配合人员全部到岗后才能进行施工。施工现场所有作业人员，必须穿戴防护衣，机械设备粘贴反光标志。现场防护员必须加强与车站驻站的沟通和联系，及时将相关信息传达至现场，严格按照广铁集团邻近营业线管理办法执行，做到一机一防护，列车通过时，停止现场一切作业的基本要求。
8 结束语
从竖井的切割到吊装和破碎结束，施工过程中未发生安全事故，安全和进度可控。从施工过程中可发现，钻石钢线绳切割在规则混凝土切割过程中效果很好，切割过程易于控制，可保证切割质量和工期。吊装作业是邻近营业线的安全控制重点，从实际吊装过程来看，因现场监控防护到位，施工中有条不紊，过程安全可控。该工法在邻近营业线的结构物拆除中效率高、安全性高、经济性好，可推广应用。
参考文献：
[1] 董光.图解邻近铁路营业线施工安全.中国铁道出版社.2013年版
[2] 混凝土工编委会.混凝土工.中国建筑工业出版社.2016-03-01
[3] 《铁路营业线施工安全管理办法》（铁运[2012]280号文）
作者简介：
林达豪，男，毕业学校：长沙理工大学，毕业时间：2009.06.30，所学专业：测绘工程，出生年月：1985.8.25，工程师，中铁二十五局集团第一工程有限公司深茂铁路项目部副总工。
论文作者:林达豪
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/26
标签：竖井论文; 起重机论文; 现场论文; 茂名论文; 作业论文; 线绳论文; 里程论文; 《基层建设》2019年第3期论文;