基础工程中水下锚索切割技术的应用

摘要：本人通过收集资料、编制方案到施工过程中的一些技术参数的调整，形成本篇报告，具有现实的指导意义。

关键词：基础工程；水下锚索； 切割技术；应用

中图分类号： U443 文献标识码： A 文章编号：

一、概述

1、研究目的

在城市地铁、房建基础作业施工中，因紧邻已有建筑，作业范围狭小，经常会遇到原有建筑物地下工程作业时遗留锚索、锚杆等构件，新建建筑采用地下连续墙、桩基施工时现有的抓槽机、冲孔机械，施工装备难以将该类钢构件砸断或粉碎。为保障地连墙成槽施工的进度，对水下进行锚索、锚杆切割技术进行研究，探索出一套经济可行、技术先进、质量保证、安全可行的施工方案、方法及工艺，并在水下切割整体施工技术方面有所突破，实现创新。

二、国内外情况

水下氧～弧切割技术，是一种传统的水下金属的切割方法。由于这种切割方法设备简单，使用方法灵活，适应性广，工效快，技术易于掌握，安全可靠，在国内外被广泛的采用。水下氧～弧切割在水下生产设施的处治中，在公路铁路桥梁和港口建设中，在水利水电大坝领域水工建筑物的安全运行维护中，特别是在船舶航运应急排故及清航拆除水下金属结构等水下工程中起着重要作用。

三、主要研究过程

本课题主要研究水下氧～弧切割的施工技术。

1、水下切割作业操作流程

操作流程:现场准备下潜准备（安装设备、接通电源、调试设备）潜水作业（下水、探摸、连接线、切割、整理切割物）出水整理。

2、水下氧～弧切割原理

水下氧～弧切割工作原理，就是利用水下电弧产生的高温和氧气同被切割金属元素产生的化学反应热，加热和熔化被切割金属并借助氧气流的冲力将切割缝中的熔融金属及氧化熔渣吹除，从而形成割缝。见图3-1。

图3-1 水下切割原理图

3、水下切割作业方法

3.1技术准备

对潜水作业人员及相关技术、配合人员进行潜水作业技术交底和安全交底；

向委托作业单位进行现场情况和施工情况交底，交代现场锚索、锚杆等分布情况，并分派各人任务；

检查通讯、氧气等各种设备的运行状态，确保设备运行正常。

3.2现场准备

为确保水下作业顺利进行施工中应作好以下几项工作：

地下连续墙成槽一开始，采用冲击钻机用不大于1m的低冲程进行开孔。

必须采用膨润土配置的优质泥浆进行护壁，并严格按配合比进行配置，确保护壁结实。

在通过地下锚索段作业人员应注意观察钻进情况，并认真做好施工记录，尤其是在地下锚索范围，当冲击钻头的钢丝绳发生异常频繁抖动和进尺困难时应准确记录钻进位置，并及时向施工负责人和技术负责人报告。

④为确保水下作业安全，按地下锚索所处深度，地层条件较差时,应加设钢制护筒。

⑤将槽段地层情况和需要切割的锚索情况向潜水作业人员进行详细的交底。

3.3下潜准备

根据作业深度，在地面拼接好钢制护筒，使用吊车将护筒下放到作业位置。

将作业使用的通讯、氧气、切割机具设备等安装并调试好。

各项准备工作完成经检查验收合格后，潜水员开始着装，着装完成经检查无误后，准备下水。

地面协助人员帮助潜水员下水作业，其中1人负责供气管，1人负责水下切割电缆，1人负责通讯，1人负责空气压缩机，作业指挥员1名。

3.4水下切割作业

潜水员入水后，探摸清楚切割点后，将切割电缆挂好后，通知地面人员接通切割电源，借助空心割条产生的电弧把工件熔化，并用空心割条中喷射出的氧气把熔化金属吹开,形成割口。空心割条用钢管或碳化硅等陶瓷管，外涂稳弧剂并覆以防水漆或环氧树脂。切割氧气压力应比水深压力高0.5～0.7兆帕。电弧-氧切割速度比火焰切割高,技术要求低，设备简单，是水中解体最常用的方法。切割过程完成后，切断电源。

潜水员检查切割情况满足要求后，将切割掉的锚索捆扎牢固。潜水员通知地面人员协助出水。

四、主要成果概述

1、切割参数选择和确定

由于氧～弧切割中，能够获得大量的化学反应热，从而可以利用较小的切割电流进行切割，同时在切割过程中不断供给具有一定压力和流量的氧气，使割缝中的熔化金属和熔渣不断被吹除，所以氧～弧切割可以获得较高的切割速度。氧～弧切割的速度主要包括三个参数切割电流、切割氧气压力和切割角。现将其选择的原则和方法总结如下：

1）切割电流的选择

选择氧～弧切割电流，一般根据电缆导电截面和长度大小，被切割板厚而定。实践表明，电缆的导电截面和长度虽然对选择的切割电流有一定的影响，但不是主要的。选择切割电流主要根据被割板厚而定。当电流选择过小时，不但使引弧、续弧发生困难，电弧也不稳定，电弧的穿透能力变差；而且使被割金属熔化不良，产生“粘弧”现象，造成短路，电源发生过载，切割效率降低。当切割电流选择得适当时，则引弧、续弧容易，电弧稳定，穿透能力增强，割缝整齐，切割效率高；但切割电流也不能太大，电流过大，则使割条过热，药皮爆裂，割条熔化过快，熔池过宽，熔化金属在割缝上发生粘合，造成割穿而不透得现象，反而降低了切割效率。可见，厚度不同，切割电流有不同要求。根据大量的切割实践，综合得出不同厚度工件，参考电流见表4-1。

表4-1 氧～弧切割电流参考表

2）切割氧气压力的选择

水下氧～弧切割时，氧气压力的选择正确与否，对切割效率的影响很大。一般切割氧气压力的大小，同被割金属的性质和厚度有关，同种金属材质，随着板厚的增加，氧气压力应适当增大，在一定范围内，增加氧气压力，可以提高切割的效率和速度，但也不是切割氧气压力越大越好。实际上，水下氧～弧切割时，氧气通过割条内径直通孔吹向割缝，相当于一种直筒形喷嘴，当切割氧气流达到一定值后，可能切割的板厚也达到最大值，切割速度亦达到最大值，再提高氧气压力反而使可能切割的板厚减小，切割的速度减慢。这是因为切割速度和可能切割的板厚主要与氧气喷出的动能有关。直筒形的割条，在氧流压力达到一定值后，再提高氧流压力，其从割条喷出的动能已不再增加，也就不可能继续提高切割速度和可能切割的板厚，过大的氧流压力还会使割缝受到氧气流的冷却，电弧不稳定，并将因氧气流压力过大，使部分已熔化的金属和熔渣吹到割缝的背面，会造成熔融金属重新“熔合”或形成严重的“挂渣”，反而使切割速度有所降低。同时造成了氧气的大量浪费。所以无论从哪个角度，一味提高切割氧气压力是不可取的。

切割氧气压力主要根据被切割工件的厚度进行选用，同时适当考虑氧气胶管的长度造成的阻力损失。根据实践经验，切割选用氧气压力见表4-2。

表4-2氧～弧切割氧气压力参考表(30m以下氧气胶管)

3）切割角

进行水下氧～弧切割时，割条与钢件割缝垂直线间的夹角即为切割角。水下氧～弧切割时，切割炬和割条常与被割工件表面成一定角度。实践表明，切割角掌握的是否恰当，对切割速度有一定的影响，随着切割角的改变，切割速度也随之而变化。当切割角达到一极限值时，切割速度也达到最大值，再增加切割角反而使切割速度降低。切割潜水员在进行氧～弧切割时，无论采用何种操作法，适当运用切割角，能够获得较高的切割速度。切割角的选择同样取决于被切割板厚。一般，切割工件厚度越大，切割角就越小。各种厚度合适的切割角见表4-3。

表4-3 氧～弧切割切割角参考表

以上水下氧～弧切割电流强度，切割氧气压力，切割角选用数据仅适用于碳钢。

2.水下判断割缝割透的方法

很好的掌握切割情况，正确判断割缝是否割透，对于提高水下氧一弧切割的效率和割缝的质量是很重要的。

1）在能见度较好的水中的判断方法

作业水域的水质能见度较好，可以凭借视力观察，切割时喷射的火焰和熔渣方向来判断。当工件或结构没有割穿时，切割火焰向割条方向反射，火焰呈暗色。由于没有割穿，氧气流喷射产生大量的气泡上浮，使割条周围的水波动加剧。潜水员可以听到水的波动声加强。当被割工件或结构被割穿时，熔渣从背面冲出，火焰呈铜绿色，氧气输送畅快，气泡减少，水的波动声减低，潜水员可以听到氧气流和熔渣喷出割缝的“沙沙”声。

2）水质浑浊无能见度水中的判断方法

由于作业水质浑浊，切割潜水员不能观察切割火焰和熔渣流动方向，只能凭潜水员的感觉和经验进行判断。当被割工件或结构没有割穿时，切割炬由于氧气的冲力而有跳动现象；当已割穿，支承在切割点上的割条有下陷现象，且切割炬的跳动减轻。

五、社会和经济效益分析

根据现场的实际情况，在工期紧、任务重的情况下，合理组织、精心施工，优化水下切割锚索施工方案。施工速度得到了明显提高，既保证了工期，又节约了资金，得到了业主的好评。为公司赢得了显著的经济效益和社会效益。