大型地鐵車站基坑蓋挖逆作中間立柱施工關鍵技術

唐 劍，付 洵

(中鐵二局股份有限公司，成都 610032)

1 工程概況

安全高效地建設好地質條件和周邊環境以及本身結構均較復雜的地鐵車站，除了要做好地勘和設計等前期工作以外，確定合理的施工技術和施工方法也非常關鍵。然而，施工方法的選取與待建結構所在地段的工程地質及水文地質條件、城市規劃要求、周圍既有建筑物、道路交通狀況、場地條件、結構埋深、結構形式、工期和土建造價等眾多因素密切相關，必須綜合比較后才能確定。

武漢地鐵洪山廣場站位于武漢市洪山廣場西側，場地與工程條件較為復雜，在確定采用蓋挖逆作法施工后，采用HPE液壓垂直插入施工還是使用鋼管混凝土柱作為施工中的中間樁進行開挖，必須進行分析比較才能確定。綜合分析各種因素后，選用后者并視鋼管混凝土柱作為結構本身的一部分。鋼管混凝土柱須承擔大部分結構荷載，其安全與穩定將會涉及工程整體安全。因此，如何確保中間樁基施工、鋼管柱安裝及定位和混凝土澆筑的質量，并提出一整套切實可行的合理工法和技術方案與參數是急需解決的難題。

洪山廣場站屬武漢地鐵2#線與4#線的換乘車站，車站為地下三層多柱多跨箱形結構。車站基坑主體平面呈楔形，建筑面積為10 300 m3，基坑最大開挖深度達26.81 m。中間立柱為φ900 mm的鋼管混凝土柱，柱基礎為φ1 800 mm混凝土灌注樁，見圖1。

2 中間鋼管立柱樁施工方案

因洪山廣場站采用蓋挖逆作法施工，對鋼管柱高程、平面位置及垂直度要求非常高，故施工關鍵技術主要在于鋼管柱的精確定位及安裝。依基坑開挖施作技術［1-3］，經過充分比選，采用下部定位器加上部絲杠相結合的方式進行定位。實踐證明，完全可以滿足設計及規范要求。

圖1 鋼管混凝土柱剖面

下部定位器安裝時，需要嚴格控制其高程與平面位置以保證安裝精度。柱底樁基C30混凝土澆筑完成并鑿除杯口混凝土后，樁底壓漿。待樁基檢測完成后，測量放線，安裝四腳錨栓并澆C50混凝土將其錨固。然后，微調定位器的平面位置，使定位器中心與鋼管柱中心重合。

另外，鋼管柱上部采用四個改良后的絲杠對稱定位。絲杠帶卡一端支撐在鋼管柱頂部法蘭盤上，帶托一端支撐在人工挖孔樁護壁混凝土上。按前面經精確調整的鋼管柱的高程以及下部平面位置，分別調節上部四個絲杠，使鋼管中心與樁中心垂線相重合，從而使鋼管柱精確定位。

3 中間立柱樁施工技術與工藝

按相關施工技術［4-5］蓋挖逆作中間立柱樁，施作主要分為中間樁基施工、鋼管柱安裝及定位、鋼管柱內鋼筋籠吊裝及混凝土澆筑等三部分。

3.1 中間立柱樁基施工

1)人工挖孔

中間柱下部基樁直徑1 800 mm，為便于樁機下鉆、提鉆以及保證安裝精度，人工挖孔部分的有效內徑確定為1 900 mm，比下部基樁直徑大100 mm。護壁采用C20鋼筋混凝土，厚度150 mm，每節高度控制在1 200 mm以內。護壁形式采用外齒式護壁，上下搭接50 mm，確保整個護壁從上至下的整體性良好。另外，人工挖孔樁成孔至鋼管柱底高程以下2 m。

2)基樁施工

柱下樁基長度15～35 m，孔深普遍在40～65 m之間。按規范確定的人工挖孔樁深度不得超過25 m的要求，25 m以下樁基采用機械成孔。

3)樁底壓漿及樁基檢測

由于洪山廣場站地質條件變化較大，中間樁樁端持力層承載力差異較大。為控制樁間差異沉降，采用壓漿(后注漿)對樁底范圍的土體進行加固。并對所有中間樁基進行超聲波檢測，以確保樁身的完整性。

樁底壓漿流程:清理管頭→做管頭→上管頭密封器→接上高壓管→清水開塞→拌漿→注漿→屏漿→清洗→結束。

3.2 鋼管柱安裝與定位

1)定位器安裝前的準備工作

樁基施工完成后，先在混凝土初凝而未終凝前使用φ600 mm的旋挖鉆機鉆孔取芯，取芯深度3.0 m。然后用泥漿泵抽走樁孔內的護壁泥漿，最后人工鑿除杯口混凝土。杯口混凝土底面比鋼管柱設計底面要低700 mm，以便安裝鋼筋網及二次澆筑混凝土。

2)定位器的安裝

定位器呈十字錐形，由定位十字錐板、方形錨固底板等構件組成，見圖2。其中十字錐板實現對鋼管柱的引渡功能，并限定鋼管柱的水平位移。方形錨固底板承托鋼管柱，并控制鋼管柱的水平位置及高程。

圖2 定位器平面設計結構

定位器的安裝主要包括兩方面的工作。首先，將定位器中心與設計鋼管柱中心對中;其次，將定位器水平板面高程調整到設計鋼管柱底高程。先從地面用5 kg錘球將樁中心引測至已清理平整的樁基面上，進行定位器的初定位安裝。再用1/20萬的投點儀通過全站儀直接置于地面樁心位置，將樁心直接投測于定位器中心，指揮定位器精確定位，直至安裝完畢。

3)鋼管柱定位

鋼管柱定位為本工法的關鍵技術，鋼管柱采用上下兩端同時定位法固定。鋼管柱下端定位主要依賴于定位器，上端用絲杠定位。鋼管柱定位施工工藝流程為:安裝四腳錨栓并澆C50混凝土錨固→安裝定位器→吊裝鋼管柱→上部絲杠定位→澆筑杯口C50混凝土至底梁底高程。

鋼管柱實行整體吊裝，最長鋼管柱為24.31 m，質量10.5 t。采用兩臺吊車起吊，一臺25 t汽車吊配合一臺70 t履帶吊，柱端起吊采用型鋼加工成扁擔與鋼管柱用高強螺栓連接，鋼管柱定位見圖3。

圖3 鋼管柱定位

4)樁間回填砂石

鋼管柱定位及安裝完成后，鋼管柱外皮與人工挖孔內壁有500 mm的間隙，需進行回填處理。為保證回填的密實度，一般采用粒徑5 mm左右細豆石均勻回填。同時，為防止回填過程細豆石對鋼管柱的沖擊造成管體的偏移，每次回填達到2 m后，即對鋼管柱的上部定位絲杠進行一次校核，以保證回填完畢后鋼管柱的中心與樁中心重合。

3.3 鋼管柱內鋼筋籠吊裝與混凝土澆筑

鋼管柱內鋼筋籠直徑為640 mm，且鋼管內有牛腿嵌入，鋼管柱內凈空最小為660 mm，由此鋼筋籠與牛腿最小距離僅為1 cm。因此，鋼筋籠加工必須嚴格控制鋼筋籠的直徑，以免出現鋼筋籠管內就位困難。最長的GZ3鋼管柱長達24.21 m，按傳統的混凝土澆筑方式難以保證柱內C50混凝土的密實性。為此，采用導管澆混凝土，插入式振動棒振搗的方式施工。鋼管柱施工完畢后見圖4所示。

圖4 鋼管柱施工完畢后示意

4 中間立柱樁施工效果分析

采用上述工法施工后，鋼管柱安裝及定位均可滿足施工質量與安全要求。按本文提出的工法施工，鋼管柱中心線與基礎中心線以及立柱頂面不平整度的施工偏差均為±2 mm，遠小于允許差值±5 mm。另外，無論是頂面高程、立柱不垂直度、還是各柱間距離等中間樁基質量都大大提高，全部滿足設計及規范要求。

從施工單位最為關注的項目成本控制來看，采用中間立柱樁施工工法比常用的HPE液壓垂直插入施工工法也有大幅降低，成本比較見表1。

表1 項目成本效益分析

5 結語

1)對于目前正在大量修建的大型地鐵車站施工，特別是采用蓋挖逆作法進行施工，如果選用鋼管混凝土柱作為施工中的中間樁柱進行開挖，則中間樁施工技術是關乎工程整體質量和結構安全的關鍵，是必須解決好的難題。

2)按研究出的中間樁基施工、鋼管柱安裝及定位、鋼管柱內鋼筋籠吊裝及混凝土澆筑等施工工藝進行工程建設，能夠較好解決鋼管柱定位和安裝等關鍵問題，與HPE液壓垂直插入施工工法相比，具有工法操作性強、節省投資、施工可全面進行以及大幅節省時間等優點。

3)盡管蓋挖逆作中間鋼管柱的施工工法在工程中實施得較好，但因地鐵車站工程地質條件、基坑本身結構以及施工單位技術力量等因素不同，對其他類似工程而言，還需結合具體情況作進一步討論。

［1］李彪.地鐵車站蓋挖逆作法鋼管柱施工技術［J］.施工技術，2008，37(增):80-83.

［2］鄭騏.蓋挖逆作法地鐵車站的中間樁施工技術［J］.市政技術，2009，27(5):498-500.

［3］董朝文.蓋挖逆作地下結構中間樁柱施工技術［J］.巖土工程界，2006，9(4):59-63.

［4］楊開武，徐桂珍，蘇藝.富水條件下蓋挖逆作地鐵車站中間柱施工技術［J］.都市快軌交通，2007，20(1):64-67，71.

［5］趙大兵.蓋挖逆筑法地鐵車站中間柱施工技術［J］.工程科技，2007(2):45-51.