石家莊地鐵車站鋼管柱液壓垂直插入施工技術

沈紅云　 于全勝

（河北交通職業技術學院1)　 河北石家莊　050091　 北京中鐵隧建筑有限公司2)　 北京　100022）

石家莊地鐵車站鋼管柱液壓垂直插入施工技術

沈紅云1)于全勝2)

（河北交通職業技術學院1)河北石家莊050091 北京中鐵隧建筑有限公司2)北京100022）

地鐵車站采用蓋挖半逆作法施工時，安全、快速、高質量施工中間支撐樁柱成為蓋挖逆作法施工的關鍵。液壓垂直插入法施工鋼管柱具有操作簡單，定位準確，經濟高效等諸多優點，能保證施工安全、質量。以石家莊軌道交通1號線人民廣場站樁柱施工為例，對液壓垂直插入法施工鋼管柱技術進行了研究和總結，并成功應用于本工程中，取得了較好的施工效果。

蓋挖法 HPE 鋼管柱 施工技術

1　前言

蓋挖半逆作法是一項近幾年才發展起來的基坑支護及結構施工工法，主要用于城市地鐵的車站建設。在多層地下結構施工中，該方法在解決城市交通繁華地段的占路問題，深基坑作業的安全問題，降低施工臨時支護成本與最大化單位土地的經濟利益等方面有明顯的效果，其豎向中間支撐樁柱不僅是主要開挖過程中蓋板的支撐立柱，也是車站成型后結構內部鋼管支撐立柱，屬樁柱一體化施工。因此安全、快速、高質量施工中間支撐樁柱成為蓋挖半逆作法施工的關鍵。

2　工程背景

石家莊市軌道交通1號線05標段人民廣場站位于石家莊市中山東路和建設大街十字路口處，為1、2號線同期實施換乘車站，呈L型布置。人民廣場站車站由1號線車站、2號線車站、商業開發區三部分組成。1號線車站標準斷面為兩柱三跨矩形框架結構，底板埋深約18.5 m；2號線車站標準斷面為兩柱三跨矩形框架結構，底板埋深約25.7 m；商業開發區為兩層矩形框架結構，底板埋深約18.9 m。人民廣場站主體結構全部采用蓋挖法施工。車站結構采用一樁一柱作為結構的豎向支承體系，底板下采用Φ2 000鉆孔灌注樁作為支承樁，樁長有26 m和23 m兩種；底板以上安裝Φ800鋼管柱作為車站結構的永久柱；鉆孔灌注樁和鋼管柱豎向在同一軸線上。

3　施工中存在的問題

人民廣場站為石家莊地鐵1號線控制性工程，其規模最大、難度最高、工期最長。整個車站分六期進行施工，且關門工期已經卡死，總開工及分期開工時間受管線遷改及交通疏解制約，施工進度極不可控，工期壓力大。在車站蓋挖施工中，樁柱一體施工進度直接影響著總工期，因此在施工中需要采用先進、高效的樁柱一體施工技術來縮短樁柱施工工期，加快施工進度。

4　主要施工方法和技術措施

4.1主要施工方法

鋼管柱在加工工廠拼裝成整節后運至現場。旋挖鉆機成孔，采用HPE（Ground Hydraulic Perpendicular Embedding Steel-pipe Column）插管機進行鋼管柱安裝。通過高液壓垂直插入機機身上的兩個液壓垂直插入裝置，在支承樁混凝土澆筑后、混凝土初凝前將底端封閉的永久性鋼管柱垂直插入支承樁混凝土中，直到插入至設計標高。

4.2技術措施

插入過程中，通過電子傳感器對鋼管柱垂直度進行檢測，在插入過程中隨時對鋼管柱垂直度進行調整，直至鋼管樁垂直度滿足設計要求。

5　施工工藝流程及施工要點

5.1施工工藝流程

總體施工工藝流程：樁位放線定位→旋挖鉆機成孔→吊放鋼筋籠→灌注混凝土→旋挖鉆機移位→HPE插管機定位→起吊鋼管柱→將鋼管柱垂直放入HPE插管機內→HPE插管機下壓鋼管柱→鋼管柱垂直壓入到位→固定鋼管柱→初凝后鋼管柱外回填砂→樁混凝土初凝后24小時拆除HPE插管機→割除工具柱→安裝柱內鋼筋籠→灌注C50混凝土。

5.2中間樁柱施工操作流程和要點

中間樁柱施工重點在于旋挖鉆機成孔垂直度、沉渣控制、鋼管柱安裝垂直度、標高幾個方面。

5.2.1鋼管柱加工

鋼管柱的加工采用采取委外加工，選擇具備相應資質能力，保證供貨質量和速度的加工廠家。批量加工前，提前進行工藝性試驗，包括焊縫質量、焊接誤差、卷管誤差等。

鋼管柱所有焊縫的質量等級為一級。所有對接焊縫均要求焊透，并須進行無損探傷。鋼管柱加工完成后，通知焊縫檢測單位到工廠進行焊縫探傷，合格后方可投入使用。施工單位對鋼管柱加工進行100 %自檢，自檢委托的檢測單位必須為有資質的的檢測單位。

5.2.2鉆孔灌注樁成孔

中間柱基礎采用旋挖鉆機成孔，膨潤土泥漿護壁，施工中應經常測定泥漿比重，其指標控制：1.15-1.2。成孔垂直度對鋼管柱安裝精度至關重要，旋挖鉆機成孔后采用超聲波驗孔儀進行垂直度檢測（圖1），檢測合格后可下放鋼筋籠。垂直度要求：小于0.3 %，鉆孔中心位置要求：樁位偏差不應大于50 mm，以柱中心為基準。

圖1　超聲波測孔垂直度

5.2.3鋼筋籠制作安裝

鋼筋籠采用現場加工制作，加工尺寸嚴格按設計圖紙及規范要求進行控制。鋼筋籠主筋采用直螺紋套筒機械連接，主筋與螺旋箍筋采用點焊連接，機械接頭質量要求符合《鋼筋機械連接通用技術規程》的要求。鋼筋籠采用扁擔法起吊法，現場采用25t汽車吊吊裝，起吊點設在距鋼筋籠頂部和底部1/3處的加強箍筋與主筋連接部位，吊環與主筋焊接牢固，鋼筋籠設置3個起吊點，以保證鋼筋籠在起吊時不變形。孔口對接鋼筋籠時應保證注漿管和聲測管連接牢固，保證下籠過程中不被破壞，鋼筋籠入孔時，對準孔位徐徐輕放，避免碰撞孔壁。下籠過程中如遇阻，不得強行下入，查明原因處理后繼續下籠。

5.2.4鉆孔灌注樁混凝土灌注

清孔達標后，用導管進行水下混凝土灌注成樁。由φ250導管將混凝土導入孔底，提起導管蓋后，加速罐車旋轉速度，加快放料速度，保證灌注連續進行，導管始終保持在混凝土內埋深2-3 m，隨著孔內混凝土面上升高度，拆卸導管，直至混凝土面達樁頂設計標高。為配合后續全回轉鉆機插樁施工，中間基礎樁選用C30緩凝混凝土，緩凝時間40個小時。導管應勤提勤拆，防止埋管，一次提管拆管不得超過3 m。在灌注過程中，應經常測探測混凝土的上升高度，保持導管的合理埋深。樁頂澆注高度必須大于設計標高50 cm。混凝土灌注結束時，技術員應實測混凝土面，確認是否到位，控制好最后一次灌注量。

5.2.5中間柱安裝

制作直徑為0.8 m（與鋼管柱直徑相同）壁厚20 mm，長11 m的工具柱（主要依據柱頂標高和地面標高最大差值），工具柱與鋼管柱現場用焊接。

鋼管柱是在工廠內加工成整節運至現場，在現場工具柱與鋼管柱采用焊接進行對接，鋼管柱與工具柱均放在對接平臺上進行對接（圖2），對接時首先使用千斤頂調整標高，然后采用拉線繩的方法檢查鋼管柱垂直度，標高和垂直度滿足要求后，選用焊接水平較高的焊工進行焊接。焊接完成后確保整體垂直度及焊縫合格。

圖2　鋼管柱拼接

圖3　HPE插管機定位

混凝土灌注完成后，重新放出樁位中心，做出十字線標記。復核樁位后，將HPE液壓垂直插入機的液壓定位器中心與基礎樁位中心在同一垂直線上，然后吊裝HPE液壓垂直插入機就位，HPE液壓垂直插入機根據定位器就位對中（圖3）。

就位對中后，HPE液壓垂直插入機械可調整水平度，并重新復核中心位置，滿足要求后即可吊裝鋼管柱入孔。

采用150t和25t吊車二臺吊車兩點抬吊，將鋼管柱垂直緩慢放入HPE液壓垂直插入機上（圖4）。

鋼管柱吊放至HPE液壓垂直插入機內，下入孔內至樓板節點法蘭后，由HPE插管機抱緊鋼管柱，使用兩臺經緯儀從兩個方向復測鋼管柱垂直度，滿足要求后在鋼管柱的下部安裝一個位移傳感器并采取初始值。

圖4　鋼管柱吊裝

圖5　安裝傳感器

開始下放鋼管柱時，在鋼管柱的自重作用下，鋼管柱能自由下入孔內一定深度。當浮力大于鋼管柱重量后，由HPE插管機將鋼管柱抱緊，由液壓插入裝置的液壓下壓力將鋼管柱下壓插入孔內。當插至混凝土頂面后，重新復測鋼管柱垂直度，此時可根據鋼管柱下部安裝的位移傳感器反映到地面電腦上的信號來檢測鋼管柱的垂直度（圖5），滿足垂直度要求后繼續下壓將鋼管柱插入至混凝土中。如不符合要求可調整HPE插管機的水平度直至鋼管柱垂直度滿足要求。調整到位后由測量組復核鋼管柱標高，插管完成（圖6）。

圖6　插管完成

當混凝土達到初凝后，用碎石填充鋼管柱四周至柱頂，并將孔內泥漿排除。

當初凝24小時后，可移除HPE插管機，拆除工具柱，進行鋼管柱內混凝土灌注施工。

5.2.6后注漿

中間樁后壓漿采用樁底壓漿的形式。樁底壓漿在每根樁中預埋3根壓漿管，壓漿管固定在鋼筋籠內側，隨鋼筋籠一起安放，混凝土澆筑完成后24 h進行沖孔，當樁混凝土澆筑2-7天后可以進行壓漿。壓漿合格標準：注漿壓力超過設計要求且注漿量達到設計值的75 %方可結束注漿；注漿壓力和注漿總量達到設計值可視為合格。

5.2.7 鋼管柱柱芯混凝土施工

根據設計圖紙，在鋼管柱頂端需安裝一段鋼筋籠，在以后施工蓋板結構時，該鋼筋籠錨入頂縱梁中，鋼管柱柱內混凝土在鋼管柱周圍回填完成后即開始施工。鋼管柱內混凝土采用C50微膨脹混凝土。

6　結語

通過本工程實踐表明，鋼管柱液壓垂直插入技術特別適用于蓋挖逆作法車站樁柱一體化中間支撐樁的施工。高液壓垂直插入機施工過程中完全機械化作業，減少了人工操作工序，降低了安全風險，具有安全效益。該技術可節約大量的鋼護筒和其他輔助材料和設施，利于降低成本，經濟效益顯著。該技術由先進的施工設備施工，較之常規的施工工藝流程簡單，施工速度快，效率高，有利于工期控制，且對繁忙道路交通的不利影響降至最低，社會效益較好。

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Construction Technology of HPE (Ground Hydraulic Perpendicular Embedding Steel-pipe Column) in Shijiazhuang Metro Station

SHEN Hong-yun1)YU Quan-sheng2)
(Hebei Vocational and Technical College1)ShijiazhuangHebei050091 China Railway Tunnel Group Beijing CTG Construction Co.,Ltd.2)Beijing100022China)

When Subway station uses the cover and cut semi reverse construction method, the key problem is how to construct intermediate supporting pile precisely, quickly and safely. Ground hydraulic perpendicular embedding steel-pipe column has the advantages of simple operation, accurate positioning, economic efficiency and many other advantages, which can guarantee the construction safety and quality. This paper makes a study and analysis on the hydraulic perpendicular embedding steel-pipe column which is successfully applied in the project with satisfactory construction effect.

Cover and cut method HPE steel-pipe column construction technology

文獻標識碼：A 文章編號：1673-1816(2016)03-0022-05

2016-06-18

沈紅云（1979-），女，山東德州人，碩士研究生，講師，研究方向工程管理與工程造價專業教學與研究。