地鐵車站蓋挖逆作鋼管混凝土柱施工技術研究

李 磊，陳 剛，游 廣，周佳慶，鄒冠堯

地鐵車站蓋挖逆作鋼管混凝土柱施工技術研究

李 磊1，陳 剛1，游 廣1，周佳慶2，鄒冠堯3

(1.中交一公局橋隧工程有限公司，湖南 長沙 410006；2.中南大學 土木工程學院，湖南 長沙 410075；3.廣州軌道交通建設監理有限公司，廣東 廣州 510010)

在蓋挖逆作施工中，鋼管柱作為永久結構柱，安裝定位精度要求相當嚴格，施工操作難度大。以長沙地鐵6號線朝陽村站實際施工為例，探究了鋼管柱成孔施工、分節吊裝、對接以及樁基砼澆筑等工藝流程。在施工過程中研發設計了保證鋼管柱精準就位的安裝平臺，結合螺旋千斤頂二次調節等針對性措施，解決了鋼管柱施工過程中存在的諸多問題，并有效地加快安裝進度，節約了項目成本，可為今后相關工程提供參考。

地鐵施工;鋼管混凝土柱;蓋挖逆作

0 引 言

在城市地鐵車站施工時，采用蓋挖逆作法可以有效地解決高樓密集區基坑作業安全問題，加快施工進度，降低臨時支護成本。地鐵車站鋼管柱作為永久結構柱，承擔施工階段和使用階段的豎向荷載，其施工過程對安裝精度包括柱體高程、平面位置以及垂直度要求十分嚴格。傳統的鋼管柱定位施工采用鋼套筒護壁，抽排泥漿后在底部安裝定位器，不僅工藝復雜，施工工期長，而且存在一定的局限性[1]。另一種方法是利用HPE液壓垂直插入機，在其抱緊鋼管柱時，復測鋼管柱垂直度，利用上下兩個液壓垂直插入裝置同時驅動向下插入，直到插入設計深度，該工藝施工流程簡單，速度快，但成本投入大[2]。目前，最新的鋼管定位施工技術取消了鋼套筒護壁[3]，利用鋼管柱提供的作業空間人工入孔進行調節，簡化了施工工藝，但鋼管柱中心，水準高程精準定位仍未有既簡單又高效的方法。本文結合朝陽村地鐵車站實際情況，對蓋挖逆作鋼管柱的施工進行技術探究與技術優化。

1 工程概況

1.1 車站概況

朝陽村地鐵車站位于長沙市雨花區，與地鐵3號線通道換乘。車站周邊建筑主要有融圣國際、朝陽村小學、友阿百貨以及鄰近人民路立交橋隧道，朝陽村站全長305.6 m，標準段寬為21.4 m，西端明挖段長147.8 m，東端蓋挖逆作段長157.8 m。頂板和底板采用防水卷材防水，側墻采用混凝土結構自防水。朝陽村車站平面布置如圖1所示。

圖1 朝陽村站平面示意

蓋挖段頂板覆土約3 m，基坑深度約25 m，圍護結構采用1000 mm厚的地下連續墻，Φ800永久性鋼管混凝土柱共10根，柱底采用Φ2200鉆孔灌注樁作為立柱嵌固樁基礎，鋼管柱平面布置如圖2所示。

圖2 鋼管混凝土柱平面布置

1.2 工程地質

長沙市軌道交通6號線工程朝陽村站屬湘江Ⅱ級階地，地面標高39.53～43.18 m，地形開闊、平坦；地形地貌經人為改造變化極大，現狀多為道路、商廈、施工工地及民居，場地整體地勢較平坦。車站場地地層自上而下依次為混凝土、素填土、雜填土、粉質粘土、粉細砂層、中、粗砂層、礫砂層、圓礫層、卵石層、殘積粉質粘土層、強風化泥質粉砂巖、中風化泥質粉砂巖。

2 鋼管柱施工關鍵控制技術

2.1 鋼管柱的精準定位

蓋挖法地鐵車站施工中，鋼管柱的平面位置、垂直度和高程精準定位對車站結構的施工至關重要。在朝陽村地鐵車站蓋挖逆作段實際施工中，自主研發了一種鋼管柱精準定位的操作平臺，其包括200×200H型鋼焊接而成的支架架體，2 cm厚的鋼板操作平臺，液壓千斤頂和簡易螺栓調節器。定位平臺平面圖和剖面圖如圖3、圖4所示。

圖3 定位平臺平面（單位：mm）

平臺的螺栓調節器，即簡單的配套螺栓，均勻焊接在定位平臺入孔周圍，鋼管柱吊裝入孔時，以全站儀量測作為輔助，通過手動調節螺栓與鋼管柱的接觸，使鋼管柱中心精準定位；液壓千斤頂的應用方便調節定位平臺水準，并可以通過調節千斤頂高度使鋼管柱的水準高程達到要求。

圖4 A-A剖面

該操作平臺現場取料，制作簡單，成本低廉，但實用操作效果良好，取消了底部定位器的安裝[5]。

2.2 鋼管柱的預處理

對于較長的鋼管柱不適合一次安裝時，采用分節吊裝，分段焊接。為取消鋼護筒，防止泥漿進入鋼管柱內，給予施工人員在進行鋼管柱二次調節時一個可操作空間，需要在鋼管柱吊裝對接前，對鋼管柱進行預處理。在抗浮力計算后，確定在深孔水下的安裝前先對第一節鋼管柱（約7 m長）預先灌注5.5 m混凝土即可利用混凝土和鋼管的自重平衡鋼管柱在泥漿中的浮力，之后再進行安裝。

2.3 鋼管柱內螺旋千斤頂安裝

在第二節鋼管柱底部距混凝土頂面1.5 m左右標高，沿鋼管柱四周均勻安裝4個螺旋千斤頂，其平面布置及實物圖見圖5。螺旋千斤頂外套管與鋼管柱良好焊接，滿足受力和密封要求。為保證絲桿調節和對水的密封，螺旋千斤頂絲桿與外套管間注滿黃油。同時，為保證支撐部位孔壁土體穩定，一方面將千斤頂支腿設計為與樁孔弧度一致的擴大弧形板，以增大受力面積，另一方面，根據現場施工情況和地質勘查報告，將螺旋千斤頂安裝在土質較好的地層。

圖5 螺旋千斤頂

螺旋千斤頂可對鋼管柱垂直精度進行二次調節，取消了傳統的抽排泥漿，人工鑿除底部混凝土，安裝錐形定位器，并聯合研發設計的鋼管柱定位平臺使鋼管柱精準定位，其示意圖見圖6。

圖6 鋼管柱二次調節示意

2.4 鋼護筒埋設

鋼管柱施工中取消了鋼套筒護壁，但為防止施工過程發生孔塌，地表以下3 m仍埋設鋼護筒。鋼護筒在施工過程中要保持垂直，頂部高出地面30～50 cm，護筒的垂直度≤3/1000。在運輸和安裝過程中要保證護筒不發生變形，保證其初始正圓度。安裝時保證護筒頂邊沿水準高程滿足要求，及時測量及調整。為保證鋼管柱的精準定位，鋼護筒中心和樁中心應保證重合，偏差在50 mm以內。護筒與坑壁之間采用粘性土填充壓實，為確保護筒位置準確以及穩定性，再次校正護筒中心偏差，并用水平尺校核護筒的垂直度，確保護筒達到水平牢固。鋼護筒埋設如圖7所示。

圖7 鋼護筒埋設示意

2.5 工具柱連接

鋼管柱施工完成一段時間后，需與頂板澆筑為一個整體，其柱頂高程與頂板大致相同，至地面深度約2 m。為固定鋼管柱中心位置以及聯合定位平臺和螺旋千斤頂共同調節垂直精度，鋼管柱柱頂至地面需要設置工具柱，工具柱與鋼管柱之間利用8個A30高強螺栓進行連接，工具柱高出定位平臺0.5～1 m，其連接見圖8。工具柱在混凝土澆筑后可拔出，循環使用。

圖8 鋼管柱與工具柱連接

3 鋼管柱施工工藝流程

鋼管柱施工工藝流程為：孔位定位→安裝鋼護筒→旋挖鉆成孔→樁基鋼筋籠制作→地表定位平臺加工與安裝→吊裝首節鋼管柱→定位、加固首節鋼管柱→連接次節鋼管柱→鋼管柱垂直復測→澆筑鋼管內混凝土→拆除定位平臺和工具柱→細砂回填。

3.1 孔位定位

在進行定位之前首先要進行場地的平整，清除場地內的阻礙物與雜物，對局部土質松軟和淤泥處進行換填并夯實處理，保證旋挖機在施工過程中處于平整、堅實的位置，避免在鉆進過程中旋挖機產生不均勻沉陷，影響鉆孔精度。

場地平整完畢后進行鋼管柱樁位放樣，測放時采用全站儀，根據確定坐標進行放樣，樁位經過測放確定后，釘好十字護樁，并做好測量復核工作，保證平面位置準確。

3.2 成孔施工

（1）鉆機就位：鋼護筒測量安裝完畢后，鉆機在鉆孔處就位。鉆孔前要保證機身平穩，鉆桿中心與樁位中心保持重合，不應有較大誤差。用測錘及全站儀進行鉆桿垂直度檢驗，保證鉆桿垂直度達到要求，在平面位置及垂直度都滿足要求后方可進行鉆進施工。

（2）泥漿制備：旋挖鉆成孔時，利用靜態泥漿保持孔壁穩定性，使孔壁不發生塌陷。其主要工作原理是在孔壁處形成一薄層泥膜，使水無法從內向外或從外向內滲透，并施加給孔壁一定的側向壓力。在施工過程，根據現場的實際情況和工程地質，及時進行泥漿配比的調整，控制泥漿的比重、粘度、含砂率等性能指標，并保證泥膜的厚度與強度。

（3）鉆進成孔：在鉆進成孔過程中，要根據地質特點，把好三關：進尺關、泥漿比重關、垂直度關。

（4）清孔：用清水稀釋泥漿，將置換的泥漿排入泥漿池中，并連續測試泥漿的比重，當泥漿比重小于1.15，粘度值范圍處于18～26 S，含砂率不大于2%，清孔完畢方可吊裝鋼筋籠。

（5）鋼筋籠制作及安裝。

3.3 安裝定位平臺

（1）首先在硬化地坪上精準測放出定位平臺的4個角點，利用吊車吊裝定位平臺來進行安裝，平臺的安裝偏差必須在20 mm以內。利用千斤頂撐腳來調節定位平臺平整度，平整度偏差不得超過2 mm。采用鋼筋或角鋼將定位平臺與事先預埋在硬化地坪內的預埋件進行焊接，從而增加定位平臺的穩定性。

（2）定位平臺采用全站儀及坐標法進行測量定位，用水平尺調整平整度。待千斤頂撐腳固定后，再次對中心點位復測，使平臺中心與樁中心偏差在5 mm以內。

3.4 鋼管柱安裝

鋼管柱采用分節吊裝，首節鋼管柱內底部預先澆筑混凝土時，加強對混凝土和易性、坍落度的控制，并加強振搗，確保鋼管柱砼的密實。砼初凝后，清理鋼管柱柱內浮漿，然后鑿毛，保證后續砼的良好連接。

鋼管柱施工中需進行對接，具體按以下過程進行。

（1）出廠前，在柱頂對稱焊接一對吊耳，同時在吊耳側加焊肋板，以避免在鋼管柱安裝過程中可能出現的側翻以及破壞現象。

（2）管柱采用70 t和25 t兩臺吊車配合吊裝，70 t為主吊，25 t為副吊，采用三點同時吊裝，防止鋼管柱在吊裝過程中發生彎曲變形。

（3）鋼管柱對接過程先將耳板對接牢固，保證上下節的垂直度偏差在5 mm以內，然后進行電焊，最后采用CO2氣體進行焊接，焊縫要求等級為一級。焊縫表面不得有氣孔、夾渣，且不得出現咬邊、未焊滿、根部收縮等缺陷，每焊接完成后進行超聲波無損檢測。

3.5 鋼管柱內混凝土澆筑

（1）在樁基混凝土澆筑完成并達到設計強度70%后澆筑鋼管柱內混凝土，并預埋鋼管柱頂部鋼筋籠，該鋼筋籠錨入結構頂板。

（2）鋼管柱內混凝土初凝后，采用細砂回填至鋼管柱頂不得超過鋼管柱和工具柱連接面，以免影響連接螺栓的拔出，細砂回填保護預埋的鋼 筋籠。

3.6 拆除定位平臺及工具柱并回填細砂

（1）回填鋼管柱內細砂后，操作人員進入孔內拔出連接工具柱和鋼管柱的8顆高強螺栓，然后拔出工具柱。

（2）工具柱拔除后，先將鋼管柱外圍回填細砂，再移動定位平臺至下一個鋼管柱施工點。

4 結 語

以長沙地鐵6號線朝陽村站為例，對地鐵車站蓋挖逆作法施工中鋼管柱精準定位難，定位工藝復雜等難題進行了探討，提出了針對性技術措施，在實際施工中取得了良好的效果。

（1）研發設計了一種鋼管柱定位平臺，其由支架架體，操作平臺，液壓千斤頂及螺栓調節器組成。利用該定位平臺可實現鋼管柱中心、高程精準定位，且現場取材，加工方便，操作簡單。

（2）采用地表定位平臺主控鋼管柱定位安裝，管內螺旋千斤頂輔助調整，無需安裝底部錐形定位器，利用鋼管柱提供人員操作的空間，取消了鋼套筒護壁，無需抽排泥漿，該方法簡化了鋼管柱施工工序，加快了施工進度。

（3）采用該施工方法，單根鋼管柱施工成本從10萬元下降為4萬元左右，并得到了業主、監理的一致認可，具有較高的經濟效益與社會效益。

[1] 李 斌.復雜條件下逆作車站鋼管柱技術研究[J].鐵道建筑技術,2016(6):69-72.

[2] 孫曉東.HPE液壓垂直插入鋼管柱施工技術[J].建筑技術開發,2015,42(7):59-61.

[3] 梁橋欣,馮永飛,白 冰,等.地鐵車站大直徑深長鋼管混凝土柱施工關鍵技術研究[J].施工技術,2018,47(13):111-115.

[4] 張 能,景兆驥,康晉明.全站儀和激光投點儀放樣鋼管柱精度淺析[J].北京測繪,2014(1):63-65.

[5] 張滿江紅,王大標.逆作法中人工挖孔樁頂鋼柱快速定位施工技術[J].施工技術,2017,46(S):283-286.

(2019-03-16)

李 磊(1985—)，男，山東菏澤人，本科，工程師，主要從事高速公路和軌道交通建設工作，Email: 273145898@ qq.com。