蓋挖逆作法地鐵車(chē)站中柱及基樁施工工藝優(yōu)化

張子真 丁海明 炊鵬飛 金建申

（中建交通建設(shè)集團(tuán)有限公司，100161，北京∥第一作者，助理工程師）

蓋挖逆作法地鐵車(chē)站中柱及基樁施工工藝優(yōu)化

張子真 丁海明 炊鵬飛 金建申

（中建交通建設(shè)集團(tuán)有限公司，100161，北京∥第一作者，助理工程師）

以北京地鐵14號(hào)線東湖渠站工程為例，對(duì)蓋挖逆作法中柱及中柱基樁施工中鋼套筒、定位器施工工藝進(jìn)行了優(yōu)化。與現(xiàn)有施工工藝相比，新工藝具有材料省、施工質(zhì)量便于控制、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)類(lèi)似工程施工具有一定的參考意義。

地鐵車(chē)站；蓋挖逆作法；施工工藝；鋼套筒；定位器

First-author'saddressChina Construction Communications Engineering Group Co.，Ltd.，100161，Beijing，China

處于城市中心地帶地鐵車(chē)站采用明挖法施工會(huì)阻斷地面交通，而蓋挖逆作法能最大限度地減小施工占地面積，不中斷交通，因此近年來(lái)得到了廣泛應(yīng)用。文獻(xiàn)［1］結(jié)合天津站交通樞紐工程，研究了蓋挖逆作法中間樁施工工藝和鋼管柱定位方法。文獻(xiàn)［2］結(jié)合南京地鐵1號(hào)線新街口站研究了地鐵車(chē)站逆作法鋼管柱的定位方法。文獻(xiàn)［3］結(jié)合北京地鐵4號(hào)線動(dòng)物園站研究了中間樁施工技術(shù)和鋼管柱定位方法。各施工方法的原理基本相同，但均有改進(jìn)的空間，本文結(jié)合北京地鐵14號(hào)線22合同段東湖渠站工程實(shí)踐，對(duì)蓋挖逆作法車(chē)站中樁柱施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況

北京地鐵東湖渠站位于廣順北大街下，沿南北布置。車(chē)站等級(jí)為3級(jí)，車(chē)站采用12 m島式站臺(tái)，雙柱三跨式混凝土結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)段凈寬19.5 m，總凈長(zhǎng)255 m，有效站臺(tái)長(zhǎng)度為138 m，車(chē)站中心覆土約4.4 m。車(chē)站共設(shè)5個(gè)出入口通道（4個(gè)出入口、1個(gè)消防通道）及2組4個(gè)風(fēng)亭。車(chē)站中柱基礎(chǔ)采用Φ1 800 mm鉆孔灌注樁（中樁），中柱采用Φ700 mm鋼管混凝土柱。車(chē)站橫斷面圖如圖1所示。

圖1 地鐵東湖渠站標(biāo)準(zhǔn)段橫斷面圖

2 中柱及基樁施工工藝流程

地鐵東湖渠站采用蓋挖逆作法施工，中樁柱施工采用鋼套筒護(hù)壁，中樁柱施工工藝流程如圖2所示［4］，中柱基樁及中間柱施工工藝如圖3、圖4所示。

3 鋼套筒加工參數(shù)優(yōu)化

文獻(xiàn)［1］介紹的中間樁施工技術(shù)中，鋼套筒采用上、中、下3節(jié)。上節(jié)與中節(jié)采用外法蘭連接，中節(jié)和下節(jié)采用內(nèi)法蘭連接。待鋼管柱核心混凝土灌注完成后，人工將內(nèi)法蘭螺栓擰開(kāi)，然后用千斤頂和吊車(chē)將上中節(jié)鋼套筒拔出，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，鋼套筒布置形式如圖5所示。

圖2 東湖渠站中柱及基樁施工工藝流程圖

圖3 中間樁施工工藝

圖4 鋼管柱的安裝工藝

圖5 “騰瑞振”式三節(jié)鋼套筒

因?yàn)樯?、中?jié)鋼套筒用外法蘭連接，所以拔出阻力由鋼套筒自重、鋼套筒與土的動(dòng)滑動(dòng)摩擦力和外法蘭盤(pán)與土體的咬合力組成，見(jiàn)式（1）。

式中：

Ff——拔出阻力；

G——鋼套筒自重；

μ——鋼板與土的動(dòng)滑動(dòng)摩擦系數(shù)；

k——土的靜止側(cè)壓力系數(shù)；

γ——土的重度；

D——鋼套筒外徑；

h——上中節(jié)鋼套筒總長(zhǎng)；

f——外法蘭盤(pán)與土體的咬合阻力。

鋼套筒拔出過(guò)程中，外法蘭盤(pán)會(huì)帶動(dòng)三角形區(qū)域的土體一起向上移動(dòng)，其作用類(lèi)似一個(gè)土楔體，不斷擠密周邊土體（見(jiàn)圖6），并受到阻力f。顯然，f會(huì)非常大，它將增加鋼套筒拔不出來(lái)的可能性，這樣就只能做切割處理，影響了重復(fù)利用的設(shè)計(jì)初衷，如圖7所示。

研究生教育過(guò)程是導(dǎo)師與研究生的雙向活動(dòng)，師生心理和情感交流貫穿始終，師生關(guān)系直接影響著研究生培養(yǎng)的最終質(zhì)量。應(yīng)將心理交流和情感教育作為研究生教育過(guò)程的紐帶，在導(dǎo)師營(yíng)造濃郁的學(xué)術(shù)氛圍及和諧的生活情境時(shí)，本著師生平等的思想，建立和諧的師生心理關(guān)系，實(shí)現(xiàn)師生共情;通過(guò)師生優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、教學(xué)相長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)師生共贏。

圖6 外法蘭盤(pán)上的土楔體

圖7 鋼套筒的切割處理

東湖渠站采用4節(jié)鋼套筒連接的形式解決，既可方便地分節(jié)安裝鋼套筒，又可避免外法蘭盤(pán)所帶來(lái)強(qiáng)大阻力的問(wèn)題。具體做法是：第1節(jié)與第2節(jié)用內(nèi)法蘭連接（如果加工成整體，因過(guò)長(zhǎng)而無(wú)法在城市內(nèi)運(yùn)輸），第2節(jié)和第3節(jié)用內(nèi)法蘭連接；第3節(jié)和第4節(jié)用外法蘭連接，如圖8所示。吊裝時(shí)將把第4節(jié)與鋼筋籠焊接成整體吊放并在孔口臨時(shí)固定，然后將第1～3節(jié)鋼套整體吊放并與第4節(jié)鋼套筒在孔口外法蘭連接，最后整體吊放到設(shè)計(jì)標(biāo)高，并對(duì)上口進(jìn)行固定。待定位器安裝完成后，人工將第2～3節(jié)鋼套筒間內(nèi)法蘭螺栓擰開(kāi)，然后用千斤頂和吊車(chē)將第1～2節(jié)鋼套筒拔出，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。拔出鋼套筒所受阻力只有鋼套筒自重和鋼套筒與土的動(dòng)滑動(dòng)摩擦力，拔出操作更容易實(shí)現(xiàn)。鋼套筒拔出影像如圖9所示。

第3節(jié)鋼套筒設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1 m，其主要作用有三點(diǎn)：

（1）起到內(nèi)外法蘭的過(guò)渡作用，操作人員在地面進(jìn)行兩次吊裝構(gòu)件的外法蘭連接，增加施工安全性。

圖8 四節(jié)鋼套筒形式

圖9 鋼套筒的拔出

（2）鋼套筒及基樁鋼筋籠吊裝分2次完成，增加吊裝安全性，同時(shí)，施工中避免使用更大型吊車(chē)，減少了施工成本。

（3）第3節(jié)鋼套筒的長(zhǎng)度可根據(jù)地面標(biāo)高和樁頂標(biāo)高的不同而適當(dāng)調(diào)整，方便鋼套筒的循環(huán)利用。

4 定位器形式優(yōu)化

文獻(xiàn)［3］所介紹的鋼管柱定位技術(shù)中，定位器底板輪廓為圓形，導(dǎo)向板呈十字布置，相互分開(kāi)，如圖10所示。這種定位器的優(yōu)點(diǎn)是造型美觀，缺點(diǎn)是不容易加工，材料浪費(fèi)嚴(yán)重，導(dǎo)向板相互分離穩(wěn)定性不足，錨固力不足，錨固混凝土不易飽滿。為了彌補(bǔ)這種缺陷，東湖渠站采用十字板定位器，不僅節(jié)約鋼材，而且安裝方便，穩(wěn)定性好，如圖11所示。

十字板定位器底板采用3塊長(zhǎng)方形鋼板焊成，因?yàn)閷?dǎo)向板可以起到肋板的作用，所以十字底板的剛度和強(qiáng)度都可以滿足要求，這種底板比開(kāi)孔圓形底板更節(jié)省鋼材，重量更輕，安裝也更容易。相同的鋼管柱采用兩種定位器安裝，十字板定位器可以比圓形定位器節(jié)省46.67%的鋼材。圓形定位器導(dǎo)向板是采用4塊完全相同的梯形鋼板對(duì)稱焊接在底板

圖10 圓形定位器示意圖

圖11 十字板定位器示意圖

5 定位器安裝措施優(yōu)化

文獻(xiàn)［2］介紹了南京新街口站鋼管柱十字板定位器的安裝方法（如圖12）。首先，在地面將定位器的預(yù)埋安裝腳焊接在下節(jié)鋼套筒壁的設(shè)計(jì)位置上，在鋼套筒吊放過(guò)程中嚴(yán)格控制其筒頂標(biāo)高，從而精確控制安裝腳標(biāo)高。然后，由井口將標(biāo)高控制點(diǎn)投測(cè)于鋼套筒壁上，將柱心投測(cè)于樁頂基表面，根據(jù)實(shí)測(cè)的柱心位置在地面修整十字板四肢長(zhǎng)度，用吊車(chē)將定位器及其配件吊入樁孔，施工人員在定位器預(yù)埋安裝腳上焊接定位器連接板，將定位器安裝就位。通過(guò)調(diào)節(jié)螺栓調(diào)節(jié)定位器標(biāo)高，推移定位器調(diào)節(jié)其柱心位置。精確校核其平面位置、標(biāo)高、垂直度后，緊固定位器調(diào)節(jié)螺栓。

這種方法的缺點(diǎn)是配件過(guò)多，安裝過(guò)程復(fù)雜，安裝腳標(biāo)高控制方法過(guò)于理想化。實(shí)際操作中，因?yàn)殇撎淄查L(zhǎng)度制作誤差、地面渣土堆積、工人熟練程度變動(dòng)等影響，鋼套筒頂不可能?chē)?yán)格處于設(shè)計(jì)標(biāo)高，致使安裝腳標(biāo)高也會(huì)受?chē)?yán)重影響。定位器需要在十字板末端沖切出4個(gè)馬蹄形孔洞，這增加了制作的難度。東湖渠站采用了更簡(jiǎn)單的安裝方法，不僅過(guò)程簡(jiǎn)單，成本低廉，還能保證安裝精度，其過(guò)程是：

（1）在鋼套筒頂測(cè)放鋼管柱十字軸線，同時(shí)在孔底測(cè)放定位器標(biāo)高控制點(diǎn)，標(biāo)記于鋼套筒內(nèi)壁上，然后施工人員將定位器、4根長(zhǎng)1 120 mm的HRB 400Φ25鋼筋吊入孔底，并做好通風(fēng)、電氣焊的準(zhǔn)備工作。

（2）用4根長(zhǎng)1 120 mm的HRB 400Φ25鋼筋在孔底焊一個(gè)框架，其鋼筋頂面標(biāo)高要等于定位器底板頂標(biāo)高減去20 mm（鋼底板厚），如圖13a）。

（3）從鋼套筒頂用激光投點(diǎn)儀將鋼管柱中心點(diǎn)投至孔底，工人將定位器抬放至鋼框架上，依據(jù)激光投射點(diǎn)調(diào)整定位器中心，采用放墊片的方法依據(jù)四個(gè)方向的標(biāo)高控制點(diǎn)調(diào)整定位器底板頂標(biāo)高，如圖13b），定位器位置確定后焊接在鋼框架上。

圖12 新街口站鋼管柱定位器安裝示意圖（未畫(huà)錨筋）

圖13 定位器安裝示意圖

在現(xiàn)場(chǎng)焊接鋼框架能更好地適應(yīng)鋼套筒標(biāo)高變動(dòng)，且操作簡(jiǎn)單，材料充裕而價(jià)格低廉，不必經(jīng)過(guò)特殊加工。定位器在鋼框架平面內(nèi)滑動(dòng)尋找坐標(biāo)，比南京新街口所用方法更簡(jiǎn)單，而激光投射亮點(diǎn)可以保證坐標(biāo)的精度。定位器的標(biāo)高可以用卷尺來(lái)確定，需要事先通過(guò)測(cè)量確定鋼套筒的準(zhǔn)確標(biāo)高，以保證定位器標(biāo)高正確。

6 結(jié)語(yǔ)

本文以北京地鐵14號(hào)線工程?hào)|湖渠站為工程依托，通過(guò)借鑒以往施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)蓋挖逆作地鐵車(chē)站中柱及基樁采用鋼套筒護(hù)壁施工工藝進(jìn)行總結(jié)和優(yōu)化得出以下結(jié)論：

（1）蓋挖逆作法地鐵車(chē)站中柱及基樁施工采用鋼套筒護(hù)壁施工工藝時(shí)，鋼套筒可分為4節(jié)。1-2節(jié)、2-3節(jié)間內(nèi)法蘭連接，3-4節(jié)間外法蘭連接，將1-2節(jié)拔出重復(fù)利用。采用該分節(jié)方式，可增大鋼套筒重復(fù)利用的幾率，同時(shí)可增加施工的安全性和經(jīng)濟(jì)型。

（2）鋼管柱定位器可采用十字板式定位器。相比圓形定位器，更加節(jié)省材料、定位器混凝土澆筑質(zhì)量易控制，錨固強(qiáng)度更高。

（3）十字板定位器安裝采用鋼筋框架定位法，使用鋼卷尺、紅外投點(diǎn)儀等配合定位。在保證安裝精度的同時(shí)，操作更簡(jiǎn)便。

［1］ 滕瑞振.蓋挖逆作法作業(yè)中間樁柱施工技術(shù)［D］.上海：上海交通大學(xué)，2009.

［2］ 楊開(kāi)武，徐桂珍，蘇藝.富水條件下蓋挖逆作地鐵車(chē)站中間柱施工技術(shù)［J］.都市快軌交通，2007，20（1）：64.

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

［4］ 炊鵬飛，梁俊峰，王守龍，等.蓋挖逆作法地鐵車(chē)站中柱及基樁施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2013（5）：84.

Improvement of Top-down Inverse Method in Construction of Middle Pile and Column at Subway Station

Zhang Zizhen，Ding Haiming，Chui Pengfei，Jin Jianshen

Based on the project of Donghuqu Station on Beijing metro Line 14，the construction of middle pile and column in top-down inverse method，including the steel sleeve，the shape and the fixing of locator，is improved.Compared with the current cionstruction technology，this new one could save more materialand simplify the operating procedure for control，thus has more economic benefits.It could be taken as a reference for similar enginerring projects.

subway station；top-down inverse method；construction way；steel sleeve；locator

TU 94+1∶U 231.3

2012-11-26）