地鐵車站鋼管柱關(guān)鍵施工技術(shù)

劉昌波

（中鐵十八局集團(tuán)軌道交通工程有限公司，天津 300222）

城市建設(shè)不斷發(fā)展，城市的交通問題已經(jīng)成為我國社會(huì)的難點(diǎn)和熱點(diǎn)問題，城市交通已經(jīng)不完全是市政工程問題，更是個(gè)多方面的綜合性的社會(huì)問題。目前，我國的城市軌道交通步入飛速發(fā)展的階段。在建設(shè)過程中如何統(tǒng)籌兼顧，優(yōu)化格局，合理資源分配，凈化環(huán)境，因地制宜，是每個(gè)建設(shè)者應(yīng)亟待解決的問題。隨著城市地鐵工程快速發(fā)展，為力求簡潔美觀，鋼管柱已越來越多的應(yīng)用于地鐵車站結(jié)構(gòu)中，成為地下車站主要的受力構(gòu)件［1］。但地鐵施工環(huán)境條件要求苛刻，施工工期壓力大，質(zhì)量要求高，鋼管柱施工常規(guī)做法很難滿足實(shí)際情況的需要。而HPE液壓垂直插入法，作為一種新的鋼管柱施工方法，工藝先進(jìn)、施工簡便、工期短，正好克服了常規(guī)做法的弊端［2］，故本文以某地鐵車站鋼管柱施工的實(shí)例為依托，詳細(xì)介紹了HPE液壓垂直插入法施工的工藝流程和施工要點(diǎn)，以期該施工方法能得以推廣應(yīng)用。

1 工程概況

廣州地鐵21號(hào)線某地鐵車站頂板埋深為3.3～4.1m，車站總長203.6m，標(biāo)準(zhǔn)段車站寬度為19.9m。車站包括4個(gè)出入口、2個(gè)風(fēng)亭及車站內(nèi)部等附屬結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆雙層兩跨箱形框架結(jié)構(gòu)，采用半幅蓋挖逆作法施工。因該地鐵車站地處城市交通主干道，征地困難，工期極為緊張，故為確保質(zhì)量和工期，決定將鋼管柱采用HPE垂直液壓插入法施工。本站鋼管柱共計(jì)27根，基樁采用A1800旋挖成孔樁，上接A900鋼管混凝土柱。

場(chǎng)區(qū)地層自上而下主要為雜填土層、第四系中更新統(tǒng)沖洪積粘性土和砂層、全風(fēng)化花崗巖殘積土＜6H>、中風(fēng)化花崗巖殘積土＜8H>、微風(fēng)化花崗巖殘積土＜9H>。

2 鋼管柱施工工藝

根據(jù)該地鐵車站地質(zhì)條件及工期要求，綜合考慮蓋挖車站鋼管柱施工的安全、質(zhì)量、成本、季節(jié)等因素，決定采用HPE垂直液壓插入技術(shù)施工。

2.1 HPE垂直液壓插入法施工原理

（1）設(shè)備配置：履帶吊車2臺(tái)，旋挖鉆機(jī)1臺(tái)，垂直液壓插入機(jī)2臺(tái)套，經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、激光標(biāo)線儀各1臺(tái)，測(cè)斜感應(yīng)器、電腦各1臺(tái)等。

（2）膨潤土泥漿制作完成后，旋挖鉆機(jī)成孔，安裝樁基礎(chǔ)鋼筋籠及澆筑超緩凝混凝土。

（3）完成鋼管柱柱體2節(jié)及工具柱的對(duì)接，調(diào)整鋼管柱自身垂直度至合格。

（4）將垂直液壓插入設(shè)備吊運(yùn)至旋挖孔位，就位居中，安裝機(jī)身環(huán)抱卡片，根據(jù)插入機(jī)自身垂直調(diào)校裝置調(diào)整垂直度。

（5）吊車將鋼管柱吊起，用機(jī)身的液壓定位器將鋼管柱環(huán)抱卡住，專業(yè)測(cè)量人員根據(jù)經(jīng)緯儀復(fù)測(cè)鋼管柱垂直度，并根據(jù)四腳液壓定位裝置進(jìn)行調(diào)整。

（6）在水下超緩凝混凝土36h內(nèi)，將鋼管柱緩慢插入混凝土中，至設(shè)計(jì)標(biāo)高，并保證中心點(diǎn)位參數(shù)合格。

鋼管柱施工工藝原理圖如圖1所示。

圖1 鋼管柱施工工藝原理圖

2.2 鋼管柱加工

該地鐵站鋼管柱制作采用工廠化加工，分節(jié)運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼接安裝，鋼管柱法蘭盤頂部設(shè)2.5m長工具柱，便于現(xiàn)場(chǎng)操作，其制作流程為：鋼管柱詳圖→原材料進(jìn)場(chǎng)→下料→卷筒→焊接縱縫→校圓→超聲波探傷→焊接環(huán)縫→超聲波探傷→組裝→超聲波探傷→匯總資料→出廠。

2.3 鋼管柱施工工藝

車站鋼管柱共27根，鋼管柱φ800，由20mm鋼板卷制而成，柱內(nèi)灌注C50的無收縮混凝土，柱下設(shè)樁基礎(chǔ)，為φ1800鉆孔灌注樁，樁基礎(chǔ)混凝土等級(jí)C35，樁鋼筋保護(hù)層厚度為70mm。鋼管柱插入樁基礎(chǔ)砼中3.5m，樁基礎(chǔ)頂部設(shè)有鋼管安裝導(dǎo)向裝置，鋼管柱工藝流程如圖2所示。

圖2 鋼管柱施工工藝流程圖

2.4 鋼管柱現(xiàn)場(chǎng)拼裝

鋼管柱分為ZJ-1、ZJ-2 2種型號(hào)，總長分別為19.35m（2軸～12軸），19.06m（13軸～28軸），由于加工及運(yùn)輸?shù)仍?，鋼管柱出廠分為2節(jié)與加工平臺(tái)同時(shí)運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)，由加工人員在施工場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行對(duì)接，因地鐵車站鋼管柱法蘭盤位于地表以下5.2～5.99m，同時(shí)需要增加工具柱進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接，鋼管柱加工參數(shù)規(guī)范值如表1所示。

表1 鋼管柱現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接規(guī)范參數(shù)表

ZJ-1、ZJ-2鋼管柱采用上半部分相同結(jié)構(gòu)尺寸8.25m，下半部分尺寸分別為11.11m和10.82m，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后由專業(yè)焊接人員現(xiàn)場(chǎng)拼裝焊接，吊車吊運(yùn)2節(jié)鋼管柱至加工平臺(tái)，人工輔助完成對(duì)接，焊接標(biāo)準(zhǔn)需滿足上述規(guī)范要求。

2.5 測(cè)量放樣

鋼管柱安裝護(hù)筒前，需對(duì)中心點(diǎn)位進(jìn)行首次放樣，4個(gè)點(diǎn)位交叉取點(diǎn)確定中心，安裝鋼護(hù)筒。護(hù)筒安裝完畢，需對(duì)鋼管柱中心點(diǎn)位2次放樣，開始旋挖成孔。

2.6 樁基礎(chǔ)施工

鋼管柱樁基礎(chǔ)，采用旋挖鉆機(jī)成孔，隔樁施工。

鉆孔完成后，進(jìn)行鋼筋籠的吊裝，鋼筋籠吊裝采用兩吊點(diǎn)起吊，把鋼筋籠骨架下放至設(shè)計(jì)標(biāo)高，并用型鋼把鋼筋籠固定定位于孔位中心。

樁基礎(chǔ)混凝土要有足夠的緩凝時(shí)間，保證鋼管柱插入時(shí)間的需要，緩凝時(shí)間為混凝土運(yùn)輸時(shí)間、澆筑時(shí)間、HPE插入機(jī)就位時(shí)間、插入時(shí)間等的總和［3］。地鐵車站樁基礎(chǔ)混凝土為水下緩凝時(shí)間為36h的C35混凝土。

2.7 鋼管柱插入

鋼管柱插入是通過插入機(jī)上4個(gè)液壓垂直插入裝置，由插入機(jī)將鋼管柱抱緊，復(fù)測(cè)并保證鋼管柱的垂直度和中心位置滿足要求；然后由上下2個(gè)液壓垂直插入裝置同時(shí)驅(qū)動(dòng)，上下依次環(huán)抱鋼管柱，通過其向下壓力將鋼管柱垂直向下插入到樁基礎(chǔ)混凝土中，直至將鋼管柱插入到設(shè)計(jì)深度。垂直插入鋼管柱施工方法的基本原理就是根據(jù)“兩點(diǎn)一線”的原理［3］。

（1）插入機(jī)就位對(duì)中。

樁基礎(chǔ)混凝土澆筑完成后，重新放樣定出樁位中心，并用十字線標(biāo)記在護(hù)筒上，復(fù)核樁位后，將HPE液壓插入機(jī)械的定位器中心與基礎(chǔ)樁位中心置于同一垂直線上，然后插入機(jī)就位，插入機(jī)根據(jù)定位器就位對(duì)中，分片安裝液壓機(jī)的環(huán)抱卡環(huán)，調(diào)試機(jī)器保證可正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）調(diào)整插入機(jī)水平。

插入機(jī)就位對(duì)中后，可手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)整水平度，通過調(diào)整液壓機(jī)4個(gè)腳柱保證插入機(jī)水平度滿足要求，并復(fù)核插入機(jī)中心位置，滿足要求后即安裝鋼管柱。

（3）吊裝鋼管柱至液壓機(jī)內(nèi)。

準(zhǔn)備工作完成后，用吊車采用2點(diǎn)起吊法吊裝鋼管柱，將柱體緩慢吊起，至鋼管柱垂直，移至插入機(jī)正上方，然后將鋼管柱垂直緩慢放入插入機(jī)中。

（4）經(jīng)緯儀測(cè)設(shè)鋼管柱插入前垂直度。

鋼管柱安裝至插入機(jī)內(nèi)部前，施工現(xiàn)場(chǎng)交叉方向同時(shí)架設(shè)2臺(tái)經(jīng)緯儀，通過對(duì)角線相交的方法控制垂直液壓插入機(jī)定位鋼管柱時(shí)的垂直情況，通過機(jī)器液壓裝置控制好鋼管柱垂直度后，進(jìn)行插入［4］。

（5）插入鋼管柱。

鋼管柱吊放至插入機(jī)內(nèi)，由插入機(jī)卡住鋼管柱，并復(fù)測(cè)鋼管柱垂直度滿足要求后，在鋼管柱法蘭盤頂部安裝一個(gè)垂直傳感器，并設(shè)置吊環(huán)懸掛于鋼護(hù)筒邊緣；剛開始下放鋼管柱時(shí)，由于鋼管柱的自重，鋼管柱能自由下入孔內(nèi)一定深度，當(dāng)浮力大于鋼管柱重量后，由插入機(jī)將鋼管柱抱緊，由液壓插入裝置將鋼管柱下壓插入樁基礎(chǔ)混凝土內(nèi)，此時(shí)可根據(jù)鋼管柱下部安裝的傳感器確定鋼管柱的垂直度，滿足要求后繼續(xù)插入至設(shè)計(jì)深度［5］。

（6）鋼管柱安裝標(biāo)高控制。

根據(jù)鋼管柱距地表高度而定，在工具柱位置采用石筆標(biāo)記出一段距離的標(biāo)高位置，做出標(biāo)高控制線，鋼管柱插入施工過程中用紅外線激光標(biāo)線儀定位標(biāo)高至工具柱標(biāo)線高度，使得激光儀紅外線與控制線標(biāo)高一致，最后再把紅線投放到鋼管柱工具柱上，為控制標(biāo)高準(zhǔn)確度，安放的掃線儀距離≤2m。

（7）固定工具柱管口位置。

HPE垂直液壓插入機(jī)插入完成后，不再挪動(dòng)機(jī)器本身，待樁基砼初凝后，采用3～5cm大粒徑碎石回填鋼管柱周圍的空隙并排漿，直至穩(wěn)定后工字鋼、鋼管等材料將鋼管柱固定在護(hù)筒平臺(tái)上，待樁基砼完全初凝后切割工具住并將插入機(jī)移位。

（8）安裝柱內(nèi)鋼筋籠及澆筑砼。

垂直液壓機(jī)移位后，安裝柱內(nèi)鋼筋籠及澆筑混凝土，待施做車站頂板時(shí)人工切除鋼管柱法蘭盤頂部工具柱。

3 HPE垂直液壓插入工法控制要點(diǎn)

（1）鋼管柱加工及安裝等各類參數(shù)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行控制，保證鋼管柱誤差值范圍接近于0的位置，提高鋼管柱的安裝精度及垂直度，隨機(jī)抽取鋼管柱安裝記錄表如表2所示。

表2 鋼管柱安裝精度記錄表

（2）由于鋼管柱自身及各類機(jī)械旋轉(zhuǎn)半徑、占地面積都比較大，積極協(xié)調(diào)使得鋼管柱施工機(jī)械利用飽和率達(dá)到理想，以提高施工工期。

（3）樁基水下超混凝混凝土緩凝時(shí)間控制，在可控的時(shí)間范圍內(nèi)完成鋼管柱的安裝插入。

（4）HPE工法施工，鋼管柱插入完成后注意保護(hù)柱體穩(wěn)固性，切記現(xiàn)場(chǎng)吊裝作業(yè)造成垂直插入機(jī)的位置偏差及造成鋼管柱的晃動(dòng)與結(jié)構(gòu)破壞。

（5）蓋挖車站施工現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械作業(yè)繁多，吊裝鋼管柱重點(diǎn)把控人員安全。

4 結(jié)束語

鋼管柱施工的常規(guī)做法較為復(fù)雜，需人工下到孔底進(jìn)行樁基礎(chǔ)頂部混凝土的鑿除及安裝定位器，且需通長布置鋼護(hù)筒，安全風(fēng)險(xiǎn)高、施工難度大，且工期長。而HPE鋼管柱施工方法按照“兩點(diǎn)一線”的定位原理，通過機(jī)身垂直液壓裝置，將鋼管柱在樁基礎(chǔ)混凝土初凝前插入至設(shè)計(jì)標(biāo)高。較常規(guī)做法，HPE垂直插入方法施工簡便，安全風(fēng)險(xiǎn)可控，施工精度滿足要求，工期大大縮短，單根鋼管柱施工時(shí)間至少縮短10d，故HPE垂直液壓插入施工方法克服了常規(guī)做法的種種弊端，極大提高了鋼管柱的施工質(zhì)量及效率，有很好的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

［1］ 朱元生.HPE液壓垂直插入機(jī)施作鋼管柱施工技術(shù)［J］. 鐵道建筑技術(shù)，2012，（10）：34-36.

［2］ 冀英.大寬度復(fù)雜軟弱地層蓋挖逆作法地鐵車站施工技術(shù)［J］. 科技視界，2012，（10）：67-69.

［3］ 唐劍，付洵. 大型地鐵車站基坑蓋挖逆作中間立柱施工關(guān)鍵技術(shù)［J］.鐵道建筑，2011，（11）：44-46.［4］ 張鳳龍. HPE地面液壓垂直插入鋼管柱施工技術(shù)［J］. 建筑施工，2011，（07）：78-79.

［5］ 李建旺. HPE工法在天津地下交通樞紐工程施工中的應(yīng)用［J］. 市政技術(shù)，2010，（04）：89-91.