全蓋挖逆作法地鐵車站永久鋼管柱施工關(guān)鍵技術(shù)

張曉鵬

（南京地鐵建設(shè)有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000）

1 全蓋挖逆作法施工定義分析

蓋挖法施工技術(shù)是用連續(xù)墻、鉆孔樁等形式做圍護(hù)結(jié)構(gòu)和中間樁，然后設(shè)置蓋板，在蓋板、圍護(hù)、中間樁保護(hù)下進(jìn)行土方開挖和結(jié)構(gòu)施工。

在城市中心區(qū)域地鐵車站工程項(xiàng)目中，全蓋挖逆作法施工技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。其最大的特點(diǎn)就是適用于任何不規(guī)則形狀平面或大平面，尤其是城市中心城區(qū)周邊環(huán)境復(fù)雜、地質(zhì)情況差的地區(qū)。

蓋挖逆作法施工技術(shù)的施工時(shí)間具有一定的靈活性，施工位置主要在地下，考慮到城市地鐵施工的環(huán)境、位置等因素，既能夠滿足城市地鐵工程項(xiàng)目的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，又能夠有效地降低對(duì)周圍環(huán)境的污染，例如施工過程中產(chǎn)生的噪音污染、粉塵污染等，既加強(qiáng)對(duì)施工周圍環(huán)境的保護(hù)，又不會(huì)對(duì)施工周圍人們的正常生活造成太大影響。

在施工前，需要專業(yè)工作人員結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的實(shí)踐勘察，對(duì)所產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)詳細(xì)地記錄，為頂板施工提供有利的信息依據(jù)。而在正式施工的過程中，要確保其與地下施工共同進(jìn)行?？紤]到工程項(xiàng)目的整體結(jié)構(gòu)，既要確保整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性，又不能對(duì)地面交通造成影響。選擇1層結(jié)構(gòu)平面為平臺(tái)，不用另外設(shè)置相應(yīng)的工作臺(tái)，節(jié)省大量的人力、物力、經(jīng)濟(jì)費(fèi)用等，為整個(gè)工作的實(shí)施提供了有利基礎(chǔ)[1]。

全蓋挖逆作法施工技術(shù)的安全性比較高。在整個(gè)工程項(xiàng)目的實(shí)施過程中，無論是圍護(hù)結(jié)構(gòu)，還是永久鋼管柱結(jié)構(gòu)，都是重要的支撐結(jié)構(gòu)，對(duì)此，為了滿足工程項(xiàng)目的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)要求，需要相關(guān)施工單位對(duì)其提高重視度，確保支撐結(jié)構(gòu)的剛度符合施工標(biāo)準(zhǔn)要求。明確開挖、施工的順序，考慮到支撐結(jié)構(gòu)自身的承載力，避免開挖操作對(duì)持力層造成不利的影響[2]。

2 工程概況

本文主要是以武漢市地鐵7號(hào)線工程項(xiàng)目為研究主體。該項(xiàng)目主要的位置是在徐家棚站，主要的交通要道是和平大道、秦園路交叉，在和平大道的西南側(cè)，并且周圍的環(huán)境比較復(fù)雜，涉及到的居住人口比較密集。現(xiàn)場(chǎng)施工的環(huán)境與地形屬于平坦型，地表高度控制在22.37 m～23.97 m。通過對(duì)其實(shí)際情況的了解與掌握，對(duì)其進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)，整個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)最大的施工難點(diǎn)就是該項(xiàng)工程項(xiàng)目的地表層填土工程的性能比較差，粘土可塑的強(qiáng)度也屬于中度，但是其中部的砂土層強(qiáng)度卻比較高，下伏第三系的基巖還屬于比較完整的。整體的實(shí)施層數(shù)為地下4層，總長(zhǎng)為217.36 m，總寬25.3 m，站臺(tái)寬度15 m，站臺(tái)基坑深度38.36 m，小里程盾構(gòu)井基坑深度40.162 m，大里程基坑深度39.728 m，從工程項(xiàng)目整體性的角度分析，其整體的基坑面積已經(jīng)達(dá)到了11 000 m2。

而對(duì)此工程項(xiàng)目的實(shí)施，最科學(xué)合理的施工方法就是全蓋挖逆作法，對(duì)工程項(xiàng)目整體結(jié)構(gòu)的分析，選擇“疊合墻”結(jié)構(gòu)為主，而豎向的承重則選擇永久鋼管混凝土柱[3]。以下部?2300鉆孔樁+上部?1000鋼管柱的方式，為其整體的立柱提供良好的支撐，下部?2300鉆孔樁兼做抗拔樁，?1000鋼管柱兼做永久立柱?？拱螛恫捎肅35混凝土，鋼管柱均采用C50微膨脹混凝土。

3 永久鋼管柱施工技術(shù)與工藝

3.1 永久鋼管樁施工工藝流程

針對(duì)該工程項(xiàng)目的實(shí)施，其立柱樁的施工是其主要的核心工作，立柱樁的施工質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)對(duì)該項(xiàng)工程項(xiàng)目整體的穩(wěn)定性與安裝性產(chǎn)生直接的影響。對(duì)此，對(duì)相關(guān)工作人員提出了更高的要求，應(yīng)具備專業(yè)技術(shù)水平與綜合能力，詳細(xì)了解與掌握其施工流程，確保施工工作的規(guī)范性。圖1為立柱樁的施工工藝流程。

3.1.1 鋼管柱基本設(shè)計(jì)及加工

對(duì)該項(xiàng)工程項(xiàng)目中所使用的鋼管混凝土柱材料進(jìn)行選擇，考慮到工程項(xiàng)目施工要求，選擇的是?1000 mm×20 mm，?800 mm×20 mm 及 ?700 mm×20 mm的鋼管，牌號(hào)為Q345，內(nèi)填混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C50，其所含有的氯離子含量＜0.06%，應(yīng)使用非堿性骨料。其中?1000 mm×20 mm的鋼管柱為永久立柱，鋼管在加工時(shí)必須預(yù)先在需焊接的部位設(shè)置弧形襯板[4]。

鋼管應(yīng)整體制作和運(yùn)輸，如因條件限制必須分段制作，加強(qiáng)環(huán)及焊接環(huán)板與鋼管柱焊縫采用對(duì)接焊，焊接焊縫質(zhì)量等級(jí)為一級(jí)，其余未特別注明的焊縫質(zhì)量等級(jí)為三級(jí)。根據(jù)我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)圓柱頭栓釘連接件的材料選擇，其等級(jí)最少要高于4.6級(jí)。鋼管對(duì)接焊完成后必須通過水準(zhǔn)儀對(duì)鋼管柱對(duì)接前、對(duì)接后的垂直度進(jìn)行復(fù)測(cè)，確保垂直度偏差≤1 cm。如圖2所示。

3.1.2 施工工藝

根據(jù)所選先澆筑工藝，首先在鋼管柱內(nèi)澆注一定高度的混凝土，再進(jìn)行安裝。而對(duì)鋼管柱內(nèi)混凝土的鉆孔操作，一方面是給工人下部定位奠定一定的基礎(chǔ)，另一方面，是使整體的施工難度合理地降低，對(duì)相關(guān)施工設(shè)備與器材的應(yīng)用，能夠提升整體的工作效率與質(zhì)量[5]。為了降低混凝土對(duì)中鋼管柱產(chǎn)生的沖擊力，通常情況下，都會(huì)對(duì)其鋼管柱的底部設(shè)置為錐形。

3.1.3 鋼管柱內(nèi)底部混凝土澆注

針對(duì)鋼管柱內(nèi)初灌混凝土高度的計(jì)算，H為內(nèi)混凝土初灌的高度，必須滿足G鋼管自重+G混凝土自重＞G浮力的條件。C50混凝土比重取2 400 kg/m3，泥漿比重取1 300 kg/m3。如圖3所示。

3.2 抗拔樁施工流程

抗拔樁施工流程：根據(jù)施工要求，做好施工準(zhǔn)備工作；由專業(yè)工作人員進(jìn)行測(cè)量放線；對(duì)護(hù)筒埋設(shè)處理；及時(shí)安排旋挖鉆機(jī)；結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件進(jìn)行鉆孔操作；終孔；氣舉反循環(huán)清孔；對(duì)已經(jīng)完成的成孔質(zhì)量科學(xué)檢測(cè)；最后是混凝土澆筑。

抗拔樁作業(yè)選用SH36型鉆機(jī)進(jìn)行成孔，根據(jù)不同的地層參數(shù)、特點(diǎn)，合理控制鉆進(jìn)參數(shù)（鉆速）。鉆孔深度≥設(shè)計(jì)孔深，超深≤30 cm。鋼管樁的垂直度≤1/200 mm，并注意不向坑內(nèi)偏差和傾斜[6]。

3.3 鋼管柱的定位安裝

鋼管柱的定位安裝是永久鋼管柱施工工藝的最難點(diǎn)，也是鋼管柱施工質(zhì)量的關(guān)鍵，鋼管柱定位后垂直度偏差≤L/300 mm。鋼管柱的安裝采用兩點(diǎn)定位法，一點(diǎn)設(shè)在地表，一點(diǎn)設(shè)在孔內(nèi)。圖4為鋼管柱定位示意圖。

3.3.1 鋼管柱內(nèi)螺旋千斤頂安裝

對(duì)鋼管柱內(nèi)螺旋千斤頂?shù)陌惭b，要求頂面1.5 m，底部15.5 m深，在其四周都進(jìn)行螺旋千斤頂?shù)陌惭b，但是要確保其螺栓直徑控制在40 mm，把其整體的承重力均分到每個(gè)千斤頂中，然后把其外套管與鋼管柱進(jìn)行焊接，在其內(nèi)部注滿黃油。與此同時(shí)，還對(duì)鋼板的尺寸提出了相關(guān)要求，要求尺度為400 mm×400 mm，鋼板外側(cè)為弧形[7]。圖5為螺旋千斤頂安裝示意圖。

3.3.2 鋼管柱標(biāo)高定位

對(duì)定位平臺(tái)進(jìn)行安裝固定后，需要對(duì)其固定的高度準(zhǔn)確測(cè)量。而為了高效率地完善對(duì)其的安全與測(cè)量，還需要應(yīng)用到相關(guān)的設(shè)備設(shè)施。選用的是1臺(tái)200 t吊車與1臺(tái)100 t的吊車，通過2臺(tái)吊車之間的相互配合，分別利用不同的吊裝點(diǎn)進(jìn)行實(shí)施操作。一旦鋼管柱被吊起后，其底端是不能落地的。對(duì)吊車操作人員提出了更高的要求，需要按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施吊裝工作，順利地移到至定位平臺(tái)上，與其孔洞對(duì)準(zhǔn)入。當(dāng)然，在實(shí)際操作的過程中，還需要專業(yè)的工作人員對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的指揮，避免其與平臺(tái)發(fā)生碰撞[8]。除此之外，為了確保樁基混凝土澆筑到中鋼管柱的上浮，需要使用到A20型號(hào)鋼板4根，把其與定位平臺(tái)焊接，增強(qiáng)平臺(tái)的穩(wěn)定性。

3.3.3 鋼管柱頂平面定位

對(duì)鋼管柱頂端平面的定位，主要是使用定位平臺(tái)內(nèi)部的螺旋千斤頂。對(duì)其吊裝的措施過程有嚴(yán)格的要求，能夠使其與中心孔位置準(zhǔn)確地吻合，用全站儀進(jìn)行定位，準(zhǔn)確地找到出樁位的中心點(diǎn)，并且做好相應(yīng)的標(biāo)記。一般都會(huì)選擇對(duì)錘球的懸掛。圖6為永久鋼管柱定位圖。

3.3.4 鋼管柱垂直度定位

鋼管柱垂直度定位，是明確鉆孔樁混凝土澆注設(shè)計(jì)標(biāo)高后才能進(jìn)行的。在自重作用下，使鋼管一直都處于鉛垂的狀態(tài)。但是在實(shí)施的過程中，還是會(huì)受到一些因素的影響，可引發(fā)鋼管柱的傾斜。需要相關(guān)工作人員采用垂準(zhǔn)儀對(duì)垂直檢查，一旦發(fā)現(xiàn)偏移，就需要對(duì)其進(jìn)行密封螺旋千斤頂?shù)恼{(diào)節(jié)，直到鋼管柱保持標(biāo)準(zhǔn)的垂直度[9]。

3.3.5 混凝土澆灌及管外填砂

高位拋落無振搗法，主要是對(duì)鋼管柱內(nèi)混凝土澆筑待鉆孔樁混凝土凝固后的操作。當(dāng)混凝土澆注完成后，讓其自然凝固，然后才能對(duì)其進(jìn)行清水養(yǎng)護(hù)，但是水深要＜200 mm。當(dāng)混凝土凝固后達(dá)到一定強(qiáng)度后，才能夠?qū)ζ溥M(jìn)行細(xì)砂回填操作[10]。

4 結(jié)語

1）目前城市中心城區(qū)地鐵地下車站應(yīng)用全蓋挖逆作法施工技術(shù)廣泛，如果選用鋼管混凝土柱作為施工中的永久鋼管柱進(jìn)行開挖，則鋼管柱施工技術(shù)是關(guān)乎工程整體質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵，是必須解決好的難題。

2）本文結(jié)合實(shí)際工程實(shí)例研究了全蓋挖逆作法地鐵車站永久鋼管柱施工關(guān)鍵技術(shù)，與HPE液壓垂直插入施工工法相比，具有工法操作性強(qiáng)、節(jié)省投資、施工可全面進(jìn)行及大幅節(jié)省時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)。

3）通過實(shí)踐證明：鋼管柱定位裝置的應(yīng)用,可以很好地解決地下車站蓋挖逆作法施工中間樁柱精確定位的技術(shù)難題。但因地鐵車站工程地質(zhì)條件、基坑本身結(jié)構(gòu)及施工單位技術(shù)力量等因素不同，對(duì)其他類似工程而言，還需結(jié)合具體情況作進(jìn)一步研究。