HPE 液壓垂直插入鋼管柱技術(shù)在地鐵深基坑施工中的應(yīng)用

劉懷珠

（中鐵二十二局集團(tuán)軌道工程有限公司，北京 100000）

1 研究背景及意義

1.1 工程概況

坪山圍站為16 號(hào)線(xiàn)與14 號(hào)線(xiàn)的T 型換乘站，兩站設(shè)置聯(lián)絡(luò)線(xiàn)，站址位于深汕公路、坪山大道與建設(shè)路十字交叉口下方。建設(shè)路規(guī)劃道路紅線(xiàn)寬31 m，現(xiàn)狀道路寬14.6 m，為雙向四車(chē)道。深汕公路、坪山大道均為深圳市坪山區(qū)主干道。14 號(hào)線(xiàn)坪山圍站沿坪山大道南北方向敷設(shè)。16 號(hào)線(xiàn)坪山圍站位于十字路口西南側(cè)坪山圍村及六合城二期地塊內(nèi)，現(xiàn)狀為密布的3～6 層民房。

14 號(hào)線(xiàn)與16 號(hào)線(xiàn)之間的聯(lián)絡(luò)線(xiàn)與3 號(hào)出入口。換乘大廳位于16 號(hào)線(xiàn)坪山圍站北側(cè)、14 號(hào)線(xiàn)坪山圍站西側(cè)，采用蓋挖逆作法施工；3 號(hào)出入口位于聯(lián)線(xiàn)的西北側(cè)，與聯(lián)絡(luò)線(xiàn)基坑同期開(kāi)挖。換乘大廳結(jié)構(gòu)柱采用Ф800，t=20 mm 永久鋼管混凝土立柱，數(shù)量為104 根。

1.2 HPE 液壓垂直插入機(jī)工作原理

根據(jù)兩點(diǎn)定位原理，將HPE 垂直插入混凝土樁基后，將一系列耐用的鋼管垂直插入混凝土樁基，鋼管垂直固定在混凝土樁基上。在混凝土第一次凝固之前，高度根據(jù)兩個(gè)垂直給料機(jī)的液壓HPE 進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先將鋼管柱垂直吊在液壓墊上，然后用液壓墊將鋼管柱牢牢固定，然后測(cè)量鋼管柱的垂直度。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)上下液壓垂直插入裝置，將鋼管柱向下插入。立柱鋼管固定牢固后，液壓定位器向上旋轉(zhuǎn)，通過(guò)兩個(gè)垂直液壓插入裝置向下引入一系列鋼管。重復(fù)上一步，直到插入設(shè)計(jì)深度。

1.3 施工工藝

工藝順序：樁基吊裝（鋼管柱頂部鋼管套長(zhǎng)度）→基礎(chǔ)混凝土延遲澆筑→垂直HPE 液壓插入定位檢測(cè)→HPE 立管設(shè)置找平→鋼管柱卷起（含工具線(xiàn)）→鋼管柱安裝→插入HPE 液壓插入柱立管柱→重力平衡→固定管柱孔鋼筋→鋼管柱周?chē)钌啊鸪ぞ呔€(xiàn)→更換垂直液壓插入柱HPE →將鋼管柱和鋼筋籠降低到混凝土中→填充樁基，嵌入并移除HPE 鋼護(hù)筒。標(biāo)記卷收器、HPE 和樁基的中心。再次確定樁位后，將HPE 液壓打樁機(jī)和HPE 垂直打樁機(jī)的中心位置設(shè)置為與樁位中心相同的垂直線(xiàn)，HPE 液壓插件位于定位器的中間。經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)膲嚎s后，可以手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)整HPE 進(jìn)液壓機(jī)的調(diào)平液壓，以確保虛擬性和均勻性，檢查中心位置，并在滿(mǎn)足要求的條件后維修HPE 液壓機(jī)。永久性鋼管鏈可封閉在孔內(nèi)，將HPE機(jī)插入永久性鋼管排。攀爬柱的頂部高度大約低于地面覆蓋物，垂直可插拔液壓HPE 機(jī)器在原始板上工作。因此，要連接永久性鋼管柱，必須使用相同直徑的軸工具。在達(dá)到施工標(biāo)高之前，將鋼管插入樁基的混凝土中。機(jī)械定位后，用HPE 垂直插入機(jī)卷起鋼管。在第二個(gè)法蘭上鉆孔后，HPE 垂直插入機(jī)將鋼柱牢固固定，然后測(cè)量鋼柱的垂直度。滿(mǎn)足要求后，將垂直傳感器安裝在第二個(gè)法蘭上方。當(dāng)調(diào)整吊環(huán)以重復(fù)使用鋼管柱的自重時(shí)，鋼管柱可以自由地從孔中移除。如果浮力大于鋼管柱的重量，用HPE 插桿機(jī)將鋼管固定牢固，將鋼管入口閘門(mén)壓入孔內(nèi)，插入液壓裝置。當(dāng)插入混凝土中時(shí)，可以重新測(cè)量鋼管的角度。此時(shí)，可通過(guò)鋼管底部的傳感器，根據(jù)垂直風(fēng)速計(jì)反射的信號(hào)計(jì)算鋼管的直角。在滿(mǎn)足垂直要求后，如果不滿(mǎn)足混凝土插入沖頭的要求，可以調(diào)整HPE 垂直插入機(jī)的平面度，直到滿(mǎn)足鋼管柱的垂直要求。垂直高壓油管機(jī)插入鋼管柱后，在鋼管柱周?chē)裨O(shè)砂石。為確保襯里緊密，礫石的粒度不得大于25 mm。在觸發(fā)過(guò)程中，支架的設(shè)計(jì)是為了防止鋼管柱的故障。如果靠近鋼管柱頂部，必須確保手動(dòng)從工具柱上移除所需的工作空間。鋼管填充柱頂層小于60 cm，取下立柱工具后填充尖端。

1.4 HPE 液壓垂直插入鋼管柱施工，如圖1

圖1 施工流程圖

澆筑基礎(chǔ)樁混凝土，考慮插入鋼管柱的需要，基礎(chǔ)樁的混凝土需要一定的緩凝時(shí)間，緩凝時(shí)間不應(yīng)小于混凝土運(yùn)輸時(shí)間、澆筑時(shí)間、HPE 插入機(jī)就位時(shí)間、插入時(shí)間的總和。按常規(guī)情況考慮。

1.5 施工要點(diǎn)

將HPE 引入鋼管時(shí)，在混凝土延遲樁基礎(chǔ)中需要一定的工作時(shí)間。為了將鋼管準(zhǔn)確靈活地固定到基樁的設(shè)計(jì)高度，基樁的混凝土必須有一定的延遲時(shí)間。如果延遲時(shí)間太短，則后鋼管正常插入的延遲時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，影響插入后鋼柱的穩(wěn)定性?；炷涟韬颓?，對(duì)滿(mǎn)足施工要求的滯回混凝土進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)和試驗(yàn)。本方案混凝土運(yùn)輸時(shí)間設(shè)定為1 小時(shí)，具體注水時(shí)間設(shè)定為2 小時(shí)，HPE 機(jī)凝結(jié)時(shí)間設(shè)定為4 小時(shí)。鋼柱的安裝和調(diào)整時(shí)間為6 小時(shí)，總時(shí)間約為13 小時(shí)。由于其他原因，8 小時(shí)的預(yù)訂時(shí)間已被更改。鋼管柱安裝完成后，將沙子放置在鋼管柱外7 個(gè)小時(shí)，HPE每隔12 小時(shí)移動(dòng)一次（最多40 小時(shí)）。延期混凝土的延期時(shí)間為21～40 小時(shí)。鋼管柱的制造和安裝采用Q345B 鋼，材料必須符合國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和工藝要求，支管生產(chǎn)過(guò)程中必須保證焊接、切割、銑削和其他添加劑的收縮。焊接質(zhì)量必須符合設(shè)計(jì)焊接質(zhì)量等級(jí)，焊接強(qiáng)度不得低于管道厚度鋼管構(gòu)件尺寸標(biāo)注的允許偏差：在立柱裝置前進(jìn)行超聲波檢測(cè)。鋼管用于內(nèi)部焊縫檢驗(yàn)，符合設(shè)計(jì)要求的焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。鋼管柱安裝時(shí)必須滿(mǎn)足允許的偏差。鋼管的原始設(shè)計(jì)中需要增加一個(gè)封頭，封頭位于鋼柱底部。其主要功能是：錐形封頭克服混凝土減速機(jī)的浮力，錨固在管道基礎(chǔ)的高度設(shè)計(jì)上，可有效防止鋼管進(jìn)入立柱。本工程屋面距原地面5.6 m，鋼管上部標(biāo)高距原地面5.6 m。由于HPE 立式液壓插入機(jī)無(wú)法將受拉鋼管直接運(yùn)輸?shù)皆O(shè)計(jì)高度，因此必須延長(zhǎng)受拉鋼管原始設(shè)計(jì)中相應(yīng)長(zhǎng)度的受拉工具。工具柱的長(zhǎng)度不小于垂直于HPE 的液壓機(jī)的高度，但從鋼管柱頂端到接地2 m。為保證鋼柱的形狀精度，鋼柱加工工具的材質(zhì)、質(zhì)量和直徑與鋼柱相同。為了正確調(diào)整鋼管柱上的柱工具，必須將柱帽連接到每個(gè)鋼管柱上。柱帽的高度為500 mm。只需將工具柱內(nèi)徑插入柱帽外徑，工具柱與鋼管柱同軸。鋼管柱的防腐必須符合《工業(yè)建筑鋼結(jié)構(gòu)涂裝前防腐設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50046-2008）和《防腐類(lèi)型》（GB to T 8923.1-2011）的規(guī)定。本工程鋼管柱為穿孔鋼管柱，安裝鋼管柱前必須進(jìn)行防腐工作。為了防止由于基坑和基坑出口前的浸水對(duì)鋼管外壁造成腐蝕，鋼管柱及其附件尤為重要，結(jié)構(gòu)維修難度較大。高強(qiáng)度螺栓連接件連接面防腐等級(jí)不低于SA2。在無(wú)機(jī)鍍鋅密封件之間的間隙中插入耐腐蝕密封劑。螺釘和螺母必須進(jìn)行熱浸鍍鋅保護(hù)，安裝后，必須采取與主體結(jié)構(gòu)相同的防腐措施。防腐涂層為厚度為200μm 的環(huán)氧樹(shù)脂涂層，其厚度不必與200μm 匹配。鋼管及其附件必須符合消防要求，防火等級(jí)為一級(jí)，漆膜厚度根據(jù)所選材料確定。

2 在深基坑施工中的應(yīng)用

2.1 試驗(yàn)及鋼柱垂直度檢測(cè)

鋼管混凝土柱試驗(yàn)，綜合考慮混凝土運(yùn)輸路線(xiàn)、混凝土樁的混凝土量、混凝土澆筑時(shí)間、插入機(jī)的垂直水壓和鋼管柱的引入時(shí)間，混凝土的停留時(shí)間必須小于36 小時(shí)，16 小時(shí)后不得添加混合料，混合物的二次漂白不得小于10 cm。鋼管柱施工前，專(zhuān)業(yè)檢驗(yàn)人員根據(jù)上述技術(shù)條件確定合適的配合比，以保證鋼管柱間混凝土的質(zhì)量。重點(diǎn)監(jiān)測(cè)鋼管混凝土柱插入部分的含石量和設(shè)計(jì)，采用抽樣方法確?？變?nèi)混凝土質(zhì)量。

2.2 深基坑支護(hù)的技術(shù)要求

基坑的開(kāi)挖深度在增加。根據(jù)建筑物的功能和城市發(fā)展的需要，利用建筑物的地下空間已成為一項(xiàng)緊迫的任務(wù)?；娱_(kāi)挖深度從20 m 左右持續(xù)擴(kuò)大15 m左右。特別是在一些沿海城鎮(zhèn)，工程地質(zhì)條件越來(lái)越難以滿(mǎn)足深基坑開(kāi)挖的要求。此外，周邊建筑與當(dāng)?shù)毓艿缹?duì)齊。這些因素阻礙了基坑的開(kāi)挖和支護(hù)。

隨著樁基深度的不斷變化和功能要求的不斷提高，基坑支護(hù)技術(shù)越來(lái)越多，如預(yù)制樁、鋼板、錨墻、地下連續(xù)墻等。同時(shí)，根據(jù)基坑支護(hù)的不同要求，提出了樁、墻、錨桿等多種聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。支撐系統(tǒng)的故障將導(dǎo)致一些重大問(wèn)題，這些問(wèn)題將導(dǎo)致周?chē)ㄖA(chǔ)混亂，干擾附近道路的正常運(yùn)行，并造成嚴(yán)重的基礎(chǔ)損壞和損失。基坑周?chē)h(huán)境復(fù)雜多樣。在人口密集的城市交通區(qū)域，高層建筑和高層建筑集中在廣場(chǎng)、醫(yī)院、學(xué)校和其他重要公共場(chǎng)所附近。地基周?chē)慕ㄖ己芄爬?，地下管線(xiàn)連接緊密，地鐵線(xiàn)路也穿過(guò)。因此，深基坑提升既保證了基坑的穩(wěn)定性，又不影響基坑附近的建筑物和構(gòu)筑物。

深基坑支護(hù)技術(shù)要求，深基坑支護(hù)、基坑邊坡穩(wěn)定性和基坑高度的重要控制指標(biāo)，即地下的處理是基礎(chǔ)施工中必須考慮的重要因素。地下水特別是有限水對(duì)基坑施工的影響是影響基坑施工質(zhì)量的重要因素。為了保證防滲的連續(xù)形成，有必要選擇適合該層的施工工藝。為了避免基坑開(kāi)挖過(guò)程中出現(xiàn)這些問(wèn)題，必須對(duì)基坑支護(hù)提出嚴(yán)格的技術(shù)要求。采用先進(jìn)的施工工藝，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，力學(xué)性能穩(wěn)定是保證基坑穩(wěn)定的關(guān)鍵。支護(hù)體系能達(dá)到良好的護(hù)土防水效果，保證基坑四壁的穩(wěn)定。本工程地下及周邊管線(xiàn)必須進(jìn)行安全調(diào)整。確保相鄰建筑物基礎(chǔ)的穩(wěn)定，保證基礎(chǔ)施工的順利進(jìn)行?；娱_(kāi)挖和支護(hù)應(yīng)避免干擾相鄰建筑物的基礎(chǔ)。采取降水和排水措施，確保地下水位在適當(dāng)范圍內(nèi)。

2.3 質(zhì)量保證措施、人員組織與安排

（1）項(xiàng)目經(jīng)理部成立質(zhì)量管理小組，項(xiàng)目經(jīng)理及總工程師任正、副組長(zhǎng)，成員由質(zhì)量、施工、技術(shù)、物資、試驗(yàn)等部門(mén)負(fù)責(zé)人及各作業(yè)班長(zhǎng)組成，組織質(zhì)量管理工作?；鶎邮┕と藛T配備熟練的技術(shù)工人，并按工序組織工班，選擇有豐富施工經(jīng)驗(yàn)及一定管理組織才能的人員擔(dān)任施工員及班組長(zhǎng)。（2）專(zhuān)業(yè)工種人員作到持證上崗。新工人、變換工種工人上崗前對(duì)其進(jìn)行崗前培訓(xùn)，考核合格后上崗。（3）建立健全崗位質(zhì)量責(zé)任制，明確各級(jí)人員的質(zhì)量責(zé)任，作到每道工序的質(zhì)量都專(zhuān)人負(fù)責(zé)，建立嚴(yán)格的考核制度，將質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益掛鉤。

2.4 存在問(wèn)題和改進(jìn)措施

HPE 液壓垂直插入技術(shù)處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，有幾個(gè)方面需要改進(jìn)，有必要進(jìn)一步提高HPE 插入器的液壓性能。目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)廣泛使用的HPE 插樁機(jī)在小直徑鋼柱、樁長(zhǎng)、平埋深度等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。然而，在水電站項(xiàng)目中，使用大直徑、長(zhǎng)長(zhǎng)度鋼柱造成了能源短缺的問(wèn)題。施工過(guò)程中鋼管柱的截面尺寸和體積較大，插入過(guò)程中鋼管柱的截面尺寸和體積較大。樁孔保護(hù)板產(chǎn)生更大的升力，以防止樁順利插入。此外，鋼管柱插入混凝土較深，鋼管柱與混凝土之間的摩擦產(chǎn)生很大阻力，阻礙鋼管柱的順利施工。

HPE 插件的垂直調(diào)整范圍較小，因此無(wú)法調(diào)整大撓度鋼管柱。在鋼管正確插入之前，施工人員必須用經(jīng)緯儀檢查和調(diào)整兩個(gè)方向的頂點(diǎn)。HPE 插入器沒(méi)有用于坐標(biāo)定位的自動(dòng)糾錯(cuò)裝置，只能依靠插入器定位前的位置。坐標(biāo)定位的精度取決于地震的探測(cè)和定位。在機(jī)械工程中，HPE 插入器容易移動(dòng)大直徑鋼管，在最終坐標(biāo)調(diào)整過(guò)程中中心偏差大。

3 總結(jié)

HPE 液壓垂直插入技術(shù)不需要手動(dòng)鉆孔，安全風(fēng)險(xiǎn)是為了確保垂直堵塞高壓油管機(jī)上施工人員的安全，減少人為因素。鋼柱插入混凝土柱上部后，通過(guò)安裝在鋼柱下部的位移傳感器，通過(guò)計(jì)算機(jī)反射的信號(hào)檢測(cè)鋼柱的垂直度。為保證插入式鋼柱的直角符合要求，其直角可達(dá)到1.500 至1.720 0。為保證施工質(zhì)量，采用現(xiàn)代施工機(jī)械在鋼管柱上垂直插入高液壓管的施工方法。與現(xiàn)有施工工藝相比，施工方案簡(jiǎn)單，施工速度快。鋼管柱平均安裝時(shí)間10～20 h，鋼管柱施工時(shí)間70%以上。高壓油管的垂直插入技術(shù)大大減少了建筑材料和勞動(dòng)力的投資。例如，無(wú)需手動(dòng)將定位器插入防護(hù)墻并定位長(zhǎng)鋼殼。因此，投資成本增加了30%以上。它具有廣泛的實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用可能性。與人工二次定位方法相比，定位精度高，可以縮短施工周期，保證人員安全，降低風(fēng)險(xiǎn)。另外，由于無(wú)需埋設(shè)鋼管外筒，大大降低了施工成本。由此產(chǎn)生的粉塵和噪音也低于傳統(tǒng)的施工方法，具有很大的環(huán)境優(yōu)勢(shì)。