蓋挖逆作車(chē)站預(yù)制混凝土鋼管立柱后插法施工技術(shù)

結(jié)合深圳地鐵12號(hào)線桃園站蓋挖逆作法中鋼管立柱施工實(shí)例，采用預(yù)制混凝土永久鋼管立柱后插法安裝施工工藝，不僅解決了受限空間限制，而且提高了垂直度的控制精度和施工進(jìn)度，解決了施工場(chǎng)地受限空間條件下蓋挖逆作車(chē)站永久鋼管柱安裝關(guān)鍵技術(shù)。

地鐵車(chē)站； 蓋挖逆作； 預(yù)制鋼管混凝土柱； 后插法； 施工技術(shù)

TU94+3.9B

施工技術(shù)與測(cè)量技術(shù)施工技術(shù)與測(cè)量技術(shù)

［定稿日期］2023-02-20

［作者簡(jiǎn)介］齊保棟（1986—），男，本科，高級(jí)工程師， 從事工程技術(shù)管理工作；閆黎明（1996—），男，專(zhuān)科， 從事工程技術(shù)管理工作。

0" 引言

當(dāng)今地鐵車(chē)站為緩解當(dāng)前地面的交通壓力采用蓋挖逆作法施工的越來(lái)越多，在蓋挖逆作車(chē)站施工過(guò)程中，中立柱施工環(huán)節(jié)尤為重要。隨著地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)深度的不斷增加，鋼管立柱樁的精準(zhǔn)定位和垂直度的控制是蓋挖逆作法的一項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)［1］。在傳統(tǒng)的蓋挖車(chē)站中立柱施工過(guò)程中，常見(jiàn)的施工工法有井下十字錐定位法、HPE液壓插入法等［2-8］。井下十字錐定位法需人員下井作業(yè)，危險(xiǎn)系數(shù)高；HPE液壓插入法因場(chǎng)地限制、周轉(zhuǎn)困難、設(shè)備租金貴，并不適用場(chǎng)地相對(duì)狹小、中立柱多的車(chē)站。同時(shí)由于先插法定位架安裝及鋼管柱矯正定位等工序時(shí)間長(zhǎng)，鋼立柱外側(cè)結(jié)構(gòu)環(huán)板、牛腿影響柱下混凝土澆筑，混凝土澆筑振動(dòng)不利于垂直度的控制等因素，既影響混凝土澆筑質(zhì)量又延長(zhǎng)了該項(xiàng)工程施工時(shí)間。

鑒于此，依托深圳地鐵12號(hào)線桃園站蓋挖逆作法中立柱現(xiàn)場(chǎng)施工工況，提出了一套蓋挖逆作車(chē)站預(yù)制混凝土鋼管立柱后插法施工工藝，成功解決了上述問(wèn)題并在實(shí)際施工中得到了驗(yàn)證，可為類(lèi)似工程提供參考。

1" 工程概況

深圳地鐵12號(hào)線桃園站位于南山區(qū)南山大道上，車(chē)站總長(zhǎng)184.55 m，站臺(tái)寬14 m，車(chē)站標(biāo)準(zhǔn)段寬度為23.5 m，底板埋深約23.24 m，頂板覆土約3.4 m，為地下三層島式車(chē)站，采用蓋挖逆作法施工，結(jié)構(gòu)形式為地下三層雙柱三跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)， 車(chē)站縱向設(shè)置雙排永久鋼管混凝土中立柱（分兩次倒邊施工）。桃園站中立柱采用800 mm永久鋼管混凝土，鋼管柱采用厚度t=20 mm、Q345B的無(wú)縫鋼管制成，最大長(zhǎng)度為26.1 m，鋼管柱內(nèi)部混凝土為C50補(bǔ)償收縮混凝土；鋼管柱基礎(chǔ)為立柱樁（立柱樁兼作抗拔樁），樁基1 500 mm，長(zhǎng)度為27.4～48.9 m（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)判巖確定具體長(zhǎng)度），鋼管柱嵌固入基礎(chǔ)樁內(nèi)4 m。

2" 工藝原理及工藝流程

蓋挖逆作地鐵車(chē)站鋼管立柱后插法施工工藝原理是以旋挖鉆進(jìn)行鋼管柱輔助井及設(shè)計(jì)孔井成孔施工，輔助井內(nèi)預(yù)先存放鋼管柱并澆筑柱內(nèi)混凝土完成預(yù)制鋼管柱施工，在完成設(shè)計(jì)孔井成孔、吊裝鋼筋籠、澆筑樁基混凝土后，利用吊車(chē)將預(yù)制鋼管混凝土柱吊起進(jìn)入安裝工序，通過(guò)鋼管柱自重及柱內(nèi)混凝土重量（經(jīng)計(jì)算滿足抗浮要求），自動(dòng)下放插入樁基混凝土內(nèi)至設(shè)計(jì)位置并經(jīng)定位調(diào)整后固定，待混凝土強(qiáng)度滿足要求后拆除定位架并對(duì)稱(chēng)均勻回填粗砂，完成鋼管柱安裝工作。其工藝流程如圖1所示。

3" 施工方法

3.1" 鋼管柱加工

鋼管柱采用工廠加工，驗(yàn)收合格后整根運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)。為防止鋼管柱下插時(shí)樁基混凝土進(jìn)入鋼管內(nèi)并減少鋼管柱下插時(shí)柱端阻力，鋼管柱的底端封閉并采用20 mm厚鋼板條焊接加工成錐形，底部4 m范圍焊接栓釘并采用扁鋼防護(hù)，確保鋼管混凝土柱和樁基混凝土有效連接。同時(shí)在和每層板梁搭接部位焊接鋼牛腿和加強(qiáng)環(huán)板，在鋼管柱頂部焊接與鋼管柱材質(zhì)相同長(zhǎng)50 cm套管；主吊吊耳設(shè)置在鋼管柱封頂圓環(huán)板上，鋼管柱中板處、底板處節(jié)點(diǎn)上牛腿間焊接吊耳作為副吊點(diǎn)，選擇3 cm厚鋼板制作，孔洞中心距鋼板外緣70 mm，見(jiàn)圖2。

3.2nbsp; 工作節(jié)加工

工作節(jié)采用與鋼管柱直徑相同的無(wú)縫鋼管制作，綜合考慮鋼管柱頂部最大埋深5.2 m，定位架7.2 m，綜合考慮混凝土澆筑導(dǎo)管長(zhǎng)度、操作空間和定位需要工作節(jié)長(zhǎng)度取13.5 m，鋼管柱與工作節(jié)連接采用承插式連接法，工作節(jié)底部焊接長(zhǎng)50 cm內(nèi)套管，外露25 cm，內(nèi)套外徑為795 mm，確保鋼管柱與工作節(jié)緊密連接。需要注意工作節(jié)法蘭盤(pán)焊接至伸出地面位置即可，避免法蘭盤(pán)焊接高度過(guò)高從而影響后續(xù)定位工作。

3.3" 輔助工作井和設(shè)計(jì)孔井施工

輔助井選擇應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地條件、中立柱設(shè)計(jì)位置、場(chǎng)地布置等條件進(jìn)行設(shè)置，并盡可能選擇降水井位置或立柱樁位置進(jìn)行布置，方便后期利用降低施工成本；輔助井采用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行成孔、泥漿護(hù)壁施工工藝；同時(shí)考慮輔助井長(zhǎng)時(shí)間使用根據(jù)地層條件可采用鋼筋籠外加尼龍、鐵絲網(wǎng)片或全護(hù)筒等措施進(jìn)行護(hù)壁。輔助井孔口處設(shè)置環(huán)形馬鐙以便于鋼管柱固定。

在工作井施工完成和設(shè)計(jì)樁位放樣完成后，采用旋挖鉆機(jī)、泥漿護(hù)壁工藝施工設(shè)計(jì)孔井施工；在清孔完成符合設(shè)計(jì)要求后應(yīng)立即進(jìn)入樁基鋼筋籠安裝和樁基混凝土施工工序，防止停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成塌孔。

3.4" 樁基鋼筋籠吊裝

由于樁基鋼筋籠設(shè)計(jì)頂標(biāo)高為車(chē)站主體結(jié)構(gòu)底板下，履帶吊無(wú)法直接將鋼筋籠吊放至設(shè)計(jì)位置，地面至底板空段處采用吊筋形式輔助吊裝。吊筋形式為簡(jiǎn)易鋼筋籠，采用3根25 mm鋼筋為主筋，環(huán)形布置，主筋內(nèi)側(cè)采用20 mm的圓鋼作為連接加強(qiáng)筋，間距2 m布置，簡(jiǎn)易鋼筋籠與鋼筋籠頂部搭接焊，開(kāi)挖后破除。為確保鋼筋籠定位的準(zhǔn)確性，鋼筋籠定位鋼筋必須確保焊接無(wú)誤，以保證鋼筋籠入孔定位的準(zhǔn)確性。

施工技術(shù)與測(cè)量技術(shù)齊保棟， 閆黎明： 蓋挖逆作車(chē)站預(yù)制混凝土鋼管立柱后插法施工技術(shù)

3.5" 定位架安裝

定位架安裝在樁基混凝土澆筑之前完成，以減少定位架安裝占用樁基混凝土初凝時(shí)間，確保預(yù)制鋼管混凝土立柱順利插入樁基混凝土。鋼管柱定位架為鋼結(jié)構(gòu)井架定位裝置，定位架尺寸為6.54 m×3.5 m×7.5 m，根據(jù)設(shè)計(jì)孔位十字控制線引出定位架安裝四個(gè)角點(diǎn)，安裝定位架并進(jìn)行固定，定位架底部設(shè)置8個(gè)可調(diào)底腳螺栓和4個(gè)20 t液壓千斤頂（油缸行程L=250～350 mm），用于定位架平整度調(diào)整。架體上板面與下板面均設(shè)置1.5 m的孔洞，在上、下面板上各設(shè)置4個(gè)5 t液壓千斤頂（油缸行程L=100～200 mm），伸縮油缸采用數(shù)字化控制，鋼管柱定位通過(guò)油缸行程距進(jìn)行“兩點(diǎn)一線”垂直度調(diào)整，可保證微調(diào)效果，見(jiàn)圖3。

3.6" 樁基混凝土澆筑

樁基混凝土為C35P12超緩凝混凝土，考慮插入鋼管混凝土柱的需要，緩凝時(shí)間不應(yīng)小于混凝土的澆筑時(shí)間、鋼管混凝土柱的吊裝和定位時(shí)間以及可能影響立柱安裝的其他時(shí)間總和，正常情況下，樁基混凝土澆筑時(shí)間按照3～4 h計(jì)算，鋼管柱吊裝按照2 h計(jì)算，鋼管柱定位按照2～3 h計(jì)算，考慮適當(dāng)安全儲(chǔ)備，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采用不小于16 h超緩凝混凝土配合比。樁基澆筑采用導(dǎo)管法，混凝土澆筑前計(jì)算并預(yù)留鋼管柱入樁基內(nèi)的混凝土量，混凝土澆筑中需監(jiān)測(cè)混凝土面標(biāo)高，確保混凝土不超灌，從而確保鋼管柱插入樁基混凝土設(shè)計(jì)位置處。鋼管柱插入時(shí)間為樁基混凝土澆筑完成后立即起吊鋼管柱至定位架內(nèi)進(jìn)行調(diào)垂固定。

3.7" 預(yù)制鋼管混凝土立柱

輔助工作井施工完成后，采用250 t履帶吊、50 t汽車(chē)吊采用雙機(jī)抬吊法將鋼管柱吊至輔助井內(nèi)存放，利用輔助井孔口處設(shè)置的環(huán)形馬鐙和鋼管柱牛腿將鋼管柱臨時(shí)固定在輔助井內(nèi)；鋼管混凝土柱內(nèi)鋼筋籠采用樁徑400 mm，30根32 mm主筋貫入鋼管柱1.5 m范圍內(nèi)，外露1.2 m主筋與后期頂板梁相接，內(nèi)設(shè)12 mm@150 mm螺旋箍；鋼筋籠安裝完成后采用天泵配合導(dǎo)管法澆筑鋼管柱內(nèi)C50補(bǔ)償收縮混凝土，等強(qiáng)后完成鋼管混凝土立柱預(yù)制工作。

3.8" 預(yù)制鋼管混凝土柱吊裝

鋼管柱吊裝的最大重量為灌注混凝土后，重量可達(dá)60 t，鋼管混凝土立柱吊裝前吊裝設(shè)備、吊具、地基承載力、負(fù)荷行走等需進(jìn)行嚴(yán)格驗(yàn)算，確保滿足施工要求。根據(jù)桃園站施工圍蔽場(chǎng)地條件及預(yù)制鋼管混凝土柱自重等條件，預(yù)制鋼管混凝土柱采用250 t履帶吊起吊鋼管柱至定位架內(nèi)，250 t履帶吊選擇49.5 m大臂、工作半徑12 m工況，最大起重量為83 t，其主吊鋼絲繩選擇46 mm的6×37+1鋼絲繩。

3.9" 工作節(jié)安裝及鋼管柱定位

根據(jù)施工工藝及鋼管混凝土柱埋深需求，鋼管柱定位安裝時(shí)需設(shè)置工作節(jié)輔助鋼管混凝土吊裝和定位，待鋼管混凝土柱下放至操作平臺(tái)固定后，將工作節(jié)和鋼管柱進(jìn)行連接。鋼管柱與工作節(jié)連接采用6根M36精軋螺紋鋼，精軋螺紋鋼長(zhǎng)14 m，鋼筋連接采用對(duì)焊的方式，利用在鋼管柱封頂板處、工作節(jié)法蘭盤(pán)上開(kāi)設(shè)的6個(gè)圓孔用于穿設(shè)精軋螺紋鋼，并用螺栓擰緊焊接固定。

工作節(jié)連接完成后，履帶吊受力，緩慢起吊，將鋼管柱固定工字鋼抽出，通過(guò)定位架上的8道伸縮油缸進(jìn)行垂直度調(diào)整，調(diào)整過(guò)程中需采用兩臺(tái)全站儀實(shí)施監(jiān)測(cè)，一臺(tái)監(jiān)測(cè)定位架水平位移，鋼管柱垂直度監(jiān)測(cè)采用全站儀和伸縮油缸行程距進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制，如下放過(guò)程中定位架發(fā)生水平移位需立停止吊放，采用千斤頂將定位架調(diào)整至中心位置并固定，伸縮油缸重新對(duì)鋼管柱進(jìn)行垂直度調(diào)整，直至鋼管柱下放至設(shè)計(jì)位置垂直度滿足要求后固定，見(jiàn)圖4。

3.10" 樁孔粗砂回填

鋼管立柱樁基混凝土初凝后，對(duì)樁孔與鋼管柱之間的間隙處均勻填充粗砂或碎石，并將孔內(nèi)泥漿排除，割除連接螺紋鋼，拆除工作節(jié)和定位架，并回填至地面標(biāo)高。

4" 結(jié)束語(yǔ)

本文依托深圳地鐵12號(hào)線桃園站蓋挖逆作法中立柱現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)地面設(shè)置輔助工作井（可兼作降水井或樁基孔使用）、預(yù)制鋼管混凝土立柱、自制定位架定位、整體吊裝后插鋼管柱、應(yīng)用先進(jìn)的數(shù)字化控制伸縮油缸法對(duì)鋼管柱垂直度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和微調(diào)等工藝，成功解決了施工場(chǎng)地受限空間條件下鋼管柱高精度定位和施工問(wèn)題；鋼管立柱后插

法施工工藝是對(duì)既有井下十字錐定位法和HPE液壓插入法的優(yōu)化與創(chuàng)新，改變了鋼管柱的施工工藝流程，弱化了中立柱施工的局限條件，提高了設(shè)備的利用效率，優(yōu)化了人員下井定位方式，提高了施工過(guò)程安全保障。當(dāng)今城市軌道交通建設(shè)過(guò)程中施工場(chǎng)地越來(lái)越受限，蓋挖逆作車(chē)站施工越來(lái)越多的情況下，采用預(yù)制鋼管混凝土立柱后插法施工工藝具有廣闊的實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用前景。

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