全蓋挖逆作法地鐵車站永久鋼管柱施工關鍵技術

張曉鵬

（南京地鐵建設有限責任公司，江蘇 南京 210000）

1 全蓋挖逆作法施工定義分析

蓋挖法施工技術是用連續墻、鉆孔樁等形式做圍護結構和中間樁，然后設置蓋板，在蓋板、圍護、中間樁保護下進行土方開挖和結構施工。

在城市中心區域地鐵車站工程項目中，全蓋挖逆作法施工技術得到了廣泛的應用。其最大的特點就是適用于任何不規則形狀平面或大平面，尤其是城市中心城區周邊環境復雜、地質情況差的地區。

蓋挖逆作法施工技術的施工時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境、位置等因素，既能夠滿足城市地鐵工程項目的實施標準，又能夠有效地降低對周圍環境的污染，例如施工過程中產生的噪音污染、粉塵污染等，既加強對施工周圍環境的保護，又不會對施工周圍人們的正常生活造成太大影響。

在施工前，需要專業工作人員結合施工現場環境的實踐勘察，對所產生的信息數據詳細地記錄，為頂板施工提供有利的信息依據。而在正式施工的過程中，要確保其與地下施工共同進行。考慮到工程項目的整體結構，既要確保整體結構的穩定性與安全性，又不能對地面交通造成影響。選擇1層結構平面為平臺，不用另外設置相應的工作臺，節省大量的人力、物力、經濟費用等，為整個工作的實施提供了有利基礎[1]。

全蓋挖逆作法施工技術的安全性比較高。在整個工程項目的實施過程中，無論是圍護結構，還是永久鋼管柱結構，都是重要的支撐結構，對此，為了滿足工程項目的實施標準要求，需要相關施工單位對其提高重視度，確保支撐結構的剛度符合施工標準要求。明確開挖、施工的順序，考慮到支撐結構自身的承載力，避免開挖操作對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號線工程項目為研究主體。該項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，并且周圍的環境比較復雜，涉及到的居住人口比較密集。現場施工的環境與地形屬于平坦型，地表高度控制在22.37 m～23.97 m。通過對其實際情況的了解與掌握，對其進行了模擬實驗，整個模擬實驗最大的施工難點就是該項工程項目的地表層填土工程的性能比較差，粘土可塑的強度也屬于中度，但是其中部的砂土層強度卻比較高，下伏第三系的基巖還屬于比較完整的。整體的實施層數為地下4層，總長為217.36 m，總寬25.3 m，站臺寬度15 m，站臺基坑深度38.36 m，小里程盾構井基坑深度40.162 m，大里程基坑深度39.728 m，從工程項目整體性的角度分析，其整體的基坑面積已經達到了11 000 m2。

而對此工程項目的實施，最科學合理的施工方法就是全蓋挖逆作法，對工程項目整體結構的分析，選擇“疊合墻”結構為主，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。抗拔樁采用C35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與工藝

3.1 永久鋼管樁施工工藝流程

針對該工程項目的實施，其立柱樁的施工是其主要的核心工作，立柱樁的施工質量與標準，會對該項工程項目整體的穩定性與安裝性產生直接的影響。對此，對相關工作人員提出了更高的要求，應具備專業技術水平與綜合能力，詳細了解與掌握其施工流程，確保施工工作的規范性。圖1為立柱樁的施工工藝流程。

3.1.1 鋼管柱基本設計及加工

對該項工程項目中所使用的鋼管混凝土柱材料進行選擇，考慮到工程項目施工要求，選擇的是?1000 mm×20 mm，?800 mm×20 mm 及 ?700 mm×20 mm的鋼管，牌號為Q345，內填混凝土的強度等級為C50，其所含有的氯離子含量＜0.06%，應使用非堿性骨料。其中?1000 mm×20 mm的鋼管柱為永久立柱，鋼管在加工時必須預先在需焊接的部位設置弧形襯板[4]。

鋼管應整體制作和運輸，如因條件限制必須分段制作，加強環及焊接環板與鋼管柱焊縫采用對接焊，焊接焊縫質量等級為一級，其余未特別注明的焊縫質量等級為三級。根據我國相關標準規定，對圓柱頭栓釘連接件的材料選擇，其等級最少要高于4.6級。鋼管對接焊完成后必須通過水準儀對鋼管柱對接前、對接后的垂直度進行復測，確保垂直度偏差≤1 cm。如圖2所示。

3.1.2 施工工藝

根據所選先澆筑工藝，首先在鋼管柱內澆注一定高度的混凝土，再進行安裝。而對鋼管柱內混凝土的鉆孔操作，一方面是給工人下部定位奠定一定的基礎，另一方面，是使整體的施工難度合理地降低，對相關施工設備與器材的應用，能夠提升整體的工作效率與質量[5]。為了降低混凝土對中鋼管柱產生的沖擊力，通常情況下，都會對其鋼管柱的底部設置為錐形。

3.1.3 鋼管柱內底部混凝土澆注

針對鋼管柱內初灌混凝土高度的計算，H為內混凝土初灌的高度，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：根據施工要求，做好施工準備工作；由專業工作人員進行測量放線；對護筒埋設處理；及時安排旋挖鉆機；結合現場施工條件進行鉆孔操作；終孔；氣舉反循環清孔；對已經完成的成孔質量科學檢測；最后是混凝土澆筑。

抗拔樁作業選用SH36型鉆機進行成孔，根據不同的地層參數、特點，合理控制鉆進參數（鉆速）。鉆孔深度≥設計孔深，超深≤30 cm。鋼管樁的垂直度≤1/200 mm，并注意不向坑內偏差和傾斜[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，也是鋼管柱施工質量的關鍵，鋼管柱定位后垂直度偏差≤L/300 mm。鋼管柱的安裝采用兩點定位法，一點設在地表，一點設在孔內。圖4為鋼管柱定位示意圖。

3.3.1 鋼管柱內螺旋千斤頂安裝

對鋼管柱內螺旋千斤頂的安裝，要求頂面1.5 m，底部15.5 m深，在其四周都進行螺旋千斤頂的安裝，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千斤頂中，然后把其外套管與鋼管柱進行焊接，在其內部注滿黃油。與此同時，還對鋼板的尺寸提出了相關要求，要求尺度為400 mm×400 mm，鋼板外側為弧形[7]。圖5為螺旋千斤頂安裝示意圖。

3.3.2 鋼管柱標高定位

對定位平臺進行安裝固定后，需要對其固定的高度準確測量。而為了高效率地完善對其的安全與測量，還需要應用到相關的設備設施。選用的是1臺200 t吊車與1臺100 t的吊車，通過2臺吊車之間的相互配合，分別利用不同的吊裝點進行實施操作。一旦鋼管柱被吊起后，其底端是不能落地的。對吊車操作人員提出了更高的要求，需要按照相關標準實施吊裝工作，順利地移到至定位平臺上，與其孔洞對準入。當然，在實際操作的過程中，還需要專業的工作人員對其進行相應的指揮，避免其與平臺發生碰撞[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型號鋼板4根，把其與定位平臺焊接，增強平臺的穩定性。

3.3.3 鋼管柱頂平面定位

對鋼管柱頂端平面的定位，主要是使用定位平臺內部的螺旋千斤頂。對其吊裝的措施過程有嚴格的要求，能夠使其與中心孔位置準確地吻合，用全站儀進行定位，準確地找到出樁位的中心點，并且做好相應的標記。一般都會選擇對錘球的懸掛。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計標高后才能進行的。在自重作用下，使鋼管一直都處于鉛垂的狀態。但是在實施的過程中，還是會受到一些因素的影響，可引發鋼管柱的傾斜。需要相關工作人員采用垂準儀對垂直檢查，一旦發現偏移，就需要對其進行密封螺旋千斤頂的調節，直到鋼管柱保持標準的垂直度[9]。

3.3.5 混凝土澆灌及管外填砂

高位拋落無振搗法，主要是對鋼管柱內混凝土澆筑待鉆孔樁混凝土凝固后的操作。當混凝土澆注完成后，讓其自然凝固，然后才能對其進行清水養護，但是水深要＜200 mm。當混凝土凝固后達到一定強度后，才能夠對其進行細砂回填操作[10]。

4 結語

1）目前城市中心城區地鐵地下車站應用全蓋挖逆作法施工技術廣泛，如果選用鋼管混凝土柱作為施工中的永久鋼管柱進行開挖，則鋼管柱施工技術是關乎工程整體質量和結構安全的關鍵，是必須解決好的難題。

2）本文結合實際工程實例研究了全蓋挖逆作法地鐵車站永久鋼管柱施工關鍵技術，與HPE液壓垂直插入施工工法相比，具有工法操作性強、節省投資、施工可全面進行及大幅節省時間等優點。

3）通過實踐證明：鋼管柱定位裝置的應用,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難題。但因地鐵車站工程地質條件、基坑本身結構及施工單位技術力量等因素不同，對其他類似工程而言，還需結合具體情況作進一步研究。