蓋挖逆作法車站鋼管柱施工技術思考

劉朋

中鐵十四局集團隧道工程有限公司 山東 濟南 250014

1 工程概況

大劇院站是深圳地鐵5號線工程的終點站，主要沿深南東路下方敷設。深南東路為雙線8車道的主干道。車站總長度約292m，主體結構為兩層多跨的箱型框架結構，頂板覆土約2.3～4.1m，底板埋深約20m，寬度9.1～34.4m，本站根據設計圖紙及地連墻施工揭露地層顯示，整體地質穩定，底板主要位于全風化花崗巖地層中。結合工程地質特征、工程水文特點、交通疏解和管線遷改條件、周邊環境的控制標準及工期等，為減小對深南東路交通的影響以及出于對周邊建構筑物的保護，本車站采用蓋挖逆作法施工。本站共設計有55根鋼管柱，其柱下樁基為Φ1800混凝土灌注樁，樁基上部為Φ1000的永久性鋼管混凝土柱[1]。

2 工藝原理

由于鋼管柱的平面誤差為10mm，垂直度誤差不超過1‰。為此大劇院站鋼管樁施工采用后插入法施工，其技術的核心就是根據兩點定位的原理，通過全套管全回轉鉆機壓入垂直度滿足要求的外套管，通過鋼管柱管壁上的兩塊定位板約束鋼立柱的位置和垂直度使之達到偏差小于10mm的要求，在柱下樁混凝土澆筑完成后、混凝土初凝前，將底端封閉的鋼管柱垂直插入支撐樁混凝土中，直到插到設計標高[2]。

3 工藝流程要

4 控制要點

4.1 放線定位

4.1.1 現場技術主管根據設計圖紙計算鋼管柱的坐標，并形成坐標成果表，報設計單位復核。復核無誤后，對現場測量人員進行交底；

4.1.2 測量人員根據坐標點位采用全站儀測量放線確定樁位坐標點，以“十字交叉法”引到樁位四周，全回轉設備萬能平臺以外范圍，并用短鋼筋做好護樁，樁位中心點處用紅漆做出三角標志；

4.1.3 點位放好之后必須進行復核，復核無誤后請監理單位進行現場復核、簽證。

4.2 全回轉鉆機就位

4.2.1 樁位點放樣復核無誤后，安裝全回轉鉆機底部萬能平臺，使萬能平臺中心與定位中心重合；

4.2.2 測量定位施放樁中心點后，將全套管全回轉鉆機定位板吊放對中樁位，定位板的定位器中心與基礎樁樁位中心在同一垂直線上，鉆機就位完成后由施工單位復核無誤后報監理單位復核確認。就位對中后，全套管全回轉鉆機可手動、自動調整水平度，滿足要求后即可吊裝鋼套管入孔。

4.2.3 全回轉鉆機機組吊裝就位后，仔細做好機組各設備的連接安裝工作，確保各設備連接安裝可靠，啟動發動機。

4.3 吊裝套管

本工程柱下樁基直徑均為1.8m，鋼套管選用外徑2.0m，內徑1.88m的鋼套管。

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4.3.1 套管采用廠家定制加工，成品運輸至施工現場；

4.3.2 在成孔套管使用前，對套管垂直度的檢查和校正。首先檢查和校正單節套管的垂直度，垂直度偏差應小于1‰，然后檢查按樁長配置的全長套管的垂直度，并對各節套管編號，做好標記，按序拼裝。

4.3.3 全過程中加強對鉆孔垂直度的量測，必須保證量測次數不小于3次。垂直度的量測除機械自身控制外，還需采用高精度超聲波垂直度測斜傳感器進行實時測量監控：采用兩臺全站儀和一臺超聲波垂直度監測器進行實時監測。

4.3.4 全回轉操作平臺定位滿足要求后即可回轉驅動套管的同時下壓套管，實現套管快速鉆入地層，鋼套管鉆進時，采用全站儀測量垂直度，通過鉆機控制套管垂直度，成樁垂直度偏差應小于3H/1000（H為樁長），且需控制樁位中心偏差不大于5mm，樁徑允許偏差+50mm。

4.4 成孔

首先采用全回轉鉆機+全套管護壁+旋挖鉆機取土方式施工至地面以下17m位置（底板頂部），套管段鉆進采用全回轉鉆機鉆進，套管壓入超前，旋挖挖斗取土依次進行，在軟弱地層取土面要保證高于鋼套管底部2m；在鋼套管進入強風化及中風化巖面后可超前取土不大于1m，鋼套管及時跟進。全回轉鉆機鉆進至地面以下17m處時套管停止跟進，后續孔內采用泥漿護壁形式進行支護。在全套管跟進至15m位置處，向孔內加入泥漿，泥漿比重控制在1.2～1.25，護筒內泥漿液面高度不低于地面以下1.5m，采用旋挖鉆機繼續成孔至設計標高位置。

4.5 終孔判定

4.5.1 建設單位、監理單位、設計單位、勘察單位及施工單位五方成立大劇院站鋼管柱下樁巖層判定小組，指定具體負責人，并建立溝通協調機制；

4.5.2 成孔深度進入中風化巖層后，需要施工單位現場技術人員通知各單位相關負責人到現場確認成孔深度，巖層狀態等信息；

4.5.3 各方對巖層判定完成后，施工單位應繼續鉆進至設計孔深，并進行終孔，各方簽署終孔確認單。

4.6 清孔

清孔分二次進行，第一次清孔在成孔完畢后立即進行，通過高壓空氣把樁孔內懸浮的大量鉆渣的泥漿通過導管進入分離設備，沉渣分離出來以后，將凈化的泥漿排入孔內，直到清除孔底沉渣。第二次清孔在下放鋼筋籠和導管安裝完畢后進行，再次檢測沉渣厚度，如果沉渣厚度超過規范要求，則進行二次清孔，如果達標，則不需進行。

4.7 鋼筋籠及鋼管柱吊放

鋼筋籠在現場加工制作，一般采用加勁箍成型法，鋼筋籠制作所用的鋼筋規格、數量及焊接制作的質量要求嚴格按照設計圖紙和有關規范要求進行，鋼筋籠制作偏差應嚴格控制在允許偏差范圍內。鋼筋籠制作成形后，應會同監理人員進行驗收。鋼管柱采取委外加工，場地內設專用堆場放置鋼管柱及鋼套管，上設篷布遮蓋防雨，以防其銹蝕。鋼筋籠及鋼管柱采用1臺履帶吊和1臺汽車吊進行吊裝。鋼管柱安裝過程中注意對聲測管的保護，吊裝入孔時鋼管柱預留孔槽與聲測管對準，當聲測管穿過定位法蘭及牛腿預留孔槽時，嚴禁鋼管柱旋轉。

4.8 樁基混凝土澆筑

采用提升隔水栓法灌注首批混凝土，即開灌前儲料斗內必須有足以將導管的底端一次性埋入水下混凝土中1.0m以上深度的混凝土儲存量?；炷翝补嗟纳仙俣炔坏眯∮?m/h，隨著混凝土的上升，要適時提升和拆卸導管，導管底端埋入混凝土面以下一般保持2～4m，不宜大于6m，也不得小于1m， 嚴禁把導管底提出混凝土面，避免造成斷樁。在水下混凝土灌注過程中，安排專人測量導管埋深，填寫好水下混凝土灌筑記錄。水下混凝土的灌注應連續進行，不得中斷。

4.9 鋼管柱安裝

4.9.1 柱下樁基礎混凝土澆筑完成后立即進行鋼管柱安裝，鋼管柱安裝前必須用全站儀對柱位點及標高重新復測并引至鋼護筒邊做標記或其他固定點加以保護并請監理單位進行現場復核、簽證。

4.9.2 鋼管柱的垂直度通過定位板控制，定位板的尺寸比鋼套管內徑小10mm，一個定位板安裝在委外加工5m長的Φ1400工具柱的下方，另一個定位板安裝在鋼管柱上，兩定位板在整個鋼套管長度內垂直偏差小于10mm，鋼套管長度為20m，垂直精度可以滿足設計要求。

4.9.3 剛開始下放永久性鋼管柱時，由于鋼管柱的自重，鋼管柱能自由下入孔內一定深度，當浮力大于鋼管柱重量后，采用旋挖機及柱內加水的方式壓入，因為有定位板的約束，鋼管柱的位移水平和垂直方向上只有10mm偏差，可以滿足鋼管柱安裝的設計要求精度，通過鋼管柱頂部連接的工具柱控制鋼管柱插入深度，至設計標高。

4.10 鋼管柱外側填筑砂石

當樁基混凝土達到一定強度后，即可對鋼管柱四周進行砂或碎石回填，在鋼管柱四周設置溜槽均勻填入，邊回填邊將孔內泥漿排除。碎石回填高度與鋼管頂標高以下300～500mm。鋼管柱上部待工具柱拆除后回填。

4.11 柱內混凝土澆筑

鋼管柱插入樁基混凝土且四周回填后，此時仍將工具柱與鋼套管采用鋼筋連接牢固，控制好柱頂標高，即可進行鋼管柱柱內澆筑混凝土，混凝土采用直徑Φ250，壁厚4mm無縫鋼管澆筑C50微膨脹混凝土，混凝土澆筑至鋼管頂位置停止澆灌。

4.12 鋼套管拔出

待柱內混凝土初凝后，拆除工具柱，將全回轉鉆機就位拔出鋼套管。必須待柱內混凝土初凝后對鋼管柱上部用石屑或砂回填至原始地面下250mm處；其余采用250mmC30混凝土硬化，防止大型機械行走對鋼管柱的擠壓造成變形。

5 結束語

對于蓋挖逆作法施工車站，鋼管柱的垂直度控制貫穿于整個施工過程中，主要是通過控制鋼套管的垂直度、柱下樁基的垂直度、鋼管柱本身的垂直度及插入過程中鋼管柱的垂直度來控制。