地鐵車站鋼管混凝土立柱精準定位施工技術研究

張琦

中鐵廣州工程局集團深圳工程有限公司，廣東廣州，510000

0 引言

近年來，隨著我國城市化進程的推進，城市軌道交通的發展規模不斷壯大，地下軌道的開發成為城市軌道交通的重要發展方向。在地鐵車站施工中，大多采用鋼管柱結構，需要保證鋼管柱的垂直度與施工精度。目前，對鋼管柱的定位施工主要采用輔助工具，施工效率相對較慢，為了保證鋼管柱的精準定位施工同時提高施工效率，已有不少學者對鋼管柱的施工技術進行研究總結。

張存才[1]結合多個地鐵車站工程項目，總結了鋼立柱的幾種施工方法；宋躍均[2]在杭州地鐵河北路站采用萬能平臺與全回轉鉆機進行鋼管柱的施工，結合傳感器實現了鋼管柱的精確定位，提高了施工效率及質量；盧海燕[3]采用“一柱一樁”的設計，結合激光定位法進行鋼立柱的定位施工，取得了較好的施工效果；王雷[4]設計了一種鋼管柱吊裝的簡易門架，實現了某暗挖地鐵車站鋼管柱的定位施工；李彪[5]結合工程實踐研究總結了地鐵車站蓋挖逆作法中鋼管混凝土柱的施工技術要求、施工方法及措施；肖昌軍[6]系統介紹了淺埋暗挖洞樁逆作法中鋼管柱的安裝施工技術；梁橋欣等[7]介紹了某地鐵車站項目中大直徑鋼管混凝土柱的施工技術，結合定位插槽、加工定位平臺等措施保證了鋼管柱施工的垂直度；林悅等[8]總結了裝配式技術在地鐵車站中間柱連接節點的應用情況。

本文針對鋼管混凝土立柱的施工問題，提出了一種地鐵車站鋼管混凝土立柱精確定位施工技術，優化設計了鋼管柱，并將該技術應用于廣州市地鐵上涌公園站的鋼管柱施工中，通過調節耳板、鋼環板、連接牛腿等設計，實現了鋼管柱的精準定位施工，提高了施工效率，并取得了較好的經濟與社會效益。

1 地鐵車站鋼管混凝土立柱精準定位施工技術的工程應用

1.1 工程概況

廣州市軌道交通十一號線（環線）呈環形線路。線路全長44.2km，全部采用地下敷設方式，全線共設32座車站，另外，代建1座車站（城軌琶洲站），其中換乘站20座，平均站間距1.38km。設置赤沙車輛段一座，主變電站3座，分別為赤沙滘主變、天河公園主變、彩虹橋主變。十一號線采用8輛編組A型車，DC1500V架空接觸網供電，列車最高運行速度80km/h。

上涌公園站為地下三層島式站臺車站，全長221.7m，標準段寬為22.3m，標準段基坑深24.48m，盾構井基坑深25.27m。本站采用單一墻裝配式結構，地下連續墻兼作永久結構側墻，混凝土支撐兼作永久結構橫梁。車站主體結構中柱采用鋼管混凝土立柱的形式，鋼管混凝土立柱共計24根，采用外徑800mm、t=24/30mm、Q345鋼。鋼管混凝土立柱基礎為φ1500鉆孔灌注樁。

1.2 全套管施工

鋼護筒采用直徑為1.59m、厚度45mm、長15m的套管，套管頂標高應高于施工面50cm。采用旋挖機φ1600mm截齒筒鉆進行引孔，引孔前根據已放線的樁位，從中心線向外90cm引出四條控制線做好標記。根據四個方向的控制線，控制鉆頭的位置，確保引孔的中心點與樁位重合，即護筒中心點與樁位重合。用旋挖機破除水泥板路面后，全套管全回轉鉆機驅動護筒做360度回轉，邊回轉邊壓入鋼護筒，通過液壓垂直裝置、輔助夾緊裝置等措施保證鋼護筒垂直度。邊埋設、邊觀察吊錘線垂直度及鉆機上水準氣泡居中情況。下護筒時，使用水準尺測量護筒在同一水平位置的四個方向的垂直度。每下兩米測量一次，確保護筒的垂直滿足立柱樁垂直度，直至護筒埋設完成，保證鋼護筒的垂直度控制在1/500以內。

圖1 全套管全回轉鉆機

圖2 鉆孔對中

1.3 基礎樁鋼筋籠制作安裝并澆筑

鋼筋籠在加工廠內集中制作，根據長度可以采取一節吊裝或者多節吊裝，鋼筋籠采用汽車吊大小吊鉤相互配合起吊，人工拉牽引繩下放就位。本工程鋼筋籠長14.1m，鋼筋籠分1節進行整體吊裝，鋼筋籠水平吊運采用平板車進行運輸至灌注位置，籠體起吊采用現場150t或者75t履帶吊進行吊裝，大小吊鉤相互配合，人工拉繩牽引，鋼筋籠入口緩慢下放至孔口，孔口橫擔兩根工10的工字鋼橫穿固定，然后焊接吊筋，吊筋長度必須經過現場主管工程師及監理工程師的確認后方可完成鋼筋籠吊裝下放。

混凝土澆筑前，進行二次清孔，保證沉渣、泥漿指標滿足要求。澆筑采用初凝時間為10h的C35水下混凝土。澆筑前，檢測混凝土性能。第一次澆筑時，保證混凝土初灌量3m3。澆筑過程中，經常檢測混凝土面位置，保證埋管深度2～6m。可采用“灌無憂”設備對混凝土澆筑標高進行控制。

圖3 基礎樁鋼筋籠驗收

圖4 基礎樁鋼筋籠安裝

1.4 鋼管柱加工

鋼管柱采用整管加工，鋼管長度加上底部錐形頭長度為25.52m、27.1m、27.52m三種規格。因柱頂標高為+3.64m，現有施工場地面標高為+7.0m，為防止在下放鋼管柱時泥漿上涌，造成鋼管柱內進泥漿，以及為方便控制標高，需加長4.36m。加長部分采用壁厚20mm、直徑800mm的鋼圓管。整管長度為29.88m、31.46m、31.88m三種規格。由于道路運輸受限，鋼管柱過長，不利運輸，鋼管柱分兩節制作，第一段為10.34m長設計鋼管和4.36m加長段，總長為14.7m。整體焊接，其中設計鋼管部分焊接質量滿足設計要求。第二段為設計柱，長度為15.18m、16.76m、17.18m三種規格。為確保鋼管柱安裝過程中精準定位，需在鋼管底部和頂部設定位鋼環板，定位鋼環板上開設8個直徑200mm的孔洞，保障鋼管柱下放時泥漿順利上涌。為控制鋼管柱平面位置，在頂部設置2塊調角耳板。

1.5 鋼管柱吊裝下放

鋼管柱的起吊，采用1 8 0 t履帶吊為主吊，吊點設置在第一節柱頂設置3 0 0 m m×300mm×30mm兩個起吊耳板，并開直徑50mm的吊孔，扁擔孔間距為1250mm。采用卸扣穿入，鋼絲繩吊裝。75t履帶吊為副吊，副吊吊點設置在第三層鋼牛腿下，鋼絲繩兜吊。主副雙機抬吊的方法，在空中完成90°轉身，后由主吊豎直吊立。為方便安裝過程中，預埋件牛腿角度準確，加設的調角耳板、調角耳板立面軸線與起吊耳板呈90°，與鋼牛腿預制件立面軸線一致。

圖5 鋼管柱吊裝

鋼管柱在下放時，采用180t履帶吊垂直吊立、緩慢下放至孔內，當浮力過大造成鋼管柱下放困難時，采用對鋼管柱內注水的方法，增大其自重，繼續下放。當鋼管柱由于混凝土握裹力過大無法下放時，采用單夾振動錘，振動鋼管柱，完成下放。

1.6 鋼管柱垂直度及中心定位

由于15m鋼護筒及樁位中心點定位、鋼護筒垂直度已在設計要求范圍內。鋼管柱的上部及下部已安裝鋼板定位法蘭盤，定位法蘭盤直徑較鋼護筒內徑小1cm，通過鋼護筒做導向，使鋼管柱垂直度、中心點位置與鋼套筒一致，以滿足設計要求。

圖6 鋼管柱垂直度控制現場圖

1.7 鋼管柱牛腿方向定位

粗調：將鋼管柱吊至孔口，對中后緩慢下放，當起吊耳板底部離護筒頂50cm時，停止下放，使用兩根鋼管分別穿入耳板調角孔洞，撬動鋼管轉動鋼管柱，對耳板立面軸線進行測量放線，使其牛腿方向、角度與設計牛腿角度基本重疊后，下放鋼管柱。

精調：粗調角度后，繼續緩慢下放，當起吊耳板底部離護筒頂50cm時，停止下放，使用兩根鋼管分別穿入起吊耳板調角孔洞，撬動鋼管轉動鋼管柱，對起吊耳板立面軸線進行測量放線，使其牛腿方向、角度與設計牛腿角度完全重疊后，下放鋼管柱，并穿杠固定鋼管柱。

1.8 鋼管柱牛腿高程定位

由于鋼管柱定長且預埋牛腿已在鋼構廠完成安裝，其標高以鋼管柱頂標高為基點進行控制安裝。因鋼管柱頂高出地面，直接控制安裝后的柱頂標高，可保證各預埋件處于設計標高。

1.9 鋼管柱避免栓釘與基礎樁鋼筋籠相撞措施

常規鋼管柱頂會安設栓釘，在鋼管柱下放進入基礎樁過程中，栓釘可能會勾住基礎樁鋼筋籠，出現下放困難，為防止栓釘碰撞鋼筋籠，在栓釘外側增加φ8鋼筋保護。

圖7 栓釘保護措施圖

1.10 鋼管柱內混凝土澆筑

為防止澆筑鋼管柱內混凝土時觸碰到鋼管柱，造成鋼管柱的偏位，以及澆筑混凝土造成鋼管柱下沉，影響鋼管最終定位的準確性。鋼管柱完成安裝后，待立柱樁混凝土終凝后，達到25%（約24小時）后，再對鋼管柱內進行混凝土澆筑。安裝完成后，對樁孔周邊5米范圍內進行防護，防止各大型設備作業、行走時的振動，影響鋼管柱的精度影響。

鋼管柱內混凝土澆筑采用φ180mm導管進行澆筑，由于鋼管柱內為清水，所以澆筑混凝土時，不需采用開塞大料斗，可選用直徑50cm小料斗進行混凝土澆筑。混凝土一次性澆筑至+3.64m。

鋼管柱內混凝土采用C50、C60自密實細石混凝土，坍落度180～220mm，用導管輸入法進行拋落澆注，根據C50自密實混凝土工作性能，合理設計混凝土配合比，使其具有良好的和易性、流動性、自填充性，工作性能良好，混凝土不離析、不泌水，確保混凝土結構均勻密實且有較小的自由收縮率。在澆注時導管下端伸入鋼管內，混凝土沿鋼管壁進行澆注，在混凝土澆筑時，一次澆筑的最大高度為5m左右，兩次混凝土澆筑的時間間隔不小于1～2h，且不超過混凝土的初凝時間，以讓混凝土中氣泡自動溢出，以確保混凝土內部結構密實。

2 經濟效益分析

本文通過地鐵車站鋼管混凝土立柱精準定位施工技術的應用，實現了裝配式地鐵車站鋼管混凝土立柱的精準定位及施工，成功地解決了鋼管混凝土立柱要求的垂直度、平面位置、軸線偏差要求高的難題。按照上涌公園站結構圖紙，鋼管柱中心線與基礎中心線偏差不大于5mm；鋼管柱頂面標高和設計標高偏差不大于10mm；鋼管柱垂直度偏差不大于長度的1/500。通過對后續基坑開挖施工中對鋼管混凝土立柱進行測量，其垂直度、標高及中心線偏差均滿足設計要求，證明了該工法的可靠性，為后續類似工程提供借鑒，具有一定的推廣應用價值，取得了較好的社會效益。

3 結論

本文針對地鐵車站鋼管混凝土立柱的施工難題，凝練出一種地鐵車站鋼管混凝土立柱精準定位施工技術，通過對技術的應用及研究，成功地解決了鋼管混凝土立柱要求的垂直度、平面位置、軸線偏差要求高的難題，保證了鋼管混凝土立柱的施工質量，提高了定位及吊放施工的效率，并得出以下結論：

（1）采用全回旋鉆機下設長鋼護筒作為限位導向作用，同時在鋼管柱上焊接限位法蘭盤，法蘭盤與鋼護筒間隙為1cm，確保鋼管柱的中心位置、垂直度及平面高程精度滿足設計要求；

（2）以鋼管柱頂標高控制各節點牛腿位置標高，同時在鋼管柱頂部安裝調角耳板，通過調整角耳板可精準控制鋼管柱牛腿的軸線偏差，以頂部耳板控制中部、底部牛腿方向位置，使其軸線與牛腿一致，保證鋼管立柱的施工精度及質量；

（3）在鋼管柱底部鋼栓上焊接通長筋，避免下放過程鋼栓掛鉤鋼筋籠，保證施工的安全。