蓋挖逆作法地鐵車站鋼管柱施工技術(shù)探究

摘要：蓋挖逆作法是地鐵站工程項目的常見施工方法，其具有安全穩(wěn)定性高、操作便捷、實施時間靈活等優(yōu)勢，而作為蓋挖逆作地鐵站施工中的主體承載及力學傳導結(jié)構(gòu)，鋼管柱施工技術(shù)的應用效果，將直接關(guān)系到地鐵站整體施工的質(zhì)量及安全。結(jié)合蓋挖逆作法地鐵站工程實際，首先分析了蓋挖逆作法地鐵站施工工藝特征，進而針對立柱樁施工工法及實施展開論述，并分析鋼管柱插樁施工技術(shù)在實際蓋挖逆作法地鐵站的應用過程，以期為類似地鐵站鋼管柱施工提供經(jīng)驗借鑒。

關(guān)鍵詞：蓋挖逆作法; 地鐵站；立柱樁施工；鋼管柱插樁

0" "引言

蓋挖逆作法是地鐵站工程項目的常見施工方法，其具有安全穩(wěn)定性高、操作便捷、實施時間靈活等優(yōu)勢，被廣泛應用于繁華地區(qū)地鐵工程項目中。本文針對蓋挖逆作地鐵車站的主要力學承載與傳導結(jié)構(gòu)鋼管柱的施工技術(shù)展開研究，結(jié)合地鐵站項目工程實際，分析得出具備較強應用性鋼管柱施工工法，以為解決蓋挖逆作地鐵站實際問題提供幫助。

1" "蓋挖逆作施工方法概述

蓋挖逆作法在地鐵站施工的實現(xiàn)原理，是通過鉆孔灌注樁、地下連續(xù)墻方式形成地下中間樁和圍護支撐架構(gòu)，上方加蓋蓋板，利用搭建的樁、圍護及蓋板結(jié)構(gòu)邊緣進行后續(xù)開挖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)作業(yè)，是當前城市繁華地區(qū)常用的地鐵工程施工技術(shù)[1]。利用蓋挖逆作法實施地鐵站施工適應性強，可應用在各類形狀的施工平面地區(qū)，特別是針對較差地質(zhì)情況及復雜周圍環(huán)境的情況效果尤為顯著。其作業(yè)時間靈活，充分實現(xiàn)正常地鐵工程作業(yè)需求的同時，對周邊環(huán)境影響小，可有效控制粉塵、噪聲等污染。

實施蓋挖逆作前，應對作業(yè)環(huán)境實現(xiàn)細致勘察。施工時應兼顧作業(yè)整個整體結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定，最大限度降低對上方地面交通的影響。通常選擇一層結(jié)構(gòu)平面搭建，以有效節(jié)約人、財、物等施工資源，便于后續(xù)地鐵工程的施工作業(yè)[2]。蓋挖逆作法利用永久鋼管柱結(jié)構(gòu)、圍護墻結(jié)構(gòu)作為整體支撐，具備較好的安全穩(wěn)定性，蓋挖逆作地鐵站設(shè)計規(guī)范支撐結(jié)構(gòu)承載范圍內(nèi)實現(xiàn)有序的開挖及內(nèi)部作業(yè)，可有效控制內(nèi)部挖掘等施工對持力層形成的安全風險。

2" "工程概況與鋼管柱施工方案設(shè)計

2.1" " 工程概況

某地鐵站工程項目為既有地鐵線路的換乘車站，地處地勢平坦的平原鬧市區(qū)位置，地鐵工程中間柱需搭建在中、強風化層粉砂泥質(zhì)巖地質(zhì)基礎(chǔ)上，土質(zhì)形態(tài)多樣，厚度不均勻，巖層存在很大起伏變化，實施中間鋼管柱施工時會遇到地下孤石等障礙物工況。施工區(qū)域存在表層和暗涌地下水，地下水位較高，地下水類型為巖層隙水和第四孔隙水，施工區(qū)域內(nèi)的地下水，對蓋挖逆作地鐵站施工涉及的鋼筋及混凝土結(jié)構(gòu)具有一定腐蝕侵害，因此在鋼管柱放置裝設(shè)時應采取一定的防腐、防水措施。

2.2" " 方案設(shè)計

鑒于兩邊貫穿線路均是地下三層結(jié)構(gòu)，應先針對一層蓋板系統(tǒng)作業(yè)施工，然后將另一側(cè)道路交通正常疏導至蓋板上方后，再實施另一側(cè)主體及圍護框架作業(yè)，直至主體及圍護框架作業(yè)施工完畢，恢復原有道路交通正常功能使用。地鐵站總長度為173.6m，標準段寬度為13.1m，基坑挖掘深度29.7m。根據(jù)地鐵站結(jié)構(gòu)特點，兩端圍護框架分別使用厚度為1m的工字鋼拼接連續(xù)墻結(jié)構(gòu)和厚度為1m的套銑拼接連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，中段圍護框架采用鉆孔咬合樁作為圍護支撐。地鐵站標準段結(jié)構(gòu)設(shè)計橫剖面如圖1所示。

地鐵站配置有15根間距約為11m的鋼管柱，所有鋼管柱下方均配有一根立柱樁，以實現(xiàn)鋼管柱基礎(chǔ)支撐作用，并將鋼管柱置入樁身內(nèi)約為5m。立柱樁樁長為5.9m，樁徑為19m，鋼筋籠長度為7.2m，錨入處理鋼筋籠頂端進入縱梁約1.3m。根據(jù)地鐵站支撐需要，立柱樁達到設(shè)計頂端標高后應再超灌1.3m，待實施底縱梁操作工序時實施超灌破除。待立柱樁整體強度滿足設(shè)計標準后，利用級配碎石或粗中砂將鋼管柱整體外側(cè)與孔壁之間的縫隙填充密實。地鐵站鋼管柱設(shè)計如圖2所示。

3" "鋼管柱立柱樁施工工法及實施過程

3.1" " 鋼管柱施工要點

該地鐵站施工項目為三層島式結(jié)構(gòu)，鋼管柱成柱高度大，實施空間有限，所以需采取鋼筋籠及管柱分節(jié)吊裝施工的方式完成施工。吊裝過程中，應嚴格控制鋼筋籠及鋼管柱的每節(jié)定位和垂直參數(shù)。吊裝施工過程涉及工序多，定位、插入操作的時長增加，必然會增加工程的整體施工時間，為此應制定科學實施方案，提高作業(yè)效率，保證施工進度。同時，各分節(jié)鋼管柱安裝施工時應通過調(diào)整工具實現(xiàn)中心線一致，確保每節(jié)緊密穩(wěn)固連接[3]。

3.2" " 實施工序步驟

立柱樁整體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用全回轉(zhuǎn)、旋挖鉆進技術(shù)作業(yè)。完成施工前準備工作后，進行后續(xù)的放樣、護筒埋設(shè)，然后按設(shè)計要求實施鉆孔作業(yè)。再裝配全回轉(zhuǎn)平臺及設(shè)備，實施鋼筋籠及鋼管柱吊裝就位并焊接固定。隨后實施混凝土澆筑，待混凝土凝固標準達到設(shè)計要求后，在立柱樁空隙填充碎石，清理現(xiàn)場，實施下一管柱施工。

3.3" " 樁位測量放樣

根據(jù)設(shè)計圖紙、現(xiàn)場高程、控制點位實施樁位的測量放樣。依據(jù)工程實際路基狀況在樁周邊鋪裝鋼板，將旋挖鉆機移至樁位中心點，采用十字交叉護樁法對準樁中心定位，并對護樁及鉆頭距離實施精準測量。

3.4" " 護筒埋設(shè)施工

通過挖掘機清理淺層障礙，利用十字交叉法測量出放樣樁位，建立4個校正樁位[4]。埋設(shè)護筒至鉆孔中心點位，將樁位中心與護筒中心點對齊，將垂直偏差控制在1/300范圍內(nèi)，水平偏差在20mm以內(nèi)。利用旋挖鉆鉆孔過程中，樁位中心同護筒中心水平偏差應控制在20mm以內(nèi)。護筒吊裝過程中，應緩慢放置于孔洞內(nèi)，完成后實施中心點復合操作?？妆谕o筒間縫隙應用砂土填充夯實，以保證護筒穩(wěn)定，為后續(xù)的成孔穩(wěn)定提供基礎(chǔ)。

3.5" " 裝配泥漿循環(huán)池

泥漿循環(huán)池包括沉淀容器和泥漿容器，循環(huán)池體積約為樁身體積1.5倍。及時清理沉渣保證沉渣低于樁身1/2，實現(xiàn)泥漿沉淀充足。泥漿容器主要用于實現(xiàn)過度功能，所以體積不宜設(shè)置過大。沉淀容器主要實現(xiàn)泥漿的循環(huán)保存。鉆孔作業(yè)過程中，細顆粒鉆渣沉積在沉淀容器中，對此可利用泥漿泵抽運移出。通過沉淀池沉淀完成的優(yōu)質(zhì)泥漿，轉(zhuǎn)流進泥漿容器被再次送至鉆孔中。

3.6" " 管柱成孔作業(yè)

為保證混凝土澆筑效果，實際孔徑應比設(shè)計孔徑適當增加0.2m，以確保返漿正常[5]。通過雙底截齒撈砂斗裝置成孔，以確?？状怪倍纫?。如果成孔時孔位垂直度發(fā)生偏移，可利用對應直徑的截齒筒鉆裝置，在出現(xiàn)偏移位置上端2m處實施修孔，直至孔位完成修正，再換回雙底截齒撈砂斗裝置繼續(xù)實施成孔作業(yè)。針對巖體實施鉆進時，需使用截齒筒鉆完成鉆進過渡，以保證成孔垂直度符合設(shè)計要求[6]。

控制鉆孔灌注樁小于50mm偏差，將垂直偏差控制在1/300范圍內(nèi)。樁底注漿應利用注漿管完成，嚴格控制立柱樁同圍護結(jié)構(gòu)沉降差小于15mm。如果立柱上端有車輛行進，應控制立柱樁同圍護結(jié)構(gòu)的沉降差低于10mm。

4" "鋼管柱插樁施工

4.1" " 鋼管柱插樁技術(shù)實現(xiàn)原理

利用全回轉(zhuǎn)鉆機設(shè)備完成鋼管柱安裝，全回轉(zhuǎn)鉆機具有雙層加緊功能，可實現(xiàn)抱緊下插的交替操作。其實現(xiàn)過程如下：先應利用水平定點位移儀精確傳導全回轉(zhuǎn)鉆機安裝孔口位置，完成精準調(diào)平，中心對齊，復測成孔樁點位，鋪裝平臺墊板。水平吊裝插樁平臺，通過十字交叉垂球法確保孔位與平臺中心對齊。進行全回轉(zhuǎn)鉆機裝配前應利用厚鋼板對鉆孔護筒周圍做墊底處理，以提升地基承載需求。

裝配過程中，應進行水平校準和中心點定位，復測插樁平臺水平性，保證全回轉(zhuǎn)鉆機、樁位點及平臺三者處于同一平面。在正式進行鋼管柱插樁時，通過履帶起重機械吊裝插入，并穿過全回轉(zhuǎn)鉆機中心點，使其緊抱住工具柱。隨后利用測斜儀校準測量鋼管柱垂直參數(shù)，如果垂直度不符合規(guī)范，應利用全回轉(zhuǎn)鉆機調(diào)整。利用全回轉(zhuǎn)鉆機自身的上夾持裝置實現(xiàn)鋼管柱抱緊，松開下夾持裝置，實施下插安裝，并通過下夾持裝置實現(xiàn)鋼管柱的緊固。如此工序完成鋼管柱插樁往復作業(yè)。鉆孔中心校準對齊操作現(xiàn)場如圖3所示。

4.2" " 制備鋼管柱

鋼管柱連接應通過高強度螺栓連接，連接后應復測鋼管軸中心線及外觀，隨后實施鋼管柱的焊接固定。焊接過程中，單條鋼管柱焊縫應根據(jù)規(guī)范進行抽樣無損檢驗。抽檢數(shù)量為焊接長度的2%，一旦檢測不合格率超過規(guī)定，應加倍透照檢測。如仍不合格，應通過完全透照檢測。二級探傷率應達到20%，一級探傷率達到100%。降雨天禁止實施鋼管柱焊接操作，如必須實施焊接，應設(shè)置防雨棚。對檢測后的焊縫位置加設(shè)加勁環(huán)，以提升焊接質(zhì)量及鋼管柱的抗剪效果。

完成后，參照預埋件設(shè)計標高進行牛腿、墊板及加強環(huán)板的焊接作業(yè)。完成法蘭焊接及檢測后，應保證法蘭在加工平臺的垂直度。通過高強度螺栓完成對稱固結(jié)，確保其符合設(shè)計力矩要求。緊固后應檢測對稱法蘭間隙的一致性，確保法蘭垂直度達標。

4.3" " 吊裝鋼管柱施工

4.3.1" "吊裝和進孔作業(yè)

將鋼管柱插進樁基鋼筋籠，實施焊接固定處理，拼接完成鋼筋籠及鋼管柱后，進行鋼管柱正式吊裝。利用主吊緩慢吊起鋼管柱，副吊協(xié)助配合吊裝，并確保鋼管柱與地面保持垂直。起重設(shè)備吊裝操作時，應控制定位、進孔準確性，確保行進、旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定。副吊吊裝鋼管柱過程中，應先暫時下放停止，拆除副吊點卸扣及鋼絲繩后繼續(xù)吊裝。采用全回轉(zhuǎn)鉆機將鋼管柱放入孔中，放入時應控制垂直度值，超出規(guī)定應做糾偏處理。操作人員應配置必要的安全防護裝備，施工前進行安全交底工作。鋼管柱垂直度控制檢測現(xiàn)場如圖4所示。

4.3.2" "插入鋼管柱作業(yè)

利用全回轉(zhuǎn)鉆機械自身抱緊裝置夾緊鋼管柱實施插入安裝，直到底部達到設(shè)計標高位置。如果放入施工受阻，應通過注水至鋼管柱增重的方式予以調(diào)整。

4.4" " 拆裝工具柱

工具柱拆裝時應保證在無水工況下，并控制好鋼管柱整體預埋件的防銹質(zhì)量。待樁基混凝土達到設(shè)計強度后，在樁頂處放置抽水設(shè)備。將工具柱中泥漿抽干后，實施工具柱拆裝作業(yè)。柱內(nèi)應安裝爬行梯，以方便操作人員拆卸螺栓。利用副吊參與吊裝作業(yè)，配合主吊完成工具柱拆裝。移除全回轉(zhuǎn)鉆機后，完成后續(xù)孔內(nèi)回填及護筒拆除作業(yè)。

5" "結(jié)語

作為蓋挖逆作法地鐵站施工中主體承載及力學傳導結(jié)構(gòu)，鋼管柱主體施工技術(shù)的實施質(zhì)量，將直接關(guān)系到地鐵站整體施工的效果和安全性。本文通過結(jié)合蓋挖逆作法地鐵站工程實例，在闡述蓋挖逆作地鐵站施工工藝特點基礎(chǔ)上，針對立柱樁施工工法及實施進行深入分析，并闡述了鋼管柱插樁施工技術(shù)在實際蓋挖逆作地鐵站的應用要點，以為類似蓋挖逆作地鐵站鋼管柱施工提供參考。

參考文獻

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