淺埋暗挖地鐵車站平頂小導(dǎo)洞內(nèi)鋼管中柱施工精度控制技術(shù)

樊榮FAN Rong

（中鐵一局集團(tuán)第四工程有限公司，咸陽 712000）

0 引言

城市地鐵施工暗挖法基本上不受外部管線影響，不存在交通疏解問題，施工干擾較小，因此成為當(dāng)前車站工程中較常用的施工方法，暗挖洞樁法就是其中最具代表性的。該方法在傳統(tǒng)淺埋暗挖分部法的基礎(chǔ)上吸收了蓋挖法的特點(diǎn)，將明挖框架結(jié)構(gòu)施工方法和暗挖法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，適用范圍較廣。

1 工程概況

鄭州地鐵10 號(hào)線醫(yī)學(xué)院站為7 號(hào)線和10 號(hào)線換乘車站。10 號(hào)線為地下兩層雙柱三跨島式車站，主體結(jié)構(gòu)下穿大學(xué)路為暗挖段。暗挖段長(zhǎng)48.26m，寬25.1m，頂部覆土約5～5.3m，底板埋深約19.5m；采用平頂PBA 法+管幕超前支護(hù)施工，上部設(shè)置4 個(gè)小導(dǎo)洞，中柱采用鋼管混凝土柱，逆筑法施工。

主要施工步序及技術(shù)卡控要點(diǎn)：

①管幕施工：采用電力驅(qū)動(dòng)液壓式管幕鉆機(jī)，分節(jié)頂進(jìn)管幕鋼管，鋼管間鎖扣連接，頂進(jìn)過程應(yīng)嚴(yán)格控制角度和標(biāo)高。②導(dǎo)洞施工：待管幕施工完畢形成管棚體系后，采用上下臺(tái)階法進(jìn)行導(dǎo)洞開挖，嚴(yán)格控制進(jìn)尺和步距。③洞內(nèi)中樁及鋼管柱施工：導(dǎo)洞施工完成后采用洞內(nèi)樁柱一體化施工技術(shù)施工柱下中樁及鋼管柱，使用反循環(huán)鉆機(jī)成孔，樁柱一體化安裝機(jī)施工中樁及鋼管柱。④頂縱梁施工：兩個(gè)中導(dǎo)洞內(nèi)中樁鋼管柱施工完成后，在柱頂施工頂縱梁及部分頂板，使用自密實(shí)混凝土澆筑確保其施工質(zhì)量。⑤扣接頂板施工：頂縱梁施工完成后隨即開挖導(dǎo)洞間土體施工初支扣拱，破除側(cè)壁拱架，分段施工導(dǎo)洞間扣接頂板至頂板全部施工完成。⑥采用逆作法施工中板，順作法施工底板及負(fù)二層側(cè)墻至暗挖主體結(jié)構(gòu)全部施工完成。

2 鋼管混凝土中柱施工難點(diǎn)分析及解決措施

2.1 洞內(nèi)鋼管柱施工

2.1.1 鋼管柱施工時(shí)，存在以下難點(diǎn)問題

①導(dǎo)洞空間狹小，高5.0m，寬4.0m，鋼管柱無法使用設(shè)備一次性吊放安裝；②鋼管柱分節(jié)安裝完成后整體垂直度無法準(zhǔn)確判斷，施工質(zhì)量技術(shù)控制難度大；③樁柱一體化施工柱下中樁混凝土澆筑完成后，由于樁基混凝土與鋼管柱內(nèi)混凝土標(biāo)號(hào)不一致，為防止?jié)仓摴苤鶅?nèi)混凝土過程中柱周樁基混凝土上浮，需使用礫石進(jìn)行樁基混凝土反壓，此過程無法判斷混凝土澆筑前后鋼管柱垂直度變化情況。

2.1.2 所要解決的技術(shù)問題

①要選擇一種體積小，施工效率高，成孔質(zhì)量精度好的可以在導(dǎo)洞內(nèi)的進(jìn)行鉆孔施工的設(shè)備。②選擇一種可以在導(dǎo)洞內(nèi)提升吊裝樁基鋼筋籠和鋼管柱，且可以進(jìn)行鋼管柱中心及標(biāo)高定位的提升吊裝定位設(shè)備。③選擇一種可以隨鋼管柱同時(shí)分節(jié)安裝，對(duì)鋼管柱安裝垂直度及混凝土澆筑前后鋼管柱是否發(fā)生位移進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及檢測(cè)分析裝置。④選擇一種可以在鋼管柱分節(jié)安裝完成后，對(duì)鋼管柱安裝垂直度進(jìn)行檢測(cè)分析的裝置。

2.1.3 具體解決措施

鋼管柱安裝前，在廠家進(jìn)行試拼并分節(jié)編號(hào)，每節(jié)鋼管柱垂直度滿足設(shè)計(jì)允許偏差為長(zhǎng)度的1/1000，試拼垂直度偏差不超過15mm，滿足要求后方能進(jìn)場(chǎng)施工；鋼管柱按照分節(jié)編號(hào)使用樁柱調(diào)垂安裝機(jī)進(jìn)行安裝，隨鋼管柱分節(jié)安裝測(cè)斜管至最上面一節(jié)工具管，鋼管柱分節(jié)加工安裝有效降低了在暗挖小導(dǎo)洞有限空間內(nèi)的施工難度；鋼管柱安裝完成，使用水準(zhǔn)儀、水平尺及激光水平儀確定柱頂標(biāo)高及水平度；用超聲波檢測(cè)儀檢測(cè)鋼管柱垂直度，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果精調(diào)垂直度，直至符合要求；調(diào)垂機(jī)卡板將鋼管柱抱緊，鋼管柱定位完成后安裝鋼管柱內(nèi)鋼筋籠和導(dǎo)管，最后對(duì)測(cè)斜管初始值進(jìn)行采集，待鋼管柱內(nèi)混凝土澆筑完成后，再次采集測(cè)斜管數(shù)值與初始值對(duì)比判斷鋼管柱垂直度是否發(fā)生變化并進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。

2.2 洞內(nèi)鋼管柱施工過程精度控制

2.2.1 鋼管柱安裝

①樁基鋼筋籠安裝完成垂直機(jī)就位，對(duì)垂直機(jī)卡盤中心進(jìn)行初次定位整平并固定液壓支腿，防止鋼管柱安裝時(shí)機(jī)身發(fā)生位移。②鋼管柱應(yīng)分節(jié)按順序吊運(yùn)安裝，測(cè)斜管與鋼管柱同步分節(jié)安裝并使用卡環(huán)固定牢固，鋼管柱對(duì)接時(shí)應(yīng)將法蘭盤接頭基面清理干凈，避免接觸面不密貼對(duì)整體垂直度及后期工作性能造成影響。

2.2.2 鋼管柱定位及安裝完成后垂直度檢測(cè)

①鋼管柱安裝完成后利用水平尺水準(zhǔn)儀通過調(diào)節(jié)垂直機(jī)四個(gè)液壓支腿進(jìn)行水平度調(diào)節(jié)和標(biāo)高定位，在工具節(jié)孔口掛設(shè)十字線通過拱頂樁位線錘定位鋼管柱中心，移動(dòng)卡盤使線錘位于十字線中心位置。

②鋼管柱定位完成后使用超聲波檢測(cè)儀對(duì)鋼管柱垂直度進(jìn)行檢測(cè)，合格后安裝鋼管柱內(nèi)鋼筋籠并采集測(cè)斜管初始值。（圖1）

圖1 測(cè)斜管隨鋼管柱分節(jié)安裝示意圖

③超聲波從發(fā)射換能器向鋼管柱壁方向傳播，聲波到達(dá)管壁后，由于水聲阻抗遠(yuǎn)小于鋼質(zhì)介質(zhì)的聲阻抗，聲波從管壁處幾乎全反射，反射波經(jīng)過孔內(nèi)傳播后再回到發(fā)射的位置。

④接收換能器接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過放大、濾波等處理后，被信號(hào)采集模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)顯示并存儲(chǔ)。（圖2）

圖2 超聲波成孔檢測(cè)原理圖

利用在同一深度、不同方向的測(cè)量結(jié)果可以得知該深度上的管徑參數(shù)，從而判斷鋼管柱垂直度是否處于設(shè)計(jì)允許偏差范圍內(nèi)，為保證垂直度檢測(cè)準(zhǔn)確性，從管口向下正測(cè)一次，再?gòu)墓艿紫蛏戏礈y(cè)一次，兩次結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)對(duì)比，確定鋼管柱垂直度偏差。（表1）

表1 鋼管柱垂直度檢測(cè)表

鄭州地鐵10 號(hào)線醫(yī)學(xué)院站暗挖段設(shè)計(jì)共14 根中樁鋼管柱，全部采用樁柱一體化施工技術(shù)，每根鋼管柱安裝完成后均采用超聲波檢測(cè)儀進(jìn)行垂直度檢測(cè)，超聲波檢測(cè)報(bào)告所示，超聲波反射波形均在設(shè)計(jì)控制直徑以內(nèi)，效果明顯，可視化程度高，大大提高了施工技術(shù)人員的判斷能力和一次質(zhì)量控制成型能力。鋼管柱施工總長(zhǎng)度11.5m，設(shè)計(jì)允許總長(zhǎng)度偏差值為不大于15mm，總長(zhǎng)度偏差值合格率為92.8%，充分保證了鋼管柱的施工質(zhì)量和后期是使用強(qiáng)度要求。

2.2.3 混凝土澆筑前后鋼管柱垂直度檢測(cè)驗(yàn)證

①鋼管柱按照分節(jié)編號(hào)使用樁柱調(diào)垂安裝機(jī)進(jìn)行安裝，隨鋼管柱分節(jié)安裝測(cè)斜管至最上面一節(jié)工具管，側(cè)斜管采用U 形卡環(huán)與鋼管柱內(nèi)壁焊接固定牢固，側(cè)斜管分節(jié)安裝接頭在安裝過程中插接緊固使用配套螺絲進(jìn)行連接，避免出現(xiàn)松動(dòng)對(duì)前后測(cè)斜數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響造成誤判。安裝完成后立即對(duì)測(cè)斜管初始值進(jìn)行采集。

②由于樁基混凝土和鋼管柱內(nèi)混凝土標(biāo)號(hào)不一樣，澆筑鋼管柱內(nèi)混凝土?xí)r為保證樁基混凝土不上浮，在樁基澆筑至樁頂標(biāo)高后，使用粒徑2-3cm 礫石回填反壓，反壓過程嚴(yán)格控制，沿鋼管柱一周對(duì)稱均勻分層回填，避免集中單向回填對(duì)鋼管柱造成位移，產(chǎn)生垂直度偏差。待鋼管柱內(nèi)C50 混凝土澆筑完成后，再次采集測(cè)斜管數(shù)值與初始值對(duì)比判斷鋼管柱垂直度是否發(fā)生變化并進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。

表2 鋼管柱混凝土澆筑前后水平位移對(duì)比表

圖3 樁基鋼管柱混凝土連續(xù)澆筑示意圖

通過鋼管柱柱內(nèi)混凝土澆筑完成后采集測(cè)斜數(shù)據(jù)與初始值進(jìn)行對(duì)比分析，澆筑前后鋼管柱垂直度最大偏差為11m 位置，其澆筑前后變化量為1.16mm，小于垂直度控制值±15mm，澆筑前后垂直度符合設(shè)計(jì)要求，由鋼管柱水平位移曲線變化圖可清晰看出在深度6m～12m 區(qū)間鋼管柱垂直度偏差較大，反壓礫石未嚴(yán)格控制對(duì)稱填壓，混凝土澆筑過程對(duì)鋼管柱本身造成沖擊。在后續(xù)施工中經(jīng)過嚴(yán)格控制，其鋼管柱垂直度偏差均在±5mm 內(nèi)浮動(dòng)，對(duì)鋼管柱施工質(zhì)量及后期使用幾乎無影響，對(duì)鋼管柱隱蔽工程施工質(zhì)量控制成果驗(yàn)證提供了良好的保證措施。

3 現(xiàn)場(chǎng)施工過程中應(yīng)注意的事項(xiàng)

①鋼管柱出廠前，由技術(shù)員、測(cè)量員到廠家進(jìn)行鋼管柱垂直度及加工精度的驗(yàn)證，廠內(nèi)試拼，符合要求后方可進(jìn)場(chǎng)。②鋼管柱洞內(nèi)安裝完成后，使用超聲波檢測(cè)儀進(jìn)行垂直度檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行位置調(diào)整，直至符合設(shè)計(jì)要求后方可進(jìn)行下道工序。③側(cè)斜管采用U 形卡環(huán)與鋼管柱內(nèi)壁焊接固定牢固，側(cè)斜管分節(jié)安裝接頭在安裝過程中插接緊固使用配套螺絲進(jìn)行連接，避免出現(xiàn)松動(dòng)對(duì)前后測(cè)斜數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響造成誤判。砼澆筑前使用測(cè)斜儀對(duì)鋼管柱內(nèi)壁的測(cè)斜管進(jìn)行初始值采集，12 小時(shí)后進(jìn)行第二次測(cè)斜值采集，根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果，優(yōu)化澆筑過程中的保護(hù)措施。④澆筑鋼管柱內(nèi)砼容易導(dǎo)致柱外回填砂上翻，砼澆筑前應(yīng)經(jīng)計(jì)算確定回填高度，澆注時(shí)勤測(cè)量混凝土面標(biāo)高，確保交匯處砼量控制，填砂時(shí)確定好回填量，勤測(cè)量以避免柱外砼上翻，澆筑過程中應(yīng)注意對(duì)側(cè)斜管的保護(hù)。

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際效果

采用本方法施工導(dǎo)洞內(nèi)鋼管中柱過程中，通過使用超聲波檢測(cè)儀對(duì)鋼管柱安裝垂直度進(jìn)行有效精確控制，并及時(shí)調(diào)整反饋，保證安裝垂直度。使用測(cè)斜管對(duì)混凝土澆筑前后鋼管柱垂直度進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，可充分明晰鋼管柱垂直度控制情況，為后續(xù)施工控制提供高效的指導(dǎo)作用。

5 結(jié)論

在國(guó)內(nèi)軌道交通土建施工中，PBA 工法以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，洞內(nèi)鋼管中柱施工精度成為工程質(zhì)量控制及安全控制的關(guān)鍵。通過本項(xiàng)目的研究及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可以得出以下結(jié)論：①用超聲波檢測(cè)儀檢測(cè)鋼管柱垂直度，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果精調(diào)垂直度，直至符合要求。此方法可大大提高隱蔽工程鋼管中柱的施工精度。②采用側(cè)斜管對(duì)鋼管柱混凝土澆筑前后位移變化進(jìn)行精準(zhǔn)判斷，可充分明晰鋼管柱垂直度控制情況，為后續(xù)施工控制提供高效的指導(dǎo)作用和施工精度保證。③使用上述方法對(duì)鋼管柱垂直度進(jìn)行控制，有效解決了該類型中柱施工技術(shù)質(zhì)量控制盲區(qū)，為類似工程施工提供了良好的借鑒意義。