長沙黃土嶺站鋼管柱安裝精度控制技術

張 升

（中鐵五局集團第一工程有限責任公司，長沙 410117）

鋼管柱是地鐵車站蓋挖逆作法施工中的重要承重結構，是地鐵暗挖車站的關鍵分項工程之一，其具有施工難度大和精度要求高的特點，受施工空間的約束，逆作鋼管柱各道工序與地面施工工藝不同[1-2]。

目前諸多學者結合具體工程項目，通過對鋼管柱施工的概念設計優化等多種分析手段開展研究并取得了一系列的成果。張子真等[1]改進了蓋挖逆作法中柱和中柱基樁施工中鋼套筒、定位器施工技術。趙玉璽[2]研究蓋挖逆作法地鐵車站中間樁柱施工定位裝置。范重等[3]建立了3 個低軸壓比鋼管柱在水平往復荷載下的模型試驗，并運用了非線性有限元法計算分析其變形性能。劉仲洋等[4]對3 個足尺寸的邊柱節點進行了靜力加載試驗。李國強等[5]采用了多種手段，研制了單向（邊）高強螺栓緊固件、反向平衡法蘭連接技術和螺栓預拉力直接張拉法設備。王燕等[6]運用了ANSYS 有限元軟件對裝配式鋼管柱-組合螺栓連接節點試件數值模擬分析。李杰等[7]建立了鋼管混凝土拱肋及塔架有限元模型。因此，本文以長沙地鐵1 號線6 標黃土嶺站為背景，為了解決鋼管柱施工精度高、控制難度大的施工問題，通過調查分析施工過程中的儀器選擇不當、鋼管柱外側加固不牢及單人焊接應力變形大等重要因素，并采取了有效的措施對其施工精度進行控制。

1 工程概況

1.1 工程簡介及設計情況

長沙地鐵1 號線6 標黃土嶺車站總長373.456 m，標準段總寬34.06 m。標準段基坑深度約為18.8 m，換乘節點基坑深度約為23.8 m。車站范圍內南北路面高差較大，約為4 m。

車站采用全蓋挖逆作法施工，主體圍護結構采用1 000 mm 厚的地下連續墻，各層樓板作為支撐體系使用，本車站共有鋼管柱74 根，鋼管柱采用直徑800 mm、壁厚20 mm 的鋼管混凝土柱（柱長14～21 m），柱下設直徑2 000 mm 的獨立樁基（樁基長11～20 m，成孔深度29～41 m），上部鋼護筒采用直徑2 m、壁厚16 mm 鋼管（鋼護筒長18～25 m，鋼護筒嵌固深度3.5 m），換乘節點段樁基在使用階段兼作抗拔樁（結構形式如圖1）。

圖1 鋼管柱與中間樁基連接圖

1.2 主要施工難點

1）鋼管柱施工精度要求高，安裝控制難度較大。

2）鋼管柱施工（混凝土澆筑、鋼管柱定位）在地下較深，柱內缺氧，對職員健康等危害較大。

3）工期緊，場地狹小，交叉作業多，施工組織與協調困難。

2 現場調查及結果

2.1 現場調查

2013 年9 月，根據CECS28∶90《鋼管混凝土結構設計與施工規程》對黃土嶺已施工鋼管柱進行了現場調查。隨機抽取10 根已施工鋼管柱，采用鉛垂線（3 kg）、水平鋼尺、萊卡TS06 全站儀和DS32 水準儀進行了現場觀測，調查結果見表1。本次總計檢查了180 個測量點，其中有159 個合格點，平均一次安裝合格率為88.3%。由此可見，鋼管柱垂直度差在鋼管柱一次性安裝合格率影響因素中的比重為76.2%，是影響鋼管柱一次性安裝合格率的主要因素。而鋼管柱孔口固定不及時在影響因素中的比重僅為9.5%，鋼管柱頂中心位置偏差大，鋼管柱頂面高程誤差大，鋼管柱焊接質量差在影響因素中的比重均為4.8%。

表1 鋼管柱調查

2.2 調查結果

對主要因素制訂了確認計劃，根據確認的要求和標準，并采用了現場驗證、調查分析和檢測等多種分析手段對主要因素進行研究。研究表明，儀器選擇不當、鋼管柱外側加固不牢及單人焊接應力變形大是影響鋼管柱安裝精度的主要因素。而未進行崗前培訓、交通擁堵、卷板機加工精度低、吊裝過程碰撞彎曲、原材進場檢驗不仔細、設備檢修不及時、人員未按施組配備、設備未按施組配備和測量儀器未經檢驗為次要因素。

3 主要因素及控制

根據調查結果中的主要因素，制訂對策措施表，見表2。

表2 對策措施

3.1 儀器選擇不當

措施及效果：2013 年10 月采用了D2J3-L1 激光垂準儀，取代了線測量，儀器經過了湖南省計量檢測研究院檢測合格并投入了使用；對技術人員進行了新儀器使用教學，使其熟練掌握儀器操作。使用D2J3-L1 激光垂準儀進行基礎中心放樣后，基礎中心檢測了已施工的4 根鋼管柱，已達到目標井下20 m 深度，基礎中心誤差±5 mm。放樣檢測結果見表3。

表3 鋼管柱基礎中心放樣檢測 mm

3.2 鋼管柱外側加固不牢

措施及效果：2013 年9 月研究了鋼管柱外側加固方式，避免杯口澆筑中鋼管柱底部發生位移導致鋼管柱垂直度差。由原定為鋼筋焊接固定方式改為制作單項固定頂托進行鋼管柱外側固定，并增設鋼管柱底部杯口處預制連接件，如圖2 所示。經過多次試驗采用單項頂托及預制連接件固定件，如圖3 所示，于2013 年10 月對已施工的4 根鋼管柱進行杯口澆筑過程中的垂直度測量，見表4，結果顯示在杯口底部的單項頂托加固后，鋼管柱垂直度均控制在3 mm 以內。

表4 鋼管柱垂直度檢查表

圖2 增設鋼管柱底部杯口處預制連接件

圖3 單項頂托及預制連接件固定件

3.3 單人焊接應力變形大

措施及效果：2 名焊工同時對稱焊接每節鋼管接縫，現場焊接如圖4 所示；改進后，焊接完成鋼管柱效果如圖5 所示。焊接后，技術員采用超聲波探傷檢測了已施工的環向對接縫，進而檢測錯邊和彎曲矢高，檢測結果見表5。檢測表明：最大對口錯邊為2 mm、彎曲矢高為4 mm，均達到了控制技術要求。

表5 鋼管柱現場環形焊縫檢測表 mm

圖4 現場改進焊接方式

圖5 改進后焊接完成鋼管柱效果

4 控制結果及效益

4.1 控制結果

2014 年1 月已完成黃土嶺站西側倒邊范圍內的鋼管柱35 根，歸納整理了鋼管柱進行的全部檢測數據，見表6，共200 個檢測點，其中193 個合格點，一次安裝合格率達到了96.5%，相比之前的鋼管柱合格率提高了8.2%。

表6 控制后的鋼管柱合格率檢測

4.2 社會經濟效益

2013 年7 月至今，黃土嶺站共施作了鋼管柱32根，鋼管柱垂直度均控制在允許偏差范圍內，柱芯的混凝土完整性好，最大限度地縮短了地鐵車站整體工期?？刂坪?，鋼管柱一次安裝精度提高，鋼管柱調查結果見表7，對各階段目標順利完成創造了有利條件。在確保車站主體結構的施工質量和結構安全前提下，達到了預期的效果，共節省費用465 500 元：間接費用411 500元（職工薪酬350 000 元+其他管理費用61 500 元）+其他直接費用54 000 元（租賃圍擋、活動板房、臨時水電和泥漿池等），取得了顯著的經濟效益。

表7 鋼管柱調查

5 結論

1）分析了鋼管柱施工難點，其具有施工難度大、精度要求高、風險較大和協調困難的特點。

2）儀器選擇不當、鋼管柱外側加固不牢及單人焊接應力變形大是影響鋼管柱安裝精度的主要因素。而未進行崗前培訓、交通擁堵、卷板機加工精度低、吊裝過程碰撞彎曲、原材進場檢驗不仔細、設備檢修不及時、人員未按施組配備、設備未按施組配備和測量儀器未經檢驗為次要因素。

3）通過重新選購激光垂準儀，對鋼管柱外側改進原有鋼筋加固方式，形成單邊頂托調節加固方式，采用2 人對稱同時進行焊接，控制了鋼管柱精準安裝，從而提高了施工精度，并控制了施工成本。