石家庄地铁车站钢管柱液压垂直插入施工技术

沈红云　 于全胜

（河北交通职业技术学院1)　 河北石家庄　050091　 北京中铁隧建筑有限公司2)　 北京　100022）

石家庄地铁车站钢管柱液压垂直插入施工技术

沈红云1)于全胜2)

（河北交通职业技术学院1)河北石家庄050091 北京中铁隧建筑有限公司2)北京100022）

地铁车站采用盖挖半逆作法施工时，安全、快速、高质量施工中间支撑桩柱成为盖挖逆作法施工的关键。液压垂直插入法施工钢管柱具有操作简单，定位准确，经济高效等诸多优点，能保证施工安全、质量。以石家庄轨道交通1号线人民广场站桩柱施工为例，对液压垂直插入法施工钢管柱技术进行了研究和总结，并成功应用于本工程中，取得了较好的施工效果。

盖挖法 HPE 钢管柱 施工技术

1　前言

盖挖半逆作法是一项近几年才发展起来的基坑支护及结构施工工法，主要用于城市地铁的车站建设。在多层地下结构施工中，该方法在解决城市交通繁华地段的占路问题，深基坑作业的安全问题，降低施工临时支护成本与最大化单位土地的经济利益等方面有明显的效果，其竖向中间支撑桩柱不仅是主要开挖过程中盖板的支撑立柱，也是车站成型后结构内部钢管支撑立柱，属桩柱一体化施工。因此安全、快速、高质量施工中间支撑桩柱成为盖挖半逆作法施工的关键。

2　工程背景

石家庄市轨道交通1号线05标段人民广场站位于石家庄市中山东路和建设大街十字路口处，为1、2号线同期实施换乘车站，呈L型布置。人民广场站车站由1号线车站、2号线车站、商业开发区三部分组成。1号线车站标准断面为两柱三跨矩形框架结构，底板埋深约18.5 m；2号线车站标准断面为两柱三跨矩形框架结构，底板埋深约25.7 m；商业开发区为两层矩形框架结构，底板埋深约18.9 m。人民广场站主体结构全部采用盖挖法施工。车站结构采用一桩一柱作为结构的竖向支承体系，底板下采用Φ2 000钻孔灌注桩作为支承桩，桩长有26 m和23 m两种；底板以上安装Φ800钢管柱作为车站结构的永久柱；钻孔灌注桩和钢管柱竖向在同一轴线上。

3　施工中存在的问题

人民广场站为石家庄地铁1号线控制性工程，其规模最大、难度最高、工期最长。整个车站分六期进行施工，且关门工期已经卡死，总开工及分期开工时间受管线迁改及交通疏解制约，施工进度极不可控，工期压力大。在车站盖挖施工中，桩柱一体施工进度直接影响着总工期，因此在施工中需要采用先进、高效的桩柱一体施工技术来缩短桩柱施工工期，加快施工进度。

4　主要施工方法和技术措施

4.1主要施工方法

钢管柱在加工工厂拼装成整节后运至现场。旋挖钻机成孔，采用HPE（Ground Hydraulic Perpendicular Embedding Steel-pipe Column）插管机进行钢管柱安装。通过高液压垂直插入机机身上的两个液压垂直插入装置，在支承桩混凝土浇筑后、混凝土初凝前将底端封闭的永久性钢管柱垂直插入支承桩混凝土中，直到插入至设计标高。

4.2技术措施

插入过程中，通过电子传感器对钢管柱垂直度进行检测，在插入过程中随时对钢管柱垂直度进行调整，直至钢管桩垂直度满足设计要求。

5　施工工艺流程及施工要点

5.1施工工艺流程

总体施工工艺流程：桩位放线定位→旋挖钻机成孔→吊放钢筋笼→灌注混凝土→旋挖钻机移位→HPE插管机定位→起吊钢管柱→将钢管柱垂直放入HPE插管机内→HPE插管机下压钢管柱→钢管柱垂直压入到位→固定钢管柱→初凝后钢管柱外回填砂→桩混凝土初凝后24小时拆除HPE插管机→割除工具柱→安装柱内钢筋笼→灌注C50混凝土。

5.2中间桩柱施工操作流程和要点

中间桩柱施工重点在于旋挖钻机成孔垂直度、沉渣控制、钢管柱安装垂直度、标高几个方面。

5.2.1钢管柱加工

钢管柱的加工采用采取委外加工，选择具备相应资质能力，保证供货质量和速度的加工厂家。批量加工前，提前进行工艺性试验，包括焊缝质量、焊接误差、卷管误差等。

钢管柱所有焊缝的质量等级为一级。所有对接焊缝均要求焊透，并须进行无损探伤。钢管柱加工完成后，通知焊缝检测单位到工厂进行焊缝探伤，合格后方可投入使用。施工单位对钢管柱加工进行100 %自检，自检委托的检测单位必须为有资质的的检测单位。

5.2.2钻孔灌注桩成孔

中间柱基础采用旋挖钻机成孔，膨润土泥浆护壁，施工中应经常测定泥浆比重，其指标控制：1.15-1.2。成孔垂直度对钢管柱安装精度至关重要，旋挖钻机成孔后采用超声波验孔仪进行垂直度检测（图1），检测合格后可下放钢筋笼。垂直度要求：小于0.3 %，钻孔中心位置要求：桩位偏差不应大于50 mm，以柱中心为基准。

图1　超声波测孔垂直度

5.2.3钢筋笼制作安装

钢筋笼采用现场加工制作，加工尺寸严格按设计图纸及规范要求进行控制。钢筋笼主筋采用直螺纹套筒机械连接，主筋与螺旋箍筋采用点焊连接，机械接头质量要求符合《钢筋机械连接通用技术规程》的要求。钢筋笼采用扁担法起吊法，现场采用25t汽车吊吊装，起吊点设在距钢筋笼顶部和底部1/3处的加强箍筋与主筋连接部位，吊环与主筋焊接牢固，钢筋笼设置3个起吊点，以保证钢筋笼在起吊时不变形。孔口对接钢筋笼时应保证注浆管和声测管连接牢固，保证下笼过程中不被破坏，钢筋笼入孔时，对准孔位徐徐轻放，避免碰撞孔壁。下笼过程中如遇阻，不得强行下入，查明原因处理后继续下笼。

5.2.4钻孔灌注桩混凝土灌注

清孔达标后，用导管进行水下混凝土灌注成桩。由φ250导管将混凝土导入孔底，提起导管盖后，加速罐车旋转速度，加快放料速度，保证灌注连续进行，导管始终保持在混凝土内埋深2-3 m，随着孔内混凝土面上升高度，拆卸导管，直至混凝土面达桩顶设计标高。为配合后续全回转钻机插桩施工，中间基础桩选用C30缓凝混凝土，缓凝时间40个小时。导管应勤提勤拆，防止埋管，一次提管拆管不得超过3 m。在灌注过程中，应经常测探测混凝土的上升高度，保持导管的合理埋深。桩顶浇注高度必须大于设计标高50 cm。混凝土灌注结束时，技术员应实测混凝土面，确认是否到位，控制好最后一次灌注量。

5.2.5中间柱安装

制作直径为0.8 m（与钢管柱直径相同）壁厚20 mm，长11 m的工具柱（主要依据柱顶标高和地面标高最大差值），工具柱与钢管柱现场用焊接。

钢管柱是在工厂内加工成整节运至现场，在现场工具柱与钢管柱采用焊接进行对接，钢管柱与工具柱均放在对接平台上进行对接（图2），对接时首先使用千斤顶调整标高，然后采用拉线绳的方法检查钢管柱垂直度，标高和垂直度满足要求后，选用焊接水平较高的焊工进行焊接。焊接完成后确保整体垂直度及焊缝合格。

图2　钢管柱拼接

图3　HPE插管机定位

混凝土灌注完成后，重新放出桩位中心，做出十字线标记。复核桩位后，将HPE液压垂直插入机的液压定位器中心与基础桩位中心在同一垂直线上，然后吊装HPE液压垂直插入机就位，HPE液压垂直插入机根据定位器就位对中（图3）。

就位对中后，HPE液压垂直插入机械可调整水平度，并重新复核中心位置，满足要求后即可吊装钢管柱入孔。

采用150t和25t吊车二台吊车两点抬吊，将钢管柱垂直缓慢放入HPE液压垂直插入机上（图4）。

钢管柱吊放至HPE液压垂直插入机内，下入孔内至楼板节点法兰后，由HPE插管机抱紧钢管柱，使用两台经纬仪从两个方向复测钢管柱垂直度，满足要求后在钢管柱的下部安装一个位移传感器并采取初始值。

图4　钢管柱吊装

图5　安装传感器

开始下放钢管柱时，在钢管柱的自重作用下，钢管柱能自由下入孔内一定深度。当浮力大于钢管柱重量后，由HPE插管机将钢管柱抱紧，由液压插入装置的液压下压力将钢管柱下压插入孔内。当插至混凝土顶面后，重新复测钢管柱垂直度，此时可根据钢管柱下部安装的位移传感器反映到地面电脑上的信号来检测钢管柱的垂直度（图5），满足垂直度要求后继续下压将钢管柱插入至混凝土中。如不符合要求可调整HPE插管机的水平度直至钢管柱垂直度满足要求。调整到位后由测量组复核钢管柱标高，插管完成（图6）。

图6　插管完成

当混凝土达到初凝后，用碎石填充钢管柱四周至柱顶，并将孔内泥浆排除。

当初凝24小时后，可移除HPE插管机，拆除工具柱，进行钢管柱内混凝土灌注施工。

5.2.6后注浆

中间桩后压浆采用桩底压浆的形式。桩底压浆在每根桩中预埋3根压浆管，压浆管固定在钢筋笼内侧，随钢筋笼一起安放，混凝土浇筑完成后24 h进行冲孔，当桩混凝土浇筑2-7天后可以进行压浆。压浆合格标准：注浆压力超过设计要求且注浆量达到设计值的75 %方可结束注浆；注浆压力和注浆总量达到设计值可视为合格。

5.2.7 钢管柱柱芯混凝土施工

根据设计图纸，在钢管柱顶端需安装一段钢筋笼，在以后施工盖板结构时，该钢筋笼锚入顶纵梁中，钢管柱柱内混凝土在钢管柱周围回填完成后即开始施工。钢管柱内混凝土采用C50微膨胀混凝土。

6　结语

通过本工程实践表明，钢管柱液压垂直插入技术特别适用于盖挖逆作法车站桩柱一体化中间支撑桩的施工。高液压垂直插入机施工过程中完全机械化作业，减少了人工操作工序，降低了安全风险，具有安全效益。该技术可节约大量的钢护筒和其他辅助材料和设施，利于降低成本，经济效益显著。该技术由先进的施工设备施工，较之常规的施工工艺流程简单，施工速度快，效率高，有利于工期控制，且对繁忙道路交通的不利影响降至最低，社会效益较好。

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Construction Technology of HPE (Ground Hydraulic Perpendicular Embedding Steel-pipe Column) in Shijiazhuang Metro Station

SHEN Hong-yun1)YU Quan-sheng2)
(Hebei Vocational and Technical College1)ShijiazhuangHebei050091 China Railway Tunnel Group Beijing CTG Construction Co.,Ltd.2)Beijing100022China)

When Subway station uses the cover and cut semi reverse construction method, the key problem is how to construct intermediate supporting pile precisely, quickly and safely. Ground hydraulic perpendicular embedding steel-pipe column has the advantages of simple operation, accurate positioning, economic efficiency and many other advantages, which can guarantee the construction safety and quality. This paper makes a study and analysis on the hydraulic perpendicular embedding steel-pipe column which is successfully applied in the project with satisfactory construction effect.

Cover and cut method HPE steel-pipe column construction technology

文献标识码：A 文章编号：1673-1816(2016)03-0022-05

2016-06-18

沈红云（1979-），女，山东德州人，硕士研究生，讲师，研究方向工程管理与工程造价专业教学与研究。