逆作法地铁车站钢立柱定位与安装关键技术

宋跃均

(杭州市地铁集团有限责任公司， 杭州 310017)

逆作法地铁车站钢立柱定位与安装关键技术

宋跃均

(杭州市地铁集团有限责任公司， 杭州 310017)

杭州地铁2号线中河北路站受交通条件限制采用盖挖逆作法施工，盖挖范围内设置了68根“一柱一桩”式永临结合的十字型钢立柱。详细阐述采用万能平台和全回转钻机后插钢立柱施工技术，即完成钻孔桩成孔及水下缓凝混凝土浇筑后，万能平台和全回转钻机精确吊装就位、调平，再将工厂精确加工的钢立柱吊放就位并用全回转钻机下插，下插时采用传感器进行钢立柱精确定位与调整。采用该技术，达到了施工高效、精准的目的，对于类似工程具有一定的借鉴和参考价值。

城市轨道交通； 逆作法； 钢立柱； 定位； 安装

1 工程概况

杭州地铁2号线中河北路站位于中河北路与凤起路交叉口东侧，呈东西走向，布置于凤起路上，站位周边高楼林立，南侧为环北小商品市场，北侧为丝绸城及杭州高级中学，人员密集，交通流量大，且现状凤起路宽度较小，交通疏解困难。为了将施工期对交通和周边房屋的影响降到最低，设计采用盖挖逆作法施工[1]。

车站主体结构为地下2层双柱三跨钢筋砼闭合框架12 m岛式车站，车站长274 m，标准段净宽19.3 m，深17 m。采用盖挖逆作法施工，顶板、中板、底板随基坑开挖逐一往下施工，竖向临时和永久支撑采用68根“一柱一桩”形式的十字型钢立柱，截面尺寸为650 mm×450 mm，型钢材质采用Q345B，钢板厚50 mm。钢立柱以钻孔灌注桩为基础，桩径为φ1 300、φ1 600 mm两种，为长约31 m的摩擦端承桩，桩身混凝土强度等级为C30，钢立柱插入钻孔灌注桩长度为3.0 m。立柱桩桩尖持力层为3中风化泥质砂岩、3中风化蚀变安山玢岩、3中风化安山玢岩。车站典型横断面见图1。

图1 车站典型横断面Fig.1 Typical cross section of station

根据交通通行要求，车站需分南、北半幅2次倒边施工，先施工南半幅地连墙、立柱桩和顶板，在施工北半幅时，中间钢立柱临时用作顶板上覆土和施工机械设备支撑柱，覆土厚度达3.1 m，因此要求：1)钻孔桩和钢立柱承载力大，其中φ1 600 mm钻孔桩单桩极限承载力为10 466 kN，φ1 300 mm钻孔桩单桩极限承载力为9 010 kN；650 mm×450 mm十字钢立柱单根设计承载力为5 000～8 000 kN；2)施工精度高，钻孔桩桩位容许偏差≤10 mm，桩身垂直度偏差≤1/400；钢立柱柱顶标高误差≤5 mm，容许水平偏位误差≤5 mm，钢立柱垂直度≤1/1000，如此高的精度要求，钢立柱的定位与安装技术选择至关重要[2]。钢立柱截面形式见图2。

图2 型钢立柱截面Fig.2 Sectional drawing of section steel pillar

2 工艺流程

钢立柱的施工主要包括钻孔桩成孔、型钢立柱插入、插入后固定及回填处理3个工序，其工艺流程[3-4]见图3。

图3 钢立柱施工工艺流程Fig.3 Flow chart of cross steel pillar construction

3 定位与安装关键技术

3.1 定位方法

3.1.1 钢立柱工厂加工

图4 工具管示意Fig.4 Sketch of tool pipe

为保证钢立柱加工的精度和质量，钢立柱全部在工厂焊接、制作，制作完成后，逐一根据《钢结构工程施工及验收规范》(GB 50205—2001)进行验收[5]，合格后运至现场预先设置的胎膜上。由于型钢柱是十字形，而插管机的抱紧装置是圆形的，因此需加工工具柱，工具柱直径为1.5 m，壁厚为25 mm，长为7 m(主要依据柱顶标高和地面标高最大差值)，一端加工内置法兰盘，尺寸与十字型钢柱尺寸一样。同样的工具柱加工2根备用，工具柱制作与十字型钢柱均在同一专业厂家制作，以确保工具柱与十字型钢柱的连接精度及同轴度。同时，为确保工具柱与十字型钢柱的同心同轴，在加工法兰盘时采用数控加工，直径与工具柱直径一致。在法兰盘与十字型钢柱顶部焊接前，先制作专用胎模平台，将十字型钢柱平放于胎模上，利用同心同轴度测量仪进行校核，在确保同心同轴后，将法兰盘垂直与十字型钢柱进行点焊，然后进行焊接，完成后，用铣面机将法兰盘端面进行铣面，并再次用同心同轴度测量仪进行检测以确保工具柱与法兰盘的同心同轴。工具柱与十字型钢管柱现场用螺栓连接[6]。工具管示意见图4。

3.1.2 精确测量定位

为确保施工精度，保证钢立柱定位准确，首先在硬化地坪上用全站仪、坐标法进行柱位的测定；放出结构轴线和柱位中心，并进行核对，避免错漏；在柱位中心处做出垂直交叉轴线，使柱位交叉轴线与钢立柱的十字交叉线相重叠；将柱位十字交叉轴线外延到3 m的位置，并做好记号、保护好，以便于定位与复测使用；同时弹出柱位中心轴线及型钢柱固定装置——万能平台定位线；对于标定的基准点及柱位要做好明显的标志和编号，并做好保护工作。

3.1.3 万能平台与全回转钻机定位安装

根据全站仪精确测量放线结果，将万能平台吊放至已经放好的定位线上，通过万能平台的自动调平装置进行细微调整，同时将JTR2005H全回转钻机安放孔口通过定点式水平位移计传输到电脑上进行精确调平，并精确对中，确保万能平台中心、全回转钻机中心及钢立柱中心线在同一竖直线上。万能平台及全回转钻机见图5。

图5 万能平台与全回转钻机Fig.5 Versatile platform and 360° rotator machine

为确保万能平台施工精度，在平台下方垫设3.5 m×3 m的钢板，厚度为20 mm。路面承载力计算：万能平台与全回转钻机重(60+26)t，工具桩重约7 t,十字型钢柱重17 t。地面压强Q=总重/面积 =(60+26+7+17)×1.15×10/(3.5×3×2)=0.06 MPa。现状凤起路为城市主干道，现状路面结构层为:18 cm沥青+40 cm水泥稳定碎石基层，路面设计以双轮组单轴载(100 kN)为标准轴载，轮胎接地压强p=0.70>0.06 MPa,因此现状沥青路面满足要求[7]。若不满足，需提前对场地进行硬化处理。

3.2 钢立柱安装关键技术

3.2.1 钢立柱安装施工方法

钢立柱采用先进的万能平台(自动调平、抱箍)与JTR2005H全回转钻机(插管机)进行安装。在万能平台精确调平后，将全回转钻机精确安装在调平后的万能平台上。JTR2005H全回转钻机(拆除夹紧装置后最大通过直径为1 500 mm)有上、下两层夹紧装置，上端主夹、下端副夹，可交替抱紧钢立柱工具节，实现下插钢立柱作业。JTR2005H全回转钻机构造见图6。

图6 JTR2005H全回转钻机Fig.6 JTR2005H-the 360° rotator machine

准备工作就绪后，使用150 t履带吊对钢立柱进行起吊，钢立柱起吊后穿过JTR2005H全回转钻机中心下放工具柱位置时，用全回转钻机主辅夹同时夹紧工具柱，并用无线传输定点式测斜仪(测量精度<0.1%)对钢立柱进行垂直度校准，使用JTR2005H全回转钻机进行精确微调以保证钢立柱的垂直度，然后用全回转钻机自带的上夹紧装置抱紧钢立柱，下夹持装置松开开始安装。一个行程后使用下夹持装置对钢立柱进行夹持固定，松开全回转的上夹持，全回转钻机回升复位，然后交替抱紧进行下插安装。钢立柱下插入钻孔灌注桩中，必须满足《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ 138—2001)相关规定[8]。十字型钢柱安装至设计位置，利用万能平台的夹紧设备将十字型钢柱固定，移除全回转钻机，待立柱桩砼强度达到要求时，根据设计及规范要求对钢立柱周边进行砂石料回填。回填时要注意密实度，同时防止回填过程对钢立柱的冲击造成偏移，回填过程需实时监控并调整回填速度和位置[9]，回填完毕后移除万能平台。施工步序见图7。

图7 钢立柱安装步序Fig.7 Installation steps of steel pillar

3.2.2 安装精度保证措施

本工程钢立柱安装精度要求特别高，尤其是要达到不大于1/1 000的垂直度，难度较大。本工程在钢立柱施工过程中，采用独立的垂直度控制系统进行实时监测、控制，遇有偏差可及时通过全回转钻机液压调平装置进行调整，经最终检测，达到了既定目标。

该垂直度控制系统采用无线(有线)传输定点式水平位移计(定点式测斜仪)，其测量精度<0.1%。其主要原理为：在万能平台、全回转钻机、钢立柱工具节上安装传感器，当被测物发生倾斜时，传感器受重力影响产生直流(DC)信号，传输至计算机，通过软件可计算出传感器与被测面或者重力方向的夹角，从而进行实时调整。具体操作方法如下：

1) 在内置特制钢平台对称轴上安装2个定点式水平位移计，用全站仪使钢平台精确对中就位，并将信号传输电缆引出，连接至数据采集器，将数据输送到PC电脑中，通过软件分析，对钢平台进行精确调平，误差可控制在0.1%以内。

2) 在全回转钻机顶部对称轴上安装2个定点式水平位移计，全回转钻机就位时，使用全站仪和钢平台上的自动对位装置使全回转钻机精确对中就位，并将信号传输电缆引出，连接至数据采集器，将数据输送到PC电脑中，通过软件分析，对全回转钻机进行精确调平，误差可达到0.1%。

3) 钢立柱水平放置在现场加工平台上时，将定点式测斜仪固定于钢立柱底部1个，顶部沿工具节圆周在同一平面与圆心夹角90°位置固定2个定点式测斜仪。传感器安装示意见图8。

图8 传感器安装示意Fig.8 Sketch of the sensor installation

钢立柱起吊后处于悬挂状态时，插入全回转钻机中心并穿过特制钢万能平台，靠自重下放至孔中，在水下砼浮力和钢立柱自重大约相等时，使用JTR2005H全回转钻机抱紧装置同时抱紧钢立柱，通过 4个定点式水平位移计和3个定点式测斜仪共同对钢立柱的状态进行数据采集，数据采集系统采集到7个传感器传输的数据，输送到PC电脑中，经过专用软件进行统计和分析，数据采集频率为5次/min，如发现钢立柱出现的偏差，使用全回转钻机对钢立柱进行精确微调[10]。实时监测软件系统见图9。

图9 实时监测软件系统Fig.9 System of real-time monitoring

4 结语

中河北路站采用盖挖逆作法施工，详细阐述了采用万能平台和全回转钻机安装盖挖法永临结合十字型钢立柱的施工工艺流程，并对定位和安装精度控制等关键技术进行了详细说明。从实施效果看，钢立柱实测各项指标符合设计要求，质量验收合格，该施工工艺和方法是合理的、成熟的，既确保了工期又保证了质量，取得了良好的社会和经济效益。

[1] 杭州市地铁集团有限责任公司.杭州地铁2号线一期工程SG2-15A标招标文件[A].杭州，2013.

[2] 中铁二院工程集团有限责任公司.杭州地铁2号线中河北路站主体围护结构设计[A].杭州，2014.

[3] 腾达建设集团股份有限公司.杭州地铁2号线中河北路站十字钢立柱施工专项方案[A].杭州，2014.

[4]地下建筑工程逆作法技术规程：JGJ 165—2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

Technical specification for top-down construction method of underground buildings: JGJ 165—2010[S].Beijing:China Architecture & Building Press， 2010.

[5] 钢结构工程施工及验收规范：GB 50755—2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

Steel structure construction and acceptance specification:GB 50755—2012[S].Beijing: China Architecture & Building Press， 2012.

[6] 电弧螺柱焊用圆柱头焊钉：GB 110433—2002[S].北京：中国电力出版社，2002.

Cheese head studs for arc stud welding: GB 110433—2002[S].Beijing: China Electric Power Press, 2002.

[7] 建筑地基基础设计规范：GB 50007—2011[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

Code for design of building foundation: GB 50007—2011[S].Beijing: China Architecture & Building Press, 2011.

[8] 型钢混凝土组合结构技术规程：JGJ 138—2001[S].北京：中国建筑工业出版社，2001.

Technical specification for steel reinforced concrete component structures: JGJ 138—2001[S].Beijing: China Architecture & Building Press, 2001.

[9] 唐剑，付询.大型地铁车站基坑盖挖逆作中间立柱施工关键技术[J].铁道建筑，2011(11):56-58.

TANG Jian, FU Xun.Key technology to the intermediate post column in cover excavation top-down method of large metro station base[J].Railway engineering, 2011(11):56-58.

[10] 廖秋林，张玉东，曾志献.逆作法钢管混凝土立柱垂直度控制系统设计和应用[J].矿产勘查，2009,12(8):60-64. LIAO Qiulin, ZHANG Yudong, ZENG Zhixian.Design and application of verticality control system in top-down method concrete filled steel tubular column[J].Geotechnical engineering world, 2009, 12(8): 60-64.

(编辑：郝京红)

Key Technology for the Top - down Method on Steel Pillar’s Positioning and Installation in Metro Station

SONG Yuejun

(Hangzhou Metro Group Co., Ltd., Hangzhou 310017)

The cover and excavation top-down method is adopted in the construction of Zhonghebei station of Hangzhou Metro Line 2 due to the traffic condition of the station. 68 cross-shaped steel columns of permanent and temporary use with the arrangement of “one beam with one pile” were set in the covering range. The back inserting steel column technology with a universal platform and 360° rotator machine is introduced in the paper. After bored piles are formed and depositing of retarded concrete under water is finished, as well as the universal platform and 360° rotator machine hoisting are positioned and leveled, the 360° rotator machine is used to insert the precisely machining steel columns. Sensors are used for horizontal accurate positioning and verticality adjustment when the columns are inserted, with the height mark being strictly controlled. Efficiency and accuracy can be achieved owing to these technologies.Keywords： urban rail transit; top-down method; steel column; positioning; installation

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.03.024

2017-04-10

2017-05-10

宋跃均，男，本科，工程师，主要从事轨道交通工程建设技术与管理工作，287206521@qq.com

U231.1

A

1672-6073(2017)03-0119-05