地铁盖挖逆作车站低净空钢管柱施工技术研究

张 炳 生

(长沙市轨道交通集团有限公司，湖南 长沙 410019)

0 引言

随着经济发展，城市交通压力不断增大，建设在交通繁忙的城市地区以及沿交通地面主要干道建设的地铁线路越来越多。受到施工场地、交通条件等多方面因素的限值，采用传统的明法在交通繁忙的中心地区和交通干道下方修建地铁车站显然已不太适用。而浅埋暗挖法大多对地质条件和初期支护刚度有相应的要求，需要进行地质改良。与常规的基坑施工方法相比，盖挖逆作法的明显优势在于施工安全、工期紧凑、质量可控、对环境与交通影响小，带来的社会经济效益也相对认可度高[1,2]。在地铁车站盖挖逆作施工过程中，由于开挖工序及工艺的特殊性，车站的地下连续墙、支撑柱、桩和承载板构成了一个相互作用的整体，参与结构受力。因此，盖挖逆作法对车站施工质量要求较高，其施工力学成为了一个备受关注的课题。

在地铁车站结构施工中，常采用钢管柱作为结构承载材料。由于钢管柱具有快速拼装、承载性较好，对于结构受力较大部位可有效降低混凝土柱的使用量和体积占比率，得以广泛的应用。但随着工程量的骤增，地铁车站常建设在施工区域狭窄、机械设备限高的复杂地区，钢管柱受到其体积尺寸较大的影响，其现场施工难度增加，这种现象在周边环境复杂、场地狭窄、空间有限的盖挖逆作车站施工项目中尤为突出[3]。如何在盖挖逆作车站建设中，确保钢管柱施工的安全与质量也成为工程技术人员有待解决的难题。

鉴于此，结合长沙地铁5号线的盖挖逆作条件下的万家丽站钢管柱施工工况，提出了适用于典型盖挖逆作条件下低净空钢管柱的施工方法，详细阐述了其施工工艺流程和步骤，总结了在盖挖逆作条件下低净空钢管柱施工质量控制的关键环节，为今后类似的工程提供宝贵而可靠的施工经验。

1 工程概况

长沙地铁5号线万家丽广场站处在万家丽商圈中心，主干道交叉敷设，车站南北走向，位于万家丽高架桥正下方，初步设计为长沙地铁2号、5号线的换乘站。车站工程范围自里程YCK 30+954.387～里程YCK 31+016.120。万家丽广场站基坑范围从上至下依次为：混凝土路面(0 m～1 m)，杂填土(1 m～4 m)，粉质粘土(4 m～5 m)，粉细砂(5 m～7 m)，圆砾(7 m～10 m)，粉质粘土(10 m～11 m)，强风化泥质粉砂岩(11 m～16 m)，中风化泥质粉砂岩(16 m～27.7 m)。本车站采用盖挖逆作法施工，万家丽高架桥恰好位于车站主体结构正上方，与地面净高仅9.7 m，车站主体结构中有5根承重柱与桥墩共建，成为永久立柱，如图1所示。由于车站地处繁华商业区(万家丽商圈)，又位于高架桥正下方，净空狭窄，给车站钢管柱及结构部分施工带来较大困难。

车站通过冠梁兼压顶梁、钢立柱基础兼抗拔桩抗浮。车站施工抗拔桩共计24根直径2 600(4根)，2 200(20根)。施工钢管柱16根直径为φ2 600，钢管柱基础为钻孔灌注桩，钢管柱采用Q345无缝钢管，壁厚t=30 mm，内灌C50级混凝土。受力钢筋保护层厚度为70 mm，钢管柱为端承桩。其施工质量控制标准为：立柱中心线和下部基础中心线重合允许偏差为±5 mm；桩基顶面和设计标误差允许范围为0 mm～-20 mm；垂直允许偏差为长度的1/1 000且最大不大于15 mm[4]。

2 低净空钢管柱施工重难点

盖挖逆作地铁车站的钢管柱施工重难点主要集中在以下三方面：1)本车站为3层岛式车站，且位于万家丽高架正下方，由于钢管柱立柱高度大，施工空间小，难以施工。因此只能进行钢管柱和钢筋笼的分节吊装，如何确保钢管柱和钢筋笼分节定位及垂直度控制是本工程重难点；2)分节吊装钢管柱和钢筋笼，存在多个工序，精确定位、插入时间增加，势必增加分项分部工程的施工时间，影响施工进度。因此，在确保施工质量的前提下改良施工技术、节约施工时间也是实际需要考虑的问题；3)钢管柱顶在地面标高以下3.5 m～4.2 m，需通过调整工具柱控制分节钢管柱安装质量，使二者中心线吻合、连接牢固，实现重复施工是保证连接质量的关键。

3 工艺流程

本文针对常规的钢管柱施工方法，提出了一种适应于低净空钢管柱施工的分段分节钢管柱连接方法。具体工艺流程见图2。

1)成孔：采用德国宝峨BG50C冲击钻进行桩基成孔(期间加强对周边桥桩的沉降监测)，在桩基混凝土浇筑至基地标高后、在混凝土初凝前，将钢筋笼下放至桩底。随后，安装定位平台，定位平台中心点采用全站仪极坐标法进行测量定位，且待四周各角千斤顶固定后，再次对中心点位复测，使定位平台中心点与桩中心点完全吻合，偏差控制在±5 mm，如图3所示。

2)定位平台安装：在地面孔口处安装钢管柱定位平台，吊放第一节钢管柱，预先灌注6.8 m混凝土。当混凝土处于初凝阶段，需对钢管柱内的悬浮浆液进行清理，对接触表面区域进行凿毛处理，并依托定位平台对上节钢管柱沿管壁植筋。清理干净后，在凿毛处涂抹两遍水泥浆。

3)吊装连接：吊放第二节钢管与第一节进行对接，对接过程先将耳板对接牢固。吊装过程中，在第二节钢管柱底部沿管壁四周竖向每隔300 mm安装螺旋千斤顶(千斤顶与套管间需注满黄油，保证密封性)。钢管柱的垂直度可通过经纬仪矫正复核钢管柱上设定好的铅垂线来进行控制。上、下节钢管柱连接过程如图4所示。钢管柱四周设有四块对称的耳板，吊装时确保支撑耳板在同一平面内，且该平面恰好与钢管中心线垂直。在支撑耳板水平后，钢管柱通过自重达到基本水平，而后通过在耳板与支撑梁之间增加厚水平垫块的方式进行精准调平。在确保上下节的垂直度偏差不大于5 mm后，进行点焊，最后采用CO2气体进行焊接，焊缝要求等级为一级。焊缝检验时要求其表面不得出现气孔、焊渣、咬边、焊缝不饱满等缺陷。

4)钢管柱与工具柱连接：在吊放钢管柱完成之前需要连接工具桩，且工具桩与分节钢管柱连接需要固定效果好，同时又需要便于拆装。在下放一节钢管柱后，在钢管柱本体的顶端表面焊接两组加强环板，加强环板之间固定设有抗剪牛腿，加强环板的顶部内侧贴合连接有工具柱本体，挡板与工具柱本体贴合连接，且挡板通过加强螺栓与工具柱固定连接，通过加强环板、抗剪牛腿的力学传递作用，较好地实现钢管柱与工具柱连接的稳定性。

5)垂直度检测：在垂直度调整到位后，采用精密超声波检测仪器(美国Table-UT平板超声检测系统)(精度为0.1 mm)对连接好的钢管柱进行垂直度复核，当垂直度到达1/1 000，可判断达到垂直度规范要求。检测合格后，将超声检测系统的传感器端口固定在钢管柱上端，纠偏的4个千斤顶固定在定位平台四角，进行垂直度归零。与此同时，通过焊接将本节钢管柱与支撑架底梁临时固定连接，避免钢管柱受施工荷载影响，垂直度发生变化。

6)浇筑钢筋混凝土：本工程由于在万家丽桥下施工，净空低，钢管柱分节较多，若采用常规灌注会影响钢管柱之间的连接，对整体垂直度影响较大。因此，用干作业导管灌注，先下放灌注钢筋笼，采用吊筋将钢筋笼固定在钢管柱上口，控制好钢筋笼标高，下放导管且防止导管紧贴钢管柱内壁，避免冲击荷载对钢管柱垂直度造成较大影响。

7)浇筑混凝土的实时纠偏：在完成钢管柱焊接后，进行支撑柱的混凝土浇筑，由于水下浇筑混凝土返浆会对钢管柱产生侧向扭力，提升导管。回填碎石等步骤也不可避免对钢管柱产生冲击影响，造成钢管柱垂直度偏差。所以，在水下浇筑混凝土和钢管柱补强时，需要对钢管柱的垂直度进行实时监测，当垂直度出现偏差可及时调整纠偏。

4 关键施工技术

4.1 定位平台

钢管柱施工的关键在于如何建立精准的测量控制网，利用定位器进行施工定位。而在盖挖逆作工况下低净空的钢管柱分节吊装施工，对施工精准度更高，常规定位器定位方法和结构显然无法满足特殊工况的需要。

本工况设计的定位平台尺寸：3.5 m×2.4 m×2.85 m，定位平台基座和承台均由H型钢组焊而成，基座四角用高强螺栓固定，基座与承台之间为方钢连接，方钢上设置千斤顶，在基座与承台上均设置有定位器。在实际施工中，需要保证定位平面上位于管口的定位器不平度小于±5 mm。定位平台上安装有定位器，采用十字锥板实现对钢管柱的引渡定位作用，同时可以通过调平限值钢管柱的水平向位移，如图5所示。

4.2 连接部焊接过程质量控制

上、下节钢管柱之间、钢管柱与工具柱之间连接均对焊接质量有较高的要求。在焊接时，钢管柱上的肋板焊缝需要采用贴角焊与全溶透角焊结合的形式。按照规范与设计要求，全焊的一级和二级焊缝均需要采用超声波无损探伤检测，对内部缺陷无法做出判断时，应采用射线探伤检测，经过第三方检测单位复验合格后方可进行下一步的施工。

5 结语

本文针对长沙地铁5号线万家丽广场盖挖逆作车站特殊工况，提出了低净空条件下钢管柱施工技术，施工过程从钢管柱拼接、垂直度检验、工具柱与钢管柱连接等多方面加以控制，以此保证施工质量。具体结论如下：

1)采用定位平台定位，采用超声波仪进行垂直度检测，实时纠偏无须人工下井作业，降低了施工安全风险。

2)上、下节钢管柱与工具柱采用加强环板固定，设定有抗剪牛角，环形挡板通过加强螺栓与工具柱固定连接，使上下钢管柱连接施工方便，提高分节钢管柱连接效率。