盖挖逆作地铁车站钢管柱施工技术*

2022-06-18马红录

施工技术(中英文) 2022年10期

马红录

(中铁七局集团西安铁路工程有限公司，陕西西安 710032)

0 引言

随着城市的蓬勃发展，诸多城市交通越来越拥堵，居民出行困难已成为一大难题[1]。发展城市轨道交通是在交通系统层面上改善交通出行结构、集约利用交通资源的有效途径[2-3]。近年来，在场地狭小或建设环境复杂地段修建的地铁车站越来越多，盖挖逆作法因施工时基坑暴露时间短，逐渐成为中心城区地铁车站施工的主要工法。其中，钢管柱作为盖挖逆作法施工主体结构的主要承载与传力结构，施工质量对结构整体安全性能影响显著。郝广成[4]以长春地铁1号线繁荣路站为例，介绍了盖挖逆作法车站中间钢管柱安装定位关键技术。炊鹏飞等[5]介绍了盖挖逆作法地铁车站中间柱及基桩施工关键技术，优化了施工工艺，总结了施工质量控制要点。宋延涛[6]结合北京地铁16号线达官营站，研究HPE法插入钢管桩的施工关键技术，形成一套盖挖逆作法深基坑施工技术。

车陂站是广州市轨道交通13号线与4号线的重要换乘车站，钢管柱施工面临众多难题，本文以该车站为例，研究得到适用于该工程的钢管柱施工关键技术，以期为类似工程提供经验和借鉴。

1 工程概况

1.1 车站介绍

广州市轨道交通13号线作为东西向轴线，线路全长33.5km，是解决广州中心组团与东部发展城市交通拥挤的有效方式。13号线全线均为地下线敷设，共设置23座车站，其中包括9座换乘车站。车陂站位于天河区车陂路和中山大道交会处，是广州市轨道交通13号线与既有4号线的换乘车站。

1.2 地质概况

车陂站场地区域属于珠江三角洲冲积平原，地势较平坦，地面标高为9.100～10.330m。车陂站地层岩土分层为人工填土层、海陆交互相沉积层、冲积-洪积砂层、冲积-洪积-坡积土层、残积层、岩石全风化带、岩石强风化带、岩石中风化带和岩石微风化带。本工程中间桩柱主要位于强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩及弱风化泥质粉砂岩，厚度变化大，形态不规则，岩面起伏较大。施工过程中需注意孤石及地下障碍物的存在。

场地地表水主要包括车陂站东南侧约300m处的车陂涌及西侧94m处的一处暗涌，地下水主要为第四孔隙水和基岩裂隙水。场地范围内钻孔砂层水及基岩水对混凝土结构及其内部钢筋具有微腐蚀性。考虑本工程地下水位较高，在钢管柱下放过程中，需采取一定的抗浮防水措施。

1.3 钢管柱设计概况

车陂站主体结构采用盖挖逆作法施工，左、右线均为地下4层结构，先施工左线盖板系统，将原中山大道车辆交通疏解至左线盖板后，进行右线围护结构及主体结构施工。待车站主体结构施工完成后，再恢复原中山大道交通道路。车陂站全长168.65m，标准段宽12.3m，基坑开挖深度约为33.4m。车站北侧和南侧围护结构分别采用1m厚套铣接头地下连续墙和1m厚工字钢接头地下连续墙，中间围护结构采用φ800钻孔咬合桩。车陂站主体结构横剖面如图1所示。

图1 车陂站主体结构横剖面(标准段)

车陂站设计有15根中心间距为10.5～12m的φ1 200钢管柱(见图2)，每根钢管柱下各配置1根φ2 000永久性立柱桩，作为钢管柱桩基础，钢管柱嵌入立柱桩桩身5.5m。永久性立柱桩桩径为2m，有效桩长为6m，钢筋笼长7.3m，笼顶锚入底纵梁1.4m。立柱桩达到设计桩顶标高时要超灌1.4m，待施工底纵梁时破除超灌部分。立柱桩桩身强度合格后，钢管柱柱体外部至孔壁间采用中粗砂或级配碎石回填密实。

图2 车站钢管柱平面

2 立柱桩施工方法

2.1 施工流程

钢管柱的立柱桩为钢筋混凝土灌注桩基础，采用旋挖钻+全回转钻施工。总体施工流程为：施工准备→测量放样→埋设护筒→钻机就位→钻孔、除渣成孔→成孔检测→清孔→沉渣厚度检测→移机→安放全回转平台→安放全回转设备→吊装钢筋笼和钢管柱，并焊接为一体→全回转抱紧钢管工具柱定位→下放导管→混凝土浇筑→拆除导管，24h后孔外回填碎石→拆除工具柱，吊离全回转、拆除平台→拔除护筒→回填→移机下一根柱。

2.2 桩位放样

根据技术部门提供的测量放样成果资料及现场控制点、高程点，进行桩位放样。根据地面路基情况，在桩中心四周铺设钢板，旋挖钻机就位，移动至桩中心位置。采用护桩十字交叉法对准桩芯，用米尺测量水平和垂直2个方向钻头至护桩的距离。

2.3 埋设护筒

采用挖掘机清除浅层障碍物，开挖埋设护筒前，将放样桩位成十字交叉引测出来，形成4个定位桩，以便校正桩位。将护筒埋设在钻孔中心位置，且二者中心重合，护筒中心和桩位中心偏差应≤20mm，垂直度偏差应≤1/300。就位旋挖钻进行钻孔，与护筒中心、桩位中心偏差应≤20mm。起重机垂直吊起护筒缓慢放于孔内开始下放，待护筒下放就位后，复核中心点。护筒与孔壁间用素土挤密夯实，以增大护筒侧壁摩阻力，确保护筒的稳固，从而有利于成孔过程中孔口的稳定[7-9]。

2.4 设置泥浆系统

泥浆循环池由泥浆箱和沉淀箱组成，单个体积应为桩身体积的1.5倍，当沉渣超过1/2时，应及时清理，以保证泥浆充分沉淀。由于泥浆池仅起过渡作用，故其尺寸可设置较小，沉淀箱主要用来进行泥浆的循环存储。

钻进时，细粒钻渣沉淀在沉淀池内，沉淀后用泥浆泵抽吸运走。经沉淀池沉淀后的优质泥浆流入泥浆池内后抽回钻孔内。

2.5 成孔

钢管柱底部立柱桩设计桩径为2m，为确保混凝土浇筑质量，钻孔桩钻孔孔径适当增大至2.2m，以确保正常返浆。为保证成孔垂直度要求，采用φ1 000，φ1 600，φ2 200双底截齿捞砂斗进行成孔作业。即埋设长6m，内径为2.4m的钢护筒，先采用φ1 000双底截齿捞砂斗进行成孔作业，待成孔至设计深度，再换成φ1 600双底截齿捞砂斗扩孔至设计深度，再换成φ2 200双底截齿捞砂斗扩孔至设计深度。若成孔过程中孔位出现偏斜则改用相应直径的截齿筒钻从发生偏斜的位置上方2m处进行修孔，待孔位修正后，再换成双底截齿捞砂斗继续成孔。此外，钻头入岩时也应使用截齿筒钻进行过渡，确保成孔的垂直度。

钻孔灌注桩桩位偏差应≤50mm，桩身垂直度精度要求为1/300。采用注浆管进行桩底注浆，以保证围护结构与立柱桩的差异沉降≤15mm。若立柱上方走车，需保证围护结构与立柱桩的差异沉降≤10mm。

3 钢管柱插桩施工方法

3.1 钢管柱插桩原理及步骤

φ1 200钢管柱采用SRD-2000型全回转钻机自行安装，SRD-2000型全回转钻机参数如表1所示。SRD-2000型全回转钻机有上、下2层加紧装置，可交替进行抱紧下插作业。钢管柱插桩步骤如下。

表1 SRD-2000型全回转钻机参数

1)通过定点式水平位移计将全回转钻机安放孔口位置传输到计算机进行精确调平，并精确对中。对成孔桩进行桩位点复测，并将平台垫板铺设好。

2)吊装插桩平台，保证吊装平台水平。利用十字线垂球法使插桩平台与孔位点精确对中。

3)安放全回转钻机，就位后使用定点式水平位移计对全回转钻机进行水平调整和精确对位，同时复测插桩平台水平度，确保插桩平台、桩位点、全回旋钻机中心点3点共线。此外，放置全回转钻机前，钻孔护筒四周用20mm厚钢板垫底，保证全回转钻机的地基基础满足承载力要求。

4)准备工作就绪后，使用200，400t履带式起重机将钢管柱吊装插入。钢管柱起吊后穿过全回转钻机中心，待全回转钻机能抱住工具柱时，用无线传输定点式测斜仪(测量精度<0.1%)对钢管柱进行垂直度校准。使用全回转钻机进行精确微调保证钢管柱垂直度，然后用全回转钻机自带的上夹持装置抱紧钢管柱，下夹持装置松开后开始安装。

5)一个行程后使用下夹持装置对钢管柱进行夹持固定，松开上夹持器，全回转钻机回升复位，然后交替进行抱紧下插安装[10]。安装就位后，全回转钻机上、下夹持装置同时抱紧钢管柱。

3.2 钢管柱制作

钢管柱在现场进行对接，钢管采用高强螺栓连接。连接完成后对外观及钢管轴线进行复检。钢管柱焊接工艺流程为：除锈→钢管柱坡口加工→钢管组对→定位焊接→预热→水平转动焊接→外观轴线检验→焊缝无伤探测→焊缝处加劲环焊接→牛腿、垫板焊接→加强钢板焊接→检验→上下封口→喷漆。

钢管柱每条焊缝按GB 50205—2001《钢结构工程施工与验收规范》进行抽样拍片，进行无伤检测。检查数量为抽查焊缝长度的2%。每根钢管抽样拍片数量≥15张，并至少保留1张底片。如超出允许疵点应加倍透照，如不合格，应100%透照，抽样拍片部位应由监理工程师指定，并按Ⅱ级标准进行评片。一级探伤比例为100%，二级探伤比例为20%。需注意，雨天不得进行钢管柱焊接作业，若须进行焊接，可设雨棚。

检测完成后的焊缝处施作加劲环，提高焊缝质量等级和钢管柱抗剪能力。最后根据预埋件标高焊接加强环板、垫板、牛腿等配件。法兰焊接完成并检验合格后，在加工平台上保持垂直度，法兰连接时采用高强螺栓对称紧固，一次紧固完成达到设计力即可。紧固完成后，检查两法兰间间隙，间隙要保持一致，以保证其垂直度。

3.3 钢管柱吊装方法

3.3.1起吊和入孔

钢管柱吊装前将其插入桩基钢筋笼并焊接固定，钢管柱与钢筋笼拼接好后，进行吊装。钢管柱吊起后，主吊缓慢起钩提升，副吊配合，最终使钢管柱垂直于地面。指挥起重机吊装钢管柱入孔、定位，履带式起重机行走、旋转应平稳。当钢管柱下放到副吊点时，暂停下放，拆下该副吊点的钢丝绳、卸扣。钢管柱利用全回转钻机下放入孔，入孔过程中，应持续观测垂直度变化，及时纠偏。

吊装前对所有施工操作人员进行安全交底，确保做到万无一失。钢管柱吊装过程中，操作人员须佩戴绝缘手套，穿绝缘胶鞋。

3.3.2钢管柱下插

由全回转钻机夹持装置抱紧钢管柱开始安装插入，直至设计底标高。若下放困难，可采取向钢管柱内注水的方法增加钢管柱自重。钢管柱吊装检查项目如表2所示。

表2 钢管柱吊装检查项目 mm

3.4 工具柱拆除

为在无水环境下拆除工具桩，同时保护钢管柱柱身各节点预埋件的防锈效果，待桩基混凝土达到一定强度后，桩顶位置下放1台抽水泵。用抽水泵将工具柱内的泥浆抽干净，达到无水条件后，再进行拆除。工具柱内设爬梯，便于拆卸工上下行动。

待工人将工具柱的螺栓拆卸完成并运离作业区后，司索工指挥400t履带式起重机将工具柱从孔内吊出地面，缓慢落至地面上30cm处，安排吊装人员将副吊钢丝绳挂在工具柱下方吊点。主吊缓慢抬升，升至约2m时，停止抬升，副吊开始缓慢抬升，同时主吊配合副吊缓慢下降。工具柱始终保持离地面20～30cm，直到工具柱变为水平后，放至加工平台上，与下一根钢管柱拼装。工具柱拆除完毕后，吊移全回转平台。

3.5 孔内回填和护筒拔除

为保证钢管柱安装精度，须待混凝土凝固、工具柱拆卸后，将全回转钻机移除，然后开始回填。回填碎石需在钢管柱外侧设置溜槽，控制单次回填量，边回填边排除孔内泥浆，直至回填至柱顶标高。待回填碎石完毕，司索工将钢丝绳与吊钩及护筒连接，起吊拔除护筒至地面。

3.6 桩基清渣措施及混凝土灌注方法

在钢管柱下放完成、灌注混凝土前，采用导管进行二次清孔，并检查孔底沉渣厚度和泥浆指标，满足要求后方可灌注。根据普通灌注桩直径及深度，选择φ350(外径)导管灌注混凝土,并借助该导管采用反循环方式进行清孔。首先在导管上段接处理泥浆沉淀物专用的强力潜水泵，然后使用潜水泵将挖掘孔内泥浆及孔底沉淀物，通过混凝土导管抽入沉淀槽，同时通过泥浆泵将泥浆池中的新鲜泥浆导入孔内，完成孔内泥浆的置换。

二次清孔后，测得回淤厚度和泥浆密度符合规定后，30min内须灌注混凝土，否则须重新清孔，钢管柱采用C60微膨胀自密实混凝土，混凝土浇筑时间应控制在4h内。

灌注首批混凝土应根据计算选择漏斗方量，使导管埋入混凝土中深度≤1m。首批混凝土正常灌注后，应连续不断灌注，灌注过程中应用测绳测探混凝土面高度，推算导管下端埋入混凝土深度，并做好记录，正确指导导管的提升和拆除。直至导管下端埋入混凝土深度达4m时，提升导管，然后再继续灌注。在灌注过程中应将井孔内溢出的泥浆引流至适当地点处理，防止污染环境。