地铁车站钢管混凝土立柱精准定位施工技术研究

2022-10-14张琦

新型工业化 2022年8期

张琦

中铁广州工程局集团深圳工程有限公司，广东广州，510000

0 引言

近年来，随着我国城市化进程的推进，城市轨道交通的发展规模不断壮大，地下轨道的开发成为城市轨道交通的重要发展方向。在地铁车站施工中，大多采用钢管柱结构，需要保证钢管柱的垂直度与施工精度。目前，对钢管柱的定位施工主要采用辅助工具，施工效率相对较慢，为了保证钢管柱的精准定位施工同时提高施工效率，已有不少学者对钢管柱的施工技术进行研究总结。

张存才[1]结合多个地铁车站工程项目，总结了钢立柱的几种施工方法；宋跃均[2]在杭州地铁河北路站采用万能平台与全回转钻机进行钢管柱的施工，结合传感器实现了钢管柱的精确定位，提高了施工效率及质量；卢海燕[3]采用“一柱一桩”的设计，结合激光定位法进行钢立柱的定位施工，取得了较好的施工效果；王雷[4]设计了一种钢管柱吊装的简易门架，实现了某暗挖地铁车站钢管柱的定位施工；李彪[5]结合工程实践研究总结了地铁车站盖挖逆作法中钢管混凝土柱的施工技术要求、施工方法及措施；肖昌军[6]系统介绍了浅埋暗挖洞桩逆作法中钢管柱的安装施工技术；梁桥欣等[7]介绍了某地铁车站项目中大直径钢管混凝土柱的施工技术，结合定位插槽、加工定位平台等措施保证了钢管柱施工的垂直度；林悦等[8]总结了装配式技术在地铁车站中间柱连接节点的应用情况。

本文针对钢管混凝土立柱的施工问题，提出了一种地铁车站钢管混凝土立柱精确定位施工技术，优化设计了钢管柱，并将该技术应用于广州市地铁上涌公园站的钢管柱施工中，通过调节耳板、钢环板、连接牛腿等设计，实现了钢管柱的精准定位施工，提高了施工效率，并取得了较好的经济与社会效益。

1 地铁车站钢管混凝土立柱精准定位施工技术的工程应用

1.1 工程概况

广州市轨道交通十一号线（环线）呈环形线路。线路全长44.2km，全部采用地下敷设方式，全线共设32座车站，另外，代建1座车站（城轨琶洲站），其中换乘站20座，平均站间距1.38km。设置赤沙车辆段一座，主变电站3座，分别为赤沙滘主变、天河公园主变、彩虹桥主变。十一号线采用8辆编组A型车，DC1500V架空接触网供电，列车最高运行速度80km/h。

上涌公园站为地下三层岛式站台车站，全长221.7m，标准段宽为22.3m，标准段基坑深24.48m，盾构井基坑深25.27m。本站采用单一墙装配式结构，地下连续墙兼作永久结构侧墙，混凝土支撑兼作永久结构横梁。车站主体结构中柱采用钢管混凝土立柱的形式，钢管混凝土立柱共计24根，采用外径800mm、t=24/30mm、Q345钢。钢管混凝土立柱基础为φ1500钻孔灌注桩。

1.2 全套管施工

钢护筒采用直径为1.59m、厚度45mm、长15m的套管，套管顶标高应高于施工面50cm。采用旋挖机φ1600mm截齿筒钻进行引孔，引孔前根据已放线的桩位，从中心线向外90cm引出四条控制线做好标记。根据四个方向的控制线，控制钻头的位置，确保引孔的中心点与桩位重合，即护筒中心点与桩位重合。用旋挖机破除水泥板路面后，全套管全回转钻机驱动护筒做360度回转，边回转边压入钢护筒，通过液压垂直装置、辅助夹紧装置等措施保证钢护筒垂直度。边埋设、边观察吊锤线垂直度及钻机上水准气泡居中情况。下护筒时，使用水准尺测量护筒在同一水平位置的四个方向的垂直度。每下两米测量一次，确保护筒的垂直满足立柱桩垂直度，直至护筒埋设完成，保证钢护筒的垂直度控制在1/500以内。

图1 全套管全回转钻机

图2 钻孔对中

1.3 基础桩钢筋笼制作安装并浇筑

钢筋笼在加工厂内集中制作，根据长度可以采取一节吊装或者多节吊装，钢筋笼采用汽车吊大小吊钩相互配合起吊，人工拉牵引绳下放就位。本工程钢筋笼长14.1m，钢筋笼分1节进行整体吊装，钢筋笼水平吊运采用平板车进行运输至灌注位置，笼体起吊采用现场150t或者75t履带吊进行吊装，大小吊钩相互配合，人工拉绳牵引，钢筋笼入口缓慢下放至孔口，孔口横担两根工10的工字钢横穿固定，然后焊接吊筋，吊筋长度必须经过现场主管工程师及监理工程师的确认后方可完成钢筋笼吊装下放。

混凝土浇筑前，进行二次清孔，保证沉渣、泥浆指标满足要求。浇筑采用初凝时间为10h的C35水下混凝土。浇筑前，检测混凝土性能。第一次浇筑时，保证混凝土初灌量3m³。浇筑过程中，经常检测混凝土面位置，保证埋管深度2～6m。可采用“灌无忧”设备对混凝土浇筑标高进行控制。

图3 基础桩钢筋笼验收

图4 基础桩钢筋笼安装

1.4 钢管柱加工

钢管柱采用整管加工，钢管长度加上底部锥形头长度为25.52m、27.1m、27.52m三种规格。因柱顶标高为+3.64m，现有施工场地面标高为+7.0m，为防止在下放钢管柱时泥浆上涌，造成钢管柱内进泥浆，以及为方便控制标高，需加长4.36m。加长部分采用壁厚20mm、直径800mm的钢圆管。整管长度为29.88m、31.46m、31.88m三种规格。由于道路运输受限，钢管柱过长，不利运输，钢管柱分两节制作，第一段为10.34m长设计钢管和4.36m加长段，总长为14.7m。整体焊接，其中设计钢管部分焊接质量满足设计要求。第二段为设计柱，长度为15.18m、16.76m、17.18m三种规格。为确保钢管柱安装过程中精准定位，需在钢管底部和顶部设定位钢环板，定位钢环板上开设8个直径200mm的孔洞，保障钢管柱下放时泥浆顺利上涌。为控制钢管柱平面位置，在顶部设置2块调角耳板。

1.5 钢管柱吊装下放

钢管柱的起吊，采用1 8 0 t履带吊为主吊，吊点设置在第一节柱顶设置3 0 0 m m×300mm×30mm两个起吊耳板，并开直径50mm的吊孔，扁担孔间距为1250mm。采用卸扣穿入，钢丝绳吊装。75t履带吊为副吊，副吊吊点设置在第三层钢牛腿下，钢丝绳兜吊。主副双机抬吊的方法，在空中完成90°转身，后由主吊竖直吊立。为方便安装过程中，预埋件牛腿角度准确，加设的调角耳板、调角耳板立面轴线与起吊耳板呈90°，与钢牛腿预制件立面轴线一致。

图5 钢管柱吊装

钢管柱在下放时，采用180t履带吊垂直吊立、缓慢下放至孔内，当浮力过大造成钢管柱下放困难时，采用对钢管柱内注水的方法，增大其自重，继续下放。当钢管柱由于混凝土握裹力过大无法下放时，采用单夹振动锤，振动钢管柱，完成下放。

1.6 钢管柱垂直度及中心定位

由于15m钢护筒及桩位中心点定位、钢护筒垂直度已在设计要求范围内。钢管柱的上部及下部已安装钢板定位法兰盘，定位法兰盘直径较钢护筒内径小1cm，通过钢护筒做导向，使钢管柱垂直度、中心点位置与钢套筒一致，以满足设计要求。

图6 钢管柱垂直度控制现场图

1.7 钢管柱牛腿方向定位

粗调：将钢管柱吊至孔口，对中后缓慢下放，当起吊耳板底部离护筒顶50cm时，停止下放，使用两根钢管分别穿入耳板调角孔洞，撬动钢管转动钢管柱，对耳板立面轴线进行测量放线，使其牛腿方向、角度与设计牛腿角度基本重叠后，下放钢管柱。

精调：粗调角度后，继续缓慢下放，当起吊耳板底部离护筒顶50cm时，停止下放，使用两根钢管分别穿入起吊耳板调角孔洞，撬动钢管转动钢管柱，对起吊耳板立面轴线进行测量放线，使其牛腿方向、角度与设计牛腿角度完全重叠后，下放钢管柱，并穿杠固定钢管柱。

1.8 钢管柱牛腿高程定位

由于钢管柱定长且预埋牛腿已在钢构厂完成安装，其标高以钢管柱顶标高为基点进行控制安装。因钢管柱顶高出地面，直接控制安装后的柱顶标高，可保证各预埋件处于设计标高。

1.9 钢管柱避免栓钉与基础桩钢筋笼相撞措施

常规钢管柱顶会安设栓钉，在钢管柱下放进入基础桩过程中，栓钉可能会勾住基础桩钢筋笼，出现下放困难，为防止栓钉碰撞钢筋笼，在栓钉外侧增加φ8钢筋保护。

图7 栓钉保护措施图

1.10 钢管柱内混凝土浇筑

为防止浇筑钢管柱内混凝土时触碰到钢管柱，造成钢管柱的偏位，以及浇筑混凝土造成钢管柱下沉，影响钢管最终定位的准确性。钢管柱完成安装后，待立柱桩混凝土终凝后，达到25%（约24小时）后，再对钢管柱内进行混凝土浇筑。安装完成后，对桩孔周边5米范围内进行防护，防止各大型设备作业、行走时的振动，影响钢管柱的精度影响。

钢管柱内混凝土浇筑采用φ180mm导管进行浇筑，由于钢管柱内为清水，所以浇筑混凝土时，不需采用开塞大料斗，可选用直径50cm小料斗进行混凝土浇筑。混凝土一次性浇筑至+3.64m。

钢管柱内混凝土采用C50、C60自密实细石混凝土，坍落度180～220mm，用导管输入法进行抛落浇注，根据C50自密实混凝土工作性能，合理设计混凝土配合比，使其具有良好的和易性、流动性、自填充性，工作性能良好，混凝土不离析、不泌水，确保混凝土结构均匀密实且有较小的自由收缩率。在浇注时导管下端伸入钢管内，混凝土沿钢管壁进行浇注，在混凝土浇筑时，一次浇筑的最大高度为5m左右，两次混凝土浇筑的时间间隔不小于1～2h，且不超过混凝土的初凝时间，以让混凝土中气泡自动溢出，以确保混凝土内部结构密实。

2 经济效益分析

本文通过地铁车站钢管混凝土立柱精准定位施工技术的应用，实现了装配式地铁车站钢管混凝土立柱的精准定位及施工，成功地解决了钢管混凝土立柱要求的垂直度、平面位置、轴线偏差要求高的难题。按照上涌公园站结构图纸，钢管柱中心线与基础中心线偏差不大于5mm；钢管柱顶面标高和设计标高偏差不大于10mm；钢管柱垂直度偏差不大于长度的1/500。通过对后续基坑开挖施工中对钢管混凝土立柱进行测量，其垂直度、标高及中心线偏差均满足设计要求，证明了该工法的可靠性，为后续类似工程提供借鉴，具有一定的推广应用价值，取得了较好的社会效益。