盖挖逆作车站永久钢管柱施工工法的研究与优化

2019-11-01宋中华

广东土木与建筑 2019年10期

宋中华

（长沙市轨道交通集团有限公司长沙 410005）

1 概述

随着轨道交通建设的蓬勃发展，建筑密集区修建地铁车站的需求越来越强烈。为降低因地铁施工对城市交通运行及居民生活的影响，盖挖逆作法［1］作为一种切实有效的施工方法被广泛用于商业闹市区的地铁修建中。车站盖挖逆作施工过程中，利用车站各层结构和竖向构件作为基坑开挖的支撑系统，自上而下开挖土方，自上而下浇筑各层结构直至基底，成功地解决了施工场地与城市交通疏解的问题，其中作为竖向支撑系统的钢管混凝土柱及其桩基础施工是盖挖逆作法施工的关键技术，如何在地面安全顺利地安装钢管混凝土柱、并确保安装精度和承载能力成为设计和施工的关键问题。

目前国内外逆作工程钢管混凝土柱安装工法主要有：气囊法、机械法、钢套筒人工安装定位器法［2］、人工挖孔桩人工安装定位器法［3］、HPE 液压垂直插入法［4］。上述安装工法在一柱一桩［5］、上下同步、上部结构施工高度等施工工艺上存在一定限制。

为了优化钢管柱定位工作流程，加快施工进度。本文以长沙市轨道交通6 号线某盖挖逆作车站为研究对象形成了一套全面系统的盖挖逆作地铁车站永久钢管柱施工工法［6］，该安装工法在分节吊装、一柱一桩、上下同步定位等施工工艺上取得了一定突破，为今后类似工程的设计提供了有益的借鉴。

2 工程概况

长沙市轨道交通6 号线朝阳村站位于长沙市芙蓉区，车站位于人民中路和车站中路交叉路口，为6号线与3 号线的换乘站，车站围护结构与结构主体结构采用叠合式结构，主体结构西端采用明挖顺作法施工，中段及东端采用盖挖逆作法施工。盖挖段断面如图1所示。

图1 盖挖逆作段围护结构横剖面Fig.1 Cross Profile of Cover-excavation Reverse Operation

3 钢管桩施工技术

3.1 施工难点及工法原理

车站地下2 层采用盖挖逆作法，从地表开始施工钢管柱桩基，桩基完成后，随即开始钢管柱安装及定位工作。钢管柱作为主要的竖向承重构件需在深20余米的桩孔中与桩顶准确对中，垂直度控制在L/500以内且不大于20 mm。故钢管柱的安装定位成为影响施工质量的关键环节，如何快速、精确地安装钢管柱是车站盖挖逆作施工中的关键及难题。

通过对既有逆作工程钢管混凝土柱安装工法［7］的研究和改进，形成了“分节吊装上下同步快速定位的钢管柱安装定位工艺”，该工艺由两部分组成，一部分为地面定位系统由钢平台、水平千斤顶定位系统、竖向千斤顶定位系统组成如图2所示。

图2 定位平台平面图Fig.2 Plane Map of Positioning Platform

另一部分为地下钢管柱内定位系统由混凝土人工工作平台、水平千斤顶定位系统组成，如图3所示。

图3 钢管柱内螺旋千斤顶设计图Fig.3 Design Drawing of Spiral Jack in Steel Pipe Column

施工时，根据所选工艺，首先在钢管柱内浇注一定高度的混凝土［8］，再进行地面安装。利用钢管柱内混凝土阻隔钻孔桩泥浆进入钢管柱内，为人工进入钢管柱内地下水平定位提供条件。同时利用混凝土和钢管自重平衡钢管柱在泥浆和钻孔桩混凝土中的浮力。钢管柱的安装定位采用上下两点同步定位法，一点设在地表，一点设在钢管柱内。地表利用定位平台对钢管柱顶端进行高程和平面控制，孔内利用钢管柱内定位螺旋千斤顶对钢管柱下端一定位置进行定位，就此快速完成钢管柱安装及精准定位，操作简单快捷，精装高效。

3.2 施工流程

总体施工流程如图4所示：孔位定位→钢管柱基础桩基施工→钢管柱安装→浇筑钢管柱内混凝土。

图4 施工流程Fig.4 Construction process

3.3 施工操作要点

3.3.1 地面定位平台的设计安装

定位钢平台加工后，采用全站仪极坐标法将定位平台定位到硬化地坪上，利用竖向千斤顶定位系统对定位平台进行平整度调整，待千斤顶调整并固定后，安装首节钢管柱，利用平台表面水平千斤顶定位系统对钢管柱进行水平调整对中，使平台中心与桩中心重合，如图5所示。

图5 定位平台安装图Fig.5 Lifting Chart of Positioning Platform

3.3.2 地下钢管柱内定位系统的设计安装

地面定位系统完成初步定位后，固定首节钢管柱，并预先灌注5.5 m 混凝土，利用混凝土和钢管自重平衡钢管柱在泥浆和钻孔桩混凝土中的浮力，同时利用初凝后钢管柱内混凝作为二次调整定位的工作平台，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），如图6所示。