樊荣FAN Rong

（中铁一局集团第四工程有限公司，咸阳 712000）

0 引言

城市地铁施工暗挖法基本上不受外部管线影响，不存在交通疏解问题，施工干扰较小，因此成为当前车站工程中较常用的施工方法，暗挖洞桩法就是其中最具代表性的。该方法在传统浅埋暗挖分部法的基础上吸收了盖挖法的特点，将明挖框架结构施工方法和暗挖法进行有机结合，适用范围较广。

1 工程概况

郑州地铁10 号线医学院站为7 号线和10 号线换乘车站。10 号线为地下两层双柱三跨岛式车站，主体结构下穿大学路为暗挖段。暗挖段长48.26m，宽25.1m，顶部覆土约5～5.3m，底板埋深约19.5m；采用平顶PBA 法+管幕超前支护施工，上部设置4 个小导洞，中柱采用钢管混凝土柱，逆筑法施工。

主要施工步序及技术卡控要点：

①管幕施工：采用电力驱动液压式管幕钻机，分节顶进管幕钢管，钢管间锁扣连接，顶进过程应严格控制角度和标高。②导洞施工：待管幕施工完毕形成管棚体系后，采用上下台阶法进行导洞开挖，严格控制进尺和步距。③洞内中桩及钢管柱施工：导洞施工完成后采用洞内桩柱一体化施工技术施工柱下中桩及钢管柱，使用反循环钻机成孔，桩柱一体化安装机施工中桩及钢管柱。④顶纵梁施工：两个中导洞内中桩钢管柱施工完成后，在柱顶施工顶纵梁及部分顶板，使用自密实混凝土浇筑确保其施工质量。⑤扣接顶板施工：顶纵梁施工完成后随即开挖导洞间土体施工初支扣拱，破除侧壁拱架，分段施工导洞间扣接顶板至顶板全部施工完成。⑥采用逆作法施工中板，顺作法施工底板及负二层侧墙至暗挖主体结构全部施工完成。

2 钢管混凝土中柱施工难点分析及解决措施

2.1 洞内钢管柱施工

2.1.1 钢管柱施工时，存在以下难点问题

①导洞空间狭小，高5.0m，宽4.0m，钢管柱无法使用设备一次性吊放安装；②钢管柱分节安装完成后整体垂直度无法准确判断，施工质量技术控制难度大；③桩柱一体化施工柱下中桩混凝土浇筑完成后，由于桩基混凝土与钢管柱内混凝土标号不一致，为防止浇筑钢管柱内混凝土过程中柱周桩基混凝土上浮，需使用砾石进行桩基混凝土反压，此过程无法判断混凝土浇筑前后钢管柱垂直度变化情况。

2.1.2 所要解决的技术问题

①要选择一种体积小，施工效率高，成孔质量精度好的可以在导洞内的进行钻孔施工的设备。②选择一种可以在导洞内提升吊装桩基钢筋笼和钢管柱，且可以进行钢管柱中心及标高定位的提升吊装定位设备。③选择一种可以随钢管柱同时分节安装，对钢管柱安装垂直度及混凝土浇筑前后钢管柱是否发生位移进行数据采集及检测分析装置。④选择一种可以在钢管柱分节安装完成后，对钢管柱安装垂直度进行检测分析的装置。

2.1.3 具体解决措施

钢管柱安装前，在厂家进行试拼并分节编号，每节钢管柱垂直度满足设计允许偏差为长度的1/1000，试拼垂直度偏差不超过15mm，满足要求后方能进场施工；钢管柱按照分节编号使用桩柱调垂安装机进行安装，随钢管柱分节安装测斜管至最上面一节工具管，钢管柱分节加工安装有效降低了在暗挖小导洞有限空间内的施工难度；钢管柱安装完成，使用水准仪、水平尺及激光水平仪确定柱顶标高及水平度；用超声波检测仪检测钢管柱垂直度，根据检测结果精调垂直度，直至符合要求；调垂机卡板将钢管柱抱紧，钢管柱定位完成后安装钢管柱内钢筋笼和导管，最后对测斜管初始值进行采集，待钢管柱内混凝土浇筑完成后，再次采集测斜管数值与初始值对比判断钢管柱垂直度是否发生变化并进行及时调整。

2.2 洞内钢管柱施工过程精度控制

2.2.1 钢管柱安装

①桩基钢筋笼安装完成垂直机就位，对垂直机卡盘中心进行初次定位整平并固定液压支腿，防止钢管柱安装时机身发生位移。②钢管柱应分节按顺序吊运安装，测斜管与钢管柱同步分节安装并使用卡环固定牢固，钢管柱对接时应将法兰盘接头基面清理干净，避免接触面不密贴对整体垂直度及后期工作性能造成影响。

2.2.2 钢管柱定位及安装完成后垂直度检测

①钢管柱安装完成后利用水平尺水准仪通过调节垂直机四个液压支腿进行水平度调节和标高定位，在工具节孔口挂设十字线通过拱顶桩位线锤定位钢管柱中心，移动卡盘使线锤位于十字线中心位置。

②钢管柱定位完成后使用超声波检测仪对钢管柱垂直度进行检测，合格后安装钢管柱内钢筋笼并采集测斜管初始值。（图1）

图1 测斜管随钢管柱分节安装示意图

③超声波从发射换能器向钢管柱壁方向传播，声波到达管壁后，由于水声阻抗远小于钢质介质的声阻抗，声波从管壁处几乎全反射，反射波经过孔内传播后再回到发射的位置。

④接收换能器接收并转换成电信号，经过放大、滤波等处理后，被信号采集模块转换为数字信号显示并存储。（图2）

图2 超声波成孔检测原理图

利用在同一深度、不同方向的测量结果可以得知该深度上的管径参数，从而判断钢管柱垂直度是否处于设计允许偏差范围内，为保证垂直度检测准确性，从管口向下正测一次，再从管底向上反测一次，两次结果进行检验对比，确定钢管柱垂直度偏差。（表1）

表1 钢管柱垂直度检测表

郑州地铁10 号线医学院站暗挖段设计共14 根中桩钢管柱，全部采用桩柱一体化施工技术，每根钢管柱安装完成后均采用超声波检测仪进行垂直度检测，超声波检测报告所示，超声波反射波形均在设计控制直径以内，效果明显，可视化程度高，大大提高了施工技术人员的判断能力和一次质量控制成型能力。钢管柱施工总长度11.5m，设计允许总长度偏差值为不大于15mm，总长度偏差值合格率为92.8%，充分保证了钢管柱的施工质量和后期是使用强度要求。

2.2.3 混凝土浇筑前后钢管柱垂直度检测验证

①钢管柱按照分节编号使用桩柱调垂安装机进行安装，随钢管柱分节安装测斜管至最上面一节工具管，侧斜管采用U 形卡环与钢管柱内壁焊接固定牢固，侧斜管分节安装接头在安装过程中插接紧固使用配套螺丝进行连接，避免出现松动对前后测斜数据产生影响造成误判。安装完成后立即对测斜管初始值进行采集。

②由于桩基混凝土和钢管柱内混凝土标号不一样，浇筑钢管柱内混凝土时为保证桩基混凝土不上浮，在桩基浇筑至桩顶标高后，使用粒径2-3cm 砾石回填反压，反压过程严格控制，沿钢管柱一周对称均匀分层回填，避免集中单向回填对钢管柱造成位移，产生垂直度偏差。待钢管柱内C50 混凝土浇筑完成后，再次采集测斜管数值与初始值对比判断钢管柱垂直度是否发生变化并进行及时调整。

表2 钢管柱混凝土浇筑前后水平位移对比表

图3 桩基钢管柱混凝土连续浇筑示意图

通过钢管柱柱内混凝土浇筑完成后采集测斜数据与初始值进行对比分析，浇筑前后钢管柱垂直度最大偏差为11m 位置，其浇筑前后变化量为1.16mm，小于垂直度控制值±15mm，浇筑前后垂直度符合设计要求，由钢管柱水平位移曲线变化图可清晰看出在深度6m～12m 区间钢管柱垂直度偏差较大，反压砾石未严格控制对称填压，混凝土浇筑过程对钢管柱本身造成冲击。在后续施工中经过严格控制，其钢管柱垂直度偏差均在±5mm 内浮动，对钢管柱施工质量及后期使用几乎无影响，对钢管柱隐蔽工程施工质量控制成果验证提供了良好的保证措施。

3 现场施工过程中应注意的事项

①钢管柱出厂前，由技术员、测量员到厂家进行钢管柱垂直度及加工精度的验证，厂内试拼，符合要求后方可进场。②钢管柱洞内安装完成后，使用超声波检测仪进行垂直度检测，根据检测结果进行位置调整，直至符合设计要求后方可进行下道工序。③侧斜管采用U 形卡环与钢管柱内壁焊接固定牢固，侧斜管分节安装接头在安装过程中插接紧固使用配套螺丝进行连接，避免出现松动对前后测斜数据产生影响造成误判。砼浇筑前使用测斜仪对钢管柱内壁的测斜管进行初始值采集，12 小时后进行第二次测斜值采集，根据验证结果，优化浇筑过程中的保护措施。④浇筑钢管柱内砼容易导致柱外回填砂上翻，砼浇筑前应经计算确定回填高度，浇注时勤测量混凝土面标高，确保交汇处砼量控制，填砂时确定好回填量，勤测量以避免柱外砼上翻，浇筑过程中应注意对侧斜管的保护。

4 现场实际效果

采用本方法施工导洞内钢管中柱过程中，通过使用超声波检测仪对钢管柱安装垂直度进行有效精确控制，并及时调整反馈，保证安装垂直度。使用测斜管对混凝土浇筑前后钢管柱垂直度进行数据对比，可充分明晰钢管柱垂直度控制情况，为后续施工控制提供高效的指导作用。

5 结论

在国内轨道交通土建施工中，PBA 工法以其独特的优势，洞内钢管中柱施工精度成为工程质量控制及安全控制的关键。通过本项目的研究及实践经验，可以得出以下结论：①用超声波检测仪检测钢管柱垂直度，根据检测结果精调垂直度，直至符合要求。此方法可大大提高隐蔽工程钢管中柱的施工精度。②采用侧斜管对钢管柱混凝土浇筑前后位移变化进行精准判断，可充分明晰钢管柱垂直度控制情况，为后续施工控制提供高效的指导作用和施工精度保证。③使用上述方法对钢管柱垂直度进行控制，有效解决了该类型中柱施工技术质量控制盲区，为类似工程施工提供了良好的借鉴意义。