基于盖挖逆作法车站永久钢管柱施工工艺探讨

兰明林

中铁一局第四工程有限公司

摘要：随着我国基础设施建设的快速发展，建筑工程的规模越来越大，技术要求、施工环境、施工难度等标准越来越高，地处市中心的市政工程，如地铁车站、高层建筑工程的地下室等，因施工场地有限，施工对城市交通、居民生活的影响大，越来越多的工程采用盖挖逆作法施工。盖挖逆作法有很多优势，同时也有很多技术难点。例如地铁车站的中间永久钢管柱安装，垂直度精度要求高、安装深度深、施工难度大、施工工序复杂、施工造价高。基于此，在本文中首先分析了永久钢管柱的特点，然后探讨了钢管柱工程具体施工方法和技术，希望通过本文的研究，能够进一步提升盖挖逆作法车站永久钢管柱施工水平。

关键词：盖挖逆作法；车站；钢管柱；液压垂直插管机；施工工艺

中图分类号：U215    文献标识码：A

引言

为了能够更好的满足现代化城市发展的需求，轨道交通工程建设数量和规模都在不断扩大，线网规划越来越密集，受线路条件、周边环境、交通导改等要求，越来越多的地下车站采用盖挖逆作法施工。为此，我国在引进盖挖逆作法施工以后，不断改进施工工艺、攻克技术难点。最初的钢管柱施工工法是埋设钢护筒至钢管柱底部、人工凿除桩头、人工安装定位器、再安装钢管柱，该工法存在施工工期长、工序多、人工入孔的安全系数低、成本高等缺点。自从改进研发了液压垂直插管机后，解决了钢管柱的垂直安装问题，可以在基础桩混凝土浇筑完成后，在原地面一次性将钢管柱垂直插入到设计位置，调整标高、平面位置及垂直度，施工速度快，效率高，大大降低了施工成本，降低了施工安全风险。

1 永久钢管柱施工工艺特点

1.1 钢管混凝土柱作为施工过程的中间支撑柱，在车站底板结构尚未封闭时，承受地下各层已施作完毕的框架结构自重和各种施工荷载，顶板封闭后，作为车站主要竖向承载和传力结构，施工难度大，精度高，其定位受桩体平面定位、垂直度偏差、扩孔及桩体变形沉降等影响，需要慎重考虑插桩方案。该施工工艺使用了液压垂直插管机，借鉴石家庄地铁人民广场站、呼市地铁新华广场站施工的相关经验，经过多次实践总结，已形成一种特色独立、系统全面的施工工艺技术。

1.2 施工工期短，钢管柱桩基采用的是缓凝混凝土，初凝时间为36小时左右，桩基砼初凝后，钢管柱周围回填碎石，终凝后移除液压垂直插管机，现场保证2台插管机，可以达到每天一根钢管柱（传统人工定位施工一根需要3天），提高了施工工效。

1.3 工序相对简单，在原地面完成桩基钻孔灌注，在桩基缓凝混凝土浇筑完成后一次性将钢管柱垂直插入到设计位置。

1.4 精度控制高，经过实践证明，垂直度可以控制在小于L/1000，桩位偏差可以控制在5mm以内，标高偏差可以控制在5mm内，完全能够满足规范及设计要求。

1.5 施工风险小，区别于传统的人工入孔内作业，本工法通过传感器控制垂直度，借助辅助工具柱标注刻度控制标高，操作平台四周十字护桩点控制平面桩位，均可以在地面完成作业，施工风险较低。

1.6施工成本低，以前的施工是埋设钢护筒至钢管柱底部、人工凿除桩头、人工安装定位器、再安装钢管柱，需要的工时、劳动力、材料、机械等资源多，液压垂直插管机施工降低了施工成本。

2 工艺原理

该插管机配套的测斜系统是将测斜仪安放在钢管柱柱身上，待钢管柱对中后，将测斜仪数据归零，然后开始按步骤插柱；如果柱身偏离设计中心点后，测斜仪就会显示相应的偏移数据。现场优化测斜仪原安装位置，消除“短边控制长边”的误差，将测斜仪安装在柱身距地面2/3处。液压垂直插管机就位调平后，钢管柱垂直吊装到插管机内，由插管机的定位装置将钢管柱锁紧，同时复测钢管柱的垂直度。然后由上、下两个液压垂直插入装置同时或交叉（一个装置锁紧、一个装置驱动）驱动，通过其向下的压力将钢管柱垂直插入到桩基混凝土中，两个液压垂直插入装置交替工作，直到将钢管柱插入到设计深度，此时上下两个液压定位装置将钢管柱锁紧，等待桩基混凝土初凝回填后，移除插管机。

图2.1  工艺原理图

3 施工工艺技术

3.1 基础桩灌注施工

因考虑钢管柱安装的时间较长，需采用水下超缓凝混凝土，统计正常施工状态下安装导管至插桩完成时间在10～16小时之间，混凝土初凝时间应在16小时以上，综合考虑施工现场情况，考虑混凝土运输、交通堵塞、高温加快凝结等因素，选用外加剂类型为TBKW-1型高效减水剂（缓凝型），确保缓凝时间不小于24小时，混凝土进场后，通知试验人员进行坍落度、入模温度等相关试验，在控制混凝土的优良性能的同时，确保混凝土的缓凝指标，精确控制桩顶标高（超灌50cm），灌注完成后及时拆除导管及平台，为钢管柱安装提供条件。

3.2 钢管柱与工具柱连接

钢管柱最后的垂直度及平面位置，是靠工具柱控制，工具柱的加工精度及连接垂直度不低于钢管柱加工的精度要求，为了保证工具柱与钢管柱连接的垂直度，紧固螺栓必须要对称进行，紧固过程中及时复测垂直度，若存在较大偏差，及时调整，一次紧固完成达到设计力即可，紧固完成后，检查两法兰之间间隙，间隙要保持一致，以保持其垂直度。

3.3 复测桩位

再次对桩中心进行复测，为插管机就位做准备。

3.4 液压垂直插管机就位

液压垂直插管机重达30t，就位前将护筒四周铺设钢板，增加地基承载力，避免基础桩孔口承压导致塌孔现象，同时铺设钢板后有利于支腿移动及调平，确保液压垂直插管机的中心和桩中心重合，微调过程中对中并调平。

3.5 吊装钢管柱

在工具柱上标定钢管柱的控制标高，检查吊具，吊装钢管柱，负一层法兰下放至液压垂直插管机底部，液压垂直插管机内部安装垫块，启动液压系统，安装传感器及电脑显示器，两台全站仪复测钢管柱的垂直度，垂直度满足要求后(垂直度允许偏差为L/1000，且不大于15mm)，传感器数据归零（传感器校核在使用前，利用全站仪进行校核），量测4个护桩至钢管柱切点的距离并记录。

3.6钢管柱安装

通过液压垂直插管机内2个液压系统，不断交替锁紧将钢管柱垂直插入，通过传感器的电脑显示数据偏差情况，不断微调钢管柱的平面偏差及垂直度，水准仪配合水平扫描仪完成标高复测（顶面标高允许偏差为0~1cm，中间层标高允许偏差为±2cm），根据传感器的读数最后进行微调，同时量测4个护桩至钢管柱切点的距离，插桩完成后符合设计及规范要求。

3.7 初凝后钢管柱周围碎石回填

桩基灌注时首车和末车砼分别留置同条件试块，试块初凝后方可进行碎石回填（注：因留置试块的环境条件与桩基不同，桩基的真实环境温度较高、湿度较大，强度发展更快，当留置试块达到初凝时，桩基混凝土已经初凝），回填时采用人工回填，避免产生较大的冲击荷载，四周均衡回填，以免影响钢管柱的垂直度，回填至钢管柱顶。

3.8 割除工具柱

终凝后移除液压垂直插管机，提前与试验室联系，确认桩基砼终凝时间，才可移除液压垂直插管机，防止移除后永久钢管柱产生下沉现象，人工割除工具柱，复测钢管柱中心位置及钢管柱顶标高。

3.9 柱内钢筋笼安装及砼浇筑

工具柱拆除后即可进行钢管内混凝土浇筑，控制钢筋笼顶标高，浇筑柱内混凝土，终凝后及时回填碎石至地面，平整场地。

3.10 基础桩基后注浆

桩基的竖向承载力必须满足设计要求，采用后注浆措施增加基础桩承载力，桩基灌注后，24小时内需要对注浆管劈通，注浆作业宜于7天内完成，注浆时先进行桩底注浆，再桩侧依次分层向上注浆，安排专人盯控记录注浆的水灰比及注浆参数，地质情况发生变化时及时调整，直到达到设计压力值及注浆量。

4 施工期间管控措施

4.1质量管控措施

对于施工中使用的传感器需经常检查，确保垂直精度在允许范围内，钢管柱安装后垂直度控制在≦L/1000且小于15mm；灌注桩混凝土灌注至桩顶标高后确保钢管柱插入部分的混凝土石子含量较多后停止浇筑，采用孔内取样的方法确保孔内混凝土质量。

4.2应急处置措施

由于混凝土出现假凝使钢管柱无法插入，混凝土缓凝时间不稳定在插入钢管柱之前已凝固，具体处理措施如下：当混凝土出现假凝现象导致钢管柱无法顺利插入时，可采用HPE具备的360度旋转装置旋转钢管柱，利用钢管柱底部安装的三角钢筋搅拌混凝土，使混凝土恢复流动性后边旋转边插入；当混凝土缓凝时间不稳定在插入钢管柱之前已凝固，该桩只能放弃安装钢管柱，可等混凝土凝固后采用大直径360度全回转套管机旋转沉入直径800mm钢套管，钢套管底部需镶嵌钛合金切割灌注桩保护层混凝土至钢管柱安装标高1m以下，然后由人工下入钢套管内清除混凝土至柱底标高以下200mm，二次浇筑后安装钢管柱。

5 结束语

总而言之，轨道交通工程建设对于现代化城市发展有着决定性作用，随着城市轨道交通建设的蓬勃发展，城市轨道交通线网不断完善，线路不断延伸，施工工法越来越先进，施工技术越来成熟，原来不具备施工条件的区段，目前正在逐步进行规划建设，盖挖逆作法越来越广泛运用于城市轨道交通建设中，永久钢管立柱作为其核心技术工艺，需要继续完善和改进，提高施工工效，保证轨道交通工程建设质量。

参考文献：

[1] 刘宝灵.韩靖. 基于逆作法的钢管柱高精度调垂固定施工技术.建筑科学与工程,2023(14):174-177.

[2] 吕学超.盖挖逆作法地铁车站钢管柱施工技术探究.铁路运输,2023(02):63-65.

[3] 周辉.刘斌.超高精度桩柱结合体施工关键问题及对策.建筑科学与工程,2023，49(12):98-101.

[4] 李鹏飞. 盖挖逆作法地铁车站钢管柱人工定位施工技术. 建筑科学与工程,2022(12): 186-189+192+24.