宋中華

（長沙市軌道交通集團(tuán)有限公司 長沙 410005）

1 概述

隨著軌道交通建設(shè)的蓬勃發(fā)展，建筑密集區(qū)修建地鐵車站的需求越來越強(qiáng)烈。為降低因地鐵施工對城市交通運(yùn)行及居民生活的影響，蓋挖逆作法［1］作為一種切實有效的施工方法被廣泛用于商業(yè)鬧市區(qū)的地鐵修建中。車站蓋挖逆作施工過程中，利用車站各層結(jié)構(gòu)和豎向構(gòu)件作為基坑開挖的支撐系統(tǒng)，自上而下開挖土方，自上而下澆筑各層結(jié)構(gòu)直至基底，成功地解決了施工場地與城市交通疏解的問題，其中作為豎向支撐系統(tǒng)的鋼管混凝土柱及其樁基礎(chǔ)施工是蓋挖逆作法施工的關(guān)鍵技術(shù)，如何在地面安全順利地安裝鋼管混凝土柱、并確保安裝精度和承載能力成為設(shè)計和施工的關(guān)鍵問題。

目前國內(nèi)外逆作工程鋼管混凝土柱安裝工法主要有：氣囊法、機(jī)械法、鋼套筒人工安裝定位器法［2］、人工挖孔樁人工安裝定位器法［3］、HPE 液壓垂直插入法［4］。上述安裝工法在一柱一樁［5］、上下同步、上部結(jié)構(gòu)施工高度等施工工藝上存在一定限制。

為了優(yōu)化鋼管柱定位工作流程，加快施工進(jìn)度。本文以長沙市軌道交通6 號線某蓋挖逆作車站為研究對象形成了一套全面系統(tǒng)的蓋挖逆作地鐵車站永久鋼管柱施工工法［6］，該安裝工法在分節(jié)吊裝、一柱一樁、上下同步定位等施工工藝上取得了一定突破，為今后類似工程的設(shè)計提供了有益的借鑒。

2 工程概況

長沙市軌道交通6 號線朝陽村站位于長沙市芙蓉區(qū)，車站位于人民中路和車站中路交叉路口，為6號線與3 號線的換乘站，車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)采用疊合式結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)西端采用明挖順作法施工，中段及東端采用蓋挖逆作法施工。蓋挖段斷面如圖1所示。

圖1 蓋挖逆作段圍護(hù)結(jié)構(gòu)橫剖面Fig.1 Cross Profile of Cover-excavation Reverse Operation

3 鋼管樁施工技術(shù)

3.1 施工難點及工法原理

車站地下2 層采用蓋挖逆作法，從地表開始施工鋼管柱樁基，樁基完成后，隨即開始鋼管柱安裝及定位工作。鋼管柱作為主要的豎向承重構(gòu)件需在深20余米的樁孔中與樁頂準(zhǔn)確對中，垂直度控制在L/500以內(nèi)且不大于20 mm。故鋼管柱的安裝定位成為影響施工質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如何快速、精確地安裝鋼管柱是車站蓋挖逆作施工中的關(guān)鍵及難題。

通過對既有逆作工程鋼管混凝土柱安裝工法［7］的研究和改進(jìn)，形成了“分節(jié)吊裝上下同步快速定位的鋼管柱安裝定位工藝”，該工藝由兩部分組成，一部分為地面定位系統(tǒng)由鋼平臺、水平千斤頂定位系統(tǒng)、豎向千斤頂定位系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2 定位平臺平面圖Fig.2 Plane Map of Positioning Platform

另一部分為地下鋼管柱內(nèi)定位系統(tǒng)由混凝土人工工作平臺、水平千斤頂定位系統(tǒng)組成，如圖3所示。

圖3 鋼管柱內(nèi)螺旋千斤頂設(shè)計圖Fig.3 Design Drawing of Spiral Jack in Steel Pipe Column

施工時，根據(jù)所選工藝，首先在鋼管柱內(nèi)澆注一定高度的混凝土［8］，再進(jìn)行地面安裝。利用鋼管柱內(nèi)混凝土阻隔鉆孔樁泥漿進(jìn)入鋼管柱內(nèi)，為人工進(jìn)入鋼管柱內(nèi)地下水平定位提供條件。同時利用混凝土和鋼管自重平衡鋼管柱在泥漿和鉆孔樁混凝土中的浮力。鋼管柱的安裝定位采用上下兩點同步定位法，一點設(shè)在地表，一點設(shè)在鋼管柱內(nèi)。地表利用定位平臺對鋼管柱頂端進(jìn)行高程和平面控制，孔內(nèi)利用鋼管柱內(nèi)定位螺旋千斤頂對鋼管柱下端一定位置進(jìn)行定位，就此快速完成鋼管柱安裝及精準(zhǔn)定位，操作簡單快捷，精裝高效。

3.2 施工流程

總體施工流程如圖4所示：孔位定位→鋼管柱基礎(chǔ)樁基施工→鋼管柱安裝→澆筑鋼管柱內(nèi)混凝土。

圖4 施工流程Fig.4 Construction process

3.3 施工操作要點

3.3.1 地面定位平臺的設(shè)計安裝

定位鋼平臺加工后，采用全站儀極坐標(biāo)法將定位平臺定位到硬化地坪上，利用豎向千斤頂定位系統(tǒng)對定位平臺進(jìn)行平整度調(diào)整，待千斤頂調(diào)整并固定后，安裝首節(jié)鋼管柱，利用平臺表面水平千斤頂定位系統(tǒng)對鋼管柱進(jìn)行水平調(diào)整對中，使平臺中心與樁中心重合，如圖5所示。

圖5 定位平臺安裝圖Fig.5 Lifting Chart of Positioning Platform

3.3.2 地下鋼管柱內(nèi)定位系統(tǒng)的設(shè)計安裝

地面定位系統(tǒng)完成初步定位后，固定首節(jié)鋼管柱，并預(yù)先灌注5.5 m 混凝土，利用混凝土和鋼管自重平衡鋼管柱在泥漿和鉆孔樁混凝土中的浮力，同時利用初凝后鋼管柱內(nèi)混凝作為二次調(diào)整定位的工作平臺，在第二節(jié)鋼管柱底部沿管壁四周豎向每隔300 mm安裝螺旋千斤頂（千斤頂與套管間需注滿黃油，保證密封性），如圖6所示。

圖6 鋼管柱內(nèi)螺旋千斤頂安裝圖Fig.6 Installation Drawing of Spiral Jack in Steel Pipe Column

在孔口定位平臺上將兩節(jié)鋼管柱焊接牢固，再整體吊裝至設(shè)計標(biāo)高，并在樁基混凝土初凝前，人工進(jìn)入鋼管柱內(nèi)調(diào)整四個象限的螺旋千斤頂配合地面定位平臺對鋼管柱進(jìn)行的上下同步精準(zhǔn)快速定位，如圖7所示。

4 效果分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

優(yōu)化后的鋼管柱安裝定位工藝，相對于原設(shè)計的鋼護(hù)筒安裝工藝［9］，技術(shù)操作簡單，取消了鋼套筒護(hù)壁法的工序，通過分節(jié)吊裝、地上機(jī)械平臺定位、地下鋼管柱內(nèi)人工同步快速定位安裝加快施工進(jìn)度，經(jīng)過估算單根永久鋼管柱減少建設(shè)投資約8.966 萬元，同時工期也由35 d 調(diào)整至15 d，如表1所示。

4.2 社會效益分析

⑴工藝簡單、工效高：取消了鋼套筒護(hù)壁法的樁底定位器安裝工序，采用人工柱內(nèi)定位工藝，操作簡單。

⑵綠色環(huán)保：減少了鋼管柱基礎(chǔ)樁的抽排泥漿，利用鋼管柱提供人員操作空間，避免了大直徑護(hù)壁樁的塌孔風(fēng)險。

⑶定位精準(zhǔn)、誤差?。簝?yōu)化后的鋼管柱安裝工藝，通過地上機(jī)械平臺定位、地下鋼管柱內(nèi)人工同步定位，減少了樁基混凝土澆筑時對預(yù)埋構(gòu)件的干擾，且可以通過上下兩套定位系統(tǒng)，同步定位，提高定位的精度。

圖7 鋼管柱定位工序圖Fig.7 Pipe Column Positioning Procedure Diagram

表1 單根永久鋼管柱施工費(fèi)用估算表Tab.1 Estimation Table of Construction Cost for a Single Permanent Steel Pipe Column

5 結(jié)語與建議

優(yōu)化后的鋼管混凝土柱定位施工，采用分節(jié)吊裝上下同步快速定位的鋼管柱安裝定位工藝，取消了鋼套筒護(hù)壁的施工流程，精度高、誤差小、工藝簡單、綠色環(huán)保，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益，對于采用蓋挖逆作法施工的地下工程，具有推廣與借鑒作用。