晉劉杰

(中鐵十六局集團(tuán)有限公司，北京 100018)

地鐵是緩解城市交通擁堵的有力措施，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和交通需要，目前40余座一二線城市都在進(jìn)行軌道交通建設(shè)。鋼管柱是地鐵車站的主要受力部件[1-4]，在明挖、蓋挖、暗挖等施工中經(jīng)常用到，其施工質(zhì)量、防水性能、受力條件等都對地鐵車站的穩(wěn)定性和適用性產(chǎn)生影響。目前，針對鋼管柱施工工藝工法研究總結(jié)很多，具有很大的參考價值。曾偉[5]總結(jié)了地鐵車站蓋挖逆筑法鋼管柱安裝采用旋挖鉆機(jī)+HPE插管機(jī)配合工法施工工藝。王文東[2]采用混凝土固定上下樁口、柱身周邊空隙填充砂礫的技術(shù)措施，防止鋼管柱在澆筑混凝土過程中出現(xiàn)位移，有效保證了鋼管柱的垂直度。李峰[6]介紹了HPE液壓垂直插入機(jī)精確定位后下放鋼管柱及鋼管柱內(nèi)鋼筋籠，一次性灌注樁基混凝土及鋼管柱內(nèi)混凝土的施工方法。戚騰舞[7]介紹了能大大提高鋼管柱安裝定位的鋼管柱安裝、定位技術(shù)及控制措施。張正等[8]認(rèn)為混凝土鋼管柱出現(xiàn)偏位后的糾偏是難以實(shí)施的，因此做好事前防范極為重要。周志健等[9]采用鋼管柱環(huán)梁梁柱節(jié)點(diǎn)四邊形加腋做法提高了施工質(zhì)量。郭凱等[10]采取了分節(jié)定位安裝的方法很好地解決了蓋挖逆作工藝下后起鋼管柱的安裝施工技術(shù)難題。上述研究內(nèi)容主要集中在鋼管柱傳統(tǒng)施工工藝方面，但隨著對施工作業(yè)人員職業(yè)健康衛(wèi)生的關(guān)注，傳統(tǒng)鋼管柱施工人員孔內(nèi)作業(yè)時間長、安全風(fēng)險大、職業(yè)病風(fēng)險高的問題日益顯現(xiàn)，為此，長沙地鐵6號線鋼管柱施工過程中對傳統(tǒng)施工工藝進(jìn)行改進(jìn)，減少了人員孔內(nèi)作業(yè)的時間，優(yōu)化了孔內(nèi)作業(yè)環(huán)境。

1 工程概況

木馬塅站為長沙地鐵6號線工程的中間站。該站位于長沙市長沙縣大元路與臨空南路交叉路口，沿臨空南路南北向敷設(shè)。該站共有兩根永久鋼管柱位于蓋挖段施工范圍(如圖1所示)，為蓋板段結(jié)構(gòu)主要中間支撐，設(shè)計鋼管柱柱長18.25 m、直徑0.8 m，錨固段深度14 m，其中鋼管柱在錨固段中埋深4 m。鋼管柱采用壁厚20 mm的Q345B鋼，內(nèi)部填充C50微膨脹混凝土。

圖1 鋼管柱位置示意圖(單位：mm)

2 原鋼管柱施工工藝

2.1 施工流程

原設(shè)計方案鋼管柱施工工藝流程見圖2，在此主要對原設(shè)計工藝流程中施工比較復(fù)雜、對工期和施工作業(yè)環(huán)境影響較大的定位器安裝、鋼管柱安裝和精確定位及長護(hù)筒回收利用進(jìn)行詳細(xì)介紹。

圖2 鋼管柱原設(shè)計施工工藝流程(單位：mm)

2.1.1 定位器安裝

鋼管柱定位器的安裝首先需要確定定位器的空間位置，然后人工按照確定的位置鑿除已澆筑完成的基礎(chǔ)混凝土，在處理好基面后安裝定位器的定位錐。定位錐安裝完成后，施工人員攜帶定位器、膨脹螺栓及其他配件進(jìn)入鋼護(hù)筒底，并做好通風(fēng)、電氣焊的準(zhǔn)備工作。滿足自動定位器安裝要求后用膨脹螺栓將自動定位器固定于安裝基面，并將自動定位器的十字板與鋼護(hù)筒相焊接。自動定位器安裝完畢后，卸走上下兩節(jié)鋼護(hù)筒之間主聯(lián)結(jié)螺栓，將施工人員吊運(yùn)出鋼護(hù)筒。

2.1.2 鋼管柱安裝和精確定位

定位器安裝固定后安裝鋼管柱。為確保鋼管柱準(zhǔn)確定位，鋼管柱上端臨時使用法蘭連接一段輔助節(jié)。鋼管柱采用工廠內(nèi)加工、施工現(xiàn)場拼裝的方式施工，出廠前，在輔助節(jié)頂對稱焊接設(shè)置一對吊耳，同時在吊耳側(cè)加焊肋板，以確保鋼管柱處于最不利位置時，吊耳不發(fā)生側(cè)翻破壞現(xiàn)象。

輔助節(jié)與鋼管柱法蘭連接處設(shè)置防水墊片，確保施工期間連接點(diǎn)不漏水。鋼管柱位置確定及各輔助部件安裝完成后，用專用導(dǎo)管灌注鋼管柱基礎(chǔ)混凝土，待施作主體結(jié)構(gòu)底板時，將超灌部分混凝土鑿除。

2.1.3 長護(hù)筒回收利用

當(dāng)鋼管柱樁基礎(chǔ)的混凝土強(qiáng)度達(dá)到15 MPa時，施工人員由孔口下到合適位置拆除鋼管柱上端頭與鋼護(hù)筒之間的定位槽鋼，然后從地面向鋼護(hù)筒內(nèi)注滿清水，以防拔出鋼護(hù)筒后槽壁坍塌。在鋼護(hù)筒上端采用4臺千斤頂進(jìn)行頂升，頂起10 cm后，用吊車拔出。在起拔鋼護(hù)筒過程中，嚴(yán)禁碰撞H型立柱，防止其發(fā)生偏斜。在長護(hù)筒拆除完成后，為增強(qiáng)鋼管柱的側(cè)向穩(wěn)定性，保證鋼管柱位置不發(fā)生偏移，需要沿鋼管柱四周環(huán)狀均勻灌注干砂。

2.2 施工中存在的問題

(1)施工過程中鋼管柱護(hù)筒要下到已成樁孔的底部，在混凝土澆筑之后受混凝土初凝、孔側(cè)壁土體摩擦等的影響，最后一節(jié)鋼護(hù)筒拔出困難，甚至出現(xiàn)無法拔出的情況。多節(jié)鋼護(hù)筒下放、澆筑、拔出施工作業(yè)時間長，工效低。

(2)鋼管柱基礎(chǔ)施工完成后，需要人工在孔內(nèi)下到鋼管柱底部在基礎(chǔ)混凝土部位鑿除杯口位置的混凝土，鋼管柱直徑小、深度大，加之內(nèi)部空間狹小通風(fēng)困難，人工作業(yè)面不足，造成施工周期長，安全風(fēng)險極高。鋼管柱底部混凝土人工鑿除，機(jī)械動力受限，無法精確控制標(biāo)高， 容易導(dǎo)致定位器安裝位置不準(zhǔn)確。

(3)根據(jù)傳統(tǒng)施工經(jīng)驗(yàn)，本項目一根鋼管柱從鉆孔開始到安裝完成需要15 d，周期長，無法滿足項目工期要求。

3 優(yōu)化后施工工藝

3.1 施工流程

鑒于原施工方案施工難度大、風(fēng)險高、工期長，無法滿足本工程實(shí)際施工需要?？紤]項目實(shí)際情況，結(jié)合原鋼管柱施工流程，對鋼管柱施工工藝做如下優(yōu)化(見圖3)：用地面定位平臺取代孔內(nèi)定位器，避免工人進(jìn)入到鋼管柱底部鑿除混凝土安裝定位器；取消了長鋼護(hù)筒，只保留鉆孔施工時2 m長護(hù)筒；簡化了施工流程，提高施工安全性和施工效率。

圖3 鋼管柱優(yōu)化后設(shè)計方案(單位：mm)

3.1.1 成孔及基礎(chǔ)施工

鋼管柱成孔除考慮自身外，還要考慮其底部基礎(chǔ)。成孔首先采用?1.2 m小直徑鉆頭引孔至設(shè)計標(biāo)高，然后再使用?2.0 m大直徑鉆頭鉆進(jìn)至設(shè)計孔深，最后再采用鉆頭加擴(kuò)孔器擴(kuò)孔至指定位置。鉆孔完成后，吊放樁基礎(chǔ)鋼筋籠并為后續(xù)鋼管柱定位平臺安裝做準(zhǔn)備。

3.1.2 鋼管柱定位平臺安裝

孔口定位平臺使用30H型鋼進(jìn)行加工，上表面設(shè)有2 cm厚鋼板作為調(diào)節(jié)平臺(如圖4所示)。在調(diào)節(jié)平臺下方提前澆筑混凝土施作鎖口圈梁。定位平臺中心點(diǎn)采用全站儀極坐標(biāo)法進(jìn)行測量定位，4個千斤頂沿鋼管柱四周成90°放置，千斤頂分別平行于定位平臺的橫縱兩邊，待4個千斤頂固定后，再次對中心點(diǎn)位復(fù)測，使定位平臺中心點(diǎn)與樁中心點(diǎn)重合，偏差控制在±5 mm。

圖4 定位平臺結(jié)構(gòu)(單位：mm)

3.1.3 鋼管柱吊裝、定位及校正

鋼管柱吊裝采用兩臺設(shè)備協(xié)同進(jìn)行三點(diǎn)起吊，輔助節(jié)上端設(shè)置兩個吊環(huán)，吊環(huán)采用20 mm厚鋼板制作，吊放鋼管柱前，用吊車配合人工將鋼管柱和輔助節(jié)連接好，并進(jìn)行相應(yīng)質(zhì)量檢測，符合設(shè)計及規(guī)范要求后，可吊放鋼管柱。

在鋼管柱底部向上8 m處沿管壁四周豎向每隔500 mm安裝一組螺旋千斤頂(千斤頂與套管間需注滿黃油，保證密封性)，一共安裝兩組(每組2個成90°布置)，保證工人操作空間。鋼管柱底部向上7 m處焊接內(nèi)法蘭作為操作平臺，內(nèi)法蘭采用14 mm厚鋼板、寬100 mm。在地表時對鋼管柱中心位置提前進(jìn)行確認(rèn)，并在鋼管柱內(nèi)壁固定引線點(diǎn)，便于內(nèi)部校核時確認(rèn)鋼管柱中心點(diǎn)。

鋼管柱上口固定后人工進(jìn)入鋼管柱調(diào)整螺旋千斤頂對鋼管柱垂直度進(jìn)行校正。鋼管柱在地表焊接完成后，與工具柱連接，并通過螺旋千斤頂對鋼管柱進(jìn)行定位(由于鋼管柱柱頂至地面深度約5 m，柱頂至地面設(shè)置工具柱，工具柱與鋼管柱之間利用16個M24高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接，工具柱長度7 m)。

3.1.4 鋼管柱基礎(chǔ)及鋼管柱混凝土澆筑

澆筑基礎(chǔ)樁混凝土至設(shè)計標(biāo)高，因澆筑混凝土過程中可能會對鋼管柱定位造成擾動，為減小施工誤差，混凝土澆筑后，在初凝之前對鋼管柱進(jìn)行二次校正，校正方法同第一次校正，以確保鋼管柱最終位置準(zhǔn)確。隨后鋼管柱外側(cè)采用回填細(xì)砂密實(shí)至輔助節(jié)底部，進(jìn)行蓋板段土方開挖，開挖至設(shè)計深度后，對鋼管柱伸出部分千斤頂進(jìn)行切割，并用與鋼管柱同等強(qiáng)度鋼板對4個千斤頂開口處進(jìn)行焊接補(bǔ)強(qiáng)、拆除輔助節(jié)，安裝柱頂鋼筋籠，澆筑鋼管柱混凝土。

3.2 施工注意事項

鋼管柱標(biāo)高及方向嚴(yán)格控制，現(xiàn)場以鋼管柱頂標(biāo)高為控制標(biāo)準(zhǔn)。作業(yè)人員在鋼管柱內(nèi)定位過程嚴(yán)格按方案安全要求進(jìn)行。注意鋼管柱焊接過程，對每節(jié)垂直度需復(fù)核后，才能進(jìn)入下一道工序。

3.3 施工效果

(1)在孔口安裝定位器使施工人員無須再下入鋼管柱底部定位，只需要下到鋼管柱中間部位定位即可，取消了人工下入鋼管柱底部鑿除混凝土杯口的工序，提高了施工工人的工作環(huán)境，降低了施工風(fēng)險。

(2)施工過程中只保留鉆孔時2 m長護(hù)筒，避免了鋼管柱護(hù)筒出現(xiàn)無法拔出的情況，減少了施工過程，提高了鋼管柱施工效率。

(3)經(jīng)過優(yōu)化后，鋼管柱施工效率大大提高，第1根鋼管柱施工實(shí)際由原方案的15 d降低到7 d，第2根鋼管柱僅僅施工了3 d就完成了。

4 結(jié)束語

該優(yōu)化工法在長沙地鐵施工中取得了良好的效果，具有廣闊的推廣應(yīng)用價值，為以后鋼管柱的施工優(yōu)化起到了良好的引領(lǐng)作用。