張 升

（中鐵五局集團第一工程有限責任公司，長沙 410117）

鋼管柱是地鐵車站蓋挖逆作法施工中的重要承重結(jié)構(gòu)，是地鐵暗挖車站的關(guān)鍵分項工程之一，其具有施工難度大和精度要求高的特點，受施工空間的約束，逆作鋼管柱各道工序與地面施工工藝不同[1-2]。

目前諸多學者結(jié)合具體工程項目，通過對鋼管柱施工的概念設(shè)計優(yōu)化等多種分析手段開展研究并取得了一系列的成果。張子真等[1]改進了蓋挖逆作法中柱和中柱基樁施工中鋼套筒、定位器施工技術(shù)。趙玉璽[2]研究蓋挖逆作法地鐵車站中間樁柱施工定位裝置。范重等[3]建立了3 個低軸壓比鋼管柱在水平往復(fù)荷載下的模型試驗，并運用了非線性有限元法計算分析其變形性能。劉仲洋等[4]對3 個足尺寸的邊柱節(jié)點進行了靜力加載試驗。李國強等[5]采用了多種手段，研制了單向（邊）高強螺栓緊固件、反向平衡法蘭連接技術(shù)和螺栓預(yù)拉力直接張拉法設(shè)備。王燕等[6]運用了ANSYS 有限元軟件對裝配式鋼管柱-組合螺栓連接節(jié)點試件數(shù)值模擬分析。李杰等[7]建立了鋼管混凝土拱肋及塔架有限元模型。因此，本文以長沙地鐵1 號線6 標黃土嶺站為背景，為了解決鋼管柱施工精度高、控制難度大的施工問題，通過調(diào)查分析施工過程中的儀器選擇不當、鋼管柱外側(cè)加固不牢及單人焊接應(yīng)力變形大等重要因素，并采取了有效的措施對其施工精度進行控制。

1 工程概況

1.1 工程簡介及設(shè)計情況

長沙地鐵1 號線6 標黃土嶺車站總長373.456 m，標準段總寬34.06 m。標準段基坑深度約為18.8 m，換乘節(jié)點基坑深度約為23.8 m。車站范圍內(nèi)南北路面高差較大，約為4 m。

車站采用全蓋挖逆作法施工，主體圍護結(jié)構(gòu)采用1 000 mm 厚的地下連續(xù)墻，各層樓板作為支撐體系使用，本車站共有鋼管柱74 根，鋼管柱采用直徑800 mm、壁厚20 mm 的鋼管混凝土柱（柱長14～21 m），柱下設(shè)直徑2 000 mm 的獨立樁基（樁基長11～20 m，成孔深度29～41 m），上部鋼護筒采用直徑2 m、壁厚16 mm 鋼管（鋼護筒長18～25 m，鋼護筒嵌固深度3.5 m），換乘節(jié)點段樁基在使用階段兼作抗拔樁（結(jié)構(gòu)形式如圖1）。

圖1 鋼管柱與中間樁基連接圖

1.2 主要施工難點

1）鋼管柱施工精度要求高，安裝控制難度較大。

2）鋼管柱施工（混凝土澆筑、鋼管柱定位）在地下較深，柱內(nèi)缺氧，對職員健康等危害較大。

3）工期緊，場地狹小，交叉作業(yè)多，施工組織與協(xié)調(diào)困難。

2 現(xiàn)場調(diào)查及結(jié)果

2.1 現(xiàn)場調(diào)查

2013 年9 月，根據(jù)CECS28∶90《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》對黃土嶺已施工鋼管柱進行了現(xiàn)場調(diào)查。隨機抽取10 根已施工鋼管柱，采用鉛垂線（3 kg）、水平鋼尺、萊卡TS06 全站儀和DS32 水準儀進行了現(xiàn)場觀測，調(diào)查結(jié)果見表1。本次總計檢查了180 個測量點，其中有159 個合格點，平均一次安裝合格率為88.3%。由此可見，鋼管柱垂直度差在鋼管柱一次性安裝合格率影響因素中的比重為76.2%，是影響鋼管柱一次性安裝合格率的主要因素。而鋼管柱孔口固定不及時在影響因素中的比重僅為9.5%，鋼管柱頂中心位置偏差大，鋼管柱頂面高程誤差大，鋼管柱焊接質(zhì)量差在影響因素中的比重均為4.8%。

表1 鋼管柱調(diào)查

2.2 調(diào)查結(jié)果

對主要因素制訂了確認計劃，根據(jù)確認的要求和標準，并采用了現(xiàn)場驗證、調(diào)查分析和檢測等多種分析手段對主要因素進行研究。研究表明，儀器選擇不當、鋼管柱外側(cè)加固不牢及單人焊接應(yīng)力變形大是影響鋼管柱安裝精度的主要因素。而未進行崗前培訓(xùn)、交通擁堵、卷板機加工精度低、吊裝過程碰撞彎曲、原材進場檢驗不仔細、設(shè)備檢修不及時、人員未按施組配備、設(shè)備未按施組配備和測量儀器未經(jīng)檢驗為次要因素。

3 主要因素及控制

根據(jù)調(diào)查結(jié)果中的主要因素，制訂對策措施表，見表2。

表2 對策措施

3.1 儀器選擇不當

措施及效果：2013 年10 月采用了D2J3-L1 激光垂準儀，取代了線測量，儀器經(jīng)過了湖南省計量檢測研究院檢測合格并投入了使用；對技術(shù)人員進行了新儀器使用教學，使其熟練掌握儀器操作。使用D2J3-L1 激光垂準儀進行基礎(chǔ)中心放樣后，基礎(chǔ)中心檢測了已施工的4 根鋼管柱，已達到目標井下20 m 深度，基礎(chǔ)中心誤差±5 mm。放樣檢測結(jié)果見表3。

表3 鋼管柱基礎(chǔ)中心放樣檢測 mm

3.2 鋼管柱外側(cè)加固不牢

措施及效果：2013 年9 月研究了鋼管柱外側(cè)加固方式，避免杯口澆筑中鋼管柱底部發(fā)生位移導(dǎo)致鋼管柱垂直度差。由原定為鋼筋焊接固定方式改為制作單項固定頂托進行鋼管柱外側(cè)固定，并增設(shè)鋼管柱底部杯口處預(yù)制連接件，如圖2 所示。經(jīng)過多次試驗采用單項頂托及預(yù)制連接件固定件，如圖3 所示，于2013 年10 月對已施工的4 根鋼管柱進行杯口澆筑過程中的垂直度測量，見表4，結(jié)果顯示在杯口底部的單項頂托加固后，鋼管柱垂直度均控制在3 mm 以內(nèi)。

表4 鋼管柱垂直度檢查表

圖2 增設(shè)鋼管柱底部杯口處預(yù)制連接件

圖3 單項頂托及預(yù)制連接件固定件

3.3 單人焊接應(yīng)力變形大

措施及效果：2 名焊工同時對稱焊接每節(jié)鋼管接縫，現(xiàn)場焊接如圖4 所示；改進后，焊接完成鋼管柱效果如圖5 所示。焊接后，技術(shù)員采用超聲波探傷檢測了已施工的環(huán)向?qū)涌p，進而檢測錯邊和彎曲矢高，檢測結(jié)果見表5。檢測表明：最大對口錯邊為2 mm、彎曲矢高為4 mm，均達到了控制技術(shù)要求。

表5 鋼管柱現(xiàn)場環(huán)形焊縫檢測表 mm

圖4 現(xiàn)場改進焊接方式

圖5 改進后焊接完成鋼管柱效果

4 控制結(jié)果及效益

4.1 控制結(jié)果

2014 年1 月已完成黃土嶺站西側(cè)倒邊范圍內(nèi)的鋼管柱35 根，歸納整理了鋼管柱進行的全部檢測數(shù)據(jù)，見表6，共200 個檢測點，其中193 個合格點，一次安裝合格率達到了96.5%，相比之前的鋼管柱合格率提高了8.2%。

表6 控制后的鋼管柱合格率檢測

4.2 社會經(jīng)濟效益

2013 年7 月至今，黃土嶺站共施作了鋼管柱32根，鋼管柱垂直度均控制在允許偏差范圍內(nèi)，柱芯的混凝土完整性好，最大限度地縮短了地鐵車站整體工期?？刂坪?，鋼管柱一次安裝精度提高，鋼管柱調(diào)查結(jié)果見表7，對各階段目標順利完成創(chuàng)造了有利條件。在確保車站主體結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全前提下，達到了預(yù)期的效果，共節(jié)省費用465 500 元：間接費用411 500元（職工薪酬350 000 元+其他管理費用61 500 元）+其他直接費用54 000 元（租賃圍擋、活動板房、臨時水電和泥漿池等），取得了顯著的經(jīng)濟效益。

表7 鋼管柱調(diào)查

5 結(jié)論

1）分析了鋼管柱施工難點，其具有施工難度大、精度要求高、風險較大和協(xié)調(diào)困難的特點。

2）儀器選擇不當、鋼管柱外側(cè)加固不牢及單人焊接應(yīng)力變形大是影響鋼管柱安裝精度的主要因素。而未進行崗前培訓(xùn)、交通擁堵、卷板機加工精度低、吊裝過程碰撞彎曲、原材進場檢驗不仔細、設(shè)備檢修不及時、人員未按施組配備、設(shè)備未按施組配備和測量儀器未經(jīng)檢驗為次要因素。

3）通過重新選購激光垂準儀，對鋼管柱外側(cè)改進原有鋼筋加固方式，形成單邊頂托調(diào)節(jié)加固方式，采用2 人對稱同時進行焊接，控制了鋼管柱精準安裝，從而提高了施工精度，并控制了施工成本。