盖挖逆作法车站钢管柱施工技术思考

刘朋

中铁十四局集团隧道工程有限公司 山东 济南 250014

1 工程概况

大剧院站是深圳地铁5号线工程的终点站，主要沿深南东路下方敷设。深南东路为双线8车道的主干道。车站总长度约292m，主体结构为两层多跨的箱型框架结构，顶板覆土约2.3～4.1m，底板埋深约20m，宽度9.1～34.4m，本站根据设计图纸及地连墙施工揭露地层显示，整体地质稳定，底板主要位于全风化花岗岩地层中。结合工程地质特征、工程水文特点、交通疏解和管线迁改条件、周边环境的控制标准及工期等，为减小对深南东路交通的影响以及出于对周边建构筑物的保护，本车站采用盖挖逆作法施工。本站共设计有55根钢管柱，其柱下桩基为Φ1800混凝土灌注桩，桩基上部为Φ1000的永久性钢管混凝土柱[1]。

2 工艺原理

由于钢管柱的平面误差为10mm，垂直度误差不超过1‰。为此大剧院站钢管桩施工采用后插入法施工，其技术的核心就是根据两点定位的原理，通过全套管全回转钻机压入垂直度满足要求的外套管，通过钢管柱管壁上的两块定位板约束钢立柱的位置和垂直度使之达到偏差小于10mm的要求，在柱下桩混凝土浇筑完成后、混凝土初凝前，将底端封闭的钢管柱垂直插入支撑桩混凝土中，直到插到设计标高[2]。

3 工艺流程要

4 控制要点

4.1 放线定位

4.1.1 现场技术主管根据设计图纸计算钢管柱的坐标，并形成坐标成果表，报设计单位复核。复核无误后，对现场测量人员进行交底；

4.1.2 测量人员根据坐标点位采用全站仪测量放线确定桩位坐标点，以“十字交叉法”引到桩位四周，全回转设备万能平台以外范围，并用短钢筋做好护桩，桩位中心点处用红漆做出三角标志；

4.1.3 点位放好之后必须进行复核，复核无误后请监理单位进行现场复核、签证。

4.2 全回转钻机就位

4.2.1 桩位点放样复核无误后，安装全回转钻机底部万能平台，使万能平台中心与定位中心重合；

4.2.2 测量定位施放桩中心点后，将全套管全回转钻机定位板吊放对中桩位，定位板的定位器中心与基础桩桩位中心在同一垂直线上，钻机就位完成后由施工单位复核无误后报监理单位复核确认。就位对中后，全套管全回转钻机可手动、自动调整水平度，满足要求后即可吊装钢套管入孔。

4.2.3 全回转钻机机组吊装就位后，仔细做好机组各设备的连接安装工作，确保各设备连接安装可靠，启动发动机。

4.3 吊装套管

本工程柱下桩基直径均为1.8m，钢套管选用外径2.0m，内径1.88m的钢套管。

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4.3.1 套管采用厂家定制加工，成品运输至施工现场；

4.3.2 在成孔套管使用前，对套管垂直度的检查和校正。首先检查和校正单节套管的垂直度，垂直度偏差应小于1‰，然后检查按桩长配置的全长套管的垂直度，并对各节套管编号，做好标记，按序拼装。

4.3.3 全过程中加强对钻孔垂直度的量测，必须保证量测次数不小于3次。垂直度的量测除机械自身控制外，还需采用高精度超声波垂直度测斜传感器进行实时测量监控：采用两台全站仪和一台超声波垂直度监测器进行实时监测。

4.3.4 全回转操作平台定位满足要求后即可回转驱动套管的同时下压套管，实现套管快速钻入地层，钢套管钻进时，采用全站仪测量垂直度，通过钻机控制套管垂直度，成桩垂直度偏差应小于3H/1000（H为桩长），且需控制桩位中心偏差不大于5mm，桩径允许偏差+50mm。

4.4 成孔

首先采用全回转钻机+全套管护壁+旋挖钻机取土方式施工至地面以下17m位置（底板顶部），套管段钻进采用全回转钻机钻进，套管压入超前，旋挖挖斗取土依次进行，在软弱地层取土面要保证高于钢套管底部2m；在钢套管进入强风化及中风化岩面后可超前取土不大于1m，钢套管及时跟进。全回转钻机钻进至地面以下17m处时套管停止跟进，后续孔内采用泥浆护壁形式进行支护。在全套管跟进至15m位置处，向孔内加入泥浆，泥浆比重控制在1.2～1.25，护筒内泥浆液面高度不低于地面以下1.5m，采用旋挖钻机继续成孔至设计标高位置。

4.5 终孔判定

4.5.1 建设单位、监理单位、设计单位、勘察单位及施工单位五方成立大剧院站钢管柱下桩岩层判定小组，指定具体负责人，并建立沟通协调机制；

4.5.2 成孔深度进入中风化岩层后，需要施工单位现场技术人员通知各单位相关负责人到现场确认成孔深度，岩层状态等信息；

4.5.3 各方对岩层判定完成后，施工单位应继续钻进至设计孔深，并进行终孔，各方签署终孔确认单。

4.6 清孔

清孔分二次进行，第一次清孔在成孔完毕后立即进行，通过高压空气把桩孔内悬浮的大量钻渣的泥浆通过导管进入分离设备，沉渣分离出来以后，将净化的泥浆排入孔内，直到清除孔底沉渣。第二次清孔在下放钢筋笼和导管安装完毕后进行，再次检测沉渣厚度，如果沉渣厚度超过规范要求，则进行二次清孔，如果达标，则不需进行。

4.7 钢筋笼及钢管柱吊放

钢筋笼在现场加工制作，一般采用加劲箍成型法，钢筋笼制作所用的钢筋规格、数量及焊接制作的质量要求严格按照设计图纸和有关规范要求进行，钢筋笼制作偏差应严格控制在允许偏差范围内。钢筋笼制作成形后，应会同监理人员进行验收。钢管柱采取委外加工，场地内设专用堆场放置钢管柱及钢套管，上设篷布遮盖防雨，以防其锈蚀。钢筋笼及钢管柱采用1台履带吊和1台汽车吊进行吊装。钢管柱安装过程中注意对声测管的保护，吊装入孔时钢管柱预留孔槽与声测管对准，当声测管穿过定位法兰及牛腿预留孔槽时，严禁钢管柱旋转。

4.8 桩基混凝土浇筑

采用提升隔水栓法灌注首批混凝土，即开灌前储料斗内必须有足以将导管的底端一次性埋入水下混凝土中1.0m以上深度的混凝土储存量。混凝土浇灌的上升速度不得小于2m/h，随着混凝土的上升，要适时提升和拆卸导管，导管底端埋入混凝土面以下一般保持2～4m，不宜大于6m，也不得小于1m， 严禁把导管底提出混凝土面，避免造成断桩。在水下混凝土灌注过程中，安排专人测量导管埋深，填写好水下混凝土灌筑记录。水下混凝土的灌注应连续进行，不得中断。

4.9 钢管柱安装

4.9.1 柱下桩基础混凝土浇筑完成后立即进行钢管柱安装，钢管柱安装前必须用全站仪对柱位点及标高重新复测并引至钢护筒边做标记或其他固定点加以保护并请监理单位进行现场复核、签证。

4.9.2 钢管柱的垂直度通过定位板控制，定位板的尺寸比钢套管内径小10mm，一个定位板安装在委外加工5m长的Φ1400工具柱的下方，另一个定位板安装在钢管柱上，两定位板在整个钢套管长度内垂直偏差小于10mm，钢套管长度为20m，垂直精度可以满足设计要求。

4.9.3 刚开始下放永久性钢管柱时，由于钢管柱的自重，钢管柱能自由下入孔内一定深度，当浮力大于钢管柱重量后，采用旋挖机及柱内加水的方式压入，因为有定位板的约束，钢管柱的位移水平和垂直方向上只有10mm偏差，可以满足钢管柱安装的设计要求精度，通过钢管柱顶部连接的工具柱控制钢管柱插入深度，至设计标高。

4.10 钢管柱外侧填筑砂石

当桩基混凝土达到一定强度后，即可对钢管柱四周进行砂或碎石回填，在钢管柱四周设置溜槽均匀填入，边回填边将孔内泥浆排除。碎石回填高度与钢管顶标高以下300～500mm。钢管柱上部待工具柱拆除后回填。

4.11 柱内混凝土浇筑

钢管柱插入桩基混凝土且四周回填后，此时仍将工具柱与钢套管采用钢筋连接牢固，控制好柱顶标高，即可进行钢管柱柱内浇筑混凝土，混凝土采用直径Φ250，壁厚4mm无缝钢管浇筑C50微膨胀混凝土，混凝土浇筑至钢管顶位置停止浇灌。

4.12 钢套管拔出

待柱内混凝土初凝后，拆除工具柱，将全回转钻机就位拔出钢套管。必须待柱内混凝土初凝后对钢管柱上部用石屑或砂回填至原始地面下250mm处；其余采用250mmC30混凝土硬化，防止大型机械行走对钢管柱的挤压造成变形。

5 结束语

对于盖挖逆作法施工车站，钢管柱的垂直度控制贯穿于整个施工过程中，主要是通过控制钢套管的垂直度、柱下桩基的垂直度、钢管柱本身的垂直度及插入过程中钢管柱的垂直度来控制。