HPE 液压垂直插入钢管柱技术在地铁深基坑施工中的应用

刘怀珠

（中铁二十二局集团轨道工程有限公司，北京 100000）

1 研究背景及意义

1.1 工程概况

坪山围站为16 号线与14 号线的T 型换乘站，两站设置联络线，站址位于深汕公路、坪山大道与建设路十字交叉口下方。建设路规划道路红线宽31 m，现状道路宽14.6 m，为双向四车道。深汕公路、坪山大道均为深圳市坪山区主干道。14 号线坪山围站沿坪山大道南北方向敷设。16 号线坪山围站位于十字路口西南侧坪山围村及六合城二期地块内，现状为密布的3～6 层民房。

14 号线与16 号线之间的联络线与3 号出入口。换乘大厅位于16 号线坪山围站北侧、14 号线坪山围站西侧，采用盖挖逆作法施工；3 号出入口位于联线的西北侧，与联络线基坑同期开挖。换乘大厅结构柱采用Ф800，t=20 mm 永久钢管混凝土立柱，数量为104 根。

1.2 HPE 液压垂直插入机工作原理

根据两点定位原理，将HPE 垂直插入混凝土桩基后，将一系列耐用的钢管垂直插入混凝土桩基，钢管垂直固定在混凝土桩基上。在混凝土第一次凝固之前，高度根据两个垂直给料机的液压HPE 进行设计。首先将钢管柱垂直吊在液压垫上，然后用液压垫将钢管柱牢牢固定，然后测量钢管柱的垂直度。同时，驱动上下液压垂直插入装置，将钢管柱向下插入。立柱钢管固定牢固后，液压定位器向上旋转，通过两个垂直液压插入装置向下引入一系列钢管。重复上一步，直到插入设计深度。

1.3 施工工艺

工艺顺序：桩基吊装（钢管柱顶部钢管套长度）→基础混凝土延迟浇筑→垂直HPE 液压插入定位检测→HPE 立管设置找平→钢管柱卷起（含工具线）→钢管柱安装→插入HPE 液压插入柱立管柱→重力平衡→固定管柱孔钢筋→钢管柱周围填砂→拆除工具线→更换垂直液压插入柱HPE →将钢管柱和钢筋笼降低到混凝土中→填充桩基，嵌入并移除HPE 钢护筒。标记卷收器、HPE 和桩基的中心。再次确定桩位后，将HPE 液压打桩机和HPE 垂直打桩机的中心位置设置为与桩位中心相同的垂直线，HPE 液压插件位于定位器的中间。经过适当的压缩后，可以手动或自动调整HPE 进液压机的调平液压，以确保虚拟性和均匀性，检查中心位置，并在满足要求的条件后维修HPE 液压机。永久性钢管链可封闭在孔内，将HPE机插入永久性钢管排。攀爬柱的顶部高度大约低于地面覆盖物，垂直可插拔液压HPE 机器在原始板上工作。因此，要连接永久性钢管柱，必须使用相同直径的轴工具。在达到施工标高之前，将钢管插入桩基的混凝土中。机械定位后，用HPE 垂直插入机卷起钢管。在第二个法兰上钻孔后，HPE 垂直插入机将钢柱牢固固定，然后测量钢柱的垂直度。满足要求后，将垂直传感器安装在第二个法兰上方。当调整吊环以重复使用钢管柱的自重时，钢管柱可以自由地从孔中移除。如果浮力大于钢管柱的重量，用HPE 插杆机将钢管固定牢固，将钢管入口闸门压入孔内，插入液压装置。当插入混凝土中时，可以重新测量钢管的角度。此时，可通过钢管底部的传感器，根据垂直风速计反射的信号计算钢管的直角。在满足垂直要求后，如果不满足混凝土插入冲头的要求，可以调整HPE 垂直插入机的平面度，直到满足钢管柱的垂直要求。垂直高压油管机插入钢管柱后，在钢管柱周围埋设砂石。为确保衬里紧密，砾石的粒度不得大于25 mm。在触发过程中，支架的设计是为了防止钢管柱的故障。如果靠近钢管柱顶部，必须确保手动从工具柱上移除所需的工作空间。钢管填充柱顶层小于60 cm，取下立柱工具后填充尖端。

1.4 HPE 液压垂直插入钢管柱施工，如图1

图1 施工流程图

浇筑基础桩混凝土，考虑插入钢管柱的需要，基础桩的混凝土需要一定的缓凝时间，缓凝时间不应小于混凝土运输时间、浇筑时间、HPE 插入机就位时间、插入时间的总和。按常规情况考虑。

1.5 施工要点

将HPE 引入钢管时，在混凝土延迟桩基础中需要一定的工作时间。为了将钢管准确灵活地固定到基桩的设计高度，基桩的混凝土必须有一定的延迟时间。如果延迟时间太短，则后钢管正常插入的延迟时间过长，影响插入后钢柱的稳定性。混凝土拌和前，对满足施工要求的滞回混凝土进行配合比设计和试验。本方案混凝土运输时间设定为1 小时，具体注水时间设定为2 小时，HPE 机凝结时间设定为4 小时。钢柱的安装和调整时间为6 小时，总时间约为13 小时。由于其他原因，8 小时的预订时间已被更改。钢管柱安装完成后，将沙子放置在钢管柱外7 个小时，HPE每隔12 小时移动一次（最多40 小时）。延期混凝土的延期时间为21～40 小时。钢管柱的制造和安装采用Q345B 钢，材料必须符合国家和行业标准。根据设计图纸和工艺要求，支管生产过程中必须保证焊接、切割、铣削和其他添加剂的收缩。焊接质量必须符合设计焊接质量等级，焊接强度不得低于管道厚度钢管构件尺寸标注的允许偏差：在立柱装置前进行超声波检测。钢管用于内部焊缝检验，符合设计要求的焊接质量标准。钢管柱安装时必须满足允许的偏差。钢管的原始设计中需要增加一个封头，封头位于钢柱底部。其主要功能是：锥形封头克服混凝土减速机的浮力，锚固在管道基础的高度设计上，可有效防止钢管进入立柱。本工程屋面距原地面5.6 m，钢管上部标高距原地面5.6 m。由于HPE 立式液压插入机无法将受拉钢管直接运输到设计高度，因此必须延长受拉钢管原始设计中相应长度的受拉工具。工具柱的长度不小于垂直于HPE 的液压机的高度，但从钢管柱顶端到接地2 m。为保证钢柱的形状精度，钢柱加工工具的材质、质量和直径与钢柱相同。为了正确调整钢管柱上的柱工具，必须将柱帽连接到每个钢管柱上。柱帽的高度为500 mm。只需将工具柱内径插入柱帽外径，工具柱与钢管柱同轴。钢管柱的防腐必须符合《工业建筑钢结构涂装前防腐设计标准》（GB50046-2008）和《防腐类型》（GB to T 8923.1-2011）的规定。本工程钢管柱为穿孔钢管柱，安装钢管柱前必须进行防腐工作。为了防止由于基坑和基坑出口前的浸水对钢管外壁造成腐蚀，钢管柱及其附件尤为重要，结构维修难度较大。高强度螺栓连接件连接面防腐等级不低于SA2。在无机镀锌密封件之间的间隙中插入耐腐蚀密封剂。螺钉和螺母必须进行热浸镀锌保护，安装后，必须采取与主体结构相同的防腐措施。防腐涂层为厚度为200μm 的环氧树脂涂层，其厚度不必与200μm 匹配。钢管及其附件必须符合消防要求，防火等级为一级，漆膜厚度根据所选材料确定。

2 在深基坑施工中的应用

2.1 试验及钢柱垂直度检测

钢管混凝土柱试验，综合考虑混凝土运输路线、混凝土桩的混凝土量、混凝土浇筑时间、插入机的垂直水压和钢管柱的引入时间，混凝土的停留时间必须小于36 小时，16 小时后不得添加混合料，混合物的二次漂白不得小于10 cm。钢管柱施工前，专业检验人员根据上述技术条件确定合适的配合比，以保证钢管柱间混凝土的质量。重点监测钢管混凝土柱插入部分的含石量和设计，采用抽样方法确保孔内混凝土质量。

2.2 深基坑支护的技术要求

基坑的开挖深度在增加。根据建筑物的功能和城市发展的需要，利用建筑物的地下空间已成为一项紧迫的任务。基坑开挖深度从20 m 左右持续扩大15 m左右。特别是在一些沿海城镇，工程地质条件越来越难以满足深基坑开挖的要求。此外，周边建筑与当地管道对齐。这些因素阻碍了基坑的开挖和支护。

随着桩基深度的不断变化和功能要求的不断提高，基坑支护技术越来越多，如预制桩、钢板、锚墙、地下连续墙等。同时，根据基坑支护的不同要求，提出了桩、墙、锚杆等多种联合支护技术。支撑系统的故障将导致一些重大问题，这些问题将导致周围建筑基础混乱，干扰附近道路的正常运行，并造成严重的基础损坏和损失。基坑周围环境复杂多样。在人口密集的城市交通区域，高层建筑和高层建筑集中在广场、医院、学校和其他重要公共场所附近。地基周围的建筑都很古老，地下管线连接紧密，地铁线路也穿过。因此，深基坑提升既保证了基坑的稳定性，又不影响基坑附近的建筑物和构筑物。

深基坑支护技术要求，深基坑支护、基坑边坡稳定性和基坑高度的重要控制指标，即地下的处理是基础施工中必须考虑的重要因素。地下水特别是有限水对基坑施工的影响是影响基坑施工质量的重要因素。为了保证防渗的连续形成，有必要选择适合该层的施工工艺。为了避免基坑开挖过程中出现这些问题，必须对基坑支护提出严格的技术要求。采用先进的施工工艺，结构简单，力学性能稳定是保证基坑稳定的关键。支护体系能达到良好的护土防水效果，保证基坑四壁的稳定。本工程地下及周边管线必须进行安全调整。确保相邻建筑物基础的稳定，保证基础施工的顺利进行。基坑开挖和支护应避免干扰相邻建筑物的基础。采取降水和排水措施，确保地下水位在适当范围内。

2.3 质量保证措施、人员组织与安排

（1）项目经理部成立质量管理小组，项目经理及总工程师任正、副组长，成员由质量、施工、技术、物资、试验等部门负责人及各作业班长组成，组织质量管理工作。基层施工人员配备熟练的技术工人，并按工序组织工班，选择有丰富施工经验及一定管理组织才能的人员担任施工员及班组长。（2）专业工种人员作到持证上岗。新工人、变换工种工人上岗前对其进行岗前培训，考核合格后上岗。（3）建立健全岗位质量责任制，明确各级人员的质量责任，作到每道工序的质量都专人负责，建立严格的考核制度，将质量与经济效益挂钩。

2.4 存在问题和改进措施

HPE 液压垂直插入技术处于国内领先水平，有几个方面需要改进，有必要进一步提高HPE 插入器的液压性能。目前，国内市场广泛使用的HPE 插桩机在小直径钢柱、桩长、平埋深度等方面具有显著优势。然而，在水电站项目中，使用大直径、长长度钢柱造成了能源短缺的问题。施工过程中钢管柱的截面尺寸和体积较大，插入过程中钢管柱的截面尺寸和体积较大。桩孔保护板产生更大的升力，以防止桩顺利插入。此外，钢管柱插入混凝土较深，钢管柱与混凝土之间的摩擦产生很大阻力，阻碍钢管柱的顺利施工。

HPE 插件的垂直调整范围较小，因此无法调整大挠度钢管柱。在钢管正确插入之前，施工人员必须用经纬仪检查和调整两个方向的顶点。HPE 插入器没有用于坐标定位的自动纠错装置，只能依靠插入器定位前的位置。坐标定位的精度取决于地震的探测和定位。在机械工程中，HPE 插入器容易移动大直径钢管，在最终坐标调整过程中中心偏差大。

3 总结

HPE 液压垂直插入技术不需要手动钻孔，安全风险是为了确保垂直堵塞高压油管机上施工人员的安全，减少人为因素。钢柱插入混凝土柱上部后，通过安装在钢柱下部的位移传感器，通过计算机反射的信号检测钢柱的垂直度。为保证插入式钢柱的直角符合要求，其直角可达到1.500 至1.720 0。为保证施工质量，采用现代施工机械在钢管柱上垂直插入高液压管的施工方法。与现有施工工艺相比，施工方案简单，施工速度快。钢管柱平均安装时间10～20 h，钢管柱施工时间70%以上。高压油管的垂直插入技术大大减少了建筑材料和劳动力的投资。例如，无需手动将定位器插入防护墙并定位长钢壳。因此，投资成本增加了30%以上。它具有广泛的实用价值和应用可能性。与人工二次定位方法相比，定位精度高，可以缩短施工周期，保证人员安全，降低风险。另外，由于无需埋设钢管外筒，大大降低了施工成本。由此产生的粉尘和噪音也低于传统的施工方法，具有很大的环境优势。