盖挖法地铁车站支撑柱施工新技术

盖挖法地铁车站支撑柱施工新技术

李少利,李丰果

(中铁隧道集团三处有限公司,广东深圳 518000)

摘要:为解决工程量大、工期紧的问题,对天津地铁文化中心站采用钢管柱新技术及无锡地铁市民广场站采用十字型钢柱施工新技术进行了介绍,并对2种施工技术进行了精度、进度、效益评价,由于其效益显著,可供类似盖挖法地铁车站支撑柱施工参考。关键词:盖挖法;钢管柱;十字型钢柱;先插法中图分类号:U 45

文献标志码:B

文章编号:1672-741X (2010)06-0675-03

New Construction Tec hnol ogy for Supporti ng Col u m ns ofM etro Stati ons

Constructed by Cut and CoverM ethod

LI Shao l,i L I Fengguo

(The 3rd E ng ineering C o .,L td.o f China Rail w ay Tunnel G roup,Shenzhen 518000,G uangdong,Ch ina)Abst ract :Due to the lar ge construction quan tity and ti g ht constr uction schedu le ,the ne w techno log ies of stee l pipe co l um ns and cross stee l co lu m ns are used in the constructi o n o fCu ltura lCenter Stati o n o fT ian jinM etro and C itizen Square S tation o fW ux iM etro respecti v e l y .The ne w technolog ies used are presented and the accuracy ,construction schedule

and efficiency o f these t w o techno l o g ies are eva l u ated in t h e paper .I n the end ,great efficiency is achieved.The paper can pr ov i d e re ference for si m ilar projects i n the f u ture .

K ey w ords :cut and cover m ethod;stee l p i p e co l u m n ;cross steel co l u m n ;steel pipe insta lling m ethod

0 引言

目前地铁施工中主要采用的方法有暗挖法、盖挖逆作法和明挖法等,由于施工过程中结构的安全性、经济性及交通影响等方面的因素,盖挖逆作法得到了广泛的应用。钢管柱及型钢柱,都是地下工程盖挖法施工的主要承重柱。传统的支撑桩、柱施工方法大多为钻孔桩浇筑混凝土完成后,在钢护筒的保护下,抽掉孔内泥浆,人工进入钢护筒凿除浮浆及桩头混凝土,人工根据测量点位在桩顶安装定位器,然后安装支撑柱,该方法不但需要投入大量的钢护筒,而且耗时较长。在参考文献[1-5]的基础上,对施工方法进行了改进,无锡地铁及天津地铁工程中分别应用了十字型钢柱先插法、钢管柱先插法施工新技术。

1 工程概况

1.1 天津市文化中心站

该项工程地处天津市市中心银河公园内,被友谊路、越秀路、乐园道、平江道包围。包括Z1线(地下3层)、5号线(地下2层)2座立体换乘车站,以及5号线西端区间(地下2层)和地下空间(地下1层),如图

1

所示。

图1 文化中心站平面示意图F i g .1 Layout of Cu ltura l Center S tati on

设计采用盖挖逆作法施工,钢管柱是逆作法施工中的关键工序,安装精度要求高,是车站结构的承力柱。本工程采用一桩一柱的承载方式,柱下基础为 2200

收稿日期:2010-07-21;修回日期:2010-11-05

作者简介:李少利(1974 ),男,内蒙通辽人,1996年毕业于辽宁工程技术大学,本科,高级工程师,主要从事市政及地铁施工管理工作。

第30卷 第6期

2010年12月

隧道建设

Tunnel Construction

Vo.l 30 N o .6Dec . 2010

钻孔灌注桩,孔深分别为42,61m ;钢管柱有 800和 10002种直径,壁厚20mm,高度分别为17,26m,共设计有123根钢管柱,钢管柱内浇筑C50高性能微膨胀混凝土。

1.2 无锡地铁市民广场站

无锡市民广场站为1号线(地下3层)及4号线(地下2层)换乘站,同时开发地下1层的下沉广场,如图2

所示。

图2 市民广场站平面示意图F ig .2 L ayout o f C itizen Squa re Station

4号线与1号线交叉口段采用盖挖施工方案,设计采用钻孔灌注桩内置十字型带翼板的型钢立柱做支撑构件,型钢柱按一桩一柱设计,共设计110根。下部桩基础为钻孔灌注桩,直径为2.0m,有效桩长达60m,桩的承载力最大为13123kN,采用C35水下混凝土。上部立柱为型钢柱,与结构板钢筋采用钢套筒(采用Q 345B 的低合金高强度结构钢)连接。型钢柱锚入桩基础2.0m,端部设600mm 650mm 50mm 端板,柱翼缘与底板间宜采用完全熔透的坡口对接焊缝连接,柱腹板及加劲板与底板间采用双面角焊缝连接。并设4个M 20的锚栓以加强端部的锚固力,柱四周设8c m 长的栓钉。

2 施工新技术

2.1 钢管柱施工技术

因工程量大,工期紧,决定采用!逆作法钢管柱深孔水下一次精确定位安装?的新技术。

基桩内吊放钢筋笼,利用地面平台及灌有混凝土的钢管自重先粗定位,再由人员进入钢管内,利用激光,通过旋转千斤顶的方式精调,使支腿牢固撑在孔壁上,再灌注混凝土。采用D2J3 L1激光垂准仪进行垂线测量以提高精度。

采用钢管柱取代钢护筒提供操作空间,先在钢管柱内浇筑一定高度的混凝土,既能阻隔钻孔桩泥浆进入钢管柱内,为人工到钢管柱中下部定位提供操作空间,又能利用混凝土和钢管柱自重平衡钢管柱在泥浆中的浮力,便于钢管柱的安装。钻孔桩继续采用泥浆护壁,不用抽排泥浆。钢管柱施工图见图3。

采用地表平台固定钢管顶部和地下螺旋千斤顶定位钢管下部的两点定位法,实现了钢管柱的一次

定位。

图3 钢管柱施工示意图

F i g .3 Sketch of constructi on o f steel p i pe co l umn

施工步序:钻孔桩成孔 桩基钢筋笼吊放 将已灌2m 高的钢管柱插入泥浆(增加重量,抗浮) 地表固定钢管柱 人工进入钢管柱内精确定位(利用地表

激光点,转动支腿固定) 浇筑桩基混凝土至设计标高 浇筑钢管内混凝土 钢管与孔壁间孔隙回填。

施工图片如图4,5所示。

(a)

地表定位平台照片

(b)底部螺旋千斤顶照片图4 地表定位平台及钢管底部螺旋千斤顶图片F ig .4 Construction pictures o f ground surface po siti oni ng p latform

and screw j ack

676

隧道建设

第30卷

(a)

地表定位平台

(b)双导管灌注混凝土

图5 地表定位平台及双导管灌注混凝土图片

F ig .5 P i ctures of ground surface positi on i ng platfor m and concre

ti ng t hrough double ducts

2.2 十字型钢柱施工新技术

因工程量大且工期紧,决定采用十字型钢柱先插法施工。采用以!短臂矫正长臂?为主,以!光反射定

位?为辅的方法控制垂直度。十字型钢柱定位原理如图6

所示。

图6 十字型钢柱定位原理图

F i g .6 P r i nciple of positi oning o f cross stee l co lu mn

型钢柱为工字钢十字型焊接,采用60mm,50

mmQ235B 钢板焊接,为加强型钢柱的刚度,型钢柱沿柱全高每隔1m 设35mm 厚的柱加劲板。十字形型钢柱的腹板与翼缘、水平加劲肋与翼缘的焊接采用坡口

熔透焊缝,水平加劲肋与腹板连接采用角焊缝,焊接要求达到一级焊缝。

上部型钢柱与结构板钢筋采用接驳器连接,锚入桩基础2.0m,端部设600mm 650mm 50mm 端板,并设4个M 20的锚栓以加强端部的锚固力,柱四周设8c m 长的栓钉。

短臂矫正长臂:首先用地面4m 高的定位平台,将型钢柱固定,平台上口、下口用螺栓调整来定位。

光反射定位:在型钢柱中心位置固定一PVC 管,管与型钢柱轴线平等,管长等于型钢柱长的2/3,在管底安装镜片,镜片始终保持水平,由定位架顶部发射光,若反射回光与发射点重合,既保证了管的垂直度,同时也保证了型钢柱的垂直度。

施工顺序:灌注桩成孔 桩基钢筋笼吊放 孔口地面定位架就位 吊放十字型钢柱 利用定位架及激光精确定位十字型钢柱 双导管灌注混凝土至设计标高 定位架拆移、孔口对型钢柱焊接固定 十字型钢

柱与孔壁间用砂粒回填。

十字型钢柱拼接、吊放、定位如图7

所示。

图7 十字型钢柱拼接、吊放、定位图片

F ig .7 Connecti ng,ho isti ng and positi on i ng o f cross stee l colu mn

3 定位精度评价

经测量,钢管柱垂直度达到了1/400的高精度,高

于规范要求的1/300;十字型钢柱垂直度达到了1/550的高精度,精度高于设计要求的1/500。钢管柱高程误差控制在#2mm 以内,十字型钢柱高程误差控制在#1mm 以内,充分体现了先插法的优势,通过孔口固定装置,使高程控制相对容易。钢管柱孔口平面位置偏差控制在#2mm 以内、孔底平面位置偏差控制在#5mm 以内;十字型钢柱孔口平面位置偏差控制在#2mm 以内、孔底平面位置偏差控制在#5mm 以内,满足垂直度精度要求。

4 应用效益

钢管柱:平均每天安装1根钢管柱,进度为传统方

法指标的2.0倍,最大限度地缩短了施工工期,使项目实现了按建设单位要求完成顶板的节点要求。估算本工程钢管柱单项施工成本可节约1000万元左右。十字型钢柱:平均每2d 完成1根十字型钢柱,进度为传统方法指标的2.5倍,最大限度地节约时间,提前完成了顶板及恢复交通的节点要求。

(下转692页)

677

第6期 李少利,等: 盖挖法地铁车站支撑柱施工新技术

3 提升设备的选择

3.1 罐笼提升的使用条件

在井底采用有轨运输时,为避免侧卸式矿车向吊斗内转载,宜采用罐笼提升。

3.2 各种吊斗的使用条件

在无轨运输时采用,由于无罐道绳,提升高度应不超过40m。目前城市地下工程施工中大多数仍采用吊斗提升,当提升量较小时采用普通电动葫芦提升,当提升量较大时则宜采用快速、安全的自卸式吊斗提升。

3.3 抓斗的使用条件

由于抓斗提升比吊斗提升安全,但设备费用高,使用成本高(折旧费用高、耗电多),且提升高度仍受到无罐道绳的限制,可在有现成设备且满足提升能力要求时采用。

4 结论与讨论

综上所述,目前竖井提升的方式各有其特点,各施工单位可根据要求的提升能力大小、现有设备情况和施工习惯选用。但在比较上述提升设备的基础上,新型的自卸式吊斗提升具有一定的优点。该提升方法2009年10月在北京地铁大兴线02标风井试运行,完全达到设计性能指标。新型自卸式吊斗提升技术和现有的电动葫芦提升相比,仅增加了造价不高的料斗平衡装置,其优点是卸碴快、节省人力和安全;该提升系统具有施工设备费用少、耗电量低、操作简单、安全性能好、提升能力大等优点,和现有常用的城市地下工程的同类提升设备相比具有明显的优势。新型自卸式吊斗提升技术必将在城市地下工程施工中得到广泛推广。

参考文献:

[1] 刘雨搏,金振东.竖井罐笼提升控制系统的设计与实施

[J].煤炭工程,2008(2):22-23.

[2] 林永桢.一项提升技术的革新[J].工程机械,2004,35

(11):56-57.

[3] 刘金鹏,刘万强,李定坤,等.金亭岭金矿竖井提升系统的

合理化改造[J].黄金科学技术,2010(4):84-85.

[4] 谭立坪.黄沙坪矿一号盲竖井提升系统的技术改造方案

和实施效果[J].采矿技术,2009(4):94-95.

[5] 沈捷.地铁竖井设计方案研究[J].隧道建设,2009,29

(2):194-205.

[6] 吴健薇.辅助竖井的方案比选和设计[J].云南冶金,2010

(2):20-23,57.

[7] 成都中铁隆工程有限公司.料斗自卸装置:中国,

ZL200920249824.7[P].2010-06-16.

[8] 成都中铁隆工程有限公司北京分公司.新型装土吊斗配

改进电动葫芦快速卸土装置研究报告[R].北京:成都中

铁隆工程有限公司北京分公司,2010.

(上接677页)

估算本工程十字型钢柱单项施工成本可节约800万元左右。

5 结论与讨论

钢管柱先插法施工的前提条件是钢管柱直径较大,人员能够进入钢管内,否则无法实现。地表定位平台相对比较笨重,均采用螺栓调移,且就位时间长。若工程量大,可考虑制作较大质量、自行式、液压定位装置,以提高精度及效率。灌注混凝土过程,混凝土导管接口需要特殊处理,避免挂钢筋笼或型钢柱,混凝土导管拔提过程对钢管、型钢柱有碰擦的现象,目前还没好的解决办法。

两盖挖法施工地铁车站,支撑柱均采用了针对项目实际情况改进的先插法施工,取得了良好的经济、社会效益,为类似工程提供了一定的借鉴与参考,对存在的一些问题仍需要不断总结和改进。

参考文献:

[1] 刘招伟.繁华城区大型地铁换乘车站修建技术[J].中国

铁道科学,2002(10):136-140.

[2] 李铁生,周生华.地铁车站盖挖法竖向支承构件设计方法

研究[J].结构工程师,2007(1):14-17.

[3] 郑辉.逆作法钢管柱施工过程中的质量控制[J].工程与

建设,2010(2):112-113.

[4] 韩振明.盖挖逆筑钢管中柱安装施工技术[J].科技情报

开发与经济,2005(8):303-304.

[5] 方茂贵,刘道田.地铁车站盖挖法施工方案的选择[J].铁

道建设,2005(1):40-43.

692 隧道建设 第30卷