地铁车站基坑钢支撑施工工艺

地铁车站基坑钢支撑施工工艺

【内容提要】：

本地铁车站采用钻孔桩+钢支撑做前期支护，文章内容介绍钢支撑的安装及支护。

【关键词】：地铁；基坑；钢支撑；钢围檩；

1.工程概况

哈尔滨南站站为哈尔滨市轨道交通一号线一期工程的起始站，结构设计为双柱三跨双层矩形结构和单柱双跨双层结构。SK0+41.400～SK0+193.250采用明挖施工，SK0+193.250～SK0+294.400采用盖挖法施工。车站基坑开挖深度为18.1m～14.2m，标准段宽19.4m，周边建筑物多，因此，本站主体基坑围护结构安全等级为一级，结构重要性系数为1.1，基坑环境保护等级为一级，地面最大沉降量≤0.1%H，围护结构最大水平位移≤0.14%H(H为基坑开挖深度)；即地面最大沉降量14.2㎜；围护结构最大水平位移20㎜。

车站标准段采用钻孔桩+钢支撑支护。明挖段基坑支撑采用4道φ609钢管支撑，第一道钢管支撑壁厚为12㎜，其余三道钢管撑壁厚为16㎜，钢管撑水平间距为4米；盖挖段采用车站顶板作为第一道支撑，除此之外还需要架设3道钢管撑，钢管撑壁厚为16㎜，钢管撑水平间距为3.5m。车站明挖段采用4道φ609钢管撑，第一道钢管撑轴力设计值275KN，第二道钢管撑轴力设计值为1837.6KN，第三道钢管撑轴力设计为2270KN，第四道钢管撑轴力设计值为1614.25KN；明挖段斜撑轴力设计值分别为：第一道为388.97KN，第二道设计值为2599.15KN，第三道设计值为3210.75KN，第四道设计值为2283.24KN。盖挖段处采用3道φ609钢管撑及顶板作为第一道支撑，第二道钢管撑轴力设计值为1519KN，第三道钢管撑轴力设计值为1815KN，第四道钢管撑轴力设计值为1781KN；盖挖段斜撑设计值分别为：第二道设计值为2148.52KN，第三道设计值2567.19KN，第四道设计值2519.10KN。明挖段支撑预加力分别为：N1=200KN、N2=300KN、N3=500KN、N4=400KN。盖挖段支撑预加力分别为：N2=300KN、N3=500KN、N4=400KN。明挖段围护结构最大水平位移为12.8㎜，最大竖向位移14㎜；盖挖段最大水平位移为8.1㎜，最大竖向位移7.8㎜，均满足地面最大沉降量≤0.1%H，围护结构最大水平位移≤0.14%H的要求。车站明挖段整体稳定系数1.421，盖挖段整体稳定安全系数为1.42，均大于1.3，满足规范要求。钻孔灌注桩为Φ800mm@1200mm的钢筋混凝土围护桩。桩顶设冠梁，混凝土强度等级为C30，围护桩间挂网喷混凝土，强度等级为C20，厚度200mm。主体围护结构共有钻孔灌注桩477根，其中A型桩200根，桩长24m,B型桩75根，桩长23米，C型桩202根，桩长21米。

2．钢支撑施工

2.1支撑施工流程图

2.2钢支撑安装哈尔滨地铁一期工程10标段哈南站站，标准段钢支撑由南至北共计63排，开挖段由上至下4道，盖挖段由上至下3道，标准段留有支撑轴力的分别有以下：

第2排、10排、17排、26排、36排、41排、50排、58排、63排。共计9排其轴力计的长度均为180㎜.

南端头和北端头的最长斜支撑分别设有轴力计，南端头2根，北端头2根，其轴力计的长度为180㎜。

2.3第一道钢支撑安装在冠梁上，使用22B 工字钢制作的吊篮作为安装托架，钢支撑端头支撑在冠梁上。

2.4每段土方分层开挖至支撑架设高度后，立即测放出支撑架设的位置线，安装三角架钢板，然后吊装锚固围檩支托，接着吊装钢围檩，检查围檩与围护桩水平连接牢固后，再吊装钢支撑。钢支撑吊装就位后，及时检查各节点的连接情况，及承压面是否平整，支撑与围檩轴线方向是否垂直等。如支撑端头与围檩接触面尚未平整，用钢片填塞垫平，以防钢支撑偏心受压，见流程图.

2.5钢支撑施工的技术要求

①第一道支撑撑在冠梁上，待冠梁混凝土强度达到设计强度的80%才能安装钢支撑并施加轴力。

②拆除每道钢支撑前，确保已施做的结构混凝土强度达到设计强度的80%。

③拆除每道钢支撑时，根据测量结果，必要时采取换撑等加固措施。

④在支撑达到正常使用前，不得超挖下层土体。

⑤钢腰梁应紧靠围护桩平面，如有空隙应用鍥铁填充，并保证钢腰梁与围护桩接触面积。

⑥基坑开挖阶段钢支撑上施工荷载不得大于0.5KN/ m，竖直方向不得附加施工荷载。

⑦横撑安装位置允许偏差为：高程±50mm，水平间距±100mm。

2.6焊接要求：

A.钢支撑焊接采用气体保护焊，施焊前，焊工应检查焊接部位的组装和表面清理的质量，如不符合要求，应修磨补焊合格后方能施焊。各种焊接方法焊接坡口组装允许偏差值坡口角度a1=45°允许偏差0°～+10°

坡口尺寸b=0～3㎜允许偏差0,+1.5㎜

B.搭接接头及T形角接接头组装间隙超过1mm或管材T、K、Y形接头组装间隙超过1.5mm时，施焊的焊脚尺寸应比设备机要求值增大。但T形角接接头组装间隙超过5mm时，应事先在板端堆焊并修磨平整或在间隙内堆焊填补后施焊。

C.严禁在接头间隙中填塞焊条头、铁块等杂物。

D. 焊接作业区风速当气体保护电弧焊及药芯焊丝电弧焊错过2m/s时，应设防风棚或采取其他防风措施。

E.焊接作业区的相对湿度不得大于90%。

F.当焊件表面潮湿或有冰雪覆盖时，应采取加热去湿除潮措施。

G. 严禁在承受动荷载且需经疲劳验算构件焊缝以外的母材上打火、引弧或装焊夹具。

H. 不应在焊缝以外的母材上打火、引弧。

J. 手工电弧焊和气体保护电弧焊焊缝引出长度应大于25mm。其引弧板和引出板宽度应大于50mm，长度宜为板厚的1.5倍且不小于30mm，厚度应不小于6mm。

K.焊接完成后，应用火焰切割去除引弧板和引出板，并修磨平整。不得用锤击落引弧板和引出板。

L.定位焊必须由持响应合格证的焊工施焊，所用焊接材料应与正式施焊相当。钢衬垫的定位焊宜在接头坡口内焊接，定位焊焊缝厚度不宜超过设计焊缝厚度的2/3，定位焊焊缝长度宜大于40mm，间距宜为500~600mm，并应添满弧坑。当定位焊焊缝上有气孔或裂纹时，必须清除后重焊。

焊接质量要求

A.对所用钢材及焊接材料的规格、型号、材质以及外观进行检查，均应符合图纸和相关规程、标准的要求；

B.检查焊工合格证及认可施焊范围。

C.一级焊缝和二级焊缝不得存在表面气孔、夹渣、裂纹和电弧擦伤等缺陷

3.钢管支撑的场外组装：

钢管支撑在运输到场后要根据本车站开挖基坑尺寸和钢支撑长度进行选材配节，钢管支撑分活动端、固定端和中间节，全部采用法兰连接。法兰盘和加劲箍都预先加好，拼装成完全能吊装的单根钢管支撑。为保证支撑的精度、质量，采用工厂加工制作的支撑。

钢管支撑采用高强螺栓连接，拼装时注意螺栓的摆放应互相错开螺母连接方向，并尽量摆放在平整的地方进行拼装，采用对角和分级分序将螺母扳紧，以便各螺栓受力均匀。每根钢支撑的安装轴心偏差不大于L/1000并小于10mm。保证拼接点的强度不低于构件自身的截面强度。钢管支撑场外组装一定要有富余，确保土方一开挖好就有成根的钢管支撑吊装。

4.装配件加工、预埋：

钢支撑装配件加工主要有固定端和活动支座，预埋件主要是制作固定螺栓，能够预埋的最好预埋在坑壁上，不能预埋的要加设足够强度的膨胀螺栓和牛腿架。

5.钢支撑架设方法：

每节段分层开挖至支撑架设的高度后，先按设计施工图的布置间距，在排桩面定出支撑中心点位，以中心的水平线为基准，准确画出支撑牛腿的位置，在螺栓点位上使用手持电钻在排桩上钻眼，打入膨胀螺栓，安装托架，托架安装好后吊装钢围檩；

围檩与排桩之间必须采用细石混凝土填充密实，使围檩与排桩完全接触，避免不均匀受力。

围檩连接点尽可能设置在支撑点附近，且不超过支撑间距的1/3，围檩间的连接采用20厚钢板，按照钢结构规程进行焊接连接。

围檩与钢支撑的连接点设20厚加劲板。

钢管支撑的架设采用人工配合两台10t龙门吊安装。配置信号工和司索工各两人指挥吊装。吊装ф609 的钢管支撑与围檩顶紧，一端用千斤顶及时对钢管施加预压力。预加力值按支撑设计轴力的50%～80%施加，当预加力到达标准后，在伸缩头间加锁紧片，松下千斤顶，使钢管横向支撑于坑内。

（1）质量要求：

1）千斤顶预加轴力必须匀速地进行，以平衡横撑自重下落的可能和初期开挖预放的初应变。

2) 钢支撑两端用钢丝绳系在围护桩上，同时用于微调的钢楔也应点焊连接，防止坠落。

3）钢管横撑的设置时间必须严格按设计工况条件施加，土方开挖时分段分层，严格控制安装横撑所需的基坑深度。

4）所有支撑连接处，均应保证贴密，防止钢管支撑偏心受压。

5）加强施工监测，根据现场的施工变形和监测信息，及时准确地调整支撑轴力，减少围护结构的侧向位移。

6）钢管支撑安装的允许偏差应满足原设计规范要求。

7）安装钢支撑时，根据安装时的温度与当天最高温度和最低温度以及阳光直射的表面温度及时对轴力进行调整，必要时采取遮挡、浇水等降温措施，并加强监测，保证支撑轴力与设计施加轴力相符。

8) 支撑体系的拆除施工随主体结构的施工同步进行。

（2）施预加力

经检查符合要求后，即可对钢支撑施预加力。对支撑施预加力采用2台100T液压千斤顶，在端头沿支撑两侧对称加压。当施加的顶力达到设计值后，再次检查各连接点的情况，必要时对节点进行加固。待压力值稳定后，用铸铁楔块锁定，后对千斤顶逐级卸载拆除。若钢支撑锁定后压力值有较大的衰减损失时，需进行补偿加压。

钢支撑施工保证措施：

（1）保证内支撑平直度措施

本站所有钢支撑及其附件全部在加工厂放样制作完成，制作严格按照如下程序进行。

①放样

号料前应先确保材质和熟悉工艺要求，然后根据排版图、下料清单、另件草图和电脑实样图进

行号料。号料装配等使用的钢圈尺必须定期经计量部门校核，合格后才能使用。号料的母材料平直无损伤及其它缺陷，否则应先矫正或剔除。划线精度见表4-1钢支撑制作划线精度要求。

5-1钢支撑制作划线精度要求

②切割和铣削、刨削

切割前应清除母材表面的油污、铁锈和潮气，切割后气割表面应光滑无裂纹，熔渣和飞溅物应除去，下料采用数控切割机进行切割，螺栓孔采用自动定位、自动三维钻孔。采用机械进行铣削上下翼板坡口。对钻孔毛刺、锁口毛刺等进行清磨。精度要求见表4-2钢支撑制作切割精度要求。

表5-2钢支撑制作切割精度要求

③焊接管端头与法兰盘焊接处，法兰端面与轴线垂直偏差控制在1.5mm以内，拼状后两端支点中心线偏心不大于20mm，安装后总偏心量不应大于50mm，并保证支撑接头的承载力符合设计要求。钢支撑连接时必须对称上螺栓，按顺序紧固。

（2）确保钢支撑与维护桩稳定传力的措施

在钢支撑安装好施加预加力前，采用C30早强混凝土填充钢围檩与围护桩之间的空隙，以保证钢围檩和围护桩之间能够平稳均匀传力；具体施加预加力时间根据同条件试块确定。

（3）保证钢支撑失稳坠落的措施

①钢支撑安全前一定要检查钢管的垂直度，若不垂直要进行矫正；然后将钢支撑安装在钢腰梁上，并且紧固好，必要时可在钢支撑中部架设临时支撑，确保钢支撑吊装上就只有很小的自重下挠度，便于加预应力固定。

②为了防止由于温差过大产生较大的温度应力，应避免在温度过高或过低对钢支撑施加内力，同时，在高温期间应采取覆草袋浇水措施，减小温差缩小温度应力。

③为了防止其他外在因素导致内支撑突然坠落，钢支撑鍥铁上下必须焊接牢固，与钢腰梁接触

面下设置托板，托板与钢腰梁和支撑焊接牢固，支撑与腰梁接触面焊接牢固；同时在支撑端板上口采用与腰梁斜拉的措施避免钢支撑的坠落。

参考文献：

1、建筑基坑支护技术规程（JGJ120－1999）。

2、建筑基坑工程技术规范（YB9258－1997）。

3、《钢结构工程施工及验收规范》（GB50205-2001）

4、已经下发的施工图纸