DTR技术在地铁车站中桩施工中的应用

摘要：dtr全套管全回转液压插入机是一种应用于地铁中桩施工的新型成孔机械，此机械亦可应用于中桩钢管柱的强制对中及插入。此种工艺在保证施工质量和安全的前提下极大的缩短了施工周期，是一种可以在地铁中桩施工中普遍推广的技术。

关键词：地铁车站；中桩施工；DTR全套管全回转钻机

中图分类号：U231文献标识码： A

引言

随着我国城市地下轨道交通的飞速发展，盖挖逆作法作为近年来在城市交通繁忙主干道、繁华闹市区采用的施工方法，在环境的影响程度、技术成熟性、经济性及风险性等诸方面表现出独特的优势，具有较高的社会和经济效益，已普遍应用于地铁车站施工。

中间桩柱的施工为盖挖逆作法施工中的重要环节，常规的做法为：钻孔灌注桩混凝土灌注前安装一个与桩直径相同的钢套管，等浇筑的桩基混凝土达到70%强度后，抽出钢套管内泥浆，采用人工下孔破除桩顶混凝土至永久性钢管柱底标高，定位器安装完毕再安装钢管柱。

该施工方法施工周期长、工序复杂，且施工过程中工人要下到孔底进行混凝土的凿除及定位器安装，存在诸多不安全因素，单根钢管柱施工周期长达10~20天，施工成本也较高，存在一定的局限性。

本文将介绍北京地铁14号线土建施工14合同段平乐园车站（简称“本工程”）采用DTR全套管全回转钻机液压插入机在中间桩钢管柱施工中的应用。

1 工程简介及施工重、难点分析

1.1工程简介

平乐园站位于北京市朝阳区西大望路与南磨房路交口北侧，沿西大望路南北向布置。车站主体为地下三层框架结构，采用分幅盖挖逆做法施工。车站中桩设计桩径2.0m，桩底埋深: 47.69m～52.46m，钢管柱长:20.325m～21.925m，桩长:25m～28.5m。

1.2工程重、难点分析

本工程有以下难点:

1) 工期压力大。平乐园站为三层多跨框架结构，结构复杂，是北京地铁14号线东段各站点中规模较大的车站，也是制约全线通车的关键节点。

2）施工场地狭窄。西大望路是交通繁忙的交通主干道，依据交管部门审批，车站施工要分四期交通导改，中桩施工期间，围挡内的施工区域仅宽16m,对施工组织要求极高。

3) 施工安全风险极大。钢管柱底距地表 21.9 m，若采用传统人工安装定位器工艺施工，作业人员需下至 22m 的钢护筒底部进行施工，存在极大的安全风险。

4) 精度要求高。按照设计要求，必须保证钢管柱垂直度偏差小于L/1000，且不大于15mm。

2 DTR技术在地铁车站中桩施工中的应用

2.1 DTR全套管全回转液压插入机应用简介

DTR全套管全回转液压插入机是一种既可以用于钻孔也可以用于定位钢管柱及下压钢管柱的多功能机械。

出于工期及成本等多方综合考虑，本工程采用传统工艺和新工艺相结合，即采用旋挖钻机钻孔，并用DTR全套管全回转液压插入机将钢管柱强制对中并下压，使其插入混凝土液面下直至达到设计标高。

2.2 DTR全套管全回转液压插入机下压钢管柱施工原理

该方法根据二点定位的原理，钢管柱垂直吊起到液压压入机上，由液压压入机将钢管柱抱紧，同时复测钢管柱垂直度，然后通过DTR（Data Terminal Ready）全套管全回转钻机的液压垂直压入装置，在桩基混凝土浇筑后、混凝土初凝前将底端封闭的永久性钢管柱垂直插入桩基混凝土中，液压定位器将钢管柱抱紧后，按从上到下的顺序依次松开液压定位器，再由液压垂直插入装置将钢管柱向下压入，直至压入到设计标高要求。

2.3 DTR全套管全回转钻机工法施工步骤

1．施工准备。施工准备阶段，需要做好以下准备：

1）钢筋笼：与桩孔相对应的钢筋笼；

2）钢管柱：与桩孔对应的钢管柱；

3）钢管柱顶的工具柱：由于DTR设备是放置于地面以上，而钢管柱顶标高是在地面以下，需要在钢管柱顶连接一个直径1000mm，长度6~12m的工具柱，方便全回转钻机将其抱死，混凝土终凝，回填砂石料后将工具柱拆除，工具柱可重复使用；

4）钢护筒：长度6~9m，用于保护孔口，防止塌孔。

2．钻孔及钢筋笼吊装。灌注桩采用旋挖钻机成孔，成孔验收后将钢筋笼吊装到位。

3．DTR钻机定位。成孔后在孔口周围浇筑混凝土以硬化地面并防止塌孔，然后测量放线将桩中心点定位在孔口，接着将DTR全套管全回转液压插入机的平台吊装至孔口位置，并保证平台中心点与桩中心点重合，最后用吊车将钻机吊至平台之上，再次校验全回转定位机，确保定位机中心与桩中心点重合。

4．浇筑混凝土。用汽车泵泵送混凝土，由于钻孔灌注桩桩顶有浮渣，在后续施工中需要将浮渣凿除，所以需要超灌一定量的混凝土。

5．插入钢管柱。用履带吊将钢管柱吊起，垂直插入孔中，并用DTR全回转钻机的液压插入系统抱紧钢管柱顶端的工具柱并将其下压至设计标高。

6．固定钢管柱。DTR全回转钻机在回填前要全程固定着钢管柱。在混凝土凝固前，DTR全回转钻机需要全时抱紧工具柱以保证钢管柱不会产生水平位移和竖向位移（由于自身重量下沉入混凝土或由于混凝土浮力上浮）。

7．孔内回填。水下混凝土终凝后，用碎石、粗砂等填料从桩孔四周均匀填入钢管柱四周孔中。同时将孔内的泥浆排除，填到设计钢管柱顶标高后，放开DTR全回转钻机的定位器，将 DTR全套管全回转钻机液压连接器放松，拆除上部工具柱，并依据设计要求在钢管柱内采用导管法浇筑混凝土。

2.4 为保证新工艺顺利实施而采取的相应措施

1．为满足新工艺对钢管柱底部结构的改进。

1）桩基础混凝土设计强度为C30，钢管柱内混凝土设计强度为C50，为保证在插入过程中桩基础的混凝土不会进入钢管柱内，将钢管柱底部改为封闭。

2）钢管柱应插入桩基础混凝土2m深，按照原设计要求，钢管柱底部为平直面，为了在混凝土中受阻力最小，将钢管柱底部增长70cm，做成棱锥状或圆锥状，便于钢管柱插入。

2．确保混凝土的缓凝时间及质量。

采取新工艺的最大风险在于混凝土是否可以满足超缓凝要求，从桩基础混凝土浇筑完成到钢管柱插入完成约需14 h。

考虑到其他不可预见因素影响，确定选用初凝时间不小于18 h 的缓凝混凝土，即从第一车混凝土开始浇筑时到混凝土开始初凝的时间最长为18h。

在施工前，经配比试验，混凝土初凝时间可以满足施工要求，抗压强度亦可以满足设计要求。

3．垂直度保证。

1）在施工过程中，在钢管柱上安装垂直度传感器，实时控制钢管桩的垂直度，及时调整；

2）采用内配重的方法抵消混凝土浮力及粘滞阻力。此时，整个钢管柱的重量加配重应大于浮力，当钢管柱插入混凝土内且垂直度符合设计和规范要求之后，取出配重构件。

3 施工效益分析

3.1 工期分析

本工艺将大量的人工操作工序转变为机械操作，成倍的节约了施工工期，第一阶段内施工完成的 10 根钢管柱，安装时间从22h~31h。

随着工艺熟练度的不断增加，每根钢管柱的安装时间均可控制在24h 左右，施工时间仅为传统工法的1/5，大大节约工期，实现了工期目标。

3.2 质量分析

减少了人为因素，将钢管柱插至混凝土顶面后，可以根据钢管柱下部安装的位移传感器反映到电脑上的信号来检测钢管柱的垂直度，保证插入钢管柱的垂直度符合要求，垂直度可达1/500～1/1200，保证了施工质量。通过实际检验 10 根钢管柱垂直度偏差最大13mm均小于设计标准(设计标准:钢管柱垂直度偏差不得大于15mm)。

3.3 安全分析

按照传统工艺要求，需要人工下到20m深的钢护筒底部作业，对作业人员来说非常危险。而采用了新工艺之后，取消人工地下作业工序，降低安全风险，避免了人工地下作业的安全风险，大大降低了现场安全防护及风险管理的压力，实现了安全目标可控。

3.4 成本分析

传统工法每根钢管柱安装均需使用30m钢护筒，且钢护筒回收率很低。液压全套管全回转垂直插入法中的钢护筒长度从30m降低至7.5m，同时，降低了钢护筒的损耗，传统的人工安装法单根成本为18.75万元，套管机插入法单根成本为16.48万元，单根节约成本为2.27万元，共节约成本为2.27×44= 99.9万元。

4 结论

北京地铁14号线土建施工14合同段平乐园车站西侧的22根中间桩全部施工完毕，安全目标、质量目标、成本目标、工期目标皆按预期完成，为DTR技术在地铁车站中桩施工中的推广提供了优秀的范例。