盖挖逆作地铁车站钢管柱施工临时护筒起拔回收技术

摘 要 盖挖逆作地铁车站钢管柱施工临时护筒回收困难，国内类似工程较多为一次性投入。既浪费了工期进度又提高了施工成本。长春地铁一号线繁荣路站工程采用临时护筒起拔回收技术，实践表明，该技术节约成本，并加快工期进度，取得良好经济效益。

关键词：盖挖逆作, 中间桩, 钢护筒, 钢管柱, 拔出

Abstract: Cover excavation subway station temporary casing of steel column construction recycling difficult domestic similar projects are more likely to be a one-time investment. A waste of the duration of the progress of the construction costs. Changchun Metro Line prosperity Road station project, the temporary casing from pulling recovery technology, practice shows that the technology to save costs and speed up the duration of the progress achieved good economic benefits.

Key Words: excavation for cover, the middle pile, steel casing, steel column, pull out

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

一、总体方案介绍

长春地铁一号线繁荣路车站采用盖挖逆作法施工，车站共设38根中间柱。中间柱作为施工过程的中间支撑柱，在车站底板结构尚未封闭时，承受地下各层已施作完毕的框架结构自重和各种施工荷载；顶板封闭后，中间柱作为车站主要竖向承载和传力结构。

车站主体设置38根钢管柱，纵向柱距主要为7.5m，36根φ800，2根φ900，钢管柱为Q235钢，壁厚16mm，柱内填充C50微膨胀混凝土，钢管柱与中板和底板相接位置设置环形钢牛腿；柱下设置独立桩基，桩基采用φ1.8m（2.0m）钻孔灌注桩，桩长15m―24m，钢管柱锚入桩基内1.6m。中柱主体及桩基部分均采用钻机成孔，为确保施工中柱期间无水作业及避免出现孔壁坍塌等情况，柱体段采用Φ1.86m（Φ2.0m）钢护筒护壁。钻机成孔后桩基钢筋笼同钢护筒依次整体下方，每节护筒之间采用法兰连接并做防水处理。

本工程采用汽车吊及千斤顶同步配合方法对已完成钢管柱护筒进行了周转使用。在确保工程质量无损前提下，加快了施工工期，节约了施工成本。此方法长春地铁乃至国内同类型工程中为首次使用，为长春地铁以及国内类似地下工程项目施工提供了参考。

二、工程地质及水文地质

工程地质：上部0.9~6.1m内主要为杂填土，下部主要为粉质粘土、粘土、粗砂、全风化泥岩、强风化泥岩中风化泥岩等。

水文地质：潜水层地下水埋深3.7~4.6m，主要赋予第四系粘土地层中，第二层地下水以粘土为相对隔水顶板，全风化泥岩为相对底板。含水层主要为粗砂，为本区的主要含水层。承压水头为4.60～5.40m。第三层孔隙裂隙水含水层岩性为全、强、中风化泥质砂岩，无稳定水位，含水层顶部为砂层。主要接受侧向的径流补给，排泄方式主要为相对含水层中的径流形式。

二、桩基础施工

钻孔施工采用一台360旋挖钻机，钻具中心和护筒中心重合。成孔过程中，为后期安装定位器下人操作的需要，埋钢护筒的区段钻孔直径为2.0m，距护筒底1.1m以下钻孔直径为1.80m（下图为φ800钢管柱桩基施工的孔径及护筒尺寸）。

三、钢护筒设计形式（附图纸）

临时钢护筒的设计指导思想是满足前期钢管柱施工安全和后期起拔方便的要求。

钢护筒由8mm厚钢板卷制而成，其外径长度根据中间桩直径和钢管柱长度而定。本工程钢管柱施工用钢护筒，外径参照钢管柱设计直径不同分为1860mm/2000mm两种（主要考虑方便下方和起拔，及人员后期下井操作空间保证最小500mm），用Q235钢板卷制而成，并在钢护筒内侧焊接加强环形槽钢骨架（槽钢骨架间距0.5m，采用［6.3卷制而成）为了吊装安全及起拔方便，在工厂分别进行加工制作，分节进行吊装。桩基上部钢护筒分为起拔段及固定段。固定段钢护筒随桩基钢筋笼吊装入孔埋于桩基中（固定段钢护筒采用16mm厚钢板卷制而成，为每桩单节1.5m长），起拔段钢护筒则采用标准8mm厚钢板加工而成。为减小护筒起拔过程中摩阻力，护筒之间连接均采用内法兰连接。（见图）

护筒强度验算：

护筒底部所受水土压力最大，以该处作为强度验算依据。

护筒底部所承受水土压力为：

在该土压力下，护筒理论计算最小厚度δ为：

安全系数n=8mm/2.2mm=3.6

四、钢护筒下方方法

为考虑钢护筒施工过程中分节下方安装，每节护筒自厂家加工完成运送至现场后，顶端用δ=20mm厚钢板平均分布焊接形成4个临时环形钢牛腿。同时地面孔口四周用四块预制栓接钢垫板拼接成型（具体形式见下图）。加强钢护筒及钢筋笼同时下方过程中地面的均匀受力。钢筋笼入孔用吊车25T一台和16T一台。第一节钢护筒底部与钢筋笼顶部焊牢一起吊入孔内，起吊过程中派专人监督确保钢筋笼不变形。同时注意钢筋笼能否顺利下放，沉放时不能碰撞孔壁；当吊放受阻时，严禁加压强行下放，避免造成坍孔、钢筋笼变形等现象。

第一节钢护筒吊入到孔口处，将其卡在孔口处，再吊第二节护筒，两节护筒用M18高强螺栓连接，法兰处垫橡胶止水板，并且接缝四周使用40cm宽自粘式改性沥青防水卷材粘贴紧密。螺栓拧紧后，使用气焊将第一节护筒环形钢牛腿割除。割除后吊起护筒缓缓下落，待第二节护筒下落到孔口处将其卡牢，再吊第三节护筒，以此将所有护筒连接完。钢护筒在桩顶以上采用8mm厚钢板，在桩顶以下采用16mm厚钢板。

3、人员操作方式

①用δ=20mm厚钢板焊接每节钢护筒顶部环形钢牛腿4个；

②配合机械将钢垫板就位，并确保螺栓连接牢固；

③配合汽车吊下方钢筋笼至孔口固定。下方过程中将钢筋笼内部架立筋逐步使用气割割除并取出。

④配合汽车吊吊装第一节钢护筒至孔口卡牢并将其与钢筋笼焊接牢固。

⑤起吊第二节钢护筒，粘贴橡胶止水板并用清水刷洗干净；

⑥人员进入护筒将螺栓连接。同时外侧人员将护筒接缝处擦拭干净后使用40cm宽自粘式改性沥青防水卷材粘贴紧密。

⑦连接螺栓带紧后，护筒内人员撤出，将环形钢牛腿割除。

⑧人员配合汽车吊将钢护筒及钢筋笼缓缓下方。

4、标高控制

精确控制第一节护筒及钢筋笼焊接位置，以此为依据计算出最后一节护筒顶标高。施工完成后用水准仪进行复测。

5、护筒止水方式

两节护筒法兰盘之间清理干净后，粘贴橡胶止水带。上下两节螺栓带紧后，护筒接缝处外侧使用40cm宽自粘式改性沥青防水卷材粘贴紧密。

五、抽水、凿除砼

在砼终凝后开始用 型号 污水泵抽护筒内泥浆，泥浆抽完，为便于施工，在桩头砼强度较低时下人将桩头凿至设计标高，安装定位锥下三层钢筋网片。

六、钢管柱施工方法

1、定位锥安装

在桩孔东西方向及南北方向各测设2点挂线，找到桩心位置，其水平位置误差不大于2mm，安装定位锥，浇筑定位锥下面混凝土，浇筑混凝土时保证定位锤下的定位板水平埋入混凝土里，待混凝土达到一定强度后安装定位器。

2、定位器安装

首先由测量人员在定位器安放作业面内测放钢管柱中心十字轴线、定位器标高控制点，标记于钢护筒上。定位器由吊车从孔口运至孔底，在不脱钩的情况下进行标高、定位校准，校准无误后落实，然后作业人员坐吊筐下到井下安置，进行定位、标高、安装节点等方面的检验，无误后浇筑定位器法兰下混凝土将定位器固定。

3、钢管柱的吊装

钢管柱安装为整柱一次吊装。出厂前，在钢管柱顶对称焊接设置一对吊耳，同时在吊耳侧加焊肋板，以确保钢管柱处于最不利位置时，吊耳不发生侧翻破坏现象。

采用两台吊车相互配合作业。一台主吊，另一台吊车辅助吊装，以防止钢管柱底部戳地变形。操作时一台吊车在钢管柱上端两点起吊钢管柱，同时另一台吊车起吊钢管柱底部，使钢管柱上端起吊过程中，其底部脱离地面。辅助吊车缓慢放绳，待钢管柱完全垂直吊离地面，且相对稳定后，将其与辅助吊车分离。钢管柱起吊至孔口，在孔口处对准桩孔口十字线中心点，然后慢慢下放。下放过程中，随时观测中心偏移情况。待钢管柱下口套住引渡板后快速插入，此时钢管柱下端已准确定位。在不脱钩的情况下，进行钢管柱上端找正、定位：分别将两个微调校准器置于钢管柱顶部加强环上，对照桩孔口十字定位线中心点进行调整校准。用短型钢将钢管柱顶端与护筒焊接连接牢固。此时钢管柱上端已定位固定完毕，拆除吊具。全部校验定位点、垂直度，无误后报监理复核，浇注钢管柱混凝土。

4、钢管柱混凝土的灌筑

钢管柱内混凝土采用C50微膨胀混凝土，比较常规的泵送顶升浇灌法、立式手工浇捣法及高位抛落无振捣法等灌筑方法，结合本工程的特点选择了高位抛落无振捣法灌筑钢管柱混凝土，以充分利用混凝土自身下落时产生的动能冲击达到密实混凝土的目的。为克服该法实施过程中的混凝土压覆气泡而形成核心混凝土不密实的缺点，每次抛落量控制在0.7m3左右，对抛落高度不足4m的区段，实践证明抛落过程中产生的动能太小。不足以使混凝土密实，而利用其接近地面、作业空间比较宽敞、具备振捣施工的条件，采用振捣器振捣。

七、钢护筒拔除

钢护筒在钢管柱混凝土浇筑完成且强度达到设计70%后开始顶拔。顶拔前由人工下至钢管柱底拆卸掉底部与第二节连接钢护筒内法兰螺栓，在钢护筒周围布置一圈钢垫板(此垫板为下方钢筋笼时使用，无需重新制作)，钢护筒两侧对称焊好钢架，作为千斤顶的顶拔牛腿，用2个150T千斤顶安置在顶升牛腿下面，同时操作千斤顶，油压应根据现场实测数据缓慢增加，避免顶拔力突然加大，破坏顶拔牛腿与钢护筒的连接，一般将钢护筒顶出地面10cm后，用100T吊车缓缓拔出，同时人工迅速回填砂至孔壁与钢管柱之间。拔出护筒期间安排专人监督护筒拔出速度及回填砂标高，避免孔壁土体坍塌对钢管柱扰动。根据现场实际施工经验当千斤顶加力达到80KN左右，钢护筒可突破滑动摩阻力。之后加力30KN左右便可缓缓拔出。

八、结语

采用本工程应用的钢护筒起拔再利用技术，在长春地铁一号线繁荣路站工程施工中仅加工了16套钢护筒，起拔出钢护筒均可重复利用，直接节省费用170余万元人民币。

参考文献：

彭润泽.北京地铁复―八线土建工程施工技术【M】.北京：中国科学技术出版社2003

关宝树.隧道施工要点集【M】. 北京：人民交通出版社2003

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。