盖挖逆作结构钢管柱技术在客运专线施工中的应用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 盖挖逆作结构钢管柱技术在客运专 线施工中的应用 摘要： 地下车站是城市轨道交 通系统的重要组成部分，主要有明挖顺 作和盖挖逆作等施工方法。盖挖逆作对 交通影响最小，已被广泛应用。盖挖逆 作的核心就是结构钢管柱的施工，本文 以广深港客运专线 ZH-4 标福田站为例， 主要介绍了地下车站盖挖逆作结构钢管 柱施工技术。 中国论文网 /2/view-12892343.htm 关键词： 地下车站；盖挖逆作； 钢管柱；施工技术 Abstract: The cover excavation core is the construction of structural steel tube column; this paper take the -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 Guangzhou-Shenzhen-Hong Kong Passenger EN-4 standard Futian Station for example, introduces an underground stations cover excavation for the structural steel column construction.Key words: underground station; cover dig inverse; steel pipe column; construction technology 中图分类号：U415.6 文献标识码： A 文章编号： 2095-2104（2012）05- 0020-02 1、前言 城市中心地下车站的施工方法主 要有明挖顺作和盖挖逆作。盖挖逆作以 对地面交通影响小的优势，被广泛应用。 盖挖逆作的难题是结构柱的施工，因结 构柱需在基坑开挖前施工完成，施工难 度大，安全风险高。 2、工程概况 广深港客运专线 ZH-4 标福田站 位于深圳市福田区市民中心广场西侧益 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 田路下方，呈南北布置，为地下三层客 运车站，站场规模 4 台 8 线。该项目是 中国铁路现代化大规模建设以来最重要 的工程之一，是中国铁路建设史上地下 车站的开篇之作，是深港两地的交换车 站，意义重大。 车站全长 1023m，起讫里程 DK110+966.00DK111+987.00，共划 分为 5 个施工段，围护结构采用地下连 续墙，结构宽 1578.86m，开挖深度约 32m，中心覆土厚度约 3m，纵坡 1。A3 区、C 区和 D 区采用盖挖逆作 法施工，其他区采用明挖顺作法施工。 结构柱采用 1.6m 钢管柱，长 30.3m， 壁厚 35mm，重 45t；柱下桩基采用 2.8m 钻孔桩，底板底设 3m 高承台。 3、施工方法 在原地面，先用冲击钻钻成直径 2.8m 孔，吊装直径 2.75m 钢套筒和桩 基钢筋笼，灌注水下砼，完成桩基施工。 再抽出钢套筒内泥浆，在钢套筒的保护 下人工凿除桩头浮浆，安装承台预埋钢 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 筋和定位器，浇筑承台下部砼。最后， 吊装钢管柱，精确对位固定牢固，浇筑 钢管柱内混凝土。钢管柱与钢套筒间用 砂回填密实，即可自上而下每开挖一层 板，立即施工一层板，梁通过结点牛腿 与已完成的钢管柱连接。 4、施工工艺 盖挖逆作钢管柱施工工艺流程详 见图 1，施工步骤详见图 2。 （1）采用直径 2.8m 钻头冲孔， 为了减小钢套筒下放阻力，可适当加大 成孔孔径。 （2）钻孔到设计标高后，开始 吊装钢套筒，并控制好安装标高。钢套 筒长度约 36m，整体加工成型，采用履 带吊整体吊装，注意控制标高。沉入到 设计深度后，钢套筒的顶标高高出地面 30cm。 图 1 盖挖逆作钢管柱施工工艺流 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 程 图 2 盖挖逆作钢管柱施工步骤示 意图 （3）钢套筒下到位后，使用反 循环清孔，清孔合格后下放钢筋笼，注 意用吊筋长度控制钢筋笼的设计标高。 （4）按照钻孔桩的施工工艺灌 注砼至-5.407（承台底以上 1m）标高， 由于桩直径较大，灌注砼过程注意控制 导管在桩的中心位置。 （5）砼灌注完成 12 小时后，开 始将孔内泥浆抽干，人工凿除混凝土至 -6.407（承台底）标高。安装承台预埋 钢筋和定位器底板，灌注砼至-5.207 标 高。 （6）测量放出桩中心十字线， 安装定位器。 （7）将整体制作的钢管柱吊装 入孔，底部采用定位器定位，顶部采用 丝杆微调，保证上下均达到设计位置。 （8）精确定位完成后，浇筑钢 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 管柱内砼，24 小时以后，结构柱与钢套 筒间空隙用中粗砂回填密实。 4.1 大直径钻孔桩施工工艺 根据精确定位的桩中心点，四角 设置护桩，施工钢筋混凝土护筒，直径 为 3m，上部设溢浆口，护筒埋设深度 为 2.5m，护筒顶部高出地面 300500mm。泥浆池根据场地规划， 设置两个泥浆池，分别安置一台大型泥 水分离机，分离后的泥浆可以重复利用， 减少环境污染。钻孔桩施工工艺流程图 见图 3。 施工好护筒、备足泥浆粘土、立 好钻机对准钻孔中心，监理对孔位进行 复核后，开始钻孔。护筒底脚以下 24m 范围内或地质较差的地段，孔内 应多放些粘土用低冲程冲砸。一般细粒 土层可采用浓泥浆、小冲程、高频率反 复冲砸，使孔壁坚实不坍不漏。 图 3 钻孔桩施工工艺流程图 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 4.2 钢套筒制作工艺 (1)加工工艺流程：材料检验画 线切割卷制对接（二氧化碳气体 保护焊接）校正组装自动埋弧焊 接厂内质量检验运输至现场组 装焊接（二氧化碳气体保护焊接） 现场质量检验吊装。 (2)根据工程特点，结合车间制作 能力、运输条件以及钢材的合理使用， 以及现场使用的要求，尽量减少现场焊 接的工作,钢套筒在工区车间内下料分段 制作成单元节(L2.5 米) ，然后每五节 组对成一段,运输到现场组对焊接成形。 (3)工地对接。根据工地实际，厂 内按要求分段制作，运至现场后在工装 台座上拼接成型，工装台座是轴线和水 平度已调好的滚轮架，滚轮架采用水平 仪和拉线等方法进行调节。钢套筒拼装 节点图见图 4。 图 4 钢套筒拼装节点图 (4)现场连接时采用 40cm 宽 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 20mm 厚钢板带进行接头加劲处理，中 间十字形 I25 工字钢支撑，没有接头的 位置采用同样措施每 2m 一道支撑，保 持钢护筒不变形。加劲箍和工字钢支撑 示意图见图 5。 图 5 加劲箍和工字钢支撑示意图 4.3 钢管柱制作工艺 根据钢管柱加工制作特点，考虑 到车间的制作能力、运输条件以及钢材 的合理使用，以及现场使用的要求，尽 量减少现场焊接工作,钢管柱在工区车间 内下料分段制作成单元节(L=3 米)，然 后每五节组对成两段,运输到现场组对焊 接成形。 4.3.1 施工工艺流程 材料检验画线切割卷制 对接（二氧化碳气体保护焊接与埋弧焊 接）检验校正除锈涂底漆组 装焊接（埋弧自动焊）质量检验 补底漆、涂中间漆运输至现场组 装焊接（二氧化碳气体保护焊接） -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 现场焊接部分补涂底漆、中间漆现场 质量检验吊装。 （1）下料 按中径展开尺寸下料，钢板长度 为 4916mm，先根据尺寸画线，板料对 角线控制在2mm，再用半自动切割机 切割，切割时开 30坡口，纵缝方向沿 轴线方向开内坡口（焊缝在钢管内部焊 接） ，环向方向沿轴线开外坡口（焊缝 在钢管外部焊接） ，坡口处预留 02mm 钝边。下料气割工艺允许偏差 见表 1。 表 1 下料气割工艺允许偏差 项目 允许偏差（mm） 宽度、长度 2mm 切割面平面度 1.5mm/m 割纹深度 0.3mm 局部缺口深度 1mm （2）卷板 钢板采用 W11S-703000 上辊万 能式卷板机进行卷制，在钢板进入卷板 机时，卷板机上辊必须处于最高处；钢 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 板进入卷板机后要对正、放平；开始操 作时，将上辊水平移位 125mm，上辊 向下加压，对钢板进行预弯。加压时两 端压力一定要相等，否则会损坏卷板机。 预弯后，将上辊稍微升起，进行 卷板。卷制到另一端时，对此端进行预 弯。预弯结束后，将上辊移至卷板机中 心。卷板时每次加压不能过大，否则会 导致钢板残余应力未消除，也有可能导 致钢板卷过，材料报废；卷制过程中要 多次卷压，边卷边加压力；在卷制最后 阶段，接头处应该稍微卷过一点，形往 内凹陷，以方便焊接。 在卷制过程中，要不时对管直径 进行测量，确保钢管直径符合下步加工 需要，直径误差在 5mm 以内。钢管柱 校正前见图 6。 （3）焊接 钢板卷制成形后，采用千斤顶和 倒链对其进行直缝对接，使用斜铁控制 错台尺寸，错台不得大于 2mm，用 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 CO2 气体保护焊和埋弧自动焊对钢管直 缝内部施焊，采用 CO2 气体保护焊进 行施焊打底，埋弧自动焊盖面的方法。 在焊接钢管柱时，钢管柱迎风向设立挡 风板，以减小风力对焊接质量的影响， 风力会使 CO2 气体无法有效地保护焊 缝，使焊缝产生气孔。待焊接完成后， 焊缝背面采用碳弧气刨清根处理，再使 用角磨机将焊道打磨清理，清理完成后 采用埋弧自动焊盖面。 （4）检验 所有焊缝 100%采用超声波无损 探伤对其进行检测，检测合格后才能进 入下一道工序。 （5）校正 采用数控万能卷板机校正，在校 正的时侯，压力不能过大，否则残余应 力无法消除而使校圆难度增加。校正的 过程中，应随时测量椭圆度，对直径不 够的地方加压再校，校圆后其圆度不大 于 3mm。钢管柱校正后见图 7。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 图 6 钢管柱校正前图 7 钢管柱校 正后 （6）除锈 采用机械抛丸除锈，钢管柱严格 按照标准进行金属表面喷射和抛射除锈 处理。除锈时应时刻注意抛丸仓内的情 况，根据实际情况随时调整抛丸机的喷 射速度及抛射范围。 抛丸除锈时操作人员应穿戴好防 护用具，防止钢砂打伤、触电等。 （7）拼接 标准节在滚轮架上拼接，注意调 整滚轮架间的距离，保证拼接准确。采 用全站仪调校滚轮架的直线度，确保拼 装时钢管柱的垂直度。为了使下一步埋 弧焊达到更好的焊接标准，拼接时接缝 采用加衬板的方式，节段之间留 8 毫米 的间隙,两节之间用斜铁进行调整,避免 出现错台。待检验合格后，将衬板与钢 管柱进行焊接加固，满足吊装需要。 （8）埋弧焊接 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 将拼接好的钢管柱吊装在埋弧焊 滚轮架时，注意吊环与滚轮架错开，否 则在焊接过程中可能会损坏滚轮架。焊 接调整好焊接电流，以防止埋弧焊接时 将衬板击穿、打漏。 焊接完成之后应对对接焊缝进行 100%超声波无损探伤，如果出现气孔、 裂纹、夹渣等缺陷，应该用碳弧气刨刨 开缺陷，并用角磨机进行打磨处理干净 后，直至露出金属光泽时，再进行补焊 处理，处理完成后用角磨机将焊缝周围 清理打磨，使其达到规定要求。 （9）涂漆 钢材表面粗糙度质量要求应符合 国家标准涂装前钢材表面锈蚀等级和 除锈等级 （GB8923-88）中的 Sa2 等级， 按照设计要求，防腐年限不低于 15 年， 底漆采用环氧富锌底漆，参考其它有关 工程情况及结合油漆生产厂家提供方案 的，制定防腐方案。涂装时：钢管柱与 型钢梁对接的节点处、需要焊接部位焊 缝两侧各 70mm（且满足超声波探伤要 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 14 求的范围） ，工地现场焊接部位及钢管 柱两侧的防锈处理应不影响焊接,以上部 位要埋进混凝土中，不需要防腐涂装。 防腐措施见表 2。 4.3.2 涂装工艺流程 （1）涂层表面必须是均匀的， 不允许有起皮、鼓泡、大熔滴、裂纹、 掉块及其他影响涂层使用的缺陷。 （2）涂层厚度用磁性测厚仪测 定，总厚度应达到设计规定的要求。 （3）涂漆后如有缺陷应及时处 理干净，然后再按照规范进行修补。 （4）喷涂应在环境湿度为 5%85%的天气，间隔时间不可超过 12 小时；在雨天、潮湿或含盐雾天气下， 间隔时间不可超过 2 小时。 表 2 防腐措施 序号 材 料 名 称 代 号 颜色 防腐措施 1 环氧富锌底漆( 含锌 R70%） H06-1 灰 漆膜厚度 80m，涂 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 15 层遍数 23 次 2 环氧云铁中层漆 H06-2 浅灰 漆膜厚度 120m，涂层遍数 23 次 3 丙烯酸聚氨酯面漆 漆膜厚度 80m，涂层遍数 23 次 4 配套稀释剂 4.3.3 工地对接 根据工地实际，厂内按要求分段 制作，运至现场后在工装台座上拼接成 型，工装台座是轴线和水平度已调好的 滚轮架，滚轮架采用水平仪和拉线等方 法进行调节。沿轴线选取 23 个检测 点,检测点成 900 分布。钢管柱拼装节点 图见图 8。 图 8 钢管柱拼装节点图 4.4 钢套筒、钢管柱吊装工艺 盖挖逆作钢套筒直径为 2.75m，长度约 36.30m，壁厚 20mm， 重 50t。 钢管柱直径为 1.6m，长度约 30.3m，壁厚 35mm，重 45t。 钢管柱与钢套筒的吊装工艺基本 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 16 相同，综合考虑钢护筒和钢管柱重量和 长度，以钢套筒现场吊装为例进行说明。 钢套筒采用整体制作，吊装采用 整体吊装 6 点起吊；吊点对称布置于钢 套两侧，选用徐州重工 QUY260T 履带 式起重机和 CKE1350 型 160t 履带式起 重机双机抬吊。 钢套筒整根抬吊方法示意图见图 9 图 9 钢套筒抬吊示意图 (1) 吊点设置验算 吊点设置为：综合考虑本工程的 机械设备配置、钢套筒刚度、和现场实 际情况，主吊对称设置两个吊点，副吊 采取两个截面四个吊点起吊，主吊采用 钢板三面帮条焊接打孔，焊缝厚 10mm，副吊点采用 T 形顶接，横向、 竖向焊接钢板分别满足平抬和竖直时的 抗剪强度。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 17 吊点位置为：钢套筒顶下 21.3m+10m+5m 根据起吊时对 A 点弯矩平衡条件 得: T1+T2=50T（钢套筒自重） T226.35036.3/20 由以上、式得： T1=15.5T T2=34.5T 故主吊平抬时起吊重量为 15.5T, 副吊为 34.5T (2) 双机抬吊系数（K）计算 N 主机107t N 索 3.5t Q 吊重 50t K 主（50+3.5） 107=0.5（107T N 副机=52.3tN 索=2t Q 吊重 =34.5t K 副=（34.5+2 ）/ 52.3=0.698 (3) 钢套筒吊装相关措施 本工程钢套筒吊装采用整体吊装， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 18 钢套筒长为 36.30m，最重约 50t，根据 精密计算及以往成功的施工经验，采取 如下措施，保证钢套筒的顺利起吊： 吊点焊接时合理选择主、副机 起吊点，以减小起吊后钢护筒变形。每 副钢套筒的吊点设置均需验算使弯矩达 到最小并应使其在钢套筒弹性变形范围 内。 钢板焊接时要保证质量，吊点 水平加强钢板也应满焊。 钢套筒焊接要保证质量，焊接 质量要符合验收标准。派专职质量员进 行检查，另每次吊装前专职安全员检查 后方可起吊。 起吊时先根据计算的主副 机吊点进行试吊，主副机同时起吊将钢 套筒起离平台 3050cm 左右，观察钢 套筒变形情况，如稳定后无明显变形可 直接起吊空中回直。如发现变形较大， 应马上把钢套筒放回平台，根据变形情 况进行加固和变化吊点位置，重新起吊。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 19 钢套筒在吊装行走过程中，派 专人指挥行走，钢套筒周围禁止有人， 两端用钢丝绳拉住，以防钢套筒晃动。 钢套筒吊装、下放拆卸料具需 攀高时，一律佩带好安全带。 起吊时主机起重半径控制在 12m 范围内，副机起重半径控制在 10m 范围内。 吊装前先由安全员检查钢套筒 焊接情况及吊机、吊装机具是否合格， 检查合格后签署吊装令后，再行起吊， 起吊过程中专职安检员监护整个起吊过 程。 钢套筒在吊装过程中吊点设置 在工字钢支撑位置，防止变形，吊点附 近两个相邻的加劲箍之间设置工字钢斜 撑。 (4) 钢管柱吊装。在焊好的钢管 柱上端 0.2 米处切割两个圆孔，并在内 部加强焊 2 个厚 20mm 的钢板环作为吊 环，并在钢管柱内壁作十字支撑，在另 一端 10 米处直径上对称焊接 2 个吊环， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 20 用 2 台大吊机同时起吊，起升到 2 米高 时，吊上端的吊机继续上升，吊下端的 吊机配合吊上端的吊机上升和下降，直 到钢管柱起吊垂直，最后由上端 1 台吊 机将钢管柱就位。 4.5 定位器安装和钢管柱定位工 艺 灌注第二次混凝土后，在钢套筒 顶中间临时焊接 I40 槽钢，利用高精度 全站仪采用极坐标法将中心点设置在槽 钢上，激光投点仪及锤球吊钢管柱中心 点至孔底，然后把下定位精确定位后与 定位器底钢板及抗拔桩钢筋焊接。经现 场安装经验，将定位器改型。定位器图 见图 10。 图 10 定位器图 钢管柱吊装后利用下定位器用千 斤顶对钢管柱进行精确定位，上部用型 钢加工