北京地矿工程建设有限责任公司 北京 101104
摘要：钢管柱是PBA工法车站连拱结构最主要的承载结构，也是车站受力转换最为重要的组成部分，本道工序施工质量的好坏对后续施工尤为关键。昌平线南延西土城站采用机械成孔方式进行钢管柱施工，由于受小导洞空间影响，施工难度大，垂直度控制较为关键。现以昌平线南延西土城站钢管柱施工为例，从钢管柱制作加工、钻孔、精确定位安装等施工技术和方法进行垂直度控制，为今后类似工程提供借鉴和参考。
关键词：PBA工法、逆作法、钢管柱、垂直度
1.引言
钢管柱成孔采用传统的人工挖孔方法技术落后，劳动强度大，工作效率低、存在安全隐患，也不适用带水地层，带水地层如想采取人工挖孔的方式，需在钢管柱施工前将水位降至车站底板以下，降水周期长，不利于对地下水的保护。现急需一种高效、安全、可靠的施工方法。采用机械成孔的方式进行施工。采用机械成孔方式由于小导洞内受空间影响，垂直度控制是本方法的重中之重，现就施工过程中垂直度控制进行研究，确保钢管柱施工质量。
2.工程概况
昌南线西土城站采用PBA工法4导洞，逆作法施工，采用三层三跨直墙拱形结构，车站总长212.3m，车站覆土厚度12.23~13.04m，车站标高：15.258-37.858m。底板最大埋深34.94m。
工程地质情况：主要以粉质粘土、粉土、粉细砂、细中砂、卵石地层为主。
水文地质情况：本车站主要覆存三层地下水，其类型分别为上层滞水，稳定水位标高41.58m；潜水，稳定水位标高35.24~35.61m；层间潜水，稳定水位标高为20.08~20.51m。
站址管线情况：车站周围道路路下管线密集，主要有：φ1500污水管、φ600污水管、φ400上水管、φ700雨水管、φ400雨水管、φ400天然气管线、2000*2350电力管沟等，施工一级风险源21处。
3.工程重难点
工程重难点中桩钻进过程中，钻机连续穿越粉细砂层~卵石层等软弱地层，地层分布软弱不均，且砂卵层中夹有大的孤石，成孔垂直度不易控制，成孔垂直度的控制是本工程的重难点。
钢管柱为车站的永久结构，安装精度要求较高，又因洞内作业空间受限，作业工序较多，如何保证钢管柱的安装精度，是本工程的重难点。
4.工艺概况及流程
钢管柱总长21.35m，受小导洞高度的影响，钢管柱共分8节，长度从上到下分别为：1.95、2.24、3.11、3.09、3.1、3.1、3.02、1.74m。钢管柱成孔采用DKZ-8型履带式全液压大功率钻机，反循环回转钻进。钢管柱安装采用TC-900型多功能套管调垂机进行定位安装。
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图1第七代DKZ-8履带式液压大功率钻机 图2TC-900型多功能套管调垂机
钢管柱施工具体施工工艺流程：放线定位→人工破格栅→人工挖孔护壁→钻机就位→钻进→成孔→钻机移位→钢管桩调垂机就位→分节下钢管柱柱底钢筋笼→分节下放钢管柱→分节下放钢管柱内钢筋笼→安装导管→[1]水下混凝土浇筑→钢管柱周围填砂护孔
5.垂直度控制具体措施
5.1钢管柱制作：
为了保证钢管柱制作的质量和精度，钢管柱制作采用有资质专业厂家进行加工制作。施工单位派专业质检工程师进行驻场监造，第一根加工完成后施工单位组织建设单位、监理单位、设计单位、试验检测单位共同进行首件验收。[2]验收项目主要为：钢管柱焊接质量和钢管柱尺寸。焊缝部位全部采用超声波探伤检测，所有焊接经外观检查、试验检测后，均达到一级焊接质量要求。钢管外径偏差±2mm，纵向弯曲小于5mm，椭圆度小于2mm，管端不平整度小于0.3mm。以上指标逐一进行检查验收，确保钢管柱加工精度质量，避免因加工质量造成现场安装质量达不到规范要求。
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图3五方共同对钢管柱进行验收 图4钢管柱尺寸符合检查
5.2钻进过程
钻进过程中垂直度控制：[3]安装钻机时要求转盘中心与钻架上起吊滑轮在同一轴线，钻杆位置偏差不大于30mm。进入不均匀地层、斜状岩层或碰到孤石时，钻速要降低。[4]在地层发生变化时，下放扶正器，确保钻进过程中不发生偏斜。钻孔偏斜时，可提起钻头，上下反复扫钻几次，以便削去硬土，如纠正无效，应于孔中局部回填粘土至偏孔上方0.5m以上，重新钻进。钻进成孔后采用超声波探测器进行垂直度检测，确保成孔质量。成孔垂直度偏差不应大于柱高3‰且不大于15mm，孔深32.6m，最大深度偏差控制在15mm范围内。
5.3安装钢管柱
5.3.1定位测量
洞内定位采用全站仪对桩心及标高进行放样。
5.3.2调垂机定位
采用“十字丝”对调垂机平面进行精确定位；同时利用导洞侧墙上设置的标高水准点，对调垂机抱箍平台标高进行控制。
5.3.3钢管柱安装连接
钢管柱出进场对每节钢管柱从下到上进行从小到大进行编号，确保作业人员安装过程快速准确找到每节钢管柱。每节钢管柱法兰盘连接孔也标记出螺栓孔对准线。
所有钢管柱连接安装完成后，安装工作节，工作节用于固定钢管柱，保证钢管柱垂直方向位置。第二次采用超声波探测器进行垂直度检测，最大深度垂直度允许偏差控制在80mm以内，以保证柱内钢筋笼顺利安装下放。柱内钢筋笼2.4m每节，共设置8节，通过机械连接逐节安装下放。
测量人员采用全站仪对钢管柱平面位置及柱顶标高进行放样，通过[5]调垂机的液压支腿进行调整柱顶标高与平面位置，符合设计要求后，第三次采用超声波探测器进行钢管柱垂直度检测，通过微调调垂机支腿控制钢管柱垂直度，此过程需要反复2到5次，直至垂直度检测合格，测量人员采用全站仪复核柱心与柱顶标高，确保钢管柱位置的准确。复核完成后对钢管柱进行稳定加固，确保混凝土浇筑过程中不产生位移。
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图5导洞拱顶对桩心进行放样 图6成孔垂直度检测
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图7钢管柱安装连接 图8第一节与第二节钢管柱安装连接完成
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图9校核钢管柱柱心
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图10测量人员复核桩心及标高
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图11超声波探测器进行钢管度垂直度检测
钢管柱安装应满足《钢结构工程施工质量验收规范》、《钢管混凝土施工验收规范》和下表的要求：
表1钢管柱吊装允许偏差：
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6结论
西土城站在狭窄的小导洞内采用机械成孔的方式进行施工，通过以上措施对钢管柱垂直度进行控制，能满足设计规范要求。证明了以上控制措安装完成的钢管柱精度高,有效保证了钢管柱的施工质量，为类似工程提供借鉴和参考。
7结束语
机械成孔相比双层导洞采用人工挖孔方式，机械成孔更安全，人工挖孔工法虽比较成熟，但经常由于操作人员违规操作，发生安全事故时有发生。随着社会发展，机械成孔很快会取代人工挖孔的方式。
机械成孔不受地下水的影响，按照“不降水、少降水”的总体要求，机械成孔不受地下水位的影响。施工钢管柱时不用将水位降至底板下，如地下水位较高，大开挖前将水位降至开挖面下即可，能够大大缩短降水周期。所以机械成孔顺应时代发展方向，可以做到“不降水，少降水”的总体要求，保护地下水不受污染。
但机械成孔也存在一些不足：机械成孔需要足够的配套设施，由于导洞内狭窄，不能同时安放多台钻机设备同时作业，人工挖孔则可以多个工作面同时进行。这就使得机械成孔对工期管理要求较严格。
机械成孔垂直度控制与人工挖孔上下导洞通透控制垂直度较为繁琐，需要技术成熟的专业分包和认真负责的现场管理人员。相信随着5G时代的到来，机械调垂能够自动化、智能化。技术人员只需设置相应的程序和测量人员坐标控制点相连，机械便能够自动调节各项控制指标。
参考文献
[1]中华人民共和国国家标准.钢管混凝土工程施工质量验收规范（GB 50628-2010）.[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[2]中华人民共和国国家标准.钢结构工程施工质量验收规范（GB 50205-2001）.[S].北京：中国建筑工业出版社，2001.
[3]丁树奎.罗平.刘鑫.住房和城乡建设部城市轨道交通工程创新技术指南.[C].北京：中华人民共和国住房和城乡建设部，2019.
[4]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥：安徽教育出版社，2004.
[5]罗富荣.汪玉华.郝志宏.地铁车站洞桩法设计与施工关键技术[M].北京：中国铁道出版社，2015.