代亚运
中铁六局交通工程分公司 河南郑州 450100
摘要：在城市修建地铁，面临的施工环境挑战日益增多，如跨基坑的管线，跨基坑的建构筑物等，如不能及时迁改将对施工造成很大影响。本文基于此种情况，针对较常见的低净空（施工高度小于5m）桩基成孔困难、钢筋笼无法吊装的情况，提出了一种洛阳铲成孔+钢筋笼分节对接的施工方法，并结合工程实例进行了理论研究，为低净空条件下的围护结构施工提供了理论指导，解决了围护桩施工空间不足的问题。
关键词：地铁车站；低净空施工技术；钢筋笼分节对接
1、引言
随着我国的快速发展，城市的交通压力与之前相比也增大了许多。地铁的兴起，有助于大幅度的降低城市的交通压力，从而提高城市的交通能力。随着新建的地铁的数量越来越多，规模越来越大。地铁的修建环境也日渐复杂，因此周边的建筑物、地上地下的管线众多。由于在市区施工，管线迁改困难、费用高，有些甚至拆迁不了，严重制约施工。明挖车站的修建首先要进行围护结构施工，围护结构目前较成熟的施工工艺为地下连续墙或钻孔灌注桩，钻孔灌注桩成孔所采用的履带式旋挖钻机通过伸缩式钻杆来降低钻机高度，但由于其桅杆等部件必须具备一定高度，因此市面上高度低于5m的小型旋挖钻机极少，一般需要定制，对进度、成本影响尤为显著。
2、工程概况
郑州市至巩义市域铁路市政配套工程商业街站位于棋源路与禹锡路交叉口，沿棋源路南北向布置，车站外包总长231.6m，标准段宽20.1m，基坑深度17.5m，盾构端头宽24.0m，基坑深度为17.2m，采用明挖顺筑法施工。围护结构采用Φ1000@ 1500钻孔灌注桩加桩间土挂网锚喷的方式进行支护，内支撑采用三道Φ609（t=16mm）的Q235钢管支撑。
3、高压电缆情况
商业街站横跨主体结构上方的5条高压线，（由北到南）包含10kv、35kv、110kv、35kv及220kv高压线，其中1条220KV的高压线不迁改，其他4条高压线可迁改，但迁改难度大，迁改进度慢。当围护桩施工至高压线影响范围时剩余1条220KV及1条110KV高压线未迁改，严重影响车站围护桩施工及围护结构封闭。
横跨车站主体结构上方的110KV高压线在两侧钻孔灌注桩施工区域落地高度经实测分别为10m、10.3m，安全控制高度5.0m，低净空情况下桩基成孔困难、钢筋笼无法整体吊装。高压线影响范围内围护桩22根，桩长为23.5m，钢筋笼长24.2m。具体位置如图1所示。
图1商业街高压线现状图
4、重难点分析及方案比选
商业街站由于电力管线横跨基坑，影响范围18m，高压线的落地高度只有10m，传统的旋挖钻机高度在18m左右，无法满足正常施工需求，进而导致围护结构不能封闭，从而影响基坑开挖。为保证后续施工安全进行，必须采用其他措施进行围护桩施工。
从人工挖孔桩和洛阳铲成孔两个方案比选。人工挖孔桩施工方便，施工占地面积小，不需要大型机械设备，但挖孔桩井下作业条件差、环境恶劣、施工速度慢、劳动强度大，安全和质量无法保证。洛阳铲成孔使用小型机械，组装灵活，用电功率小，要求工作面较小，施工速度较快。但施工噪声较大，移机慢，需要辅助配合多。
从工程造价、施工工期、施工安全等方面综合比选，洛阳铲成孔方案更利用施工，从而使用洛阳铲成孔+钢筋笼分节对接的施工方法。
5、洛阳铲成孔施工流程及步骤
5.1洛阳铲成孔
110KV高压线下施工安全限高取10.4-5=5.4m。围护桩采用洛阳铲打桩机成孔，钻机支架高4.0m，保证施工高度在安全限高之内。洛阳铲打桩机是利用卷扬机提升洛阳铲，靠洛阳铲自重及下落加速度闭合抓土，提升至地面卸土，依次循环成孔。
5.2洛阳铲冲孔操作步骤：
（1）安装洛阳铲支架就位，收紧内套钢丝绳，提洛阳铲至一定的高度停住。
（2）钻架上的工作人员持固定钩勾住挂环，然后松卷扬机钢丝绳，使洛阳铲由固定钩吊住，这时主绳不受力，洛阳铲瓣张开，准备向孔底冲击。
（3）钻架上的工作人员持活动钩勾住洛阳铲的挂环，并指挥卷扬机稍为收紧内套绳将洛阳铲吊住，替换取出固定钩。这时内套绳受力，但活动钩与开合机构间的一段绳仍松着，故开合机构暂时不起作用。
（4）操纵卷扬机松放内套绳落洛阳铲到要冲击的高度，松开离合器，使洛阳铲迅即下冲。洛阳铲瓣切入土石后，钩轻柄重的活动钩便自动脱出挂环。
（5）收紧内套绳，经开合机构的作用，使洛阳铲瓣合拢抓土。然后提升洛阳铲至略高于固定钩处停住，钻架上的工作人员用固定钩勾住挂环，并指挥卷扬机稍松内套绳，由固定钩吊住挂环，则洛阳铲瓣张开卸土，卸土完毕后，回到上述第三步。
图2铲打桩机成孔及探孔器检测
5.3洛阳铲成孔效率
洛阳铲直径为1000mm，满足商业街围护桩的直径要求，洛阳铲施工正常需要3-4人配合，其中1人操作卷扬机，2-3人配合小车推土。洛阳铲成孔工效为8-10m/h，正常一根围护桩成孔需要3h。挪机修整操作平台大概需要1h，为保证高压线下施工的安全，2台洛阳铲仅在白天施工的情况下4天就可以完成受制约的22根围护桩。
5.4洛阳铲成孔垂直度控制问题分析
（1）常见问题：①架体中心点无明确位置，复核误差较大；②钢丝绳与洛阳铲有偏心现象，导致成孔中心偏移；③架体固定不牢，冲孔作业操作不规范，造成架体移位。
（2）解决方法：①吊起洛阳铲后沿钢丝绳在标记中心点；②吊起洛阳铲后确定洛阳铲铲头的中心位置；③打设地锚进行固定；
（3）预防措施：①架体正式搭设前进行试验，吊起洛阳铲后沿钢丝绳在架体上进行标记，确定架体中心位置，以便于复核；②根据洛阳铲形状轮廓确定几何中心点，以次为吊点吊起后抄平，若洛阳铲有歪斜现象，则应更换位置试验，确定洛阳铲铲头的中心位置；③架体搭设并复核完成后，打设地锚进行固定，尤其是卷扬机位置震动较大，加强连接；
6、低净空下钢筋笼吊装工艺
6.1钢筋笼分节原因分析
钢筋笼长度为24.2m，若采用整体吊装，不满足安全限高要求（限高5m），因此采用分节吊装入孔，分为七节吊装（3.5m+3.5m+3.5m+3.5m+3.5m+3.5m+3.2m），分节长度满足起吊时最高点高度小于安全限高。分节处采用特殊机械连接进行对接。
6.2钢筋笼加工
钢筋笼采用先整体加工后分解的方式进行制作，但钢筋笼整体加工后主筋已焊接牢固，无法转动，为实现钢筋笼拆分和对接施工，钢筋分节处采用特殊机械连接工艺，即钢筋笼下节主筋丝头加工时加工双倍丝扣数，上节主筋丝头正常加工，使套筒能先整个旋入下节主筋丝头中，对接时通过向上转动套筒至拧紧扭矩完成钢筋笼对接施工。钢筋笼对接示意图见图3。
图3 钢筋笼对接示意图
6.3钢筋笼制作注意事项：
（1）钢筋笼先整体加工后分解，为保证对接时能顺利连接，对接区段的螺旋箍筋应先集中绑扎在该区段上部，待完成对接后放下，与主筋焊接牢固。
（2）钢筋笼拆分前应做好对接限位标志，以保证对接时准确无误，有限位标志的主筋应不少于7组。
（3）钢筋笼分解转运过程中应防止钢筋笼变形导致对接困难。
6.4钢筋笼吊装、对接
钢筋笼在钢筋加工场加工完成后使用随车起重运输车转运吊装入孔，装载机配合，作业时应严格控制机械使用安全限高。
（1）吊点位置确定
因分节后钢筋笼较短且随车起重运输车只有一个吊钩，故采用装载机配合起吊。由随车起重运输车吊起钢筋笼顶部加劲箍位置，装载机吊起钢筋笼尾部加劲箍位置，平吊离开地面后装载机配合随车起重运输车将钢筋笼转为竖直状态。
（2）吊装前质量检查
在钢筋笼制作完成后，对钢筋笼重点部位进行检查，每次起吊前对吊具进行全面检查，确保所有吊具满足规范要求。
（3）起吊
钢筋笼在指挥人员的指挥下缓缓起吊，使钢筋笼顶部离开地面一定距离，钢筋笼底部离开地面0.3～0.5m，保证钢筋笼的平稳，以检验焊接质量。同时，再次检查吊环、吊点处与卸扣、钢丝绳的连接是完好，钢筋笼的是否存在变形过大的问题。经检验无误后，用人牵引拴接在笼底的缆风绳，稳住钢筋笼，由指挥人员统一指挥自卸吊及装载机将钢筋笼缓缓提升吊起，牵引稳固绳索人员只需在吊起过程中随钢筋笼的移动缓缓放松绳索，但不得完全松开，将钢筋笼尾部控制在离地面1m左右的距离即可；自卸吊吊钩应缓缓提升，直至钢筋笼由水平状态转换为竖直状态，拆除装载机吊钩上钢丝绳，下放入孔。
（4）对接
1）下段钢筋笼吊入孔内，用钢梁挑住暂搁在护筒上；
2）起吊上段钢筋笼，在自然垂直状态下对准下段钢筋笼；
3）缓慢下放上段钢笼，使各组纵向主筋配对理顺；
4）将钢筋笼有对接限位标志的几组纵向主筋进行连接；
5）重新吊起钢筋笼，使上下段钢筋笼呈自然垂直状态；
6）将其余各组纵向主筋的接驳器拧紧，检查拧紧扭矩；
7）循环上述程序，将对接成整体的钢筋笼下放入孔。
6.5筋笼吊装对接困难分析
（1）常见问题：①钢筋笼加工时未进行限位标记，上下对接时无法进行匹配；②对接时有个别组钢筋无法对齐；③钢筋笼起吊不当造成变形。
（2）解决方法：①钢筋笼加工分解前进行限位标记；②将有限位标记的钢筋匹配连接后，重新吊起钢筋笼，使上下段钢筋笼呈自然垂直状态，再进行其他组钢筋的对接；③对于变形或是其他原因造成的无法连接的钢筋，采用帮条焊进行连接，帮条断面面积不得小于钢筋笼主筋的70%，采用单面焊，焊缝长度不小于10倍主筋直径，帮条焊接头的焊缝厚度不应小于主筋直径的0.3倍，焊缝宽度不应小于主筋直径的0.7倍。
（3）预防措施：①钢筋笼加工时对同组钢筋进行限位标记，根据主筋根数标记数量不少于1/3，且均匀分布；②提前做好帮条焊的工艺检验及试件检测工作；③钢筋笼起吊时应由指挥人员统一指挥自卸吊及装载机，将钢筋笼缓缓提升吊起，钢筋笼由水平状态转换为竖直状态过程中自卸吊及装载机应严密配合。
6.6吊装作业安全限高控制要点
（1）问题分析：①施工安全控制高度仅为5.0m，吊装作业空间小；②随车起重运输车上没有仪表显示大臂作业时的角度、高度等参数，不易控制。
（2）解决方法：①吊装时采用吊绳方式控制汽车吊升高高度，在大臂顶绑一根长5m的吊绳，下绑重锤，作业过程中如若吊绳即将离开地面，则表明已到安全控制高度，旁站安全员和信号工立即要求吊车司机停止吊装，降低高度；
（3）预防措施：①吊装时采用吊绳方式控制汽车吊升高高度；②施工过程中定期测量作业区上方高压线落地高度，根据实测值动态调整施工安全控制距离。
7、施工效果分析
7.1施工工期分析
商业街站在110KV高压线下围护桩（共22根）施工共耗时9天，若等待高压线改迁完成后采用旋挖钻机施工，高压线迁改时间21天，旋挖钻施工4天，共计耗时25天，洛阳铲成孔+钢筋笼分节对接施工节约工期16天。
7.2施工质量分析
高压线影响范围内22根围护桩完成后，低应变检测桩体完整性全数合格。后期基坑开挖阶段，对此位置测量监测，未发现异常情况；桩体的垂直度远远小于设计偏差量，较旋挖钻成孔质量效果更加明显。
结束语
对比于传统的围护桩采用旋挖钻施工技术，受高压线影响的商业街站围护结构无法施工，采用洛阳铲成孔，特殊机械连接分节对接施工，在高压线下低净空（施工高度小于5m）桩基施工中优势显著。在成本节约方面，直接成本节约达18万元：间接成本节约达25万元。本施工方法的应用成功保证了110KV高压线下钻孔灌注桩提前施工，车站围护结构封闭工期节点能够如期完成，取得了良好的效果。并且此施工技术易掌握，实用性强，利于推广，其社会效益显著。为今后低净空条件下围护桩施工，具有较强的指导意义。
参考文献
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论文作者:代亚运
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年1期
论文发表时间:2019/5/7
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