关于城市轨道交通建设过程中HPE液压工法施工技术分析及应用

关于城市轨道交通建设过程中HPE液压工法施工技术分析及应用

唐凯林

中国水利水电第八工程局有限公司 湖南长沙 410004

【摘要】近年来，随着城市轨道交通的迅猛发展，施工高质量、紧工期等情况日益普遍。老工法的改进与创新是时代的要求，HPE 液压工法是近年来出现的一种新施工技术，该施工方法的工艺流程简单、安全、快捷、高效，能有效满足工程建设需要，在施工中逐渐得到广泛重视和应用。

【关键词】工法特点；施工工艺；设备选型；安全质量控制。

1.前言

在2019年，作者在水电八局铁路公司负责生产管理，主要负责某市地铁线两个车站项目的施工建设，所管理的两个车站都是采用“盖挖逆作法”施工，其中主体结构中立柱采用HPE工法施工。本文将结合工程施工实例，就HPE 液压工法的应用进行探讨分析，并将其技术应用进行归类总结，希望能为类似工程施工提供启示。

2.工法特点

①垂直精度高，垂直度≤L/500（L为钢管柱长度）；

②定位准确，单柱安装施工周期短，大大节约施工工期；

③避免常规永久性钢管柱安装人工入桩孔内施工作业，降低安全风险；

④无需埋设外钢套管，节约能源。

3.适用范围

表1 HPE工法适用范围

4.工艺原理

首先，将HPE液压插入机械准确就位、定位，根据HPE液压插入机机身上的垂直调校装置调整垂直度。

HPE液压插入机定位垂直后，将钢柱吊起，用HPE液压插入机的液压定位器将钢柱抱紧，根据二点定位原理[1]，抱紧钢柱后再复测垂直度。

在保证垂直度后将钢柱在砼初凝前用HPE液压垂直插入机将钢管柱插入到灌注桩混凝土中，直至达到设计标高及标准要求为止[2]。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1工程概况

某市二期地铁施工工程，车站规划同原有地铁线换乘，采用立体交叉换乘模式，采用上侧下岛换乘方式，支线工程车站为地下两层车站，双柱三跨结构，局部设付费区过轨通道为三柱四跨结构。车站有效站台中心里程右YDK5+598.000，车站总长度为250m，站台宽14m，车站标准段宽度为23.3m，底板埋深约18.80m，顶板覆土约3.5m。车站采用盖挖逆作法施工。

车站主体围护结构采取800mm厚地下连续墙，共108幅。

中立柱采用钢管柱，与车站主体结构框架柱结合施作为永久柱，钢管柱直径分两种，为Φ1000钢管柱与Φ800钢管柱。中立柱基础为立柱桩，型式为钻孔灌注桩，对应Φ1000钢管柱为直径1800mm钻孔灌注桩，对应Φ800钢管柱为直径1500mm钻孔灌注桩。同时立柱桩兼做抗拔桩，钢管柱嵌固入基础桩内3m。车站共有Φ1000钢管柱4根，Φ800钢管柱57根。

5.2施工准备

准备施工材料、设备和施工人员，完善施工方案设计，进行技术交底，有效指导后续施工。设备装置：液压定位器2个、垂直插入系统2个，水平调校装置4个，垂直调校装置1个、垂直仪1台，Φ1000钢管柱4根，Φ800钢管柱57根。

5.3设备选型

根据本工程永久性钢管柱的特点，从施工成本、安全性及施工进度上考虑，采用HPE液压垂直插入机安装永久性钢管柱[3]。根据两点定位原理，通过HPE液压垂直插入机机身上的两个液压垂直插入装置，将底端封口的永久性钢管柱垂直插入支撑桩钢筋笼中，直至插入至设计标高。

图1  HPE液压垂直插入机及配套设备

图2  HPE液压垂直插入机构造图

图3  钢管柱安装示意图

5.4工艺流程

HPE垂直插入钢管柱施工工艺流程如下图。

图4  HPE垂直插入钢管柱施工流程图

5.5操作要点

（1）立柱桩基础施工

立柱桩基础为钻孔灌注桩基础，采用冲击钻和旋挖钻成孔，考虑操作人员须下至钢管柱顶部位置切割工具柱，护筒长度须保证不小于6m。

立柱桩混凝土浇筑至车站底板位置，同时考虑插入钢管的需要，要求混凝土的缓凝时间不少于24小时。

（2）钢管柱加工及运输

钢管柱制作要求钢结构工程企业资质一级及以上[4]。钢管柱在加工场内一次加工成型，再长距离运输至施工现场。钢管柱加工时，将其顶部约70cm长柱帽与柱体分离，同时中板与底板位置牛腿仅伸出钢管柱外20cm。

钢管柱运输至现场后，在钢管柱顶部焊接11m长工具柱。

（3）HPE机就位及调试

立柱桩混凝土浇筑完成后，采用180t履带吊将HPE机吊装就位，使用各油缸分别调整HPE机对中、水平度和垂直度，满足要求后再将钢管柱吊装入孔[5]。

（4）HPE液压垂直插入机压柱

步骤一：HPE机上下液压抱紧装置抱紧钢管柱。

步骤二：上下液压抱紧装置同时向下压柱，压入深度达到单次最大深度（50cm）。

步骤三：压柱达到最大深度后，松开上部抱紧装置并提升至最大插入高度后继续抱紧钢管柱。

步骤四：继续提升下部抱紧装置至最大插入高度，抱紧后再次插入钢管柱，依次循环，直至插入设计高程。

压入过程中通过事先安装在钢管柱底部的垂直仪感应器传回的数据，及时调整钢管柱垂直度。

（5）碎石回填及泥浆抽除

压柱完成后，在钢管柱四周回填碎石至工具柱连接部位以下约0.5m位置，抽除孔内剩余泥浆，便于人工下井割除工具柱。

（6）拆除工具柱、焊接柱帽

待立柱桩混凝土达到凝固要求后，人工下井割除工具柱，并安装顶部柱帽，将HPE机移位。

（7）柱内混凝土浇筑并下放钢筋笼

采用导管法进行钢管柱内的混凝土浇筑，浇筑完成后下放柱顶钢筋笼。柱内混凝土达到初凝后，回填孔口，拔除钢护筒。

（8）牛腿焊接

待盖挖逆作车站中板和底板施工时，须在基坑内焊接接长牛腿至设计长度。再绑扎钢筋，进行梁板施工。

6材料和设备

本工程采用C20混泥土材料，其用量根据按进度需要进场。设备装置包括，液压定位器2个、垂直插入系统2个，水平调校装置4个，垂直调校装置1个、垂直仪1台，1 台180t 履带吊、Φ1000钢管柱4根，Φ800钢管柱57根。

7质量控制

7.1垂直插入型钢柱施工成桩垂直度控制

安装型钢柱的垂直度要求为L/1000（L 为型钢柱长度），因此对钻孔灌注桩成孔的垂直度要求也相应更高，并且上部最深18 m 左右空钻，常规的钻孔灌注桩垂直度要求为1%，18m 空钻的垂直偏差就达180 mm，加上钢筋笼安装偏差最大可达70 mm，累加偏差就达250 mm。对于Φ1500 mm 直径的钻孔灌注桩钢筋笼内径扣除保护层每边70×2 mm、主筋28×2 mm、加强箍20×2 mm，其内径最大为1264 mm，如插入600*700 mm 型钢柱对角线长及锚栓钉881mm，在钢筋笼中心与桩位中心重合时型钢柱离钢筋笼内侧的净距仅为191 mm。如有超声波管及注浆管净距更小，如上述钻孔灌注桩偏差250mm 后型钢柱插入会造成碰撞钢筋笼，就是插入型钢柱后其垂直度也无法保证设计要求。因此，成孔中需加大上部空钻孔径并采用高精度的成孔设备，以满足型钢柱安装的要求。对钻孔灌注桩的成孔垂直度必须控制在1/300 以内，才能满足型钢柱插入的要求，国内钻孔灌注桩垂直度最高小于1/300，无法100%满足1/600 的要求，地下型钢柱安装小于1/500，无法100%满足1/1000 的精度，该问题需与设计沟通。

7.2施工监督与检验控制

施工中进行完备的施工组织设计和制定可行的施工方案，以及实施可操作性强的技术交底，保证工程的整体部署有条不紊，施工流水不乱，施工操作人员严格执行方案、交底的要求，从而有力保障工程的质量和进度。

在施工过程中我们将坚持检查上道工序、保障本道工序、服务下道工序，做好自检、互检、交接检；遵循分包自检、总包复检、监理验收的三级检查制度；严格工序管理，填写工序交接单，认真做好隐蔽工程的检测和记录。

8安全控制

设置现场工程概况牌、施工组织网络牌、安全纪律牌、安全宣传牌、防火须知牌、事故记录牌和施工总平面图规格统一，内容完善，位置醒目。施工场地围挡整齐美观。

设置足够的消防设施。消防设施放置在明显易取的位置，并设立明显的标志，各类器材定期检查、补充、更换，保证消防设施的完好状态。

执行治安保卫教育制度，所有施工人员登记造册，在当地有关部门登记，对进场施工人员进行治安保卫教育，提高自我保护和维护治安的能力。

9环保措施

在施工的全过程中，严格遵守国家和地方政府部门颁发的环境管理法律、法规和有关规定。在施工的全过程中，根据客观存在的粉尘、污水、噪声和固体废物等环境因素，实施全过程污染预防控制，尽可能减少或防止不利的环境影响。预防为主，加强宣传，全面规划，合理布局，改进工艺，节约资源，为企业争取最佳经济效益和环境效益。

10效益分析

用HPE 液压垂直插入机来解决暗挖车站“洞桩法”钢管柱施工时人工安装定位器施工难度大、风险高、误差大以及效率低的问题。该方法省去了成桩时安装钢护筒工序，无需人工清理桩顶淤泥和破除桩头、安装定位器，既解决了人工安装定位器误差大的问题，又减少了工序之间的作业时间、衔接时间、相互影响等，很大程度上确保了施工安全，加快了施工进度。

总的来说，HPE 液压垂直插入机施工工法的成功应用，为地铁工程施工技术的发展起了积极的推进作用。

11应用实例

工程局承建的武汉地铁某中间站施工项目为市政道路建设的重点工程，采用盖挖逆作法施工。中立柱采用钢管柱，与车站主体结构框架柱结合施作为永久柱，钢管柱直径为Φ1000mm。中立柱基础为立柱桩，型式为钻孔灌注桩，钻孔桩直径为1800mm。该工程运用HPE 液压工法出色的完成了该重点工程的关键部分，从而提高了工程质量和进度。

参考文献

[1]陈涛.地铁盖挖车站中间桩柱的施工技术[J]. 中国高新技术企业.2017(09)

[2]冉道平,肖峰.盖挖逆作法施工引起地铁车站结构内力的测试结果分析[J]. 建筑技术.2015(09)

[3]丁克胜,李旭,易顺建.仿真盖挖逆作法土方开挖过程中地下连续墙的变形分析[J]. 建筑技术.2014(03)

[4]赵玉玺.盖挖逆作法地铁车站方形中间桩柱定位技术[J]. 隧道建设.2013(07)

[5]程新军.天津站交通枢纽地下连续墙及中间桩柱施工技术[J]. 铁道建筑.

2012(08)

作者简介：

姓名：唐凯林； 出生年月：1977.10；性别：男；民族：汉；籍贯：湖南省武冈市；学历（位）：研究生；硕士学位；职称：高级工程师；研究方向：地铁工程