浅埋地下快速通道逆作法一桩一柱高精度调垂关键技术研究与应用
浅埋地下快速通道逆作法一桩一柱高精度调垂关键技术研究与应用
随着城市交通基础设施建设的不断发展，浅埋地道逆作法施工技术在城市道路改造中得到广泛应用。本文以杨高路（世纪大道—浦建路）改建工程为例，详细介绍了逆作法中一桩一柱结构的高精度调垂关键技术，包括调直架的设计、测斜管的安装、钢柱吊装与调直等关键步骤，为类似工程提供了宝贵的技术参考。
摘 要：逆作法采用一桩一柱结构设计形式时，钢柱垂直度偏差控制对施工质量有很大影响，是施工的难点和重点。结合杨高路（世纪大道—浦建路）改建工程 1 标，介绍了浅埋地道逆作法一桩一柱先插法施工的高精度调垂技术。该技术主要为待钢柱吊装下放后，借助特殊定制的调直架，将其定位和垂直度调整至设计精度，调直架上层为混凝土浇灌平台，可以有效提高设备的工作效率，节约施工成本。该项技术在杨高路（世纪大道—浦建路）改建工程 1 标的应用中取得了良好效果。
0 引 言
随着城市发展日新月异，已建道路由于城市规划、地下结构等种种原因无法建设高架立体交通体系。经过多年的积极探索，在城市道路下方建设地道快速交通体系成为城市交通发展的新趋势，在上海等多个大型城市出现了城市道路正下方建设同向地道快速交通工程，充分利用地下空间以缓解城市交通拥堵之痛。
工程施工中为确保原有交通通畅，地下浅埋地道采用逆作法施工也越来越常见。一桩一柱在逆作法施工中有着极其重要的地位，既是交通地道结构的永久结构柱，也可以为基坑施工提供临时支撑作用。因此一桩一柱的垂直度要求必然高于常规临时支撑钢柱桩，通常设计时要求钢柱的垂直度达到 1/500~1/600。采用合适的施工措施来保证垂直度要求，成为保证一桩一柱施工质量的关键。
1 工程背景
该工程为杨高路（世纪大道—浦建路）改建工程 1 标，标段施工范围为工程起点（近浦建路跨线桥）至由由世纪广场，桩号范围 K1+225～K1+980，主要包括隧道工程、人行通道工程、道路工程、排水工程、安装工程、1# 雨水泵站、消防泵站、交通便道等。杨高路标准横断面宽度主线为 30 m，地面辅路为 50 m。
该工程主体地道及人行通道等附属工程采用逆作法施工。该标段隧道全长 720 m，由敞开段 +暗埋段两部分组成。其中敞开段长 150 m，桩号范围为 K1+260～K1+410；暗埋段长 570 m，桩号范围为 K1+410～K1+980。标准宽度约 26～28 m，人行通道展宽段约 44.8 m。地道共分 Y1～Y27 共 27 个节段，在 Y21～Y26 节段处，隧道暗埋段采用东西两侧展宽的双层结构。该工程中暗埋段底板下均采用钻孔灌注承压桩及抗拔桩，为缩短工期采用地上地下双向同步逆作施工，钢柱桩采用 900、 1200钻孔灌注桩内插钢管立柱（或格构柱）。相关设计参数见表 1。
表 1 一桩一柱设计要求（钢柱部分）
1.1 一桩一柱施工工艺
一桩一柱先插法施工工艺见表 2。
表 2 一桩一柱施工工艺
1.2 一桩一柱施工流程
一桩一柱先插法施工流程如图 1 所示。
图 1 一桩一柱先插法施工流程
2 一桩一柱调垂关键技术
2.1 调直架先插法
为保证一桩一柱施工质量及进度，调直设备采用工厂深度定制加工的调节螺栓调直架。调直架总共设置三层平台：下层平台为钢管固定平台，用于钢管下放后的平面位置固定和对中；中层平台为调直平台，上部安放了四只垂直调节螺栓，用于钢管测斜后的垂直度调整；顶层平台为混凝土浇灌平台，其上设置卡导管的活动钢板，主要用于桩基的混凝土浇筑（见图 2）。
图 2 一桩一柱先插法调直架实景图
2.2 安装测斜管
钢柱垂直度的现场监控可根据现场实际情况采用测斜管测斜方式或者高精度光学检测方法。
采用测斜管测斜方式时，可采用约 15 m 长PVC 管，PVC 管与钢柱采用铁丝和角钢固定。为确保测斜管测试垂直度能代表钢管安放垂直度，测斜管必须与钢管完全平行，因此必须确保测斜管的安装精度，而且要求固定牢固。为确保钢管母线位置准确，钢柱进场前由钢柱加工制作单位预先采用墨线方式在钢柱上进行标记。钢管进场后，把测斜管凹槽对准墨线进行安装（见图 3）。
图 3 测斜管安装固定
光学检测方法是利用放置在互成 90°且距离桩位 2 倍桩长距离的两台高精度经纬仪或水准仪观测钢柱竖边或柱身的白色垂直标志线，同时监理和其他相关单位均可平行检测。
2.3 调直架安装固定
为保证钢管柱下放时与桩基同心，调直架固定前应与桩位对中，对中方式采用十字线与线垂结合的方法。
第一步在桩孔位置用十字线对准桩孔中心；第二步用十字钢筋安放在调直架中心位置，钢筋交点处悬挂线垂，线垂对准十字线后，调直架即对中，并用钢卷尺分别测量出十字钢筋中心点距离四只调节螺栓支座的距离，以备钢管定位。
调直架对中完成后，在四只脚的位置采用八只膨胀螺栓与地面固定牢固，也可在调直架安装前铺设两块 2536 mm 厚的钢板。调直架对中后，在四只脚的位置采用七字形钢板钩与 2536 mm厚的钢板焊接固定。
2.4 钢柱吊装与下放
该工程钢柱长度最长为 33.75 m，调直段长度约 5.5 m（钢管柱高出地面 4.5 m），安装垂直度要求 1/600，因此施工精度要求非常高。整根钢管重约 11.5 t。钢柱采用履带式起重机双机抬吊吊装，主吊为 100 t 履带式起重机，副吊为 50 t 履带式起重机。整根钢柱共设置三处吊点，分别位于钢管顶端以下 4.5 m、末端往上 4.5 m 和顶端下 25 cm 处。钢管上部为主吊点，下部两个吊点与辅助起重机大钩连接抬吊起吊。
钢柱下放过程应避免测斜管与调直架碰撞，以防止破坏测斜管。钢柱的下插过程中，检测方和施工方同时对钢柱侧垂直度进行量测，检测手段为利用放置在互成 90°且距离桩位 2 倍桩长距离的两台高精度经纬仪或水准仪观测钢柱竖边或柱身的白色标志线。
2.5 先插法钢管调直
钢管柱调直过程分为两个步骤进行。
2.5.1 钢柱对中
钢柱下放至设计标高后，即开始钢柱对中。根据调直架对中后测得的十字钢筋中心点距调节螺栓支座的距离，计算出钢管外壁距支座的距离，并用底层四只调节螺栓把钢管固定。
2.5.2 钢柱调直
钢柱对中完成后，检测方根据互成 90°的经纬仪观测，根据观测结果反算出实际的垂直度值，直至满足 1/600 的设计要求为止（见图 4）。
图 4 钢柱光学法检测
也可以利用测斜管法检测钢柱垂直度。打开测斜管封头，开始测试钢柱垂直度情况，并根据测试数据利用其顶层调节螺栓对钢柱垂直度进行适度调节，直至满足 1/600 的设计要求为止，然后将顶层调节螺栓将钢柱固定（见图 5）。
图 5 钢柱测斜管法检测
2.6 调直平台的拆除
需待混凝土灌注完成后，为保证钢管柱的垂直度，需在混凝土浇筑完成 24 h 且混凝土具备一定强度后方可拆除调直平台，并将超出地面高度的钢管立桩用气割割除。
3 施工中需要注意的其他事项
（1）为满足一桩一柱垂直度控制要求，成桩施工范围必须全面硬化，硬化地坪厚度不小于 200 mm，强度不低于 C25。当场地为回填土时，硬化地坪还需加配钢筋网片。
（2）测量人员应当认真负责，按照规定定期校核测量仪器精度，钢柱在下放过程应避免测斜管与调直架碰撞，以防止破坏测斜管。
（3）浇筑混凝土时必须采取积极措施减少对钢柱的扰动，必须防止导管强力碰撞钢柱；混凝土养护期间应做好保护措施。
（4）基坑开挖时，钢柱周边应对称开挖，钢柱附近应当采用人工开挖。
4 结 语
本文通过对杨高路（世纪大道—浦建路）改建工程 1 标浅埋地下快速通道逆作法一桩一柱高精度调垂关键技术的研究与应用，已形成一套成熟的施工技术，从完成的钢管桩施工情况来看，施工质量满足工程调垂需要，能够适用于逆作区的钢柱桩调垂工作，大大提高了钢柱的调垂精度，对市政工程中浅埋地道逆作法施工的发展具有重要意义。该项技术的成功应用大大提高了施工效率，对城市交通地道逆作法施工具有重要的现实意义，其施工方法及施工质量得到了各相关方的认可，可为类似工程的设计与施工提供借鉴，是值得推广使用的高效施工方法。
摘自：城市道桥与防洪