学文网摘要：城市地铁枢纽工程地下空间多为-3至-4层，深度一般在25m以上，基本上采用逆做法施工。逆做法施工的关键性控制工程是其中间支柱施工。中间支柱一般由支承桩及钢管柱组成。常规的钢管柱施工存在着工序烦琐，工期长，安全性低，且成本高等局限性。采用HPE工法进行钢管柱施工具有工序简单，工期较短，安全性高等优点。本文结合杭州地铁1号线武林广场站工程具体介绍了HPE工法在地铁工程钢管柱施工的应用。
关键词：HPE工法；钢管柱
中***分类号： TU435 文献标示码：A
1概述
城市地铁工程逆做法是在环境和复杂地层施工的新兴的基坑支护技术，是减少对交通及周边环境影响中最有效的方法之一。逆做法的中间支柱工期、质量是整个基坑起着承上启下的主导作用，是逆做法施工中技术和工期关键性控制工程。
中间支柱一般由支承桩及永久性钢管柱组成。支承桩一般采用钻孔灌注桩。灌注桩浇筑至基坑底标高后，在支承桩顶安装一根逆作施工的支承上部施工荷载的永久性钢管柱。
HPE工法（液压垂直插入法）是采用全液压套管机，垂直插入钢管柱，通过自动定位器的导向、辅助，完成钢管柱吊装及核心砼的浇筑，并在吊装完成之后时对钢管柱进行保护的一整套工法。采用该工法进行钢管柱施工能够有效地缩短工期，保证质量。
2施工概况
杭州地铁1号线武林广场站位于杭州市中心广场――武林广场东北角，与武林广场东通道呈34度斜交。根据地铁线网规划，该站是地铁1号线与3号线的换乘车站，车站为地下三层上下重叠的岛式站台，4柱5跨三层结构(两端4层)。车站长161.75m，标准段宽36.6 m,底板埋深约27m，顶板覆土约4m，两端4层覆土约1.5m。车站采用盖挖逆作法施工。
杭州市地铁工程武林广场站地处淤泥质软土，该站开挖深、跨度大。武林广场站中间柱采用直径1.6m的AM桩基和在上部安装Φ900、壁厚16mm钢管柱，共计70根。AM桩及钢管柱是车站结构的主要承载和传力结构，施工质量的优劣将直接影响车站结构的安全、稳定。该钢管柱施工中采用HPE工法进行施作，保证了工程质量、工期，该工法在杭州市地铁工程武林广场站取得良好的经济和社会效益。
3HPE工法原理
HPE工法设备装置有：液压定位器2个、液压连接器1个、垂直调校装置1只、垂直仪1台，如***1所示。
***1HPE工法设备***
该工法根据二点定位的原理，通过HPE液压垂直插入机机身上的两个液压垂直插入装置，在支承桩混凝土浇筑后、混凝土初凝前将底端封闭的永久性钢管柱垂直插入支承桩混凝土中，直到插入至设计标高。
钢管柱垂直吊起到液压插入机上，由液压插入机将钢管柱抱紧，同时复测钢管柱的垂直度。然后由上下两个液压垂直插入装置同时驱动，通过其向下压力将钢管柱垂直向下插入，液压定位器将钢管柱抱紧后，按照从下到上的顺序依次松开液压定位器，再由两个液压垂直插入装置同时将钢管柱向下插入，重复上述步骤，直至插入到设计深度要求。该工法适用于任何基坑钢管柱的安装施工。
4HPE工法施工方法及步骤
HPE垂直插入钢管柱施工流程如下***所示：
***2HPE垂直插入钢管柱施工流程***
具体施工施工方法及步骤为：
1、灌注桩混凝土浇注
考虑插入钢管的需要，灌注桩的混凝土要有一定缓凝时间，缓凝时间不小于混凝土运输时间、浇筑时间、HPE插入机就位时间、插入时间的总和，混凝土运输时间按1h计算，混凝土灌注时间按3-4h计算，HPE垂直插入机就位按2h计算，插入钢管柱时间按5-6h计算，合计时间不少于13h，要求混凝土缓凝时间不少于18h。
2、HPE垂直插入机就位对中
混凝土灌注完成后，重新放出桩位为中心，并将十字线标记在护筒上。复核桩位后，将HPE液压插入机械的定位器中心与基础桩位中心在同一垂直线上，然后吊装HPE垂直插入机就位， HPE液压插入机根据定位器就位对中。
3、调整HPE垂直插入机水平度
就位对中后，HPE液压插入机械可手动、自动调整水平度，并重新复核中心位置，满足要求后即可吊装钢管柱入孔。
4、吊装钢管柱
钢管柱的长度在23m以上，为保证吊装时不产生变形、弯曲，采用二台吊车多点抬吊，将钢管柱垂直缓慢放入HPE垂直插入机上。
5、HPE垂直插入机液压插入钢管柱
钢管柱吊放至HPE垂直插入机内，下入孔内至第二道法兰后，由HPE垂直插入机抱紧钢管柱，并复测钢管柱垂直度，满足要求后在第二道法兰上方安装一个垂直传感器，并设置吊环便于回收使用；刚开始下放钢管柱时，由于钢管柱的自重，钢管柱能自由下入孔内一定深度，当浮力大于钢管柱重量后，由HPE垂直插入机将钢管抱紧，由液压插入装置的液压下压力将钢管柱下压插入孔内，当插至混凝土顶面后，重新复测钢管垂直度，此时可根据钢管柱下部安装的传感器反映到垂直仪上的信号来确定钢管柱的垂直度，满足垂直度要求后继续下压插入至混凝土中；如不满足要求可调整HPE垂直插入机的水平度直至钢管柱垂直度满足要求。
6、重力平衡
钢管柱插入混凝土后，因钢管柱底部封闭，会产生较大的浮力，为确保HPE液压插入机放松液压抱紧后不在上浮，必须进行重力平衡，通过计算浮力大小可在钢管柱内下钢筋笼、加水等方法进行重力平衡。
7、钢管柱孔口固定
重力平衡后对钢管柱上口进行定位，根据已放出的桩位中心与钢管中心吻合，用槽钢将钢管柱固定在工作平台上。并要牢固防止钢管柱偏位。
***3钢管柱孔口固定示意***
8、HPE插入机移位
钢管柱固定完成后，HPE垂直插入机上液压定位器放松，用吊车将HPE插入机吊出、移位。
9、钢管柱内浇筑钢筋混凝土
因钢管柱采用槽钢固定在工作平台上，钢管柱安装完成即可进行钢管柱内的混凝土浇筑，固定钢管柱的槽钢需满足钢管内混凝土的重量，钢管柱内的混凝土采用高抛自密实砼。
10、钢管柱四周回填砂并排浆
当混凝土达到一天强度后，用黄砂填充钢管柱四周至柱顶，并将孔内泥浆排除。
11、拆除工具柱并回填细砂拔除钢护筒
砼初凝后拆除工具柱回填砂至钢管柱顶面一下0.5m，拔除孔口钢护筒。
12、HPE工法垂直插入钢管柱施工见下***。
***4HPE工法垂直插入钢管柱施工
5结论
传统的钢管柱安装方法为在支承桩混凝土灌注前安装一个与支承桩直径相同的钢套管，等浇筑的支承桩混凝土达到一定强度后，抽除钢套管内泥浆，采用人工下孔破除桩顶混凝土至永久性钢管柱底标高，定位器安装完毕再安装钢管柱。此安装方法工序烦琐，工期长，安全性低，且成本高。
从杭州地铁1号线武林广场站钢管柱的施工情况可知，相对于传统的钢管柱施工方法，HPE工法有如下优点：
1、HPE液压垂直插入钢管柱工法由先进的施工设备施工，较之常规的施工工艺，施工流程简单，施工速度快，平均完成单根钢管柱安装时间10～20h，单根钢管柱安装的施工工期缩短了70%以上。
2、将监控量测技术与垂直应交技术启用于信息反馈设计与施工中，动态下修正施工方法及钢管柱垂直放，确保钢管柱垂直度。
3、运用全套管机下压插入钢管柱，节省吊装时间，节省劳动力，钢管柱吊装与柱体施工有效衔接。
4、运用套管机下压吊装钢管柱，只需吊装一节6m护管，不需要吊装整个柱长的护筒，且可循环使用，节省大量材料。
5、提高安全质量。柱体定位时，不需下人施工，在地面上通过应交及监控量测技术定位安装护筒，施工安全，易于进行工程质量管理。
参考文献
[1]潘家文. 洞内钢管柱施工技术[J]. 地下空间与工程学报, 2006, Vol.2:635-640
[2]王德劭. 钢管柱施工探讨[J]. 工业建筑, 2005, 35:729-734
注：文章内所有公式及***表请以PDF形式查看。
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