盖挖逆作法地铁车站钢管柱定位安装新工艺的研发

【实施一】 AM桩混凝土设计强度为C30，钢管柱内混凝土设 计强度为C50，为保证在插入过程中AM桩混凝土不 会进入钢管柱内，将钢管柱的底部改为封闭结构。
【实施二】 为保证钢管柱插入AM桩混凝 土部分的联接紧密，在钢管柱 底部2米范围内梅花型布臵锚 固螺栓。
钢管柱底部封闭
设置锚固螺栓
中铁三局桥隧分公司
二、工期方面
序号 1 2 3 作业工序 8米钢护筒埋设 桩心放样 、套管机定位 钢管柱吊装至套管机内并调整 所需时间 3h 2h 2-3 h
4
5 6 7
垂直插入钢管柱
中心位臵复核、调整，垂直度调整 抽出钢护筒与钢管柱之间泥浆，回填砂 钢管柱钢筋笼吊装、混凝土浇注
8-9 h
2h 5h 3h
36h＜5d 满足要求
中铁三局桥隧分公司张艳文QC小组
创新型 2008年12月至2009年5月 15人 15次
年龄 33 36 31 31 28 28 26 学历 本科 专科 本科 专科 本科 本科 本科 职务 项目经理 项目总工 项目副经理 项目副经理 项目副总工 项目副总工 项目副总工 备注 组长
副组长 副组长 副组长
1、将钢管柱底部进行封闭 2、在钢管柱底部2米范围内设置锚 固螺栓，保证与AM桩混凝土的联接
技 术 室
2008-12
温元平 范晓敏
2
1、制作多组配合比试块，定时检 查混凝土初凝情况。 2、制作28天强度试块。 1、埋设护桩、定位套管机 2、插入前检测 3、插入全过程监测 4、插入完成后复测
试 验 室 施 工 现 场
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结论 集团公司领导高度重视，将本项目钢管柱 定位安装列为科研攻关课题，划拨了科研 经费，大力支持新型钢管柱定位安装法的 探索研究。 该车站为杭州地铁在建项目中难度最高、 工艺最新的车站，业主非常重视，资金有 保障，人力、物力充足。
目 标 可 以 实 现
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抽干护筒内泥浆 人工清孔 人工凿除1m桩头 高强砂浆找平 人工安装定位器
回填砂 吊放钢管柱钢筋笼 浇筑混凝土
分节拔出钢护筒
注：红色为人工下至护筒底部作业工序
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传统人工定位安装工艺存在的问题
一、工期分析
序号 1 2 3 4 5 6 7 作业工序 30米钢护筒埋设 抽干泥浆 凿除桩头 高强砂浆找平至设计高程 安装定位器并加固牢固 安装钢管柱并调整垂直度后浇筑锚固端混凝土 加温养护待混凝土达设计强度 钢管柱钢筋笼吊装、混凝土浇注 回填砂、钢护筒拔出
8米钢护筒埋设
桩心放样 、沉管机定位 钢管柱安装至插入机定位器并调整 垂直插入钢管柱 中心位臵复核、调整，垂直度调整 抽出钢护筒与钢管柱之间泥浆，回填砂
3h
1h 3-4 h 10-12 h 2h 5h
39h＜5d 满足要求
7
8
钢管柱钢筋笼吊装、混凝土浇注
等待混凝土初凝，钢护筒拔出
3h
9h 中铁三局桥隧分公司
顺利确保了钢管柱内底部混凝土满足设计要求及钢管柱外侧与AM桩混凝土联接紧密
确保混凝土的缓凝时间及质量
【实施一】按照新工艺的需求，从AM桩混 凝土浇注完成到钢管柱插入完成需14小时， 考虑到其他突发因素影响，确定选用初凝 时间不小于36小时的缓凝混凝土。由项目 部购进多种品牌缓凝剂，并在试验室用各 种品牌缓凝剂配制多种配合比试件，定时 记录初凝情况，找出满足施工要求的配合 比。 【实施二】在AM桩施工前做配合比试验， 将选定的缓凝混凝土制作28天抗压试块， 保证混凝土的强度能够满足要求。
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Φ900mm 钢管柱
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盖挖逆作法示意图
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QC小组基本情况表
小组名称
课题名称 课题类型 活动时间 小组成员 活动次数
序号 1 2 3 4 5 6 7 姓名 张艳文 温元平 刘阳 曲宗华 刘昌国 范晓敏 李亚鹏 性别 男 男 男 男 男 男 男
机械选择：将液压全回转套管机进行
改装，安装两套垂直液压装置，将回转 插入方式改为垂直插入。
定位方法：套管机定位后将钢管柱吊装插入两个垂直液压装置内，加设抱箍，利
用水平调节器和垂直调校装置进行微调，定位准确后进行插入，过程中通过垂直 传感器随时掌握钢管柱的垂直度情况，随时调节。
改装后
垂直液压装臵
传统液压全回转套管机 中铁三局桥隧分公司
三、成本方面
四、质量方面
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垂直度允许偏差
人工安装法
静压沉管机 插入法
钢管柱 预制桩
≤25mm（0.93 ‰ ） 1%
精度控制较难
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方案二
液压全回转套管机垂直插入 忠诚立信义 品质赢市场
施工原理：AM桩顶部采用缓凝混凝土
灌注，在混凝土初凝之前，将钢管柱插 入AM桩内，取消了人工作业环节。
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现场测定缓凝混凝土初凝时间
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钢管柱中心位置定位分4个步骤： 1、用全站仪放出桩心位置以及4个 护桩位置，由护桩位置拉出十字线， 定出套管机； 2、钢管柱吊装至套管机固定后， 用全站仪对钢管柱顶部进行中心位 置复核，用护桩的十字线进行钢管 柱底部的中心位置复核，及时调整 偏差，定位准确后开始插入； 3、插入过程中，每插入5米用全站 仪对钢管柱顶部中心位置进行复核， 及时调整偏差； 4、插入完成后，在AM桩顶混凝土 初凝前对中心位置进行最终的复核 及调整。
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三种方案的优缺点分析
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忠诚立信义 品质赢市场 QC小组将两种机械插入方案与人工方案对比进行打分比较： 方案 人工安装 静压沉管 机垂直插 入 液压全回 转套管机 垂直插入 可控制 性 85 65 经济性 70 85 安全性 70 90 施工周 期 70 90 技术成 熟性 95 75 平均得分 78 81
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所需时间 1d 0.5 d 4-5 d 2d 5d 3h 1d
效率太 低了！
每根钢管柱的综合用时为14～16天，从 以往施工数据来看，单根最少用时需13 天。 按照业主下达的工期计划推算，每根钢 管柱安装用时不得大于5天。
结论
不 能 满 足 要 求
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提出方案
机械施工
同 类 结 构 钢管柱
预制桩
静压沉管（桩）机
钢套管
液压全回转套管机
提出以下两种机械插入方案：第一种是静压沉管机插入安装法，第二种是液压全回转
套管机插入安装法，下面我们对这两种方法进行对比。 中铁三局桥隧分公司
方案一
静压沉管机垂直插入
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机械选择：利用预制桩的施工原理，用
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2008年10月15日
张艳文 2008年10月15日 2009年1月4日 ZTSJQS-WLGCZ081015 48小时以上
学历 本科 中专 专科 中专 专科 本科 本科 本科 职务 工程部长 试验室主任 造价工程师 机物部部长 工程师 助理工程师 助理工程师 助理工程师 备注 组员 组员 组员 组员 组员 组员 组员 组员
盖挖逆作法地铁车站
钢管柱定位安装新工艺的研发
中铁三局集团有限公司 桥隧工程分公司张艳文QC小组 发 表 人：李亚鹏
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对策实施
直接效益
社会效益
巩固措施
总结及打算
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杭州地铁一号线武林广场站总建筑面：24235.63m2 为地下三层和四层多跨框架结构 采用盖挖逆作法施工
沉管机将钢管柱垂直插入AM桩内，由于 在市中心施工，故采用静压沉管机进行施 工。
导杆垂直传感器 液压定位器 柱联接内撑
施工原理：AM桩顶部采用缓凝混凝土
灌注，在混凝土初凝之前，将钢管柱插 入AM桩内，取消了人工作业环节。
活动定位器
定位方法：在沉管机定位后将钢管柱
吊装插入两个定位器内，由此保证钢管 柱的插入位臵准确，插入过程中通过垂 直传感器随时掌握钢管柱的垂直度情况。

安全目标：消除5个人工地下作业 工序，降低安全风险

工期目标：每根钢管柱安装时间 从13天降低到5天
序 （工4 作 个 ）业2 工
人6
消除
现状 目标值
时 15 间 （ 10 d ） 5
13 5
0
0
现状
目标值
安全目标
工期目标
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可行性分析
小组成员结构合理，由技术、安质、机械、 造价等专业工程师组成，为本课题的研究 提供了全方位的保证。 小组成员的类似施工经验丰富，其中4人 曾经从事过南京地Baidu Nhomakorabea鼓楼站盖挖逆作法地 铁车站的施工，有钢管柱定位安装的施工 经验。
2009-1
焦世哲 李亚鹏
3
钢管柱施 刘昌国 工全过程 林涛
4
安装垂直度传感器，实时监测钢管 柱垂直度，及时调整
施 工 现 场
钢管柱施 工全过程
郭家驹 林涛 李亚鹏
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D阶段：2009年1月8日—2009年2月18日忠诚立信义 品质赢市场
满足新工艺对钢管柱底部结构的需要
实 施 对 策
75
90
95
90
75
85
通过对比分析，液压全回转套管机垂直插入法 评定为最佳方案， 因此我们以此方案编制钢管柱定位安装施工组织设计。
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确定施工方案后立即组织对液压全回转套 管机垂直插入工艺进行完善，在完善过程中 与传统工艺进行对比，集思广益，找出类似 及不同的地方，充分考虑施工过程中可能出 现的问题。 8m孔口钢护筒埋设 8m孔口钢护筒埋设 AM桩施工 AM桩施工 套管机定位 钢管柱吊装至套管机内 钢管柱对中 垂直插入 抽干泥浆 回填砂 套管机移位 吊放钢管柱钢筋笼 钢护筒拔出 浇筑混凝土
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液压定位器 液压垂直插入装置
液压定位器 垂直调校装置
液压垂直插入装置
水平调节器 水平调节器
孔口定位器
改装后的液压全回转套管机
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液压全回转套管机垂直插入法---优缺点分析 忠诚立信义 品质赢市场
一、安全方面
人工孔底作业风险 人工安装法 静压沉管机插入法 有 无 大型机械危险源 套管机、履带吊 套管机、履带吊
二、安全性分析

人工需下至30米深 钢护筒底部进行清 孔、桩头凿除、定 位器安装，存在窒 息、高空坠落、落 物打击等风险。 由于钢管柱底部处 于淤泥质土层中， 钢护筒与AM桩结 合处易发生涌水、 涌砂。
定位器

φ 1800钢护筒
φ 900钢管柱 定位器
膨胀螺栓
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8
等待混凝土初凝，钢护筒拔出
9h
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三、成本方面
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四、质量方面
增设的两组垂直液压装置有水平调校功能，在钢管柱上安装垂直传感器， 整个装置通过电脑操作系统进行数据监控及水平位置调节，最小调节单位以 mm计，可以满足设计精度要求。
液压全回转套管机电脑操控室
电脑操作界面
成立时间
组 长
盖挖逆作法地铁车站钢管柱定位安装新工艺的研发
注册日期 注册编号 接受TQC教育情况
序号 8 9 10 11 12 组员 组员 组员 13 14 15 姓名 郭家驹 焦世哲 李刚柱 许月辉 迟玉仑 杨善亮 刘建卫 薛磊 性别 男 男 男 男 男 男 男 男 年龄 26 25 28 34 43 26 27 23
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P阶段：2008年12月1日—2009年1月7日 忠诚立信义 品质赢市场
钢 管 盖柱 挖定 逆位 作安 法装 地新 铁工 车艺 站的 研 发
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传统人工定位安装工艺流程
30m钢护筒埋设 钢管柱安装定位 钢管柱与定位器焊接 浇筑锚固混凝土
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AM桩施工
钢护筒拔出
播放
暂停
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序号 要求 对策 目标 措施 地点 时间 负责人
1
确保钢管柱内 满足新工 调整钢管柱底 底部混凝土满 艺对钢管 部结构 足设计要求， 柱底部结 确保钢管柱外 构的需要 侧与AM桩混凝 土联接紧密
确保在不影响 确保混凝 强度的前提下 土的缓凝 进行多种配合 使混凝土的初 时间及质 比混凝土实验 凝时间不小于 量 36小时 针对新工艺特 中心位置误差 中心位置 点制定一套完 控制在20mm以 准确定位 善的中心位置 内 测控方案 垂直度满 进行垂直度全 垂直度偏差 足设计要 过程监测 ≤25mm 求
导杆垂直传感器 固定定位器 钢护筒 钢管柱
AM桩
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静压沉管机垂直插入法---优缺点分析
一、安全方面
人工孔底作业风险 人工安装法 静压沉管机插入法 有 无
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大型机械危险源 套管机、履带吊 套管机、履带吊、沉管机（30m高）
二、工期方面
序号 作业工序 所需时间
1
2 3 4 5 6