一種地鐵車站y型鑄鋼結合鋼管柱加施工方法
【專利摘要】本發明涉及異型鋼管柱加工及其混凝土施工領域，具體為一種地鐵車站Y型鑄鋼結合鋼管柱施工方法，解決現有鋼結構柱應用于地下工程中時加工工藝、焊接質量、吊運安裝非常困難、管柱內混凝土不密實、容易變形等問題，包括Y型鑄鋼結合鋼管柱的設計加工、施工現場上部分鑄鋼段和下部分鋼管段拼裝焊接施工、預埋件安裝施工、整體吊運安裝、空中對接、空中焊接以及采用混凝土頂升裝置及泵送頂升法澆筑鋼管柱內混凝土。采用在工廠分段加工鑄造、現場拼裝焊接，分兩段整體吊運安裝，空中一次焊接完成的工藝，保證施工安全及結構焊接質量，提高施工效率，加快施工進度，填補了地下工程大型鋼結構設計、加工、安裝的空白。
【專利說明】-種地鐵車站Y型鑄鋼結合鋼管柱加施工方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及異型鋼管柱加工及其混凝土施工領域，具體為一種地鐵車站Y型鑄鋼 結合鋼管柱施工方法。
【背景技術】
[0002] 隨著城市軌道交通的高速發展，地鐵車站的建筑結構形式也在不斷的發展、創新。 空間高、柱距大、廳臺聯通的優美"大空間"建筑形式開始從機場、酒店等地面建筑進入到地 下地鐵車站中，而輕質、高強的鋼支撐結構也隨之在地鐵車站中開始逐步應用。鋼結構建筑 形式在地面建筑已廣泛采用中，但在地鐵車站目前在國內還沒有成熟、可行的施工方法，只 是處在試驗研究階段，尤其是Y型鋼結構柱應用在地下支撐結構中，在國內外還未見公開， 因為地鐵車站支撐結構柱受力復雜，需考慮大柱距、厚頂板(鋼筋混凝土）荷載、地面覆土 荷載、車行人行荷載等堅向力作用，地下土體的側向壓力，還需考慮地震對車站穩定性的影 響，而且環境惡劣，長期處于密閉空間，環境潮濕，在地下工程中此類型的大型鋼無論是加 工工藝、焊接質量還是吊運安裝在地下工程實施非常困難。
[0003] 此外，目前施工現場所用的Y型鋼結構柱均應用在地上工程，而且全部采用鋼管 焊接而成，內部采用混凝土填充。由于Y型柱上部為異型Y字，其內部結構復雜，采用常規 泵送高拋澆筑工藝，在施工過程中存在以下問題，1)澆筑平臺需要搭設工具架，費時費力， 會延后整體工期；2)混凝土下落高度較大，混凝土容易產生離析，局部的下落孔洞較小，無 法用振動棒進行振搗，導致混凝土不密實，管柱內混凝土產生空洞，影響整個柱體的結構安 全；3)結構柱為異性，澆筑過程必須在兩分叉同時進行，容易出現鋼管柱兩Y叉因受力不均 產生變形，以及鑄鋼內混凝土不密實、離析等質量缺陷。
[0004] 所以迫切需要一種加工質量好、安裝精度高、施工安全快速、工藝比較成熟的地下 工程Y型鋼結構柱加工及施工方法。
【發明內容】
[0005] 本發明為了解決現有Y型鋼結構柱應用于地下工程中時加工工藝、焊接質量、吊 運安裝非常困難，以及混凝土施工存在費時費力、管柱內混凝土不密實、產生空洞以及容易 變形等問題，提供一種地鐵車站Y型鑄鋼結合鋼管柱施工方法。
[0006] 本發明是采用如下技術方案實現的：一種地鐵車站Y型鑄鋼結合鋼管柱施工方 法，包括以下步驟： 步驟一、Y型鑄鋼結合鋼管柱的設計加工 Y型鑄鋼結合鋼管柱上部分鑄鋼段由兩個分叉段和堅向節點段分別鑄造、然后在施 工現場拼裝焊接而成，材質為G20Mn5N，壁厚80mm，分叉節點位置壁厚130mm，兩個分叉 段之間的夾角為70° ;Y型鑄鋼結合鋼管柱下部分鋼管段由若干節鋼管焊接而成，材質為 Q345B，鋼管直徑1200mm，壁厚30mm; 步驟二、施工現場上部分鑄鋼段和下部分鋼管段的第一節鋼管拼裝焊接施工 上部分鑄鋼段和下部分鋼管段第一節鋼管之間采用全透焊對接焊縫，焊縫質量等級為 一級，上部分鑄鋼段的分叉段與堅向節點段之間的焊接厚度為80mm，堅向節點段與下部分 鋼管段的第一節鋼管之間的焊接厚度為50mm; 步驟三、Y型鑄鋼結合鋼管柱預埋件安裝施工 (1)定位器的埋設 定位器由1個定位環板和8根定位錨栓組成，施工前，首先在鋼管柱位置擴挖lm深施 做Y型鑄鋼結合鋼管柱承臺基礎并埋設定位錨栓； (2 )Y型鑄鋼結合鋼管柱下部分鋼管段的吊裝定位 1).預先在定位錨栓上安裝調節螺母，并將調節螺母頂標高調至設計標高位置；2).吊 裝前，在鋼管柱上標注十字軸線位置；3). 250t汽車吊進行鋼管柱吊裝，鋼管柱下地腳板上 預留螺栓孔穿過定位螺栓落于調節好標高的調節螺母上，上口采用雙螺帽固定；4).采用 千斤頂配合調節螺母對鋼管柱進行微調，包括標高、垂直度及平面位置的微調：標高采用水 準儀實測，垂直度采用吊鉛垂線、平面位置采用鋼管柱和承臺基礎上的十字軸線重合進行 確定；5).調節完成后，在鋼管柱柱腳板和承臺基礎之間二次填充混凝土，將鋼管柱固定牢 固； 步驟四、整體吊運安裝 將焊接在一起的上部分鑄鋼段和下部分鋼管段的第一節鋼管整體吊運安裝，吊裝采用 一臺450噸履帶吊車，履帶吊位于距離基坑邊15m的安全區域支車、組車，然后進行吊裝； 步驟五、空中對接 吊裝過程中，上部分鑄鋼段和下部分鋼管段的第一節鋼管與下部分鋼管段的其他鋼管 進行空中對接，完成就位工作，空中對接時使用連接板進行固定； 步驟六、空中焊接 將下部分鋼管段的第一節鋼管與下部分鋼管段的其他鋼管進行空中對接焊接，焊縫處 內設鋼襯管，采用雙焊工對稱分層連續焊接，完成Y型鑄鋼結合鋼管柱在地鐵車站基坑內 的安裝就位； 步驟七、采用混凝土頂升裝置及泵送頂升法澆筑鋼管柱內混凝土 (1)Y型鑄鋼結合鋼管柱下部分鋼管段預留混凝土輸送孔，并焊接帶截止閥的混凝土輸 送支管，上部分鑄鋼段頂部預留混凝土流出孔，同時在基坑邊地面上布置混凝土攪拌運輸 車和混凝土一次泵送汽車泵，在基坑內底板上布置混凝土二次泵送車載地泵；（2)澆筑前， 計算好單根Y型鑄鋼結合鋼管柱自密實混凝土量，待所需自密實混凝土運送到施工現場后 采用混凝土頂升裝置進行頂升；（3)在混凝土輸送總管與截止閥連接前，泵送砂漿用以潤 滑輸送管道，并把該部分砂漿清除干凈后再將混凝土輸送總管與截止閥連接進行柱芯混凝 土的澆筑；（4)泵送混凝土因故暫停時，須每隔2?3min抽動一下汽車泵的活塞；（5)混 凝土頂升至柱頂后，及時關閉截止閥，若柱頂混凝土無明顯回落，且截止閥部位沒有漏漿現 象，方可停泵然后拆除混凝土輸送管，進行下一根鋼管柱的頂升；（6)澆筑完畢30min后，觀 察柱頂混凝土有無回落下沉，若有下沉，則用人工補澆柱頂混凝土；（7)混凝土養護3天后， 將柱子上截止閥外露部分割去，并焊接使用事前原位割下的鋼板補足孔口。
[0007] 所述的定位器埋設方法包括以下步驟： 1).承臺基槽內SBS防水及防水保護層施工完成，承臺基礎鋼筋綁扎；2).在定位環 板上標出鋼結構柱十字軸線位置，使用全站儀在承臺鋼筋上實測鋼結構柱十字軸線位置， 通過雙十字軸線重合，精確固定定位環板；3).通過定位環板上預留的螺栓孔，埋設定位螺 栓，并焊接固定于承臺鋼筋上；4).復測定位環板標高，澆筑承臺混凝土。
[0008] 所述的混凝土頂升裝置包括位于鋼管柱底部的混凝土輸送孔以及位于鋼管柱頂 部的混凝土流出孔，混凝土輸送孔處焊接有帶截止閥的混凝土輸送支管，該頂升裝置還包 含位于車站基坑邊地面上的混凝土攪拌運輸車和混凝土一次泵送汽車泵以及位于車站基 坑內底板上的混凝土二次泵送車載地泵，混凝土一次泵送汽車泵的輸送管與混凝土二次泵 送車載地泵的料斗連接，混凝土二次泵送車載地泵的物料輸出口通過混凝土輸送總管與混 凝土輸送支管連通。
[0009] 所述的混凝土輸送總管與混凝土輸送支管通過泵管套箍連接。
[0010] 所述的截止閥包含通過兩側的焊接板連接在一起的兩塊固定鋼板、位于兩塊固定 鋼板之間縫隙內的活動鋼板，兩塊固定鋼板上分別開設位置相互對應的兩個長條形定位 槽，活動鋼板上開設與長條形定位槽位置相對的四個螺栓孔，固定鋼板和活動鋼板通過貫 穿長條形定位槽和螺栓孔的拉結螺栓固定；兩塊固定鋼板和活動鋼板上均設有與混凝土輸 送支管相互配合的泵送孔洞，兩塊固定鋼板分別與混凝土輸送支管焊接。
[0011] 采用本發明所述的混凝土頂升裝置及泵送頂升法澆筑鋼管柱內混凝土，將Y型鑄 鋼結合鋼管柱按照施工圖紙調運安裝完成，鑄鋼結構柱靠下位置預留開孔作為混凝土輸送 孔，并焊接帶截止閥的混凝土輸送支管，鑄鋼結構柱頂部預留混凝土流出孔。澆筑施工時， 基坑邊地面上采用汽車泵泵送混凝土，在基坑內底板上采用車載地泵二次接力泵送混凝土 至輸送總管。利用混凝土地泵的壓力將自密實混凝土自下而上擠壓頂升灌入鑄鋼結構柱 內，直至鋼管柱柱頂開始溢出混凝土，停止泵送保證混凝土不回流，關閉截止閥后進行下一 根柱子的頂升施工。與現有技術相比，具有以下優點： 1、 異型鋼結構內混凝土澆筑密實性好，施工質量有保證，施工方法簡便快捷，縮短了施 工工期，并產生了明顯的社會效益和經濟效益； 2、 安全性好，可有效控制混凝土澆筑過程中鋼結構均勻受力，減小偏移，有效控制鑄鋼 結構兩Y型分叉的垂直度偏差，確保混凝土澆筑密實，符合設計及規范要求； 3、 減少了混凝土澆筑的施工工序，減少了鑄鋼結構內混凝土分段澆筑次數，有利于安 全管理工作，可組織流水施工，加快施工進度； 效益分析如下： 1)按總共28根鋼管柱分6次澆筑完成計算，每根柱平均11. 5立方混凝土計；采用傳 統高拋法逐段澆搗和采用頂升裝置施工，費用分析如下： a.傳統高拋法逐段澆搗費用： 混凝土振搗費用30元/m3,計：11. 5X28X30 = 9660元。
[0012] 每根鋼管振搗平臺高16. 3m，按10個架子工搭架子帶拆架子7天完成，人工費用計 200 元 / 人：6X10X7X200 = 84000 元。
[0013] 支撐架租賃費用，每個平臺使用3. 5mm厚，6m長的鋼管432根，分6次澆筑，每次澆 筑使用鋼管2592根。按現在的租賃費用一米一天2分錢算：2592X6X0. 02X7X6=13064 JLi〇
[0014] 后期因混凝土不密實額外增加費用，對鋼管柱注漿產生的費用，130mm鑄鋼開孔補 焊及材料費用6700元/處，后期注漿產生的費用600元/處，按照平均每根3處不密實部 位估算：（6700 + 600)X3X28=613200 元 總計：9660+84000+13064+613200=719924 元。
[0015]b.頂升裝置施工法費用： 頂升裝置施工增加閥門的費用，截止閥每個80元，截止閥28個，閥門費用為：80X28 =2240 元。
[0016] 頂升裝置施工采用自密實混凝土，其添加外加劑和礦渣粉每立方混凝土成本增加 15 元：28X11. 5X15 = 4830 元。
[0017] 開孔、焊接截止閥及焊接封口鋼板等的費用計60元/個： 28X60 = 1680 元。
[0018] 每根鋼管振搗平臺高6m，按2個架子工搭架子帶拆架子2天完成10個，人工費用 計 200 元 / 人：28 +10X2X2X200 = 2240 元。
[0019] 地泵的租賃費用為每臺班3000元：3000X6=18000元 總計：2240+4830+1680+2240+18000=28990 元 c.總共節省費用為： 719924-28990 = 690934 元。
[0020] 2)工期上，如果采用傳統的澆搗法施工工藝總工期：6X(7+1) =48天；如采用頂升 裝置施工總工期：6X(2+1) =18天，相比澆搗法，工期縮短約48-18=30天。
[0021] 同時，本發明考慮到地鐵車站支撐結構柱受力復雜，考慮到大柱距、厚頂板(鋼筋 混凝土）荷載、地面覆土荷載、車行人行荷載等堅向力作用，以及地震對車站穩定性的影響， 經過受力分析及計算，采用上部分Y型鑄鋼段(材質G20Mn5N)和下部分鋼管段(材質Q345B) 組合的鋼結構支撐柱可以有效保證地鐵車站的安全。Y型鑄鋼結合鋼管柱采用在工廠分段 加工鑄造、現場拼裝焊接，分兩段整體吊運安裝，空中一次焊接完成的工藝，可以減少吊裝 次數，保證施工安全；減少空中焊接接縫，保證結構焊接質量；整體安裝還可以減少鋼結構 施工和土建結構施工作業的交叉干擾，提高施工效率，加快施工進度。經試驗檢測和測量， 施工質量、安裝精度全部滿足設計規范要求，填補了我國地下工程大型鋼結構設計、加工、 安裝的空白，為今后相似結構形式的地鐵車站或地下空間開發創造性的提供了技術依據， 取得了顯著的經濟效益和社會效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發明所述Y型鑄鋼結合鋼管柱的整體結構示意圖； 圖2為本發明所述Y型鑄鋼結合鋼管柱上部分鑄鋼段的分節結構示意圖； 圖3為本發明所述Y型鑄鋼結合鋼管柱下部分鋼管段的吊裝定位示意圖； 圖4為本發明所述頂升裝置的結構示意圖； 圖5為混凝土輸送支管與鋼管柱的連接結構示意圖； 圖6為截止閥的結構示意圖； 圖7為圖6中活動鋼板的結構示意圖； 圖8為圖6中固定鋼板的結構示意圖； 圖中：1-鋼管柱；2-混凝土輸送孔；3-截止閥，3. 1-焊接板，3. 2-固定鋼板，3. 3-活 動鋼板，3. 4-長條形定位槽，3. 5-螺栓孔，3. 6-拉結螺栓，3. 7-泵送孔洞；4-混凝土輸送支 管；5-車站基坑；6-混凝土攪拌運輸車；7-混凝土一次泵送汽車泵；8-混凝土二次泵送車 載地泵；9-混凝土輸送總管；10-泵管套箍；；11-上部分鑄鋼段；12-分叉段；13-堅向節 點段；14-下部分鋼管段；15-定位錨栓；16-承臺基礎；17-調節螺母；18-雙螺帽；19-二次 填充混凝土。
【具體實施方式】
[0023] 一種地鐵車站Y型鑄鋼結合鋼管柱施工方法，包括以下步驟： 步驟一、Y型鑄鋼結合鋼管柱的設計加工 Y型鑄鋼結合鋼管柱上部分鑄鋼段11由兩個分叉段12和堅向節點段13分別鑄造、然 后在施工現場拼裝焊接而成，材質為G20Mn5N，壁厚80mm，分叉節點位置壁厚130mm，兩個分 叉段之間的夾角為70° ;Y型鑄鋼結合鋼管柱下部分鋼管段14由若干節鋼管焊接而成，材 質為Q345B，鋼管直徑1200mm，壁厚30mm;此結構可承載單軸2000噸堅向壓力。
[0024] 上部分鑄鋼段可安裝傳統鑄鋼件的加工方法制作，主要包括制模、造型、冶煉與澆 鑄、熱處理、毛坯件的打磨、修補等工序制成，其力學性能指標如下：
【權利要求】
1. 一種地鐵車站Y型鑄鋼結合鋼管柱施工方法，其特征是包括以下步驟： 步驟一、Υ型鑄鋼結合鋼管柱的設計加工 Υ型鑄鋼結合鋼管柱上部分鑄鋼段（11)由兩個分叉段（12)和堅向節點段（13)分別鑄 造、然后在施工現場拼裝焊接而成，材質為G20Mn5N，壁厚80mm，分叉節點位置壁厚130mm， 兩個分叉段之間的夾角為70° ;Y型鑄鋼結合鋼管柱下部分鋼管段（14)由若干節鋼管焊接 而成，材質為Q345B，鋼管直徑1200mm，壁厚30mm ; 步驟二、施工現場上部分鑄鋼段和下部分鋼管段的第一節鋼管拼裝焊接施工 上部分鑄鋼段和下部分鋼管段第一節鋼管之間采用全透焊對接焊縫，焊縫質量等級為 一級，上部分鑄鋼段的分叉段與堅向節點段之間的焊接厚度為80mm，堅向節點段與下部分 鋼管段的第一節鋼管之間的焊接厚度為50mm ; 步驟三、Y型鑄鋼結合鋼管柱預埋件安裝施工 (1)定位器的埋設 定位器由1個定位環板和8根定位錨栓組成，施工前，首先在鋼管柱位置擴挖lm深施 做Y型鑄鋼結合鋼管柱承臺基礎（16)并埋設定位錨栓（15); (2 ) Y型鑄鋼結合鋼管柱下部分鋼管段的吊裝定位 1) .預先在定位錨栓上安裝調節螺母（17)，并將調節螺母頂標高調至設計標高位置； 2) .吊裝前，在鋼管柱上標注十字軸線位置； 3) . 250t汽車吊進行鋼管柱吊裝，鋼管柱下地腳板上預留螺栓孔穿過定位螺栓落于調 節好標高的調節螺母上，上口采用雙螺帽（18)固定； 4) .采用千斤頂配合調節螺母對鋼管柱進行微調，包括標高、垂直度及平面位置的微 調：標高采用水準儀實測，垂直度采用吊鉛垂線、平面位置采用鋼管柱和承臺基礎上的十字 軸線重合進行確定； 5) .調節完成后，在鋼管柱柱腳板和承臺基礎之間二次填充混凝土（19)，將鋼管柱固 定牢固； 步驟四、整體吊運安裝 將焊接在一起的上部分鑄鋼段和下部分鋼管段的第一節鋼管整體吊運安裝，吊裝采用 一臺450噸履帶吊車，履帶吊位于距離基坑邊15m的安全區域支車、組車，然后進行吊裝； 步驟五、空中對接 吊裝過程中，上部分鑄鋼段和下部分鋼管段的第一節鋼管與下部分鋼管段的其他鋼管 進行空中對接，完成就位工作，空中對接時使用連接板進行固定； 步驟六、空中焊接 將下部分鋼管段的第一節鋼管與下部分鋼管段的其他鋼管進行空中對接焊接，焊縫處 內設鋼襯管，采用雙焊工對稱分層連續焊接，完成Y型鑄鋼結合鋼管柱在地鐵車站基坑內 的安裝就位； 步驟七、采用混凝土頂升裝置及泵送頂升法澆筑鋼管柱內混凝土 (1) Y型鑄鋼結合鋼管柱下部分鋼管段預留混凝土輸送孔，并焊接帶截止閥的混凝土輸 送支管，上部分鑄鋼段頂部預留混凝土流出孔，同時在基坑邊地面上布置混凝土攪拌運輸 車和混凝土一次泵送汽車泵，在基坑內底板上布置混凝土二次泵送車載地泵； (2) 澆筑前，計算好單根Υ型鑄鋼結合鋼管柱的自密實混凝土量，待所需自密實混凝土 運送到施工現場后采用混凝土頂升裝置進行頂升； (3)在混凝土輸送總管與截止閥連接前，泵送砂漿用以潤滑輸送管道，并把該部分砂 漿清除干凈后再將混凝土輸送總管與截止閥連接進行柱芯混凝土的澆筑； (4) 泵送混凝土因故暫停時，須每隔2?3min抽動一下汽車泵的活塞； (5) 混凝土頂升至柱頂后，及時關閉截止閥，若柱頂混凝土無明顯回落，且截止閥部位 沒有漏漿現象，方可停泵然后拆除混凝土輸送管，進行下一根鋼管柱的頂升； (6) 澆筑完畢30min后，觀察柱頂混凝土有無回落下沉，若有下沉，則用人工補澆柱頂 混凝土； (7) 混凝土養護3天后，將柱子上截止閥外露部分割去，并焊接使用事前原位割下的鋼 板補足孔口。
2. 根據權利要求1所述的一種地鐵車站Y型鑄鋼結合鋼管柱施工方法，其特征是定位 器埋設方法包括以下步驟： 1) .承臺基槽內SBS防水及防水保護層施工完成，承臺基礎鋼筋綁扎； 2) .在定位環板上標出鋼結構柱十字軸線位置，使用全站儀在承臺鋼筋上實測鋼結構 柱十字軸線位置，通過雙十字軸線重合，精確固定定位環板； 3) .通過定位環板上預留的螺栓孔，埋設定位螺栓，并焊接固定于承臺鋼筋上； 4) .復測定位環板標高，澆筑承臺混凝土。
3. 根據權利要求1所述的一種地鐵車站Y型鑄鋼結合鋼管柱施工方法，其特征是所述 的混凝土頂升裝置，包括位于鋼管柱（1)底部的混凝土輸送孔（2)以及位于鋼管柱頂部的 混凝土流出孔，混凝土輸送孔處焊接有帶截止閥（3)的混凝土輸送支管（4)，該頂升裝置還 包含位于車站基坑（5 )邊地面上的混凝土攪拌運輸車（6 )和混凝土一次泵送汽車泵（7 )以 及位于車站基坑內底板上的混凝土二次泵送車載地泵（8)，混凝土一次泵送汽車泵的輸送 管與混凝土二次泵送車載地泵的料斗連接，混凝土二次泵送車載地泵的物料輸出口通過混 凝土輸送總管（9)與混凝土輸送支管連通。
4. 根據權利要求3所述的一種地鐵車站Y型鑄鋼結合鋼管柱施工方法，其特征是混凝 土輸送總管（9)與混凝土輸送支管（4)通過泵管套箍（10)連接。
5. 根據權利要求3所述的一種地鐵車站Y型鑄鋼結合鋼管柱施工方法，其特征是截止 閥（3)包含通過兩側的焊接板（3. 1)連接在一起的兩塊固定鋼板（3. 2)、位于兩塊固定鋼板 之間縫隙內的活動鋼板（3. 3)，兩塊固定鋼板上分別開設位置相互對應的兩個長條形定位 槽（3. 4)，活動鋼板上開設與長條形定位槽位置相對的四個螺栓孔（3. 5)，固定鋼板和活動 鋼板通過貫穿長條形定位槽和螺栓孔的拉結螺栓（3. 6)固定；兩塊固定鋼板和活動鋼板上 均設有與混凝土輸送支管相互配合的泵送孔洞（3. 7)，兩塊固定鋼板分別與混凝土輸送支 管焊接。
【文檔編號】E02D29/045GK104234079SQ201410355041
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月24日 優先權日:2014年7月24日
【發明者】李光耀, 王冬勝, 武明靜, 劉廣鈞, 郭強, 趙香萍, 支衛東, 樊培月, 李曉 申請人:中鐵十二局集團第二工程有限公司