公路隧道鋼拱架施工技術及質量控制要點

金明亮

（甘肅路橋建設集團有限公司，甘肅蘭州730000）

公路隧道鋼拱架施工技術及質量控制要點

金明亮

（甘肅路橋建設集團有限公司，甘肅蘭州730000）

摘要：隧道開挖完成后，為了快速控制圍巖變形及防止坍塌，應及時進行初期支護。初期支護體系中，鋼支撐一般包括鋼筋格柵鋼架、工字鋼鋼拱架及H型鋼拱架等，其中工字鋼鋼拱架較格柵鋼架的剛度較大、獨立承載能力強，加工安裝較H型鋼相對簡單方便，因此應用最為廣泛。目前，公路隧道以新奧法為理論支持，最主要的一種初期支護形式為錨桿、鋼拱架、鋼筋網片及噴射混凝土形成聯合支護體系。本論述重點就鋼拱架的標準化加工、施工安裝及質量控制方法進行分析探討，為相關施工提供參考。

關鍵詞：公路隧道；鋼拱架；加工；安裝；質量控制

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.03.010

0　引言

近年來，隨著機械化、標準化施工的逐步開展，項目管控力度不斷加強，施工組織及質量管理模式更加完善，施工管理人員質量意識不斷提高，公路隧道工程施工質量得到了全面保障和提高。在此基礎上，針對每道工序制定施工工藝及管理措施，開展精細化施工，是進一步提高質量水平的有效手段。本論述通過對鋼拱架施工技術及質量控制要點的專項總結探討，著重解決施工中的質量通病及常見問題，用以更好地指導隧道工程鋼拱架加工及安裝作業。本論述中所述拱架特指工字鋼鋼拱架，下面主要從拱架加工、安裝、聯合支護等工序的施工工藝及質量控制要點進行闡述。

1　施工準備

1.1場地建設

按標準化要求建設封閉式拱架加工廠，做到原材料存放區、加工區、半成品存放區分別規劃，電力設施布設規范，建設面積符合作業要求，標準化拱架加工廠見圖1所示。拱架加工采用工廠化管理模式，集中加工、分散運輸、統籌管理，從根本上控制加工質量，降低技術工人及機械設備投入，防止原材料浪費，最大限度地節約施工成本。另外，由于工程量比較集中，場地作業面積較大，可堆放大量原材料，且受外界影響小，能較好地保障及時供應。工廠采用全封閉形式，安排專人值班并在周圍設置保安監控系統，減小了安全成本的投入，預防了原材料的丟失和被盜問題。

圖1　封閉式鋼拱架加工廠

1.2人員及設備

人員主要由電焊工及輔助工組成；設備主要配備冷彎機、電焊機、切割機、臺鉆等，主要設備配置見表1所示。一般情況，2個隧道口配備1套加工設備，包括1臺冷彎機，3臺電焊機，2臺切割機及1臺臺鉆；每套加工設備配備電焊工2名，輔助工3名；每個安裝工作面配備電焊工2名，輔助工18名，測量人員、帶班人員及安全指揮人員除外。

表1　主要設備配置表（2套）

電焊工必須持證上崗，并具備豐富的焊接經驗；配置大功率冷彎機，避免小馬拉大車，造成拱架拱身扭曲或無法彎制成標準半徑。

1.3材料

鋼拱架所用材料主要有工字鋼、連接鋼板及連接螺栓等。工字鋼使用國標產品，常用工字鋼尺寸規格見表2所示，質量標準如下：

（1）工字鋼按理論質量或實際質量交貨；

（2）工字鋼計算理論質量時，鋼的密度為7.85 g/cm3；

（3）工字鋼每米質量允許偏差不得超過+3%～-5%。

其他材料中，連接鋼板一般采用10 mm厚A3鋼板；連接螺栓使用高強螺栓。所有材料均滿足設計及規范要求。

表2　常用工字鋼尺寸規格表

2　鋼拱架加工

鋼拱架加工的總體要求，首先是保證加工質量；其次是具備足夠的生產能力，以足額儲備及滿足生產需求為基礎，防止影響現場進度。

2.1接長及分段

公路隧道采用上下臺階法開挖施工時，上臺階拱架一般為6.0m以上半徑的半圓構造，半圓長度約20 m，常采用3段式連接。當工字鋼接頭位于每段拱架中心時則需進行接長，接長時先彎曲，再接長。拱架接長時，必須在腹板內兩側進行1cm厚且不小于10cm×10cm的鋼板幫焊補強，并將翼板上下接縫全部焊接牢固，以保證連接質量。

2.2彎曲

拱架加工前，在加工場內用混凝土硬化不小于一榀拱架大小的試拼臺，試拼臺大面平整，并在表面按設計畫出加工大樣。加工時，先根據工字鋼規格及設計加工半徑，對冷彎機進行多次試彎，并將試彎的分段拱架在試拼臺上進行比對試拼，總結出油缸頂升高度、拱架推移速度等加工參數，合格后固化參數，全面進行冷彎加工。

2.3連接鋼板加工及焊接

連接鋼板按照設計尺寸進行切割，并按設計打孔位置鉆孔。為保證連接精度，一榀拱架所用的多塊連接鋼板采用臺鉆一次性鉆孔，之后按準確連接位置與拱架進行焊接連接，形成整體。工字鋼四邊與連接板結合位置均進行滿焊，焊縫飽滿，保證質量。

2.4試拼

加工成的每榀拱架必須在試拼臺進行試拼，做到半徑準確、線形圓順、長度合格，端頭無翹起，拱身無扭曲，同時做到直腿與鋼板垂直、彎拱法線與鋼板垂直。在試拼時，每段拱架進行編號，并穿入螺栓試連，保證連接板密貼。

3　鋼拱架安裝

3.1放樣

拱架安裝前，由測量人員對中線、拱腳邊線、拱腳標高、拱頂標高進行放樣，放樣數據全部換算為相對數據，參照點設于已完成的上一循環噴射混凝土表面，打入水泥釘或用紅油漆標識。

3.2安裝

以上臺階三段式安裝為例，根據測量放樣的兩側拱腳位置及標高，先將左右兩側兩段就位，之后將中間一段由人工舉起，相鄰連接板對齊并安裝高強螺栓，連接高強螺栓時，由專人控制拱腳防止位移，之后旋緊螺栓使連接鋼板密貼。

為保證左右兩側拱架在下臺階拱架接長封閉前處在穩固的地基上，安裝前須徹底清除拱腳雜物，并在連接板下支撐5 cm厚木墊板、混凝土墊塊或槽鋼。

3.3檢查及調整

每榀拱架就位后，按照表3所示實測項目，快速復查安裝間距、傾斜度、拱腳拱頂標高、中線偏位及安裝斷面，對存在的問題予以調整，使各類檢查數據滿足規范要求。重點解決左右側拱腳不在同一斷面、拱體扭曲、局部欠挖造成拱架偏位、連接板不密貼、螺栓未堅固等問題。

表3　鋼支撐支護實訓項目

3.4鎖腳固定及縱向連接

拱架調整準確后，在左右側拱腳各打入一對鎖腳錨桿或錨管。施工鎖腳錨桿時，在拱架里側肋板上焊接Φ20鎖腳環，使鎖腳錨桿從鎖腳環內打入圍巖，并與鎖腳環焊接，環向形成整體，防止拱架受力下沉或兩底腳向內回收。鎖腳固定后，按設計間距布置縱向連接鋼筋，連接鋼筋按標準值內外側交叉布置，將相鄰拱架全部焊接連接，縱向形成整體。

4　質量控制要點及措施

4.1加工質量控制要點

拱架分段加工完成后，在試拼臺進行整體試拼，試拼誤差要求如下：

（1）拱架線型與標準線型在任何一點誤差不超過3cm；

（2）螺栓孔眼誤差不大于5 mm，嚴禁使用氣割沖孔；

（3）一榀拱架連接放平后，平面翹曲不大于2 cm。

4.2安裝質量控制要點

（1）要與監控量測緊密結合，根據圍巖變形數據及時調整加工半徑，保證足夠的預留變形量；

（2）所有焊接部位的質量要嚴格檢查，要求焊縫飽滿密實，防止燒筋，杜絕假焊，焊縫表面不得有裂紋及焊瘤等現象；

（3）鋼拱架拱腳必須坐實，上臺階拱腳設5 cm厚木墊板支撐，下臺階拱架連接時取下；下臺階拱腳落底時必須清除全部虛渣，并用干硬性混凝土填塞密實；

（4）鋼拱架與連接鋼筋、鎖腳錨桿、系統錨桿、鋼筋網片等要全部焊接牢固，并與噴射混凝土充分結合，形成一個整體承載體系，增強聯合支護的效果；

（5）鋼拱架平面垂直于隧道中線，上下傾斜度不大于2°；防止拱架產生明顯扭曲變形，任何部位偏離鉛垂面不大于5 cm；

（6）鋼拱架安裝完成后盡可能與圍巖或初噴面密貼，間隙超過5 cm時應局部采用混凝土墊塊楔緊，噴射混凝土施工時調整噴射角度，將拱架與圍巖之間以及拱架腹板內噴射密實，使拱架與圍巖及噴射混凝土緊密貼合，以改善受力特性；

（7）鋼拱架臨空一側噴射混凝土保護層厚度不小于2 cm。

5　結束語

通過對鋼拱架從原材料進場、建設封閉式標準化加工廠、加工及安裝等過程開展精細化管理，嚴格控制原材料及工序質量，是控制工程成本、快速封閉隧道開挖臨空面、保證初期支護體系穩定承載的基礎，也是確保施工安全及規范化、標準化作業水平的有效手段。

參考文獻：

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［6］劉永平.二氧化碳保護焊在鋼拱架焊接中的應用［J］.鐵道建筑技術，2013（1）.

中圖分類號：U455.7

文獻標識碼：A

收稿日期：2016-1-22

作者簡介：金明亮（1981-），男，漢族，甘肅天水人，大學本科，工程師，主要從事公路工程施工管理工作。