鋼拱架鋼筋網(wǎng)噴射混凝土的施工工藝及質量控制探究

摘 要：型鋼拱架和鋼筋格式拱架是鋼拱架重要的組成部分，因其鋼拱架在實際的隧道施工中能夠承受巨大的荷載力，所以被許多施工企業(yè)普遍推廣和使用?；诖耍Y合具體的情況，首先，簡單介紹了此次施工項目的相關內容;其次，詳細說明了鋼拱架的具體施工方案內容;最后，提出了鋼拱架、鋼筋網(wǎng)工程項目建設期間的質量控制管理措施，以期為同行提供一定的參考。

關鍵詞：鋼拱架;鋼筋網(wǎng);噴射混凝土;施工工藝;質量控制措施

中圖分類號：U457.3 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）1-0090-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.01.019

Explore the Construction Technology and Quality Control of Shotcrete With Steel Arch

LIU Xinglong

（Gansu Lanzhou Highway Emergency Support and Road Network Detection Center， Lanzhou 730046，China）

Abstract： Steel arch and steel form arch is an important part of steel arch， because of its steel arch in the actual tunnel construction can withstand a huge load， so it is widely promoted and used by many construction enterprises. Based on this， this article combined with the specific situation， a simple introduction of the construction project related content; Secondly， the concrete construction scheme content of steel arch is described in detail. Finally， the author puts forward the quality control measures during the construction of steel arch frame and steel mesh project， hoping to provide some reference for the peer.

Keywords： steel arch; steel mesh; shotcrete; construction technology; quality control measures

0 引言

在互聯(lián)網(wǎng)處理技術不斷發(fā)展的大時代背景下，鋼筋網(wǎng)噴射混凝土處理技術因其抗震效果好、施工速度快以及穩(wěn)定性高等諸多優(yōu)勢，被廣泛應用到施工建設中。然而，在實際施工過程中，很多工作人員并沒有充分掌握鋼拱架施工處理的技術，無法保證預設的建設效果，不僅延長了施工周期，還浪費了大量的人力物力資源[1]。為了確保鋼拱架噴射混凝土等施工建設可以順利進行，有關部門應高度重視相關施工技術的應用，及時解決諸多建設問題，避免安全事故的發(fā)生。

1 工程概況和工程數(shù)量分析

1.1 工程概況

此處以蘭海高速公路（G75）甘肅境內蘭州至臨洮段的上下行分離隧道病害處治工程為主要研究對象，K17+440～K21+443.19是上行線隧道的起止樁號，全長可達4 003.19 m，K17+370～K21+440是上行線隧道的起止樁號，全長約4 070 m，該隧道位于平曲線上，處在±2.11%左右的隧道縱坡地勢中。該隧道2004年建成通車，隧道經(jīng)過長達10 a的運營后，受長期過往車輛的壓力負荷和人為破壞，隧道相關部位出現(xiàn)多處裂紋、墻皮脫落、滲漏水以及墻體厚度不足等多種問題。當?shù)卣约案拭C省交通運輸廳高度重視此問題，經(jīng)過多個部門的技術交流后，制定了科學合理有效的隧道加固處置方案，即對新七道梁隧道襯砌厚度不足部位采用鋼拱架施工處理，合理規(guī)劃上行線處治段落SK18+700—715SK19+770—778長23 m、下行線處治段落XK17+592—606 XK18+214—242長43 m的路段，對66 m的隧道病害問題進行及時處理。

1.2 主要工程數(shù)量

建筑企業(yè)的采購部門應嚴格按照施工標準，在對生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品進行質量檢驗后，方可大批量購買正規(guī)的I14型鋼881.8 m、A3鋼板1 342.5 kg、M20*70高強螺栓組528套、M20*70擴底錨栓528套、Ф22縱向連接鋼筋2 556.84 kg、U形箍釘924個、Ф16鋼筋網(wǎng)17 727.60 kg生產(chǎn)材料。與此同時，在確保安全的基礎上，工程施工人員對原混凝土結構進行鑿除拆卸處理。

2 鋼拱架的具體施工方案

2.1 機械配置和施工材料介紹

為了確保此次施工可以平穩(wěn)進行，管理人員應在堅持經(jīng)濟適用、合理配置的建設原則上，投入適當?shù)慕ㄔO資金，采購性能較高、質量較好的機械設備。在引入正規(guī)的生產(chǎn)材料后，進一步提高施工作業(yè)人員的工作效率，縮短建設周期，為企業(yè)創(chuàng)造更多經(jīng)濟效益。具體的機械設備配置表、材料計劃表如表1、表2所示[2]。

需要說明的是，鋼拱架的型材大多為工字鋼，附屬桿使用槽鋼。此次施工建設中，鋼筋格構式的拱架應用Ⅱ級鋼筋，Ⅰ級鋼筋是連接鋼的主要類型。針對鋼拱架的對接板施工處理，可以采取臺鉆鉆孔的方式進行處理。除此之外，建筑企業(yè)還可以借助一定的基礎設施來完成此項工程建設，如平臺車、隧洞作業(yè)車、裝載機、手拉葫蘆機等都是很好的建筑工具。

2.2 施工工藝

具體的隧道鋼拱架噴射混凝土施工工藝流程圖如圖1所示[3]。

2.2.1 鋼拱架加工及制作。首先，在具體的施工過程中，應綜合考慮隧道圍巖的不穩(wěn)定部位，再根據(jù)地質力學的相應特點，精準計算可能坍塌的區(qū)域面積。在合理部署安排I14型鋼拱架的承載壓力后，逐一確定鋼拱架的距離、尺寸大小，一般情況下，縱向間距應為100 cm，相鄰鋼拱架采用Ф22鋼筋縱向連接，在原襯砌混凝土、I14型鋼拱架進行連接后使用U形箍釘有效錨固，具體的箍釘長度根據(jù)厚度缺陷部位襯砌缺陷部位進行靈活調整。在保證錨固深度超過10 cm的基礎上，嚴禁出現(xiàn)打穿防水板情況。值得注意的是，為了保證隧道其他支護部位的安全性，在施工建設中，應設計出多個施工方案以備參考，使得隧道的圍巖承受力都依靠鋼拱架支撐。與此同時，因為隧道的地質情況較為復雜，在計算力學數(shù)據(jù)時可能存在一定的誤差，應結合實際的工作經(jīng)驗對鋼拱架進行合理安裝和加工。施工人員應嚴格按照設計圖紙進行下料處理，通常情況下，工作人員會使用專業(yè)的切割設備，利用氧炔焰切割技術來達到實際的建設需要，避免了生產(chǎn)材料的浪費。同時還應全面考慮加工材料期間鋼材的壓縮性和延展性，尤其是在采用鋼筋格構式拱架下料過程中，應高度重視焊接期間所形成的材料變化情況，在保證所有腹桿按照施工計劃下料的同時，降低鋼材成型出現(xiàn)誤差的可能，進而滿足實際的鋼拱架設計要求。最后，還要強調彎曲機的使用方法，研究發(fā)現(xiàn)利用液壓處理系統(tǒng)，可以較快地對不同型鋼進行冷彎處理，可以根據(jù)實際建設需求計算好準確的型鋼大小后，確定具體的參數(shù)和彎制處理流程，緊密聯(lián)系卷板機的工作原理，利用型鋼彎曲機來制造相應弧度的型鋼拱架和弧度框架，確保鋼材具有一定的承載效果。另外，在型鋼拱架制作期間，還要按照不同工程支護斷面的具體尺寸分不同單元進行加工處理，在使用螺栓進行緊密連接后，計算相應部位的受力范圍。建設人員要堅持具體問題具體分析的原則，按照統(tǒng)一的加工標準，進行鋼拱架支護處理，避免隧道圍巖出現(xiàn)變形。

2.2.2 鋼拱架以及鋼筋網(wǎng)片的安裝。首先，進行鋼拱架安裝時，應根據(jù)實際的工程施工情況進行測量定位處理，在準確的方位進行安裝后完成相關工作，操作應確保隧洞軸線和鋼拱架的軸線處于垂直狀態(tài)。進行隧道上部頂拱支護開挖處理后，對不同拱架單元進行鎖腳錨桿加固處理，使得不同鋼拱架和錨桿連接緊密。與此同時，工作人員還可以配設網(wǎng)孔尺寸15 cm×15 cm的鋼筋網(wǎng)、安裝Ф16鋼筋網(wǎng)片，以提升型鋼拱架的整體施工效果和承受能力。在保證錨桿距離和鋼拱架距離統(tǒng)一的情況下進行后期的噴射混凝土處理，形成完整的支護體系;其次，在鋼拱架安裝施工環(huán)節(jié)完成之后，應進行下行線處梯段處理，使得鋼拱架連接到隧道底部后，構建完整的支護體系。最后，在鋼拱架的加固期間，可以利用鋼筋或者型鋼進行緊密連接，在確保拱架形成體受力穩(wěn)定的情況下，聘請專業(yè)的質檢團隊進行成型檢測。例如，鋼拱架安裝施工后，要求結構整體保持為完整的鉛垂面，將垂直度誤差控制在合理范圍內。同時，鋼拱架材料還應和超前錨桿有機結合起來，在確保超前錨桿等小鋼管可以從鋼拱架中間部位穿透后，進行相應的焊接處理，進而達到預設的建設要求。還需說明一點，在鋼拱架安裝期間，應確保隧道底板的巖土較為松軟，可以在鋼拱架腳下方加設適量的混凝土塊來擴大巖面的承載范圍。

2.2.3 噴射混凝土處理。在安全施工的建設環(huán)境下，一旦鋼拱架安裝完成即可進行噴射混凝土操作。當鋼拱架處于封閉狀態(tài)后，使混凝土的厚度大于22 cm，在應用相關施工技巧后，使用42.5普通硅酸鹽水泥，粗骨料應選用堅固耐久的碎石，粒徑不宜大于10 mm。使用堿性速凝劑時，不得使用含有活性二氧化硅的石料，形成一個良好的噴射混凝土和鋼拱架的復合結構，發(fā)揮其重要的支護作用，使得噴射的混凝土回填相對密實。

2.2.4 隧道表面找平修復處理。施工作業(yè)人員可以通過聚合物砂漿等修復材料進行噴射混凝土表面找平及涂裝恢復，在施工期間，聚合物砂漿厚度按照平均2 cm計量，以達到最佳的使用效果。

3 鋼拱架、鋼筋網(wǎng)工程項目建設期間的質量控制管理措施

3.1 材料質量控制

在選用鋼材等生產(chǎn)材料時，建筑企業(yè)不能為了謀取經(jīng)濟利益而購買一些低劣產(chǎn)品，采購部門應嚴格按照采購標準，在購買鋼材之前，進行嚴格的質量檢測，獲取國家認可的質檢單后，再進行批量購買。在實際的材料應用過程中，工作人員還應觀察材料是否受損，嚴禁使用質量較差的材料，一旦發(fā)現(xiàn)問題及時解決[5]。

3.2 制作質量控制

在進行鋼拱架的制作期間，應嚴格按照施工的建設標準和設計方案進行加工處理，確保鋼拱架的承載支護能力可以滿足現(xiàn)實需求，使拱架的單元連接相對緊密，具有一定的互換性能。

3.3 安裝質量控制

拱架安裝準確是確保施工建設順利進行的重要環(huán)節(jié)。施工作業(yè)人員應按照統(tǒng)一的安裝方法，在保證安裝部位牢固的同時，促使力的快速傳遞。對隧道圍巖進行合理加固后，利用錨桿確保其穩(wěn)定，從而使得荷載壓力均勻分配。具體的操作流程如下。

3.3.1 人員組織安排。在實際的鋼拱架安裝期間，企業(yè)的管理部門應派合適的電焊工和輔助施工人員。在安裝鋼拱架初期，對每個施工作業(yè)人員進行統(tǒng)一的技術安排和焊接指導，確保他們的施工水平達到安裝的標準后，方可進行相應的施工環(huán)節(jié)。

3.3.2 測量控制技術要點。確保測量數(shù)據(jù)真實性和準確性是促使施工項目平穩(wěn)進行的主要影響因素。例如，在對不同批次的鋼拱架進行安裝時，施工作業(yè)人員應結合隧道的地理位置以及其他情況，及時測量出隧道的中間部位、拱腳高度以及相應部位的拱腳所在范圍，經(jīng)過精密的數(shù)據(jù)分析后，制定一套科學合理的鋼拱架安裝施工設計圖。對于那些采用臺階法施工的基礎隧道建設項目，應在上臺階每榀拱架等相應部位安裝六個以上的控制點，使這些控制點位在同一里程高度上，結合隧道同一斷面的相應施工范圍，為后期鋼拱架的安裝和調試工作奠定夯實的基礎。

3.3.3 擴大拱腳墊板的接觸面積。在具體的隧道施工建設期間，針對不同的工程特點可以采用不同方式的拱腳墊板安裝方式。例如，在采用槽鋼作為主要拱腳墊板時，一般情況下，采購部門應嚴格按照質量標準，購買適量的22 cm*205 cm的混凝土墊腳板，在合理規(guī)劃后，將其改造為145 cm*35 cm的鋼槽墊板，從而可以較好地增加拱腳的接觸面積，使隧道等結構提升荷載壓力。與此同時，焊接人員應將鋼拱架和槽鋼進行相應處理，在減少焊縫的基礎上，降低在拱架安裝過程中的諸多不利影響。除此之外，利用槽鋼等材料進行兩榀拱腳的連接也是擴大墊腳板面積的主要方式，設計人員應深入隧道工程現(xiàn)場，在獲取充分的數(shù)據(jù)信息后，確保不同的拱腳可以形成一個緊湊的整體。此時，可在兩榀拱架內鋪設一定的槽鋼墊，在綜合考慮槽鋼墊板的具體長度后，合理改進兩榀鋼拱架的間距施工方案，一般將隧道V級圍巖的間距設置為52 cm，輔助安設142 cm左右的槽鋼材料。

3.3.4 安設大直徑大厚度的鎖腳錨桿。鎖腳錨桿的施工建設環(huán)節(jié)是確保鋼拱架質量的一個重要環(huán)節(jié)。首先，施工測量人員可以將Ф45*5 mm的注漿小導管轉換為Ф90*6 mm的鋼管，在放入具體的孔位后，使得鉆孔角度在16°左右。需要說明的是，孔位的方位應在拱腳上部35 cm左右，在鉆孔期間，應利用先進的施工處理設備使成孔的孔徑大于鋼管的直徑。在確保鉆桿方向合理的情況下，若發(fā)現(xiàn)角度偏差過大等異常問題應及時進行修正，以避免后期出現(xiàn)風險事件。其次，在鉆孔等施工階段完成后，應利用高壓風進行清孔，采用Ф90*6 mm的鎖腳錨桿進行全面的管內開孔處理，設定孔徑在13 mm，間距在155 mm左右，以梅花形的方式進行設置。在施工處理相關錨桿安裝階段時，應保證錨桿單面和鋼筋達到滿焊的標準，同時對鋼拱架進行滿焊處理，采用水灰比為1∶1，使注漿壓力控制在2.1 MPa左右。

3.3.5 增加連接鋼筋剛度。當鋼拱架安裝處理后，應根據(jù)具體的施工項目對相關工字鋼進行連接處理，間距為1 m，榀與榀的焊接應是錯位形式的。

3.3.6 遵循設計要求規(guī)范化安裝高螺栓。當隧道工程等施工項目即將竣工時，當?shù)氐馁|檢部門應派設專業(yè)水平較高、實際工作經(jīng)驗豐富的質檢人員對施工現(xiàn)場進行全面的檢查，要重點關注高螺栓的安裝方式和施工流程，在高度落實可持續(xù)發(fā)展的施工建設原則后，加大檢查力度，并及時對施工作業(yè)人員的安裝方法進行指導，以確保鋼拱架的整體建設質量。

4 結語

總而言之，鋼拱架噴射混凝土的實施會受到外界各種環(huán)境因素的影響，建筑企業(yè)的管理部門首先應做到統(tǒng)籌規(guī)劃，避免各種施工風險事件的發(fā)生。其次，應投入適當?shù)慕ㄔO資金，采購一些質量較高的生產(chǎn)建筑材料，同時聘請優(yōu)秀的建筑設計人員，科學完整地將建設技術應用到工程項目中。最后，還要定期積極學習國內外先進的混凝土處理方法，在具體問題具體分析后，提高施工作業(yè)人員的工作效率，促進建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[6]。

參考文獻：

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[5] 蘇臣宏，崔一緯， 吳亞磊，等.噴射混凝土套拱加固方法的現(xiàn)場測試與分析[J].西安工業(yè)大學學報，2020，40（2）：176-186.

[6] 黃楊，周偉永，黃宜華.一種地下隧道和巷道工程支護用拱架及其快速支護方法：CN110735654A[P].2020-05-12.

收稿日期：2021-10-26

作者簡介：劉興隴（1978—），男，大專，工程師，研究方向：公路養(yǎng)護工程管理、施工、應急保障。

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