公路隧道钢拱架施工技术及质量控制要点

金明亮

（甘肃路桥建设集团有限公司，甘肃兰州730000）

公路隧道钢拱架施工技术及质量控制要点

金明亮

（甘肃路桥建设集团有限公司，甘肃兰州730000）

摘要：隧道开挖完成后，为了快速控制围岩变形及防止坍塌，应及时进行初期支护。初期支护体系中，钢支撑一般包括钢筋格栅钢架、工字钢钢拱架及H型钢拱架等，其中工字钢钢拱架较格栅钢架的刚度较大、独立承载能力强，加工安装较H型钢相对简单方便，因此应用最为广泛。目前，公路隧道以新奥法为理论支持，最主要的一种初期支护形式为锚杆、钢拱架、钢筋网片及喷射混凝土形成联合支护体系。本论述重点就钢拱架的标准化加工、施工安装及质量控制方法进行分析探讨，为相关施工提供参考。

关键词：公路隧道；钢拱架；加工；安装；质量控制

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.03.010

0　引言

近年来，随着机械化、标准化施工的逐步开展，项目管控力度不断加强，施工组织及质量管理模式更加完善，施工管理人员质量意识不断提高，公路隧道工程施工质量得到了全面保障和提高。在此基础上，针对每道工序制定施工工艺及管理措施，开展精细化施工，是进一步提高质量水平的有效手段。本论述通过对钢拱架施工技术及质量控制要点的专项总结探讨，着重解决施工中的质量通病及常见问题，用以更好地指导隧道工程钢拱架加工及安装作业。本论述中所述拱架特指工字钢钢拱架，下面主要从拱架加工、安装、联合支护等工序的施工工艺及质量控制要点进行阐述。

1　施工准备

1.1场地建设

按标准化要求建设封闭式拱架加工厂，做到原材料存放区、加工区、半成品存放区分别规划，电力设施布设规范，建设面积符合作业要求，标准化拱架加工厂见图1所示。拱架加工采用工厂化管理模式，集中加工、分散运输、统筹管理，从根本上控制加工质量，降低技术工人及机械设备投入，防止原材料浪费，最大限度地节约施工成本。另外，由于工程量比较集中，场地作业面积较大，可堆放大量原材料，且受外界影响小，能较好地保障及时供应。工厂采用全封闭形式，安排专人值班并在周围设置保安监控系统，减小了安全成本的投入，预防了原材料的丢失和被盗问题。

图1　封闭式钢拱架加工厂

1.2人员及设备

人员主要由电焊工及辅助工组成；设备主要配备冷弯机、电焊机、切割机、台钻等，主要设备配置见表1所示。一般情况，2个隧道口配备1套加工设备，包括1台冷弯机，3台电焊机，2台切割机及1台台钻；每套加工设备配备电焊工2名，辅助工3名；每个安装工作面配备电焊工2名，辅助工18名，测量人员、带班人员及安全指挥人员除外。

表1　主要设备配置表（2套）

电焊工必须持证上岗，并具备丰富的焊接经验；配置大功率冷弯机，避免小马拉大车，造成拱架拱身扭曲或无法弯制成标准半径。

1.3材料

钢拱架所用材料主要有工字钢、连接钢板及连接螺栓等。工字钢使用国标产品，常用工字钢尺寸规格见表2所示，质量标准如下：

（1）工字钢按理论质量或实际质量交货；

（2）工字钢计算理论质量时，钢的密度为7.85 g/cm3；

（3）工字钢每米质量允许偏差不得超过+3%～-5%。

其他材料中，连接钢板一般采用10 mm厚A3钢板；连接螺栓使用高强螺栓。所有材料均满足设计及规范要求。

表2　常用工字钢尺寸规格表

2　钢拱架加工

钢拱架加工的总体要求，首先是保证加工质量；其次是具备足够的生产能力，以足额储备及满足生产需求为基础，防止影响现场进度。

2.1接长及分段

公路隧道采用上下台阶法开挖施工时，上台阶拱架一般为6.0m以上半径的半圆构造，半圆长度约20 m，常采用3段式连接。当工字钢接头位于每段拱架中心时则需进行接长，接长时先弯曲，再接长。拱架接长时，必须在腹板内两侧进行1cm厚且不小于10cm×10cm的钢板帮焊补强，并将翼板上下接缝全部焊接牢固，以保证连接质量。

2.2弯曲

拱架加工前，在加工场内用混凝土硬化不小于一榀拱架大小的试拼台，试拼台大面平整，并在表面按设计画出加工大样。加工时，先根据工字钢规格及设计加工半径，对冷弯机进行多次试弯，并将试弯的分段拱架在试拼台上进行比对试拼，总结出油缸顶升高度、拱架推移速度等加工参数，合格后固化参数，全面进行冷弯加工。

2.3连接钢板加工及焊接

连接钢板按照设计尺寸进行切割，并按设计打孔位置钻孔。为保证连接精度，一榀拱架所用的多块连接钢板采用台钻一次性钻孔，之后按准确连接位置与拱架进行焊接连接，形成整体。工字钢四边与连接板结合位置均进行满焊，焊缝饱满，保证质量。

2.4试拼

加工成的每榀拱架必须在试拼台进行试拼，做到半径准确、线形圆顺、长度合格，端头无翘起，拱身无扭曲，同时做到直腿与钢板垂直、弯拱法线与钢板垂直。在试拼时，每段拱架进行编号，并穿入螺栓试连，保证连接板密贴。

3　钢拱架安装

3.1放样

拱架安装前，由测量人员对中线、拱脚边线、拱脚标高、拱顶标高进行放样，放样数据全部换算为相对数据，参照点设于已完成的上一循环喷射混凝土表面，打入水泥钉或用红油漆标识。

3.2安装

以上台阶三段式安装为例，根据测量放样的两侧拱脚位置及标高，先将左右两侧两段就位，之后将中间一段由人工举起，相邻连接板对齐并安装高强螺栓，连接高强螺栓时，由专人控制拱脚防止位移，之后旋紧螺栓使连接钢板密贴。

为保证左右两侧拱架在下台阶拱架接长封闭前处在稳固的地基上，安装前须彻底清除拱脚杂物，并在连接板下支撑5 cm厚木垫板、混凝土垫块或槽钢。

3.3检查及调整

每榀拱架就位后，按照表3所示实测项目，快速复查安装间距、倾斜度、拱脚拱顶标高、中线偏位及安装断面，对存在的问题予以调整，使各类检查数据满足规范要求。重点解决左右侧拱脚不在同一断面、拱体扭曲、局部欠挖造成拱架偏位、连接板不密贴、螺栓未坚固等问题。

表3　钢支撑支护实训项目

3.4锁脚固定及纵向连接

拱架调整准确后，在左右侧拱脚各打入一对锁脚锚杆或锚管。施工锁脚锚杆时，在拱架里侧肋板上焊接Φ20锁脚环，使锁脚锚杆从锁脚环内打入围岩，并与锁脚环焊接，环向形成整体，防止拱架受力下沉或两底脚向内回收。锁脚固定后，按设计间距布置纵向连接钢筋，连接钢筋按标准值内外侧交叉布置，将相邻拱架全部焊接连接，纵向形成整体。

4　质量控制要点及措施

4.1加工质量控制要点

拱架分段加工完成后，在试拼台进行整体试拼，试拼误差要求如下：

（1）拱架线型与标准线型在任何一点误差不超过3cm；

（2）螺栓孔眼误差不大于5 mm，严禁使用气割冲孔；

（3）一榀拱架连接放平后，平面翘曲不大于2 cm。

4.2安装质量控制要点

（1）要与监控量测紧密结合，根据围岩变形数据及时调整加工半径，保证足够的预留变形量；

（2）所有焊接部位的质量要严格检查，要求焊缝饱满密实，防止烧筋，杜绝假焊，焊缝表面不得有裂纹及焊瘤等现象；

（3）钢拱架拱脚必须坐实，上台阶拱脚设5 cm厚木垫板支撑，下台阶拱架连接时取下；下台阶拱脚落底时必须清除全部虚渣，并用干硬性混凝土填塞密实；

（4）钢拱架与连接钢筋、锁脚锚杆、系统锚杆、钢筋网片等要全部焊接牢固，并与喷射混凝土充分结合，形成一个整体承载体系，增强联合支护的效果；

（5）钢拱架平面垂直于隧道中线，上下倾斜度不大于2°；防止拱架产生明显扭曲变形，任何部位偏离铅垂面不大于5 cm；

（6）钢拱架安装完成后尽可能与围岩或初喷面密贴，间隙超过5 cm时应局部采用混凝土垫块楔紧，喷射混凝土施工时调整喷射角度，将拱架与围岩之间以及拱架腹板内喷射密实，使拱架与围岩及喷射混凝土紧密贴合，以改善受力特性；

（7）钢拱架临空一侧喷射混凝土保护层厚度不小于2 cm。

5　结束语

通过对钢拱架从原材料进场、建设封闭式标准化加工厂、加工及安装等过程开展精细化管理，严格控制原材料及工序质量，是控制工程成本、快速封闭隧道开挖临空面、保证初期支护体系稳定承载的基础，也是确保施工安全及规范化、标准化作业水平的有效手段。

参考文献：

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［2］陈菡清.公路隧道初期支护质量检测及评价系统研究［D］.成都：西南交通大学，2012.

［3］朱春阳，徐友樟.隧道钢拱架支护的施工要点［J］.西部探矿工程，2009（21）.

［4］王清江，王悦.隧道初期支护钢拱架安装台架及钢拱架安装方法［Z］，2014.

［5］岳国忠.关于隧道施工中钢拱架连接的几点建议［J］.山东工业技术，2015（23）.

［6］刘永平.二氧化碳保护焊在钢拱架焊接中的应用［J］.铁道建筑技术，2013（1）.

中图分类号：U455.7

文献标识码：A

收稿日期：2016-1-22

作者简介：金明亮（1981-），男，汉族，甘肃天水人，大学本科，工程师，主要从事公路工程施工管理工作。