高速铁路隧道初支钢拱架连接安全施工控制要点

牛卫东　中交二航局第四工程有限公司

一、工程概述

新建杭州至黄黄山铁路站前V标段位于浙江省杭州市境内，标段内包含隧道14座，共长6.691km，其中Ⅳ、Ⅴ级围岩长度共2905m。隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩初支采用型钢钢架，整个初支断面每一环由ABCDE五种不同尺寸的单元组成，单元之间通过节点板连接形成闭环的整体，节点板连接形式有A节头和B节头两种。

随着隧道从上到下的逐步开挖，钢架从上到下逐步连接成环，连接安装顺序为，先拱部、再边墙，最后在仰拱部位合龙。根据设计要求，钢拱架各单元必须在后场弯曲加工成型并与连接板焊接成型，结构尺寸及焊接质量经验收合格后，方可运至现场。现场安装时各单元之间必须采用螺栓连接，不允许现场焊接。

二、钢架施工中存在的惯性问题

钢架施工从上到下逐步连接成环，最后在仰拱部位的两个E单元之间合龙。由于隧道施工本身的复杂性，在此过程中存在不可避免的误差，主要包括围岩面平整误差、钢拱架加工误差及人工拼装误差等，各类误差不断累计，导致钢架最后合龙时，经常存在以下五个方面的问题。

问题1：由于各单元在安装时，环向位置较设计位置略向内偏差，各处偏差集中至仰拱接头处导致接头超长，两E单元间上下错位，无法合龙。

问题2：由于各单元在安装时，环向位置较设计位置略向外偏差，各处偏差集中至仰拱接头处导致长度不足，两E单元间产生一定的间隙而拼接不上。

问题3：由于各单元在安装时，存在的纵向位置偏差和角度偏差导致仰拱两个E单元合龙时，两端单元间距不一致或边墙钢架偏斜，造成A接头处产生平面错位而无法连接。

问题4：边墙钢架安装角度或仰拱钢架加工弧度偏差，造成仰拱钢架单元接头处两连接板产生平面夹角，连接螺栓长度不足而无法连接。

三、解决以上问题所采取的措施

(一)钢拱架加工控制

钢拱架采用定位工装、机床、划线辅助等方法进行加工，先将各构件在加工场加工完成，确保型钢下料长度和弯曲弧度准确、连接板尺寸和螺栓开孔位置准确及连接板和型钢焊接质量达到要求。

(二)钢拱架安装过程控制

1.测量放样控制

钢拱架架立之前，由测量组放样出周边围岩上每循环第一榀拱架的里程位置及掌子面上的拱架内边缘的轮廓点(上台阶：拱顶中心点及两侧拱脚点，中下台阶两侧拱脚点)，并用红油漆对放样点进行标示。

2.拱架安装控制

将加工好的钢拱架运至掌子面，采用装载机装至开挖台架上，人工拼接上台阶3个A单元钢架。

钢架拼接好后，根据测量组在周边围岩上第一榀拱架的里程位置进行钢架定位，根据第一榀钢架位置依次定位出该循环其他钢架位置，依据已施作的初支钢架与掌子面上已标识的拱架内边缘的轮廓点进行拉线，对钢架进行安装轮廓定位调整，确保初支钢架不侵限二衬。

对已安装到位的钢架进行打设锁脚钢管、锚杆、焊接八字筋等锁定钢架位置及间距。

3.钢架验收

采用吊锤球的方式来检测钢架的垂直度，在拱顶处进行吊垂线，并在钢架边墙同侧拉水平线进行垂直度检测。

(三)仰拱钢架合龙控制

先将两侧C、D单元进行连接，保证接头B所有螺栓安装到位且拧紧，然后再进行E单元的合龙。

因拱底存在积水现象，建议将仰拱钢架合龙点设置在接头A1或接头A2处，相邻两榀钢架合龙接头位置交错布置。

仰拱合龙钢架E单元下料时加长10cm(合龙端不预先焊接连接钢板)，根据现场实际情况进行切除，然后现场将连接钢板与钢架进行焊接，同时将螺栓拧紧，确保了钢架有一点扭曲错位也能闭合。

(四)加工质量控制要点

完成钢拱架的加工后，要对其进行整体实验。出现误差的标准：每个点处的弓线和标准线误差都不能超过3cm；螺双孔的误差不许超过5mm，不能出现其他孔洞；在钢拱架的平面翘曲不能超过2cm。安装质量的标准：要保证所有焊接品的质量，保证焊接缝的紧密，防止出现筋会燃烧，避免出现误焊的情况，焊缝的表面禁止出现裂缝和焊瘤；要保证焊接牢固钢拱架和连接杆、锚栓、系统螺栓、钢筋网等全部零件，可以分层喷射混凝上，防止出现疏漏，完美的成为一个承载系统，起到非常好的防护作用。在安装钢拱架时，要使钢拱架与围岩或初始喷射面非常接近，如果出现超过5cm的间隙时，可以分块分区楔入混凝上垫板。如果需要喷射混凝上工作的话，要调整喷射的角度，要让钢拱架和围岩和钢拱架底部都能被填充不会出现疏漏，增强隧道的承载力。对隧道的质量要进行制度管理。将质量放在首要地位，专人负责钢拱架安装时所有的材料质量安全，让人人都有安全责任心，可以提高监管人员的监管力度；也可以让大家一起进行监督，发现质量问题时可以及时上报，采取一定的奖励措施，更好的保证施工技术与质量。

四、总结

为使隧道钢架在仰拱能有效的合龙，最基本的是钢架半成品加工过程中采取精加工，保证钢架加工尺寸的准确性；重要环节是加强施工现场的过程控制，采用测量精确定位、安装过程中辅助工具的有效使用来确保钢架垂直度、安装高度、断面相对位置等参数的控制。最后环节是采用合龙单元钢架下料加长10cm，然后现场切割调节的方式来消除误差，确保钢架牢固闭合。

钢拱架连接是隧道施工中的重要环节，施工中需从原材料加工控制、施工技术交底、现场安全质量管理等多方面抓起，共同确保隧道施工质量。国家安全操作规程规定，电焊工必须持证上岗，并且要有且具备丰富的焊接经验，设备方面，要配备功率大的冷弯机，防止出现拱架无法弯制成标准半径或拱身扭曲而造成隧道的坍塌等事故的出现。特别要注意，在拱部和安装钢拱架后，短时间内不可以全面闭合钢架，可能会出现拱顶钢架的倒塌下沉，造成围岩或衬砌的不稳定。所以，要加强施工过程中的检测，要采取方法加固钢架，防止出现拱顶下沉。可以增强对钢架的锁脚固定，也可以增加连接纵梁的钢架基础，增大底脚，避免悬空高架，对混凝上进行分层分段喷射，可以减少和避免施工过程中出现的损坏。对于钢拱架的连接而言，可以减短钢拱架自身的长度，在提高支护效果时，可以有利于施工的操作。在施工过程中，连接钢拱架，使钢拱架形成一个整体，可以防止钢拱架出现负重。这样，不仅可以有效利用闲置的钢架，还可以减轻单个钢拱架的承载力，实现已有资源的最大利用率。除外，侧向约束也可以用钢拱架连接来实现，要是有很好的连接程度，可以看作为铰支座，不仅可以减少受弯梁的自身跨度，也能提高抗曲临界载荷，加强自身的承载力，这是非常常见的隧道施工中的支护方案。需要注意的是，对于在主平面受载中钢拱架失稳破坏是一个复杂的问题，出现的形式也有不同，临界载荷与钢拱架承载能力和失稳破坏是有一定关系的。因此，在隧道施工中，要从多方面进行考虑，要保证设计的万无一失，实现工程设计最大效益。