提高复杂环境下软岩隧道钢拱架安装质量的措施探讨

黎江

作者简介：黎 江（1989—），工程师，主要从事桥梁隧道施工工作。

在实际施工中，钢拱架的安装质量难以控制，钢拱架的连接、垂直度、高程控制、横向偏差等方面往往达不到质量要求，这会对钢拱架的受力结构带来较大影响，从而导致出现隧道初期支护发生变形以及开裂等严重的问题，增加了隧道施工风险。文章通过云南省昌保高速公路石花洞隧道初期支护钢拱架的安装施工，介绍了提高复杂环境下软岩隧道钢拱架安装质量的相关措施。

软岩隧道;钢拱架;安装;质量控制

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0 引言

在当前我国社会经济快速发展的环境下，高速公路建设与行业发展的速度也越来越快，而针对一些山区地理位置与环境因素的影响，使得高速公路建设工作必须要注重隧道工程工作的開展，特别是复杂地质条件的隧道施工。而对于复杂环境下软岩隧道初期支护工作，通过运用钢拱架连接喷射混凝土来支撑，其中的钢拱架是稳定初期支护的关键结构，其作用也是不容忽视的。但在实际的施工当中，容易出现连接钢板连接不严、倾斜度不合格等安装质量问题，将会导致钢拱架承载能力受到严重的影响，甚至会带来隧道初期支护发生变形以及开裂等严重的问题，因此会导致隧道的施工风险越来越大，严重的会带来施工安全隐患问题。因此，在复杂环境下软岩隧道钢拱架施工过程中，必须分析实际工作中存在的问题，采取有针对性的措施，有效提升隧道钢拱架安装质量，保障隧道钢拱架的施工质量达到标准要求，为后期工作有效开展奠定坚实基础。

1 工程概况

石花洞隧道位于保山市隆阳区西邑新寨坝村境内。石花洞隧道属于分离式隧道，左线起点桩号为ZK75+005，终点桩号为ZK76+415，全长1 410 m;右幅起点桩号为K75+025，终点桩号为K76+395，全长1 370 m。洞门形式均为端墙式。洞身围岩等级主要为Ⅴ级和Ⅳ级，占比高达92%。隧道采用双向掘进施工，洞身开挖主要采用新奥法。

石花洞隧道属于中低山山岭地貌，隧址区范围内次级断裂及小断裂较发育，主要发育为北向及北东向的断裂构造。隧道围岩为可偏硬塑状粉质黏土，破碎状强风化炭质泥岩，岩层破碎，溶隙及节理发育，成洞条件差，拱部易产生塌方。侧壁自稳性较差，开挖时易坍塌、变形。隧道开挖后，应及时进行支护，闭合成环，初期支护流程如下页图1所示。

工字钢架施工质量的好坏直接决定了初期支护的效果。工字钢架由工字钢、连接钢板等焊接成型。每榀工字钢由A单元3个、B、C、D、E单元各2个组成，单元之间以螺栓、钢板连接，并将钢架连成整体。工字钢架总装如图2所示。

2 钢拱架安装存在的主要问题与难题

2.1 安装质量问题

本工程为复杂环境下软岩隧道施工，围岩以不同风化程度层状泥质灰岩组成，初期支护面渗水严重，开挖面局部突泥突水，导致初期支护变形较大，进而出现开裂、侵限，需更换拱架，施工进度缓慢且投资增加较大，因此，初期支护钢拱架的安装是质量控制的重点。通过长时间的质量检查，石花洞隧道钢拱架安装质量不能满足要求，存在的主要问题如下：

（1）钢拱架加工质量参差不齐。主要表现在钢拱架加工尺寸不准确，弧度不圆顺、钢拱架扭曲、螺孔不一致、焊接质量较差等。

（2）钢拱架架设不符合要求。主要表现在连接钢板连接不严，倾斜度不合格，竖向位移偏差大，横向位移偏差大，拼装偏差大等。

2.2 原因分析

本工程项目部技术人员对钢拱架安装质量问题进行了调查分析，其主要原因是：钢拱架加工不规范，焊接方法不当，钢拱架安装时高强螺栓数量不足，拱脚接触面积小，锁脚锚杆刚度不足，连接钢筋刚度不足等。

3 钢拱架安装质量控制

本工程针对以上的问题，有针对性地采取了一系列的措施，从钢拱架的规范加工、精确安装等方面进行控制，以确保钢拱架的安装精度满足要求。

3.1 钢拱架的规范加工

3.1.1 加工准备

钢拱架加工的质量好坏，将会影响安装的质量。钢拱架加工不规范容易造成钢拱架安装困难、安装后不符合要求以及耗费更多的人力，甚至会耽误工期，因此要严格控制钢拱架的加工质量。钢拱架加工场地应进行硬化处理，地面采用20 cm厚C20混凝土进行硬化，有车辆行驶区用20 cm厚C25混凝土硬化，面积在80～100 m2之间。钢拱架冷弯设备应摆放在平整的场地上。钢拱架加工人员主要由电焊工、辅助工等组成。在施工前，要对他们进行技术交底，并进行考核，不合格的人员不能参与施工。

3.1.2 钢拱架的加工

加强钢拱架加工技术要求，拱架加工必须按1∶1大样验收后再安装，每榀拱架单元完成制作后应进行试拼，要求尺寸精确、线形圆顺、端头无翘起、拱身无扭曲，确保每个单元的制作精度。

3.1.3 钢拱架与连接钢板焊接

（1）以往钢拱架与钢板焊接都是人工操作，用手固定钢板与钢拱架，然后进行焊接。这样钢板与钢拱架的相对位置仅凭工人的个人感觉和经验，无法做到精确定位，相邻两单元钢拱架在拼接的时候，可能出现螺栓孔无法对齐或者偏差较大，螺栓无法穿过的现象。因此，拱架与连接钢板焊接的精确定位关系到拱架安装的质量。连接钢板都是按照固定的尺寸进行加工，钢板上的螺栓孔也是按规范加工，尺寸位置都确保准确，所以只要控制螺栓孔与钢拱架横截面的位置，就能保证焊接质量。

（2）现场采用自行设计的定位器控制钢拱架与连接钢板焊接，定位器由10 mm厚钢板、M20螺栓、8 mm圆钢制作，由钢板焊接一个“L”钢构件，该钢构件一个侧面能够放在工字钢槽内，一个侧面能够准确卡在工字钢的端头，在侧面上面用钻孔机钻两个能够塞进M20螺栓的圆孔，加工螺栓孔的过程要精确计算，两颗螺栓的间距和高度，要与连接板最上层的螺栓孔的间距和高度相匹配。

3.2 钢拱架安装质量控制

3.2.1 人员组织

钢拱架加工人员主要由电焊工、辅助工等组成。在施工前，要对他们进行技术交底，并进行考核，不合格的人员不能参与施工。

3.2.2 测量控制

每榀钢拱架安装前，准确测量定出拱脚及隧道的中线位置和拱脚的高程，控制好钢拱架安装的位置。采用台阶法施工时，上台阶每榀拱架的位置一般至少放样五个控制点，五个控制点要在同一里程位置，同一断面内，作为钢拱架相对应各个部分的控制依据。

3.2.3 扩大拱脚垫板的接触面积

（1）采用槽钢作为拱脚垫板。本工程将原设计的20×200 cm混凝土垫板，改为140×32 cm槽钢垫板，以扩大拱脚的接触面积，增加承载力。使用槽钢能更好地与钢拱架焊接连接加固，确保施工过程中不受外力因素而产生移位。

（2）采用槽钢连接两榀拱脚。为了使拱脚连成一整体，本工程将槽钢垫放于两榀拱架之间，槽钢垫板长度根据两榀钢拱架的间距设计，V级围岩的间距为50 cm，长度采用140 cm的槽钢。

3.2.4 选用大直径和厚度的锁脚锚杆。

（1）锁脚锚杆由42×4 mm注浆小导管换成89×5 mm的钢管。由测量人员，放出孔位，标识出孔位具体位置，钻孔角度为15°，位置为拱脚上方30 cm处。钻孔时采用钻孔设备进行钻孔，钻头要满足成孔后孔径大于钢管直径，钻孔过程中时刻观察钻杆方向，当发现方向及角度偏差较大时应予以调整。

（2）钻孔完成后，用高压风进行清孔。锚杆采用89×5 mm锁脚锚杆，管内开孔，孔径为12 mm，间距为150 mm，呈梅花形分布置。采用22 mm的钢筋将焊接固定，要求鋼筋与锚杆单面满焊，且与钢拱架满焊。采用水泥浆液，水灰比为1∶1，注浆压力控制在2 MPa。

3.2.5 增加连接钢筋刚度

本工程将原来设计的22 mm连接钢筋换成Ⅰ14 cm工字钢进行焊接钢拱架。钢拱架安装定位后，用Ⅰ14 cm工字钢进行连接，间距为1 m，榀与榀进行错开焊接。

3.2.6 按设计高强螺栓数量进行安装

加大现场高强螺栓安装的检查力度。本工程设专人对高强螺栓安装进行检查，落实三检制度，检查合格后方可进行下一步施工，不合格的责令进行返工处理。

4 施工效果

对策实施后，本工程钢拱架安装一次验收合格率由82.17%上升到了95.33%，大大地提高了隧道初期支护的质量，缩短了隧道施工工期，减少了人员的投入，产生直接经济效益27.88万元，得到监理单位、建设单位等单位的肯定。同时，也为项目部施工安全质量提供了保障，加快了施工进度，确保了年度计划的任务的完成。

5 结语

总之，本工程采取的复杂环境下软岩隧道钢拱架安装质量控制措施，有效地解决了在隧道钢拱架安装施工中存在的连接钢板连接不严、倾斜度不合格等施工问题，不但能够提升整体施工的效率和质量，而且整体效果也比较突出，值得推广应用。

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