金明亮

（甘肅路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，甘肅蘭州730000）

公路隧道鋼拱架施工技術(shù)及質(zhì)量控制要點(diǎn)

金明亮

（甘肅路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，甘肅蘭州730000）

摘要：隧道開(kāi)挖完成后，為了快速控制圍巖變形及防止坍塌，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)。初期支護(hù)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(dú)立承載能力強(qiáng)，加工安裝較H型鋼相對(duì)簡(jiǎn)單方便，因此應(yīng)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(hù)形式為錨桿、鋼拱架、鋼筋網(wǎng)片及噴射混凝土形成聯(lián)合支護(hù)體系。本論述重點(diǎn)就鋼拱架的標(biāo)準(zhǔn)化加工、施工安裝及質(zhì)量控制方法進(jìn)行分析探討，為相關(guān)施工提供參考。

關(guān)鍵詞：公路隧道；鋼拱架；加工；安裝；質(zhì)量控制

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.03.010

0　引言

近年來(lái)，隨著機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化施工的逐步開(kāi)展，項(xiàng)目管控力度不斷加強(qiáng)，施工組織及質(zhì)量管理模式更加完善，施工管理人員質(zhì)量意識(shí)不斷提高，公路隧道工程施工質(zhì)量得到了全面保障和提高。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)每道工序制定施工工藝及管理措施，開(kāi)展精細(xì)化施工，是進(jìn)一步提高質(zhì)量水平的有效手段。本論述通過(guò)對(duì)鋼拱架施工技術(shù)及質(zhì)量控制要點(diǎn)的專(zhuān)項(xiàng)總結(jié)探討，著重解決施工中的質(zhì)量通病及常見(jiàn)問(wèn)題，用以更好地指導(dǎo)隧道工程鋼拱架加工及安裝作業(yè)。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(lián)合支護(hù)等工序的施工工藝及質(zhì)量控制要點(diǎn)進(jìn)行闡述。

1　施工準(zhǔn)備

1.1場(chǎng)地建設(shè)

按標(biāo)準(zhǔn)化要求建設(shè)封閉式拱架加工廠(chǎng)，做到原材料存放區(qū)、加工區(qū)、半成品存放區(qū)分別規(guī)劃，電力設(shè)施布設(shè)規(guī)范，建設(shè)面積符合作業(yè)要求，標(biāo)準(zhǔn)化拱架加工廠(chǎng)見(jiàn)圖1所示。拱架加工采用工廠(chǎng)化管理模式，集中加工、分散運(yùn)輸、統(tǒng)籌管理，從根本上控制加工質(zhì)量，降低技術(shù)工人及機(jī)械設(shè)備投入，防止原材料浪費(fèi)，最大限度地節(jié)約施工成本。另外，由于工程量比較集中，場(chǎng)地作業(yè)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(shí)供應(yīng)。工廠(chǎng)采用全封閉形式，安排專(zhuān)人值班并在周?chē)O(shè)置保安監(jiān)控系統(tǒng)，減小了安全成本的投入，預(yù)防了原材料的丟失和被盜問(wèn)題。

圖1　封閉式鋼拱架加工廠(chǎng)

1.2人員及設(shè)備

人員主要由電焊工及輔助工組成；設(shè)備主要配備冷彎?rùn)C(jī)、電焊機(jī)、切割機(jī)、臺(tái)鉆等，主要設(shè)備配置見(jiàn)表1所示。一般情況，2個(gè)隧道口配備1套加工設(shè)備，包括1臺(tái)冷彎?rùn)C(jī)，3臺(tái)電焊機(jī)，2臺(tái)切割機(jī)及1臺(tái)臺(tái)鉆；每套加工設(shè)備配備電焊工2名，輔助工3名；每個(gè)安裝工作面配備電焊工2名，輔助工18名，測(cè)量人員、帶班人員及安全指揮人員除外。

表1　主要設(shè)備配置表（2套）

電焊工必須持證上崗，并具備豐富的焊接經(jīng)驗(yàn)；配置大功率冷彎?rùn)C(jī)，避免小馬拉大車(chē)，造成拱架拱身扭曲或無(wú)法彎制成標(biāo)準(zhǔn)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(guó)標(biāo)產(chǎn)品，常用工字鋼尺寸規(guī)格見(jiàn)表2所示，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）工字鋼按理論質(zhì)量或?qū)嶋H質(zhì)量交貨；

（2）工字鋼計(jì)算理論質(zhì)量時(shí)，鋼的密度為7.85 g/cm3；

（3）工字鋼每米質(zhì)量允許偏差不得超過(guò)+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(qiáng)螺栓。所有材料均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

表2　常用工字鋼尺寸規(guī)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(zhì)量；其次是具備足夠的生產(chǎn)能力，以足額儲(chǔ)備及滿(mǎn)足生產(chǎn)需求為基礎(chǔ)，防止影響現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度。

2.1接長(zhǎng)及分段

公路隧道采用上下臺(tái)階法開(kāi)挖施工時(shí)，上臺(tái)階拱架一般為6.0m以上半徑的半圓構(gòu)造，半圓長(zhǎng)度約20 m，常采用3段式連接。當(dāng)工字鋼接頭位于每段拱架中心時(shí)則需進(jìn)行接長(zhǎng)，接長(zhǎng)時(shí)先彎曲，再接長(zhǎng)。拱架接長(zhǎng)時(shí)，必須在腹板內(nèi)兩側(cè)進(jìn)行1cm厚且不小于10cm×10cm的鋼板幫焊補(bǔ)強(qiáng)，并將翼板上下接縫全部焊接牢固，以保證連接質(zhì)量。

2.2彎曲

拱架加工前，在加工場(chǎng)內(nèi)用混凝土硬化不小于一榀拱架大小的試拼臺(tái)，試拼臺(tái)大面平整，并在表面按設(shè)計(jì)畫(huà)出加工大樣。加工時(shí)，先根據(jù)工字鋼規(guī)格及設(shè)計(jì)加工半徑，對(duì)冷彎?rùn)C(jī)進(jìn)行多次試彎，并將試彎的分段拱架在試拼臺(tái)上進(jìn)行比對(duì)試拼，總結(jié)出油缸頂升高度、拱架推移速度等加工參數(shù)，合格后固化參數(shù)，全面進(jìn)行冷彎加工。

2.3連接鋼板加工及焊接

連接鋼板按照設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行切割，并按設(shè)計(jì)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(tái)鉆一次性鉆孔，之后按準(zhǔn)確連接位置與拱架進(jìn)行焊接連接，形成整體。工字鋼四邊與連接板結(jié)合位置均進(jìn)行滿(mǎn)焊，焊縫飽滿(mǎn)，保證質(zhì)量。

2.4試拼

加工成的每榀拱架必須在試拼臺(tái)進(jìn)行試拼，做到半徑準(zhǔn)確、線(xiàn)形圓順、長(zhǎng)度合格，端頭無(wú)翹起，拱身無(wú)扭曲，同時(shí)做到直腿與鋼板垂直、彎拱法線(xiàn)與鋼板垂直。在試拼時(shí)，每段拱架進(jìn)行編號(hào)，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(cè)量人員對(duì)中線(xiàn)、拱腳邊線(xiàn)、拱腳標(biāo)高、拱頂標(biāo)高進(jìn)行放樣，放樣數(shù)據(jù)全部換算為相對(duì)數(shù)據(jù)，參照點(diǎn)設(shè)于已完成的上一循環(huán)噴射混凝土表面，打入水泥釘或用紅油漆標(biāo)識(shí)。

3.2安裝

以上臺(tái)階三段式安裝為例，根據(jù)測(cè)量放樣的兩側(cè)拱腳位置及標(biāo)高，先將左右兩側(cè)兩段就位，之后將中間一段由人工舉起，相鄰連接板對(duì)齊并安裝高強(qiáng)螺栓，連接高強(qiáng)螺栓時(shí)，由專(zhuān)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(cè)拱架在下臺(tái)階拱架接長(zhǎng)封閉前處在穩(wěn)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(diào)整

每榀拱架就位后，按照表3所示實(shí)測(cè)項(xiàng)目，快速?gòu)?fù)查安裝間距、傾斜度、拱腳拱頂標(biāo)高、中線(xiàn)偏位及安裝斷面，對(duì)存在的問(wèn)題予以調(diào)整，使各類(lèi)檢查數(shù)據(jù)滿(mǎn)足規(guī)范要求。重點(diǎn)解決左右側(cè)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(jiān)固等問(wèn)題。

表3　鋼支撐支護(hù)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

3.4鎖腳固定及縱向連接

拱架調(diào)整準(zhǔn)確后，在左右側(cè)拱腳各打入一對(duì)鎖腳錨桿或錨管。施工鎖腳錨桿時(shí)，在拱架里側(cè)肋板上焊接Φ20鎖腳環(huán)，使鎖腳錨桿從鎖腳環(huán)內(nèi)打入圍巖，并與鎖腳環(huán)焊接，環(huán)向形成整體，防止拱架受力下沉或兩底腳向內(nèi)回收。鎖腳固定后，按設(shè)計(jì)間距布置縱向連接鋼筋，連接鋼筋按標(biāo)準(zhǔn)值內(nèi)外側(cè)交叉布置，將相鄰拱架全部焊接連接，縱向形成整體。

4　質(zhì)量控制要點(diǎn)及措施

4.1加工質(zhì)量控制要點(diǎn)

拱架分段加工完成后，在試拼臺(tái)進(jìn)行整體試拼，試拼誤差要求如下：

（1）拱架線(xiàn)型與標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)型在任何一點(diǎn)誤差不超過(guò)3cm；

（2）螺栓孔眼誤差不大于5 mm，嚴(yán)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(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）要與監(jiān)控量測(cè)緊密結(jié)合，根據(jù)圍巖變形數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整加工半徑，保證足夠的預(yù)留變形量；

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

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

（4）鋼拱架與連接鋼筋、鎖腳錨桿、系統(tǒng)錨桿、鋼筋網(wǎng)片等要全部焊接牢固，并與噴射混凝土充分結(jié)合，形成一個(gè)整體承載體系，增強(qiáng)聯(lián)合支護(hù)的效果；

（5）鋼拱架平面垂直于隧道中線(xiàn)，上下傾斜度不大于2°；防止拱架產(chǎn)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(guò)5 cm時(shí)應(yīng)局部采用混凝土墊塊楔緊，噴射混凝土施工時(shí)調(diào)整噴射角度，將拱架與圍巖之間以及拱架腹板內(nèi)噴射密實(shí)，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(cè)噴射混凝土保護(hù)層厚度不小于2 cm。

5　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鋼拱架從原材料進(jìn)場(chǎng)、建設(shè)封閉式標(biāo)準(zhǔn)化加工廠(chǎng)、加工及安裝等過(guò)程開(kāi)展精細(xì)化管理，嚴(yán)格控制原材料及工序質(zhì)量，是控制工程成本、快速封閉隧道開(kāi)挖臨空面、保證初期支護(hù)體系穩(wěn)定承載的基礎(chǔ)，也是確保施工安全及規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)水平的有效手段。

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中圖分類(lèi)號(hào)：U455.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

收稿日期：2016-1-22

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