諶文玉

（中鐵十六局集團(tuán)鐵運(yùn)工程有限公司，河北 高碑店 074000）

0 引言

鋼拱常用于巷道松散破碎條件下的初步支護(hù)，或單獨(dú)支護(hù)，或與噴混凝土網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，或與管頂聯(lián)合支護(hù)形成預(yù)支護(hù)體系；鋼拱由于其受力本領(lǐng)的優(yōu)勢，鋼拱架成為預(yù)防和加固隧道強(qiáng)度的重要舉措，為隧道施工安全提供了必要保障。但是在項(xiàng)目實(shí)施應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)在隧道施工中仍然存在很大的問題，一方面是由于鋼拱的架設(shè)的不合理所導(dǎo)致，另一方面是由于施工企業(yè)管理層缺乏相關(guān)的本領(lǐng)導(dǎo)致鋼拱不能完全發(fā)揮作用。這樣不僅使得材料不能充分利用，并且使得安全措施形同虛設(shè)。本文對鋼拱支架的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，為其他同行采用鋼拱框架提供了參考，具有十分重要的工程實(shí)踐意義。

1 鋼拱架失穩(wěn)原因分析

針對鋼拱架的特點(diǎn)要求在對其安裝設(shè)計(jì)時(shí)要完全符合設(shè)計(jì)要求，鋼拱架的尺寸特點(diǎn)嚴(yán)格而言為高度大，寬度小等特點(diǎn)。這類構(gòu)件在主平面上具有較大的抗彎承載力，由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的影響就決定了其對側(cè)向的抵抗力較小，對扭矩也缺乏抵抗力[1]。鋼拱的穩(wěn)定與其所在截面的承載的力息息相關(guān)，所受的力越小鋼拱就越穩(wěn)定，反之就是力越大，鋼拱的側(cè)向支撐薄弱時(shí)，鋼拱將處于主平面內(nèi)。在達(dá)到撓度之前，突然發(fā)生橫向彎曲甚至扭轉(zhuǎn)，使鋼拱失去承載力而發(fā)生破壞，即鋼拱發(fā)生橫向彎扭屈服或整體失穩(wěn)。這種情況的破壞的特點(diǎn)和軸心破壞的特點(diǎn)極為相似，其破壞特點(diǎn)就是隨著軸向力的施加的力度越大就會產(chǎn)生在剛度較小的方向發(fā)生橫向變形，產(chǎn)生附加彎矩，側(cè)向變形加劇，側(cè)向穩(wěn)定是提高鋼拱整體穩(wěn)定性的有效方法。

2 寇墩隧道工程概況

2.1 工程概況

寇墩隧道進(jìn)口位于陜西省榆林市橫東縣張家洼煤炭實(shí)業(yè)有限公司東側(cè)，起訖里程為 DK169+726～DK171+740，全長 2014m，均為Ⅴ級圍巖，最大埋深約85m。進(jìn)口設(shè)置10m 明洞。進(jìn)口無既有道路可達(dá)洞口，需修建臨時(shí)便道，出口有既有道路可達(dá)洞口附近，需建少量便道。隧道位于黃土梁峁區(qū)，地形起伏較大，隧址區(qū)表層為新黃土，下伏砂巖夾泥巖，隧道洞身位于巖土分界線或砂巖夾泥巖中，砂巖夾泥巖為含水層，巖體風(fēng)化嚴(yán)重、巖質(zhì)疏松，巖體破碎，中等強(qiáng)涌水。本隧道共設(shè)置一座輔助坑道，斜井與正洞相交里程為 DK170+600，平面交角90度，斜井平面投影長325m，綜合坡度為 10.8%，斜井采用無軌運(yùn)輸。斜井井口處設(shè)置45m明洞。

2.2 工程特點(diǎn)

隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，均為Ⅴ級圍巖，圍巖差，施工難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高。本隧道圍巖差，均為Ⅴ級圍巖或Ⅴ級圍巖加強(qiáng)，占隧道全長的100%，滑坡，危巖，順層，順層偏壓點(diǎn)多，坍塌、突泥涌水風(fēng)險(xiǎn)高，施工難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高。

3 工程重難點(diǎn)分析

3. 1 濕陷性黃土地基不穩(wěn)

隧道進(jìn)、出口段濕陷性黃土地基處理是本工程的重點(diǎn)。隧道進(jìn)、出口段洞身局部位于下更新統(tǒng)風(fēng)積黏質(zhì)新黃土，本段黃土為輕微濕陷性黃土，場地屬自重濕陷性黃場地，地基濕陷性等級為Ⅱ級，隧道基底采用水泥擠密樁和鉆（挖）孔樁加固處理[2]。

3.2 隧道施工過程中易造成塌方

隧道工程部分洞身位于巖土分界線或砂巖夾泥巖，開挖后極易產(chǎn)生塌方、掉塊現(xiàn)象，應(yīng)減少對頂部層狀圍巖的擾動(dòng)和破壞。由于以上問題可能造成很大的工程事故，故必要的采取牢固的支護(hù)技術(shù)進(jìn)行預(yù)防，本研究對鋼拱架支護(hù)進(jìn)行研究，解決黃土地區(qū)易塌的問題[3]。

4 鋼拱架施工存在的主要問題與難題

4.1 加工誤差

所謂失之毫厘謬以千里，在鋼拱架的加工上同樣如此，只有加工精細(xì)，才能保障鋼拱架的穩(wěn)定。目前由于加工的粗糙主要出現(xiàn)的問題是鋼拱變形大，鋼的厚度不同，栓接不合格等問題。

4.2 架設(shè)誤差

在鋼拱加工符合要求的前提下，在安裝過程中的步驟中也對鋼拱架的安全有著極大的影響，例如，如果安裝時(shí)使鋼拱架不在對準(zhǔn)線上就會使其受力產(chǎn)生變化，嚴(yán)重時(shí)會產(chǎn)生偏心破壞，在連接采用焊接時(shí)，對工人的要求也是極高的。

4.3 回填不合格

回填的質(zhì)量直接影響著鋼拱的穩(wěn)定，目前存在的問題主要有以下方面：由于人員的質(zhì)量意識淡薄的問題，在進(jìn)行回填時(shí)往往就會存在著差不多就行的心態(tài)，還有就是對鋼拱架的保護(hù)意識不強(qiáng)，使得在回填過程中破壞了鋼拱架的結(jié)構(gòu)。所以在對人員進(jìn)行質(zhì)量意識的問題上和專業(yè)技能培訓(xùn)上要不斷提高[4]。

5 隧道鋼拱架施工要點(diǎn)

5.1 隧道鋼拱架的加工工作

為了提高鋼拱的整體支護(hù)質(zhì)量，必須重視鋼拱的加工。在加工過程中，首先要了解選用合適的鋼材。鋼材的選擇應(yīng)根據(jù)隧道工程的總體施工要求和國家相應(yīng)的施工標(biāo)準(zhǔn)。核對設(shè)計(jì)圖紙上鋼材的標(biāo)記、品種、數(shù)量、外觀等。同時(shí)，在加工過程中，應(yīng)選擇綜合素質(zhì)較高的施工人員進(jìn)行相應(yīng)的施工工作，只有這樣才能提高鋼拱架的整體加工質(zhì)量。同時(shí)，在加工過程中，應(yīng)根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行相應(yīng)的施工工作，并增加鋼架的分段數(shù)量。只有這樣才能提高空間的整體承載力[5]。加工完成后，應(yīng)對整個(gè)公共空間進(jìn)行檢查，對存在問題的部位及時(shí)糾正，防止在使用過程中出現(xiàn)問題。

5.2 隧道鋼拱架的架設(shè)工作

為了提高鋼拱架的整體支護(hù)效果，在隧道工程施工過程中必須注意隧道鋼拱架的架設(shè)。施工前應(yīng)進(jìn)行隧道開挖面尺寸及相應(yīng)的數(shù)據(jù)。只有這樣，才能在鋼拱架施工中根據(jù)隧道的具體情況進(jìn)行架設(shè)工作，更好地發(fā)揮鋼拱架在隧道施工中的作用。在安裝過程中，應(yīng)為整個(gè)安裝工作做好充分的準(zhǔn)備，特別是鋼拱與錨桿、鋼網(wǎng)等構(gòu)件的連接和組合。特殊情況下，噴射混凝土施工前也應(yīng)考慮。在鋼拱架施工過程中，對鋼拱架本身進(jìn)行固定（如加錨桿），可以取得較好的效果，提高鋼拱架的支護(hù)性能。因此，在隧道鋼拱架設(shè)過程中，需要對整體施工和安裝數(shù)據(jù)進(jìn)行整理[6]。

5.3 拱部回填注漿施工方法

由于襯砌與圍巖之間存在空隙，采用回填灌漿水泥漿和粉煤灰進(jìn)行填充加固。一般情況下，填充物在拱的120°范圍內(nèi)，見圖1。

圖1 拱部回填注漿孔布置圖

（1）回填灌漿工藝隧洞回填灌漿工藝一般包括鉆孔、灌漿、封堵三道工序，施工布置在一個(gè)封閉部位。

（2）布孔鉆眼。首先，在隧道輪廓（縱向距離4m）上準(zhǔn)確排列孔洞，并用紅漆標(biāo)記。利用軌道車平板工作平臺，用風(fēng)鉆手動(dòng)鉆孔。鉆孔過程中，確保鉆孔方向和角度符合要求，并及時(shí)對中斜校正。

（3）封孔注漿。灌漿孔鉆完后，在孔口安裝灌漿塞，并安裝L=3m的25號中型灌漿鋼管。灌漿采用高壓灌漿機(jī)，注入摻有粉煤灰的水泥漿，嚴(yán)格控制灌漿壓力。在2MPa以下，水泥粉煤灰漿的配合比為C:S=1:0.6。灌漿時(shí)，先注入無水孔，再注入水孔，水孔從拱頂一直灌到拱腳。遇砂漿竄槽或跑漿時(shí)，采用間隔一孔或多孔灌漿的方法，嚴(yán)格控制灌漿壓力。發(fā)現(xiàn)問題停止灌漿。

5.4 隧道鋼拱架橫向隔板建設(shè)工作

隧道鋼拱施工時(shí)，應(yīng)注意鋼拱橫隔板的施工。水平隔斷在整個(gè)空間中起著非常重要的作用。通過水平加寬鋼拱架的施工，可以提高整體施工的強(qiáng)度，提高整體鋼拱架的整體穩(wěn)定性。提高空間的整體施工能力，可以在隧道施工過程中發(fā)揮更好的效果，提高隧道工程的整體施工質(zhì)量和安全性[7]。

5.5 隧道鋼拱架翼緣寬度建設(shè)工作

在隧道鋼拱架施工中，應(yīng)注意鋼拱架翼緣寬度的施工。在施工過程中，應(yīng)保證原寬度在一定范圍內(nèi)，并盡量減小翼緣的總寬度。只有這樣，才能提高空間的整體穩(wěn)定性和承載力。同時(shí)，在施工過程中選擇合適的材料和模型，根據(jù)隧道工程的整體施工特點(diǎn)進(jìn)行整體施工，可以降低隧道支護(hù)施工的難度。

6 結(jié)語

隧道鋼拱施工在項(xiàng)目管理中應(yīng)引起足夠的重視。由于鋼拱施工質(zhì)量差而發(fā)生不同程度的質(zhì)量事故并不少見。隧道鋼拱施工要點(diǎn)體現(xiàn)在：加工必須規(guī)范，架設(shè)必須規(guī)范，拱背必須密實(shí)。在項(xiàng)目管理方面，隧道鋼拱施工應(yīng)規(guī)范化，盡量由專業(yè)人員施工。