隧道钢拱架安装精度控制技术修订稿
隧道钢拱架安装精度控
制技术
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隧道钢拱架安装精度控制技术
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摘要：目前国内复合式衬砌隧道的设计中，钢拱架经常采用，它适用于对软弱围岩的强支护，确保其稳定性。但是在实际施工中，钢拱架的安装精度却难以控制，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，从而导致出现初期支护变形、开裂等问题，增加了隧道施工风险。本文通过云南省蒙文砚高速公路老鹰山隧道初期支护钢拱架的安装施工，介绍隧道钢拱架安装的精度控制技术。
关键词：隧道；钢拱架；精度控制
0 引言
云南省蒙文砚高速公路老鹰山隧道设计为分离式隧道，分为左右双幅，左幅全长2464米，右幅全长2451米，最大埋深，隧道属于长隧道。隧道洞身段支护衬砌按新奥法原理设计，采用初期支护和二次衬砌相结合的复合式衬砌。初期支护中，对于IV～V级围岩，由径向锚杆、喷射混凝土、钢筋网及工字钢钢架组成。钢架之间用纵向钢筋连接，并与径向锚杆、钢筋网及喷射混凝土形成一个整体，与围岩密贴，形成承载结构。钢拱架是承载受力的主要结构，因此其安装精度控制至关重要。
1钢拱架施工存在的主要问题与难题
根据《JTG F80-1-2004公路工程质量检验评定标准》的要求，钢拱架的安装精度要求如下表1所示：
表1、钢拱架的安装精度要求
钢拱架施工涉及到加工、测量、电焊、安装等各方面专业知识，综合性较强。通过长时间的质量检查，老鹰山隧道的钢拱架安装精度不能满足要求，存在的主要问题如下：
（1）钢拱架加工不标准，加工质量参差不齐。主要表现在钢拱架扭曲、钢拱架弧度不标准、连接法兰间隙大、螺孔不一致、焊缝不牢固等。
（2）钢拱架架设不符合要求，主要表现在基础不坚实、中线偏差大、锁脚锚杆施工不规范、纵向连接筋焊接质量差等。
（3）喷射混凝土后，钢拱架受力发生沉降。
2 钢拱架的安装精度控制措施
针对以上的问题，有针对性地进行了一系列的措施，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。
钢拱架的规范加工
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。
加工准备条件
（1）场地建设
钢拱架加工场地应进行硬化处理，地面采用20cm厚C20混凝土进行硬化，有车辆行驶区用20cm厚C25混凝土硬化，面积在80-100m2之间。钢拱架冷弯设备应摆放在平整的场地上，钢筋加工厂总体上应满足各功能分区的要求，如：原材料堆放区、加工制作区、半成品、成品堆放区、车辆运输装卸作业区所必须的空间等。
（2）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。
钢拱架加工
钢拱架加工过程中须严格按设计要求制作，做好样台、放线、复核并标记号码，在加工厂硬化处理过的平整场地上按1：1放出大样，每榀拱架单元完成制作后必须符合内外弧长及弦长，长度不符合设计要求的重新制作，确保每个单元的制作精度。型钢钢架采用冷弯成型，钢架节点焊接长度应大于4cm，且对称焊接。
钢拱架与连接钢板焊接
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，钢板上螺栓孔也是规范加工，尺寸位置都准确，所以只要控制螺栓孔与钢拱架横截面的位置，就能保证焊接的精确。
现场采用自己设计的定位器控制钢拱架与连接钢板焊接，定位器由10mm厚钢板、M20螺栓、Φ8圆钢制作，由钢板焊接一个“L 形”的钢构件，钢构件能够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。
其工作的步骤基本如下：
⑴拱架半成品与定位器定位
将已加工好的定位器放人已加工好的弯制钢架上。如下图1所示：
图1、定位器就位
（2）定位器与连接板定位
将连接板上已钻好的孔装到定位器上，然后焊工将连接板与钢架焊接牢固。焊接完成后，卸下连接板，用于下一次使用。
如下图2所示。
图2、连接板与定位器固定
钢架加工控制要点
（1）钢拱架分节段制作，每节段长度应根据设计尺寸及开挖方法确定，不宜大于4m。每片节段应编号，注明安装位置，防止工人装车时装错，型钢钢架宜采用冷弯法制作成型。
（2）接头钢板螺栓孔采用机械钻孔，孔口采用砂轮机清除毛刺和钢渣，严禁采用气割冲孔。
（3）不同规格的首榀钢拱架加工完成后，应放在平地上拼装检查，周边拼装允许偏差为±30m，平面翘曲应小于20mm，钢架加工的焊接部位不得有假焊、漏焊现象，焊缝表面不得有裂纹、焊瘤等缺陷；（4）钢拱架与连接钢板焊接要准确定位。
钢拱架安装控制
测量控制
每榀钢钢架安装前，用全站仪、水准仪准确测量定出钢架安装的中线、标高及拱脚设计位置。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。如下图所示：
图3、钢拱架测量控制点示意图
钢拱架的精确安装
（1）各单元拱架制作好后，运到工作面，拱架在运输过程中要注意保护防止变形，架立前先用全站仪定出拱脚及隧道的中线位置和拱脚的高程。
（2）钢拱架安装应确保两侧拱脚应放在牢固的基础上。安装前应将底脚处的虚渣及其他杂物彻底清除干净；脚底超挖、拱脚标高不足时，应用喷射混凝土填充，再加垫槽钢，钢拱架安放在槽钢上面。
根据定出的拱脚位置先安装左右拱脚的两单元，并临时固定后，通过钢板及螺栓连接安装剩余单元，一榀拼装好后，通过用吊线锤的方法调整拱架的倾斜度，保证拱架在竖直平面内，并通过用锁脚锚杆及周边的径向锚杆固定拱架。架设钢架时在拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，最后用中22纵向连接筋进行连接，连接筋的环向间距为
100cm，纵向连接筋应与每榀拱架焊接牢固。
（3）钢拱架的支撑
根据长期的施工观察，我们发现复喷混凝土至设计厚度后，钢拱架受到混凝土重力作用，发生沉降，从而导致钢架高程和位置的变化。为改变此情况，我们一方面通过精确测量，增加预留沉降量，确保拱架的高程满足要求。另一方面，利用专用的支撑杆，把拱架支撑在作业台架上，起到定位和支撑的作用，防止发生过大的变形。如下图4所示：
钢拱架施工控制质量要点
钢架安装控制要点
（1）钢拱架在初喷砼后安装，应尽可能与围岩或初喷面密贴，有间隙时应采用混凝土垫块楔紧，严禁采用片石回填。并与锚杆焊接牢固，钢架之间设置纵向连接钢筋；
（2）钢架不得侵入二次衬寸砌断面，各节钢架间以螺栓连接，连接板之间密贴。沿钢架外缘每隔2m应用钢楔或砼预制块顶紧；（3）钢拱架立起后，根据中线、水平将其校正到正确位置，然后用定位筋固定，并用纵向连接筋将其和相邻钢架连接牢靠。钢架安装时应垂直于隧道中线，竖向不倾斜、平面不错位，不扭曲，上、下、左、右允许偏差±50mm，钢架倾斜度应小于2°。
（4）钢拱架应分节段安装，节段与节段之间应按设计要求连接。连接钢板平面应与钢架轴线垂直。
（4）钢拱架安装就位后，钢拱架与围岩之间的间隙应用喷射混凝土充填密实，并使钢拱架与喷射混凝土形成整体。喷射混凝土应由两侧拱脚向上对称喷射，并将钢架覆盖，临空一侧的喷射混凝土保护层厚度应不小于20mm。
4总结
隧道钢拱架施工在项目管理上要得到足够重视，由钢拱架施工质量差而出现的不同程度的质量事故已屡见不鲜。隧道钢拱架的施工要点集中体现在：加工要标准、架设要规范、拱背要密实。在项目管理上，隧道钢拱架施工尽量做到标准化加工和专业化人员施工。
参考文献：
［1］中华人民共和国交通部．JTGD0－2004公路隧道设计规范［S］．北京：人民交通出版社，2004．
［2］中华人民共和国交通部．JTGF80／1－2004公路工程质量检验评定标准［S］．北京：人民交通出版社，2004