老鴨嶺隧道V級淺埋偏壓襯砌鋼拱架制作及安裝

段榮豐

(中國市政工程西南設計研究總院，廣東深圳 518003)

1 概述

岳西至潛山高速YQ-05標位于岳西縣城青天鄉老鴨村和來榜鎮楓樹村內，標段范圍K88+655～K91+380、全長2．725 km，其中分離式隧道1座，左線長2 615m(ZK88+680～ZK91+295)，右線長2 505 m(YK88+775～YK91+280)。其中需要鋼拱架支護的圍巖見表1。

表1 需要鋼拱架支護的圍巖段落劃分

現以Ⅴ級淺埋偏壓為例，說明鋼拱架的制作及安裝工藝。

老鴨嶺隧道進出口洞門段埋深較淺，地質條件很差，且特殊的地理位置對隧道形成偏壓結構，為保證隧道進洞安全，采用Ⅴ級淺埋偏壓支護方式，首先進行超前支護，在開挖前先打一環35根φ50小鋼管，并進行注漿，對開挖掌子面的地層進行改良，起到預加固的目的;初期支護采用Ⅰ20鋼拱架成環及錨噴、鋼筋網聯合支護形式;二次襯砌采用鋼筋混凝土支護形式，初期支護是為了解決隧道在施工期間的穩定和安全的一項工程措施;二次襯砌是為了保證隧道永久穩定和安全，作為安全儲備的工程措施。初期支護和二次襯砌構成老鴨嶺隧道Ⅴ級淺埋偏壓復合式襯砌。Ⅴ級淺埋偏壓段襯砌結構設計圖如圖1所示。

2 Ⅴ級淺埋偏壓鋼拱架制作工藝

鋼拱架在現場制造，采用冷彎機加工焊接而制成。

2．1 施工準備工作

對鋼拱架加工場地進行平整硬化，并安裝各種加工設備，包括鋼筋放置器，冷彎機就位及固定，對電焊機、冷彎機、切斷機等機械設備進行調試，使設備始終處于性能良好的狀態，并做好材料用量計劃，進場計劃等工作。Ⅴ級淺埋偏壓段使用的主要材料有Ⅰ20a型鋼，φ25縱向連接鋼筋，δ30×25×2鋼板，AM20×70螺栓，AM20螺母。

2．2 施工放樣

項目部測量人員根據設計圖紙以及操作人員的要求進行放樣，畫出Ⅴ級淺埋偏壓段鋼拱架大樣圖，包括各個連接板位置，連接板長寬及厚度，內外徑尺寸，兩榀鋼拱架間距等，見圖2～圖4。

圖1 Ⅴ級淺埋偏壓段襯砌結構設計圖（單位：cm）

圖2 V級淺埋偏壓段鋼拱架設計圖（單位：cm）

圖3 Ⅴ級淺埋偏壓段鋼拱架連接螺栓細部圖（單位：cm）

2．3 加工實驗階段

由于老鴨嶺隧道Ⅴ級淺埋偏壓初期支護采取鋼拱架全封閉的支護方式，同時整個一環共有四個不同的半徑，其中最有施工難度的當數邊墻及仰拱處一段內徑為100 cm，外徑為125 cm的鋼拱架，由于這段拱架外弧長僅為126 cm，內弧長為101 cm，在短短的1 m多的工字鋼上彎曲內外徑相差25 cm的弧形，經過變形計算以及現場加工實驗證明加工出來的鋼拱架幾乎全部扭曲變形，完全不能用于施工，針對這種施工難題，經過技術攻關，最后經過方案比選，確定了在不改變設計的前提下對工字鋼開一道三角形口，再對工字鋼進行冷彎，最后加工出來的鋼拱架完全滿足設計及施工要求。

針對Ⅴ級淺埋偏壓段半徑變化過多的情況，在不改變連接板數量的前提下，盡量將連接板的位置改在半徑改變處，這樣方便了加工。

圖4 V級淺埋偏壓段兩榀鋼拱架設計圖

2．4 批量生產階段

在各項準備工作及調試工作做好后，進行批量生產，滿足施工的需要。

2．5 鋼拱架運輸

鋼拱架制作好以后，施工時用裝載機運往施工現場，運輸時注意不要使裝載機破壞加工好的鋼拱架，防止人為使鋼拱架變形。

2．6 鋼拱架加工過程中需要注意的問題

鋼拱架加工后要進行試拼，拼裝允許誤差為:沿隧道周邊輪廓線的誤差不應大于±3 cm，平面(翹曲)應小于±2 cm，接頭聯結要求每榀之間可以互換。接頭處經螺栓拼接后，騎縫焊接牢靠，焊接縫都應焊接飽滿，不得有砂眼。具體尺寸以設計文件為準。采用冷彎、冷壓，電焊加工制作鋼拱架構件時，要求尺寸準確、弧形圓順、結構安全可靠。鋼拱架的截面尺寸應滿足強度要求。應嚴格按設計圖紙進行選材、加工、制作及檢算驗收等。

鋼拱架設計未考慮預留變形量，施工時可根據監控量測數據和開挖具體情況及二襯臺車的預留沉降量(5 cm)等因素，對鋼拱架半徑和每段長度進行調整，最終滿足襯砌厚度和隧道的成型內輪廓線要求。在進洞口段考慮預留變形量15 cm，在拱架的加工和安裝時按此尺寸進行相應調整。進洞一定距離后根據監控量測可相應對拱架進行施工調整。

3 Ⅴ級淺埋偏壓鋼拱架安裝工藝

由于老鴨嶺隧道特殊的地質條件:淺埋，偏壓，節理裂隙發育，且地表水豐富，所以要求開挖出渣后應立即架設鋼拱架，以保證圍巖的穩定。安裝工藝遵循以下幾個步驟:

1)架設前應按隧道中線、標高及允許施工誤差或預留沉降量，對開挖斷面進行復核，圍巖突出部分應清除、整修。

2)鋼拱架應按設計位置安設，鋼架之間必須用φ25鋼筋縱向聯結，拱腳必須放在特制的基礎上或原狀土上，鋼拱架與圍巖之間應盡量接近，留2 cm～3 cm間隙作為保護層，在安設過程中當鋼拱架與圍巖之間有較大的間隙，應設墊塊墊緊。

3)鋼拱架應垂直于隧道中線，上下左右偏差應小于±5 cm，鋼拱架傾斜度應小于±2°。當拱腳標高不準確時，不得用土回填，而應設置鋼板調整，使拱腳位于設計標高位置。鋼拱架的安設在開挖后2 h內完成，拱腳高度應設在低于上半斷面底線以下15 cm～20 cm，當拱腳處圍巖承載力不足時，應向圍巖方向加大拱腳接觸面積。

4)為方便安設，每榀鋼拱架一般分為2節～6節，并保證接頭的剛度。節數應與斷面大小及開挖方法相適應。

5)拱(墻)架的間距應根據襯砌地段的圍巖情況，隧道寬度襯砌厚度及模板長度確定為75 cm。

6)為了保證拱架的安裝位置和垂直度的要求，可制造拱架安裝支架。可加快拱架的架立速度和架立質量。

7)Ⅴ級淺埋偏壓地段實行上下導坑及仰拱分步開挖的方法，所以上下導坑及仰拱鋼拱架連接時，要盡量安裝連接螺栓，實在不能安裝上的，要用鋼筋頭焊接牢固，防止鋼拱架移位，變形等。

4 鋼拱架施工要點

1)鋼拱架應架設在隧道橫向豎直平面內，其垂直度允許誤差為 ±2°。

2)鋼拱架的拱腳應有一定的埋置深度，應保證鋼拱架的穩定(少沉降，少擠入)。一般可采取的主要措施有墊石、墊鋼板、鎖腳錨桿(與隧道周邊錨桿焊接)。

3)鋼拱架應盡可能多地與錨桿露頭及鋼筋網焊接，以增強其聯合支護效應。

4)噴射混凝土時，應注意將鋼拱架與巖面之間的間隙噴射密實。間隙過大時，可用鋼楔或混凝土楔塊頂緊，其點數單側不得少于8個，噴射混凝土應由兩側拱腳向上對稱噴射，并將鋼架覆蓋。

5)噴射混凝土應分層分次分段噴射完成，做到“早錨噴，勤量測”，即初噴混凝土應盡早進行，復噴混凝土應在量測指導下進行，以保證混凝土的復噴適時，有效。

［1］JTG F60-2009，公路隧道施工技術規范［S］．

［2］岳潛高速公路第五合同段隧道設計圖紙(第3冊)［Z］．中交一院，2006．

［3］趙光武．洞口淺埋和偏壓段施工方法探討［J］．山西建筑，2011，37(15):169-170．