高速鐵路隧道初支鋼拱架連接安全施工控制要點

牛衛(wèi)東　中交二航局第四工程有限公司

一、工程概述

新建杭州至黃黃山鐵路站前V標段位于浙江省杭州市境內，標段內包含隧道14座，共長6.691km，其中Ⅳ、Ⅴ級圍巖長度共2905m。隧道Ⅳ、Ⅴ級圍巖初支采用型鋼鋼架，整個初支斷面每一環(huán)由ABCDE五種不同尺寸的單元組成，單元之間通過節(jié)點板連接形成閉環(huán)的整體，節(jié)點板連接形式有A節(jié)頭和B節(jié)頭兩種。

隨著隧道從上到下的逐步開挖，鋼架從上到下逐步連接成環(huán)，連接安裝順序為，先拱部、再邊墻，最后在仰拱部位合龍。根據設計要求，鋼拱架各單元必須在后場彎曲加工成型并與連接板焊接成型，結構尺寸及焊接質量經驗收合格后，方可運至現場。現場安裝時各單元之間必須采用螺栓連接，不允許現場焊接。

二、鋼架施工中存在的慣性問題

鋼架施工從上到下逐步連接成環(huán)，最后在仰拱部位的兩個E單元之間合龍。由于隧道施工本身的復雜性，在此過程中存在不可避免的誤差，主要包括圍巖面平整誤差、鋼拱架加工誤差及人工拼裝誤差等，各類誤差不斷累計，導致鋼架最后合龍時，經常存在以下五個方面的問題。

問題1：由于各單元在安裝時，環(huán)向位置較設計位置略向內偏差，各處偏差集中至仰拱接頭處導致接頭超長，兩E單元間上下錯位，無法合龍。

問題2：由于各單元在安裝時，環(huán)向位置較設計位置略向外偏差，各處偏差集中至仰拱接頭處導致長度不足，兩E單元間產生一定的間隙而拼接不上。

問題3：由于各單元在安裝時，存在的縱向位置偏差和角度偏差導致仰拱兩個E單元合龍時，兩端單元間距不一致或邊墻鋼架偏斜，造成A接頭處產生平面錯位而無法連接。

問題4：邊墻鋼架安裝角度或仰拱鋼架加工弧度偏差，造成仰拱鋼架單元接頭處兩連接板產生平面夾角，連接螺栓長度不足而無法連接。

三、解決以上問題所采取的措施

(一)鋼拱架加工控制

鋼拱架采用定位工裝、機床、劃線輔助等方法進行加工，先將各構件在加工場加工完成，確保型鋼下料長度和彎曲弧度準確、連接板尺寸和螺栓開孔位置準確及連接板和型鋼焊接質量達到要求。

(二)鋼拱架安裝過程控制

1.測量放樣控制

鋼拱架架立之前，由測量組放樣出周邊圍巖上每循環(huán)第一榀拱架的里程位置及掌子面上的拱架內邊緣的輪廓點(上臺階：拱頂中心點及兩側拱腳點，中下臺階兩側拱腳點)，并用紅油漆對放樣點進行標示。

2.拱架安裝控制

將加工好的鋼拱架運至掌子面，采用裝載機裝至開挖臺架上，人工拼接上臺階3個A單元鋼架。

鋼架拼接好后，根據測量組在周邊圍巖上第一榀拱架的里程位置進行鋼架定位，根據第一榀鋼架位置依次定位出該循環(huán)其他鋼架位置，依據已施作的初支鋼架與掌子面上已標識的拱架內邊緣的輪廓點進行拉線，對鋼架進行安裝輪廓定位調整，確保初支鋼架不侵限二襯。

對已安裝到位的鋼架進行打設鎖腳鋼管、錨桿、焊接八字筋等鎖定鋼架位置及間距。

3.鋼架驗收

采用吊錘球的方式來檢測鋼架的垂直度，在拱頂處進行吊垂線，并在鋼架邊墻同側拉水平線進行垂直度檢測。

(三)仰拱鋼架合龍控制

先將兩側C、D單元進行連接，保證接頭B所有螺栓安裝到位且擰緊，然后再進行E單元的合龍。

因拱底存在積水現象，建議將仰拱鋼架合龍點設置在接頭A1或接頭A2處，相鄰兩榀鋼架合龍接頭位置交錯布置。

仰拱合龍鋼架E單元下料時加長10cm(合龍端不預先焊接連接鋼板)，根據現場實際情況進行切除，然后現場將連接鋼板與鋼架進行焊接，同時將螺栓擰緊，確保了鋼架有一點扭曲錯位也能閉合。

(四)加工質量控制要點

完成鋼拱架的加工后，要對其進行整體實驗。出現誤差的標準：每個點處的弓線和標準線誤差都不能超過3cm；螺雙孔的誤差不許超過5mm，不能出現其他孔洞；在鋼拱架的平面翹曲不能超過2cm。安裝質量的標準：要保證所有焊接品的質量，保證焊接縫的緊密，防止出現筋會燃燒，避免出現誤焊的情況，焊縫的表面禁止出現裂縫和焊瘤；要保證焊接牢固鋼拱架和連接桿、錨栓、系統(tǒng)螺栓、鋼筋網等全部零件，可以分層噴射混凝上，防止出現疏漏，完美的成為一個承載系統(tǒng)，起到非常好的防護作用。在安裝鋼拱架時，要使鋼拱架與圍巖或初始噴射面非常接近，如果出現超過5cm的間隙時，可以分塊分區(qū)楔入混凝上墊板。如果需要噴射混凝上工作的話，要調整噴射的角度，要讓鋼拱架和圍巖和鋼拱架底部都能被填充不會出現疏漏，增強隧道的承載力。對隧道的質量要進行制度管理。將質量放在首要地位，專人負責鋼拱架安裝時所有的材料質量安全，讓人人都有安全責任心，可以提高監(jiān)管人員的監(jiān)管力度；也可以讓大家一起進行監(jiān)督，發(fā)現質量問題時可以及時上報，采取一定的獎勵措施，更好的保證施工技術與質量。

四、總結

為使隧道鋼架在仰拱能有效的合龍，最基本的是鋼架半成品加工過程中采取精加工，保證鋼架加工尺寸的準確性；重要環(huán)節(jié)是加強施工現場的過程控制，采用測量精確定位、安裝過程中輔助工具的有效使用來確保鋼架垂直度、安裝高度、斷面相對位置等參數的控制。最后環(huán)節(jié)是采用合龍單元鋼架下料加長10cm，然后現場切割調節(jié)的方式來消除誤差，確保鋼架牢固閉合。

鋼拱架連接是隧道施工中的重要環(huán)節(jié)，施工中需從原材料加工控制、施工技術交底、現場安全質量管理等多方面抓起，共同確保隧道施工質量。國家安全操作規(guī)程規(guī)定，電焊工必須持證上崗，并且要有且具備豐富的焊接經驗，設備方面，要配備功率大的冷彎機，防止出現拱架無法彎制成標準半徑或拱身扭曲而造成隧道的坍塌等事故的出現。特別要注意，在拱部和安裝鋼拱架后，短時間內不可以全面閉合鋼架，可能會出現拱頂鋼架的倒塌下沉，造成圍巖或襯砌的不穩(wěn)定。所以，要加強施工過程中的檢測，要采取方法加固鋼架，防止出現拱頂下沉。可以增強對鋼架的鎖腳固定，也可以增加連接縱梁的鋼架基礎，增大底腳，避免懸空高架，對混凝上進行分層分段噴射，可以減少和避免施工過程中出現的損壞。對于鋼拱架的連接而言，可以減短鋼拱架自身的長度，在提高支護效果時，可以有利于施工的操作。在施工過程中，連接鋼拱架，使鋼拱架形成一個整體，可以防止鋼拱架出現負重。這樣，不僅可以有效利用閑置的鋼架，還可以減輕單個鋼拱架的承載力，實現已有資源的最大利用率。除外，側向約束也可以用鋼拱架連接來實現，要是有很好的連接程度，可以看作為鉸支座，不僅可以減少受彎梁的自身跨度，也能提高抗曲臨界載荷，加強自身的承載力，這是非常常見的隧道施工中的支護方案。需要注意的是，對于在主平面受載中鋼拱架失穩(wěn)破壞是一個復雜的問題，出現的形式也有不同，臨界載荷與鋼拱架承載能力和失穩(wěn)破壞是有一定關系的。因此，在隧道施工中，要從多方面進行考慮，要保證設計的萬無一失，實現工程設計最大效益。