提高復雜環境下軟巖隧道鋼拱架安裝質量的措施探討

黎江

作者簡介：黎 江（1989—），工程師，主要從事橋梁隧道施工工作。

在實際施工中，鋼拱架的安裝質量難以控制，鋼拱架的連接、垂直度、高程控制、橫向偏差等方面往往達不到質量要求，這會對鋼拱架的受力結構帶來較大影響，從而導致出現隧道初期支護發生變形以及開裂等嚴重的問題，增加了隧道施工風險。文章通過云南省昌保高速公路石花洞隧道初期支護鋼拱架的安裝施工，介紹了提高復雜環境下軟巖隧道鋼拱架安裝質量的相關措施。

軟巖隧道;鋼拱架;安裝;質量控制

U455A331133

0 引言

在當前我國社會經濟快速發展的環境下，高速公路建設與行業發展的速度也越來越快，而針對一些山區地理位置與環境因素的影響，使得高速公路建設工作必須要注重隧道工程工作的開展，特別是復雜地質條件的隧道施工。而對于復雜環境下軟巖隧道初期支護工作，通過運用鋼拱架連接噴射混凝土來支撐，其中的鋼拱架是穩定初期支護的關鍵結構，其作用也是不容忽視的。但在實際的施工當中，容易出現連接鋼板連接不嚴、傾斜度不合格等安裝質量問題，將會導致鋼拱架承載能力受到嚴重的影響，甚至會帶來隧道初期支護發生變形以及開裂等嚴重的問題，因此會導致隧道的施工風險越來越大，嚴重的會帶來施工安全隱患問題。因此，在復雜環境下軟巖隧道鋼拱架施工過程中，必須分析實際工作中存在的問題，采取有針對性的措施，有效提升隧道鋼拱架安裝質量，保障隧道鋼拱架的施工質量達到標準要求，為后期工作有效開展奠定堅實基礎。

1 工程概況

石花洞隧道位于保山市隆陽區西邑新寨壩村境內。石花洞隧道屬于分離式隧道，左線起點樁號為ZK75+005，終點樁號為ZK76+415，全長1 410 m;右幅起點樁號為K75+025，終點樁號為K76+395，全長1 370 m。洞門形式均為端墻式。洞身圍巖等級主要為Ⅴ級和Ⅳ級，占比高達92%。隧道采用雙向掘進施工，洞身開挖主要采用新奧法。

石花洞隧道屬于中低山山嶺地貌，隧址區范圍內次級斷裂及小斷裂較發育，主要發育為北向及北東向的斷裂構造。隧道圍巖為可偏硬塑狀粉質黏土，破碎狀強風化炭質泥巖，巖層破碎，溶隙及節理發育，成洞條件差，拱部易產生塌方。側壁自穩性較差，開挖時易坍塌、變形。隧道開挖后，應及時進行支護，閉合成環，初期支護流程如下頁圖1所示。

工字鋼架施工質量的好壞直接決定了初期支護的效果。工字鋼架由工字鋼、連接鋼板等焊接成型。每榀工字鋼由A單元3個、B、C、D、E單元各2個組成，單元之間以螺栓、鋼板連接，并將鋼架連成整體。工字鋼架總裝如圖2所示。

2 鋼拱架安裝存在的主要問題與難題

2.1 安裝質量問題

本工程為復雜環境下軟巖隧道施工，圍巖以不同風化程度層狀泥質灰巖組成，初期支護面滲水嚴重，開挖面局部突泥突水，導致初期支護變形較大，進而出現開裂、侵限，需更換拱架，施工進度緩慢且投資增加較大，因此，初期支護鋼拱架的安裝是質量控制的重點。通過長時間的質量檢查，石花洞隧道鋼拱架安裝質量不能滿足要求，存在的主要問題如下：

（1）鋼拱架加工質量參差不齊。主要表現在鋼拱架加工尺寸不準確，弧度不圓順、鋼拱架扭曲、螺孔不一致、焊接質量較差等。

（2）鋼拱架架設不符合要求。主要表現在連接鋼板連接不嚴，傾斜度不合格，豎向位移偏差大，橫向位移偏差大，拼裝偏差大等。

2.2 原因分析

本工程項目部技術人員對鋼拱架安裝質量問題進行了調查分析，其主要原因是：鋼拱架加工不規范，焊接方法不當，鋼拱架安裝時高強螺栓數量不足，拱腳接觸面積小，鎖腳錨桿剛度不足，連接鋼筋剛度不足等。

3 鋼拱架安裝質量控制

本工程針對以上的問題，有針對性地采取了一系列的措施，從鋼拱架的規范加工、精確安裝等方面進行控制，以確保鋼拱架的安裝精度滿足要求。

3.1 鋼拱架的規范加工

3.1.1 加工準備

鋼拱架加工的質量好壞，將會影響安裝的質量。鋼拱架加工不規范容易造成鋼拱架安裝困難、安裝后不符合要求以及耗費更多的人力，甚至會耽誤工期，因此要嚴格控制鋼拱架的加工質量。鋼拱架加工場地應進行硬化處理，地面采用20 cm厚C20混凝土進行硬化，有車輛行駛區用20 cm厚C25混凝土硬化，面積在80～100 m2之間。鋼拱架冷彎設備應擺放在平整的場地上。鋼拱架加工人員主要由電焊工、輔助工等組成。在施工前，要對他們進行技術交底，并進行考核，不合格的人員不能參與施工。

3.1.2 鋼拱架的加工

加強鋼拱架加工技術要求，拱架加工必須按1∶1大樣驗收后再安裝，每榀拱架單元完成制作后應進行試拼，要求尺寸精確、線形圓順、端頭無翹起、拱身無扭曲，確保每個單元的制作精度。

3.1.3 鋼拱架與連接鋼板焊接

（1）以往鋼拱架與鋼板焊接都是人工操作，用手固定鋼板與鋼拱架，然后進行焊接。這樣鋼板與鋼拱架的相對位置僅憑工人的個人感覺和經驗，無法做到精確定位，相鄰兩單元鋼拱架在拼接的時候，可能出現螺栓孔無法對齊或者偏差較大，螺栓無法穿過的現象。因此，拱架與連接鋼板焊接的精確定位關系到拱架安裝的質量。連接鋼板都是按照固定的尺寸進行加工，鋼板上的螺栓孔也是按規范加工，尺寸位置都確保準確，所以只要控制螺栓孔與鋼拱架橫截面的位置，就能保證焊接質量。

（2）現場采用自行設計的定位器控制鋼拱架與連接鋼板焊接，定位器由10 mm厚鋼板、M20螺栓、8 mm圓鋼制作，由鋼板焊接一個“L”鋼構件，該鋼構件一個側面能夠放在工字鋼槽內，一個側面能夠準確卡在工字鋼的端頭，在側面上面用鉆孔機鉆兩個能夠塞進M20螺栓的圓孔，加工螺栓孔的過程要精確計算，兩顆螺栓的間距和高度，要與連接板最上層的螺栓孔的間距和高度相匹配。

3.2 鋼拱架安裝質量控制

3.2.1 人員組織

鋼拱架加工人員主要由電焊工、輔助工等組成。在施工前，要對他們進行技術交底，并進行考核，不合格的人員不能參與施工。

3.2.2 測量控制

每榀鋼拱架安裝前，準確測量定出拱腳及隧道的中線位置和拱腳的高程，控制好鋼拱架安裝的位置。采用臺階法施工時，上臺階每榀拱架的位置一般至少放樣五個控制點，五個控制點要在同一里程位置，同一斷面內，作為鋼拱架相對應各個部分的控制依據。

3.2.3 擴大拱腳墊板的接觸面積

（1）采用槽鋼作為拱腳墊板。本工程將原設計的20×200 cm混凝土墊板，改為140×32 cm槽鋼墊板，以擴大拱腳的接觸面積，增加承載力。使用槽鋼能更好地與鋼拱架焊接連接加固，確保施工過程中不受外力因素而產生移位。

（2）采用槽鋼連接兩榀拱腳。為了使拱腳連成一整體，本工程將槽鋼墊放于兩榀拱架之間，槽鋼墊板長度根據兩榀鋼拱架的間距設計，V級圍巖的間距為50 cm，長度采用140 cm的槽鋼。

3.2.4 選用大直徑和厚度的鎖腳錨桿。

（1）鎖腳錨桿由42×4 mm注漿小導管換成89×5 mm的鋼管。由測量人員，放出孔位，標識出孔位具體位置，鉆孔角度為15°，位置為拱腳上方30 cm處。鉆孔時采用鉆孔設備進行鉆孔，鉆頭要滿足成孔后孔徑大于鋼管直徑，鉆孔過程中時刻觀察鉆桿方向，當發現方向及角度偏差較大時應予以調整。

（2）鉆孔完成后，用高壓風進行清孔。錨桿采用89×5 mm鎖腳錨桿，管內開孔，孔徑為12 mm，間距為150 mm，呈梅花形分布置。采用22 mm的鋼筋將焊接固定，要求鋼筋與錨桿單面滿焊，且與鋼拱架滿焊。采用水泥漿液，水灰比為1∶1，注漿壓力控制在2 MPa。

3.2.5 增加連接鋼筋剛度

本工程將原來設計的22 mm連接鋼筋換成Ⅰ14 cm工字鋼進行焊接鋼拱架。鋼拱架安裝定位后，用Ⅰ14 cm工字鋼進行連接，間距為1 m，榀與榀進行錯開焊接。

3.2.6 按設計高強螺栓數量進行安裝

加大現場高強螺栓安裝的檢查力度。本工程設專人對高強螺栓安裝進行檢查，落實三檢制度，檢查合格后方可進行下一步施工，不合格的責令進行返工處理。

4 施工效果

對策實施后，本工程鋼拱架安裝一次驗收合格率由82.17%上升到了95.33%，大大地提高了隧道初期支護的質量，縮短了隧道施工工期，減少了人員的投入，產生直接經濟效益27.88萬元，得到監理單位、建設單位等單位的肯定。同時，也為項目部施工安全質量提供了保障，加快了施工進度，確保了年度計劃的任務的完成。

5 結語

總之，本工程采取的復雜環境下軟巖隧道鋼拱架安裝質量控制措施，有效地解決了在隧道鋼拱架安裝施工中存在的連接鋼板連接不嚴、傾斜度不合格等施工問題，不但能夠提升整體施工的效率和質量，而且整體效果也比較突出，值得推廣應用。

[1]武永德.隧道鋼拱架連接板拼裝精度技術及應用[J].科技與創新，2019（8）：158-159.

[2]李虎虎.關于隧道拱架連接板定位器技術研究[J].科技風，2016（6）：105.

[3]岳國忠.關于隧道施工中鋼拱架連接的幾點建議[J].山東工業技術，2015（23）：86-87.