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(biāo)段位于浙江省杭州市境內(nèi)，標(biāo)段內(nèi)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(jù)設(shè)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(jié)構(gòu)尺寸及焊接質(zhì)量經(jīng)驗收合格后，方可運至現(xiàn)場?，F(xiàn)場安裝時各單元之間必須采用螺栓連接，不允許現(xiàn)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(fù)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(dǎo)致鋼架最后合龍時，經(jīng)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(shè)計位置略向內(nèi)偏差，各處偏差集中至仰拱接頭處導(dǎo)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(shè)計位置略向外偏差，各處偏差集中至仰拱接頭處導(dǎo)致長度不足，兩E單元間產(chǎn)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(dǎo)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(chǎn)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(chǎn)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(jī)床、劃線輔助等方法進(jìn)行加工，先將各構(gòu)件在加工場加工完成，確保型鋼下料長度和彎曲弧度準(zhǔn)確、連接板尺寸和螺栓開孔位置準(zhǔn)確及連接板和型鋼焊接質(zhì)量達(dá)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(nèi)邊緣的輪廓點(上臺階：拱頂中心點及兩側(cè)拱腳點，中下臺階兩側(cè)拱腳點)，并用紅油漆對放樣點進(jìn)行標(biāo)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(jī)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(jù)測量組在周邊圍巖上第一榀拱架的里程位置進(jìn)行鋼架定位，根據(jù)第一榀鋼架位置依次定位出該循環(huán)其他鋼架位置，依據(jù)已施作的初支鋼架與掌子面上已標(biāo)識的拱架內(nèi)邊緣的輪廓點進(jìn)行拉線，對鋼架進(jìn)行安裝輪廓定位調(diào)整，確保初支鋼架不侵限二襯。

對已安裝到位的鋼架進(jìn)行打設(shè)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(jìn)行吊垂線，并在鋼架邊墻同側(cè)拉水平線進(jìn)行垂直度檢測。

(三)仰拱鋼架合龍控制

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

因拱底存在積水現(xiàn)象，建議將仰拱鋼架合龍點設(shè)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(yù)先焊接連接鋼板)，根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行切除，然后現(xiàn)場將連接鋼板與鋼架進(jìn)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(zhì)量控制要點

完成鋼拱架的加工后，要對其進(jìn)行整體實驗。出現(xiàn)誤差的標(biāo)準(zhǔn)：每個點處的弓線和標(biāo)準(zhǔn)線誤差都不能超過3cm；螺雙孔的誤差不許超過5mm，不能出現(xiàn)其他孔洞；在鋼拱架的平面翹曲不能超過2cm。安裝質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)：要保證所有焊接品的質(zhì)量，保證焊接縫的緊密，防止出現(xiàn)筋會燃燒，避免出現(xiàn)誤焊的情況，焊縫的表面禁止出現(xiàn)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(wǎng)等全部零件，可以分層噴射混凝上，防止出現(xiàn)疏漏，完美的成為一個承載系統(tǒng)，起到非常好的防護(hù)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(xiàn)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(diào)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(xiàn)疏漏，增強(qiáng)隧道的承載力。對隧道的質(zhì)量要進(jìn)行制度管理。將質(zhì)量放在首要地位，專人負(fù)責(zé)鋼拱架安裝時所有的材料質(zhì)量安全，讓人人都有安全責(zé)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(jìn)行監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)質(zhì)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(shù)與質(zhì)量。

四、總結(jié)

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(zhǔn)確性；重要環(huán)節(jié)是加強(qiáng)施工現(xiàn)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(shù)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(xiàn)場切割調(diào)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(shù)交底、現(xiàn)場安全質(zhì)量管理等多方面抓起，共同確保隧道施工質(zhì)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(jīng)驗，設(shè)備方面，要配備功率大的冷彎機(jī)，防止出現(xiàn)拱架無法彎制成標(biāo)準(zhǔn)半徑或拱身扭曲而造成隧道的坍塌等事故的出現(xiàn)。特別要注意，在拱部和安裝鋼拱架后，短時間內(nèi)不可以全面閉合鋼架，可能會出現(xiàn)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(qiáng)施工過程中的檢測，要采取方法加固鋼架，防止出現(xiàn)拱頂下沉?？梢栽鰪?qiáng)對鋼架的鎖腳固定，也可以增加連接縱梁的鋼架基礎(chǔ)，增大底腳，避免懸空高架，對混凝上進(jìn)行分層分段噴射，可以減少和避免施工過程中出現(xiàn)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(hù)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(xiàn)負(fù)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(xiàn)已有資源的最大利用率。除外，側(cè)向約束也可以用鋼拱架連接來實現(xiàn)，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(qiáng)自身的承載力，這是非常常見的隧道施工中的支護(hù)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(fù)雜的問題，出現(xiàn)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(guān)系的。因此，在隧道施工中，要從多方面進(jìn)行考慮，要保證設(shè)計的萬無一失，實現(xiàn)工程設(shè)計最大效益。