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浅谈公路隧道初支护钢拱架的安装

发表时间：2021/5/7 来源：《基层建设》2021年第1期作者：文剑

[导读] 摘要：本文以中国一冶融安至从江高速公路-期工程（融安至安太段）项目中最长的隧道—云际隧道左线全长2882m、右线全长2937m为例，简要述说在项目区内岩性主要有硅质岩、炭质页岩、千枚岩，千枚岩占多数，埋深普遍大的初支钢拱架的安装。

        中国一冶集团有限公司交通工程公司湖北武汉 430000
        摘要：本文以中国一冶融安至从江高速公路-期工程（融安至安太段）项目中最长的隧道—云际隧道左线全长2882m、右线全长2937m为例，简要述说在项目区内岩性主要有硅质岩、炭质页岩、千枚岩，千枚岩占多数，埋深普遍大的初支钢拱架的安装。解决钢架应垂直于隧道中线在竖直方向安装，竖向不倾斜、平面不错位、扭曲：上、下左、右允许偏差为土50mm，钢架倾斜度允许偏差为土2°等问题。结合工程实际并比较对工程质量、工期、经济效益的影响，在保安全、进度与质量的前提下，降低工程成本。
        关键词：初支；钢拱架；间隙；标高；倾斜度
        1 引言
        本隧道设计采用复合式衬砌，而钢拱架的架立是隧道初期支护的关键工序。根据《公路隧道施工技术规范JTG/T3660-2020》中对钢架支护施工质量标准应符合下列规定：钢架应垂直于隧道中线在竖直方向安装，竖向不倾斜、平面不错位、扭曲：上、下左、右允许偏差为土50mm，钢架倾斜度允许偏差为土2°；钢架应贴近初喷射混凝土面安装，当钢架和围岩初喷射混凝土面之间有间際时应采用铜楔块或木楔块楔紧，并用喷射混凝土充填密实。有多个楔块时，楔块和模块的间距不宜大于2.0m。
        目前，因液压安装台车受空间的局限性，人工架立钢拱架更为灵活。但钢拱架自重较大，人员调整拱架极其费力。传统的人工立架使用木板支撑，采用底部试拼装，然后人力肩扛的方式对拱架进行标高、倾斜度调整，若上下台阶开挖方时，上台阶钢架每延米重量24.1kg，在简易台车上操作，费时费力，且受力不均时，极易造成拱架偏移伤人，存在较大安全隐患，并且对钢架的安装间距偏差倾、斜度偏差、安装偏差不能有效的控制。
        2 工程概况
        融安至从江高速公路-期工程（融安至安太段）项目中最长的隧道—云际隧道左线全长2882m、右线全长2937m，其中左线埋深大于300m的区段约1490m.最大埋深671m，右线埋深大于300m的区段约1490m、最大埋深671m。项目区内岩性主要有硅质岩、炭质页岩、千枚岩，千枚岩占多数，埋深普遍大。拱部无支护时可产生较大坍塌，侧壁有时会失去稳定。本项目软岩大变形段采用三台阶法通过临时仰拱形成闭合结构，控制变形效果较好。
        3 场区工程地质条件
        隧道属于中低山剥蚀切割地貌单元，山体海拔- -般为 400- -920米，沟谷标高为120- -250米，剥蚀切割深度大多为100-400 米，山脊走向基本与构造线-致，为东南-西北走向，海拔较高地势较陡。其间溪沟发育，残坡积较薄，植被较发育。
        隧道区内山体起伏，隧道进出口段地势低，中部地势高，山体坡度进出口段左、右隧道地形坡度较陡，约为35-459左右；隧道地面高程介于207-280m之间，相对高差约73m。
        根据钻探揭露及工程地质调绘，隧道区小部分地段基岩出露，大部分地段被第四系残坡积物覆盖，为残坡积层（Qt+dl）粘土，基岩为震旦系老堡组硅质岩（Z；1）、震旦系陡山沱组炭质页岩（Zgd）、震旦系南沱组千枚岩（Zzn）、震旦系富禄组千枚岩（Zz2f）组成。
        4 钢拱架支护
        钢拱架在加工厂内采用I20a、I22a、I22b工字钢根据不同衬砌类型衬砌钢架图进行加工。拱架在洞内各段用高强螺栓连接。钢架中间接头钢板要与钢架紧密焊接。
        钢架与初喷混凝土间务求紧密接触，空隙处采用垫块嵌紧。钢架与围岩间的混凝土保护层厚度不小于4cm。根据不同衬砌类型相邻钢架之间用长50cm、70cm、80cmφ22的纵向拉杆焊接为一体，连接筋沿钢架环向每1m设置1根。
        4.1钢拱架安装要求
        （1）首榀钢架应进行试拼装，合格后，方可批量生产。

图 1 钢架试拼装
（2）钢架应分节段制作，节段长度宜与开挖方式相适应，每节段钢架应有安装位置编号，节段间连接宜采用钢板连接。

        图2 钢架定位
        （3）连接钢板的螺栓孔应采用机械冲剪成孔。
        （4）型钢钢架应采用冷弯制作，格栅钢架应采用胎架制作。
        （5）钢架应在初喷和钢筋网铺设后安装。
        （6）钢架安设前，应测量放样，并在架立处拱顶、两边墙位置标记，安设时，应做好定位措施。
        （7）钢架安装应贴近初喷面，钢架背后超挖较大时，钢架与初喷面应采用楔块楔紧，楔块间距不宜大于 2m，钢架与初喷面的间歇较大时可采用型钢扇形支撑。

        图3 钢架间歇楔块
        （8）钢架应架设在稳固的地基上，围岩软弱时，可设置扩大承压面的钢板。钢架拱脚悬空时，可设置水泥垫块。
        （9）锁脚锚杆或锚管应及时施作并与钢架连接牢固。采用锚管时，管内应注满砂浆。

        图 4 钢架承压板
        （10）相邻两榀钢架之间应设置纵向连接构件，连接构件可采用钢筋或型钢。
        （11）型钢钢架与连接钢板焊接应采用双面焊，并应增加三角钢板角焊；钢架与钢架接长应采用帮焊。
        4.2钢拱架安装作业
        目前，因液压安装台车受空间的局限性，人工架立钢拱架更为灵活。但钢拱架自重较大，人员调整拱架极其费力。传统的人工立架使用木板支撑，采用底部试拼装，然后人力肩扛的方式对拱架进行标高、倾斜度调整，若上下台阶开挖方时，上台阶钢架每延米重量24.1kg，在简易台车上操作，费时费力，且受力不均时，极易造成拱架偏移伤人，存在较大安全隐患，并且对钢架的安装间距偏差倾斜度偏差、安装偏差不能有效的控制。
        根据以往施工工艺总结出：在初喷作业结束后，采用普通脚手架+（改装的）顶托的工作原理取代立架使用木板支撑人力肩扛的方式对拱架进行标高、倾斜度调整（如下图所示）。

        图 5 三角钢板角焊
        实施方案：采用普通脚手架+（特制）顶托的工作原理，顶托宽度根据钢拱架的宽度设定，脚手架钢管长度低于隧道空间高度200设置，三个为一组进行钢拱架架立、标高及倾斜度的调整。

        5 结论
        因液压安装台车受空间的局限性，人工架立钢拱架更为灵活。但钢拱架自重较大，人员调整拱架极其费力。传统的人工立架使用木板支撑，采用底部试拼装，然后人力肩扛的方式对拱架进行标高、倾斜度调整，若上下台阶开挖方时，上台阶钢架每延米重量24.1kg，在简易台车上操作，费时费力，且受力不均时，极易造成拱架偏移伤人，存在较大安全隐患，并且对钢架的安装间距偏差倾斜度偏差、安装偏差不能有效的控制。
        通过普通脚手架+（改装的）顶托的工作原理，达到通过脚手架钢管承重受力，特制顶托上下活动来达到所要需的标高位置，解决了传统的人工立架使用木板支撑，采用底部试拼装，然后人力肩扛的方式对拱架进行标高、倾斜度调整。此创新方法提高了施工质量，同时加快了施工进度、提高安全生产作用，以低成本创造高价值。为企业赢得信誉和市场的同时，也是我公司又一个发明专利。
        参考文献：
        [1]交通运输部安全与质量监督管理司重庆市交通局出版《公路隧道质量安全管控提升指南》
        [2]《公路隧道施工技术规范JTG/T3660-2020》