提高復(fù)雜環(huán)境下軟巖隧道鋼拱架安裝質(zhì)量的措施探討

黎江

作者簡(jiǎn)介：黎 江（1989—），工程師，主要從事橋梁隧道施工工作。

在實(shí)際施工中，鋼拱架的安裝質(zhì)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(dá)不到質(zhì)量要求，這會(huì)對(duì)鋼拱架的受力結(jié)構(gòu)帶來較大影響，從而導(dǎo)致出現(xiàn)隧道初期支護(hù)發(fā)生變形以及開裂等嚴(yán)重的問題，增加了隧道施工風(fēng)險(xiǎn)。文章通過云南省昌保高速公路石花洞隧道初期支護(hù)鋼拱架的安裝施工，介紹了提高復(fù)雜環(huán)境下軟巖隧道鋼拱架安裝質(zhì)量的相關(guān)措施。

軟巖隧道;鋼拱架;安裝;質(zhì)量控制

U455A331133

0 引言

在當(dāng)前我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的環(huán)境下，高速公路建設(shè)與行業(yè)發(fā)展的速度也越來越快，而針對(duì)一些山區(qū)地理位置與環(huán)境因素的影響，使得高速公路建設(shè)工作必須要注重隧道工程工作的開展，特別是復(fù)雜地質(zhì)條件的隧道施工。而對(duì)于復(fù)雜環(huán)境下軟巖隧道初期支護(hù)工作，通過運(yùn)用鋼拱架連接噴射混凝土來支撐，其中的鋼拱架是穩(wěn)定初期支護(hù)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其作用也是不容忽視的。但在實(shí)際的施工當(dāng)中，容易出現(xiàn)連接鋼板連接不嚴(yán)、傾斜度不合格等安裝質(zhì)量問題，將會(huì)導(dǎo)致鋼拱架承載能力受到嚴(yán)重的影響，甚至?xí)硭淼莱跗谥ёo(hù)發(fā)生變形以及開裂等嚴(yán)重的問題，因此會(huì)導(dǎo)致隧道的施工風(fēng)險(xiǎn)越來越大，嚴(yán)重的會(huì)帶來施工安全隱患問題。因此，在復(fù)雜環(huán)境下軟巖隧道鋼拱架施工過程中，必須分析實(shí)際工作中存在的問題，采取有針對(duì)性的措施，有效提升隧道鋼拱架安裝質(zhì)量，保障隧道鋼拱架的施工質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，為后期工作有效開展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 工程概況

石花洞隧道位于保山市隆陽區(qū)西邑新寨壩村境內(nèi)。石花洞隧道屬于分離式隧道，左線起點(diǎn)樁號(hào)為ZK75+005，終點(diǎn)樁號(hào)為ZK76+415，全長(zhǎng)1 410 m;右幅起點(diǎn)樁號(hào)為K75+025，終點(diǎn)樁號(hào)為K76+395，全長(zhǎng)1 370 m。洞門形式均為端墻式。洞身圍巖等級(jí)主要為Ⅴ級(jí)和Ⅳ級(jí)，占比高達(dá)92%。隧道采用雙向掘進(jìn)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(qū)范圍內(nèi)次級(jí)斷裂及小斷裂較發(fā)育，主要發(fā)育為北向及北東向的斷裂構(gòu)造。隧道圍巖為可偏硬塑狀粉質(zhì)黏土，破碎狀強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)泥巖，巖層破碎，溶隙及節(jié)理發(fā)育，成洞條件差，拱部易產(chǎn)生塌方。側(cè)壁自穩(wěn)性較差，開挖時(shí)易坍塌、變形。隧道開挖后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，閉合成環(huán)，初期支護(hù)流程如下頁圖1所示。

工字鋼架施工質(zhì)量的好壞直接決定了初期支護(hù)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(gè)、B、C、D、E單元各2個(gè)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(zhì)量問題

本工程為復(fù)雜環(huán)境下軟巖隧道施工，圍巖以不同風(fēng)化程度層狀泥質(zhì)灰?guī)r組成，初期支護(hù)面滲水嚴(yán)重，開挖面局部突泥突水，導(dǎo)致初期支護(hù)變形較大，進(jìn)而出現(xiàn)開裂、侵限，需更換拱架，施工進(jìn)度緩慢且投資增加較大，因此，初期支護(hù)鋼拱架的安裝是質(zhì)量控制的重點(diǎn)。通過長(zhǎng)時(shí)間的質(zhì)量檢查，石花洞隧道鋼拱架安裝質(zhì)量不能滿足要求，存在的主要問題如下：

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

（2）鋼拱架架設(shè)不符合要求。主要表現(xiàn)在連接鋼板連接不嚴(yán)，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(xiàng)目部技術(shù)人員對(duì)鋼拱架安裝質(zhì)量問題進(jìn)行了調(diào)查分析，其主要原因是：鋼拱架加工不規(guī)范，焊接方法不當(dāng)，鋼拱架安裝時(shí)高強(qiáng)螺栓數(shù)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(zhì)量控制

本工程針對(duì)以上的問題，有針對(duì)性地采取了一系列的措施，從鋼拱架的規(guī)范加工、精確安裝等方面進(jìn)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(guī)范加工

3.1.1 加工準(zhǔn)備

鋼拱架加工的質(zhì)量好壞，將會(huì)影響安裝的質(zhì)量。鋼拱架加工不規(guī)范容易造成鋼拱架安裝困難、安裝后不符合要求以及耗費(fèi)更多的人力，甚至?xí)⒄`工期，因此要嚴(yán)格控制鋼拱架的加工質(zhì)量。鋼拱架加工場(chǎng)地應(yīng)進(jìn)行硬化處理，地面采用20 cm厚C20混凝土進(jìn)行硬化，有車輛行駛區(qū)用20 cm厚C25混凝土硬化，面積在80～100 m2之間。鋼拱架冷彎設(shè)備應(yīng)擺放在平整的場(chǎng)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(duì)他們進(jìn)行技術(shù)交底，并進(jìn)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(qiáng)鋼拱架加工技術(shù)要求，拱架加工必須按1∶1大樣驗(yàn)收后再安裝，每榀拱架單元完成制作后應(yīng)進(jìn)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(gè)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(jìn)行焊接。這樣鋼板與鋼拱架的相對(duì)位置僅憑工人的個(gè)人感覺和經(jīng)驗(yàn)，無法做到精確定位，相鄰兩單元鋼拱架在拼接的時(shí)候，可能出現(xiàn)螺栓孔無法對(duì)齊或者偏差較大，螺栓無法穿過的現(xiàn)象。因此，拱架與連接鋼板焊接的精確定位關(guān)系到拱架安裝的質(zhì)量。連接鋼板都是按照固定的尺寸進(jìn)行加工，鋼板上的螺栓孔也是按規(guī)范加工，尺寸位置都確保準(zhǔn)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(zhì)量。

（2）現(xiàn)場(chǎng)采用自行設(shè)計(jì)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(gè)“L”鋼構(gòu)件，該鋼構(gòu)件一個(gè)側(cè)面能夠放在工字鋼槽內(nèi)，一個(gè)側(cè)面能夠準(zhǔn)確卡在工字鋼的端頭，在側(cè)面上面用鉆孔機(jī)鉆兩個(gè)能夠塞進(jìn)M20螺栓的圓孔，加工螺栓孔的過程要精確計(jì)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(zhì)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(duì)他們進(jìn)行技術(shù)交底，并進(jìn)行考核，不合格的人員不能參與施工。

3.2.2 測(cè)量控制

每榀鋼拱架安裝前，準(zhǔn)確測(cè)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(tái)階法施工時(shí)，上臺(tái)階每榀拱架的位置一般至少放樣五個(gè)控制點(diǎn)，五個(gè)控制點(diǎn)要在同一里程位置，同一斷面內(nèi)，作為鋼拱架相對(duì)應(yīng)各個(gè)部分的控制依據(jù)。

3.2.3 擴(kuò)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(shè)計(jì)的20×200 cm混凝土墊板，改為140×32 cm槽鋼墊板，以擴(kuò)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(chǎn)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(zhǎng)度根據(jù)兩榀鋼拱架的間距設(shè)計(jì)，V級(jí)圍巖的間距為50 cm，長(zhǎng)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(dǎo)管換成89×5 mm的鋼管。由測(cè)量人員，放出孔位，標(biāo)識(shí)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(shí)采用鉆孔設(shè)備進(jìn)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(shí)刻觀察鉆桿方向，當(dāng)發(fā)現(xiàn)方向及角度偏差較大時(shí)應(yīng)予以調(diào)整。

（2）鉆孔完成后，用高壓風(fēng)進(jìn)行清孔。錨桿采用89×5 mm鎖腳錨桿，管內(nèi)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(shè)計(jì)的22 mm連接鋼筋換成Ⅰ14 cm工字鋼進(jìn)行焊接鋼拱架。鋼拱架安裝定位后，用Ⅰ14 cm工字鋼進(jìn)行連接，間距為1 m，榀與榀進(jìn)行錯(cuò)開焊接。

3.2.6 按設(shè)計(jì)高強(qiáng)螺栓數(shù)量進(jìn)行安裝

加大現(xiàn)場(chǎng)高強(qiáng)螺栓安裝的檢查力度。本工程設(shè)專人對(duì)高強(qiáng)螺栓安裝進(jìn)行檢查，落實(shí)三檢制度，檢查合格后方可進(jìn)行下一步施工，不合格的責(zé)令進(jìn)行返工處理。

4 施工效果

對(duì)策實(shí)施后，本工程鋼拱架安裝一次驗(yàn)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(hù)的質(zhì)量，縮短了隧道施工工期，減少了人員的投入，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益27.88萬元，得到監(jiān)理單位、建設(shè)單位等單位的肯定。同時(shí)，也為項(xiàng)目部施工安全質(zhì)量提供了保障，加快了施工進(jìn)度，確保了年度計(jì)劃的任務(wù)的完成。

5 結(jié)語

總之，本工程采取的復(fù)雜環(huán)境下軟巖隧道鋼拱架安裝質(zhì)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(yán)、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(zhì)量，而且整體效果也比較突出，值得推廣應(yīng)用。

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