浅谈隧道钢拱架连接的施工

浅谈隧道钢拱架连接的施工

毛立军

甘肃综合铁道工程承包有限公司甘肃兰州730000

摘要：在我国道路交通建设规模不断扩大、速度不断提升的背景下，隧道工程已经成为其中一项十分重要的施工环节。由于隧道施工的岩层性质特殊复杂，需要利用钢拱架对隧道进行支护，确保其稳定性。但是在实际施工中工字钢连接往往是拱架施工的一个薄弱环节，主要原因是加工不规范、运输变形和现场技术管理人员不够重视，从而产生一些初期支护变形、开裂等不可控的现象，增加了隧道施工风险。在此浅谈隧道钢拱架连接的施工并提出几点建议。

关键词：隧道；钢拱架连接；施工

连接钢拱架的意义在于可以实现钢拱架自身长度的减小，在提升支护效果的同时，也比较便于施工。通过连接钢拱架，能够使其成为一个整体，使作用于一个钢拱架之上的载荷实现转移，不仅可以降低单个钢拱架承受的载荷，而且可以有效利用闲置钢架，实现资源利用最大化。不仅如此，连接钢拱架也能对其实现侧向约束，如果连接程度足够，甚至可以将其视作铰支座，可以有效减小受弯梁自身跨度，在提升抗屈曲临界载荷的同时强化其承载性能，是一种优良的首选支护方案。

一、钢拱架连接

钢拱架的连接方式分为两种：一种是根据设计采用螺栓连接；另一种是从施工机械和材料节约方面考虑采用对接。第一，单元螺栓连接。螺栓连接主要产生的弊病有：螺帽未拧紧、少螺帽；连接板眼对不上；工人施工随意，检查不到位；下部开挖机械碰撞使上部拱脚变形等等。第二，拱架对接。标准工字钢长度是9米一根，加工机械在短于1.45米时就不能加工弧度，在一根工字钢加工一个或二个单元后就会产生剩余料，在加工中为了更好的利用材料，根据单元下料后不可避免的需接长工字钢。这样就产生了连接问题，连接后还需要过机械加工弧度，在施工中就采用对接，成为了一个连接薄弱环节，这样最好的方法是在对接的基础上加钢板帮焊补强。增加工字钢的连接刚度。

二、钢拱架初期支护变形开裂的主要原因分析

钢拱架在初期支护的时候，常出现如下病害现象：一是上下断面开挖连接板位置变形情况；二是初期支护喷射混凝土环向开裂。之所以会出现这些现象，主要原因在于：钢拱架在隧道施工中是很重要的环节，从设计理论出发，初期支护在我们隧道施工中承担70%的承载力，而钢拱架是初期支护中主要的受力结构。但是无论多大的钢拱架，连接部位始终是受力的薄弱环节，从而影响了拱架的整个受力情况，在围岩地层不良地段发生问题就成为了必然情况。

三、隧道钢拱架支护稳定性的判断

在支护初期，钢拱架主要承受围岩压力。随着隧道施工不断进行，隧道内部的岩层结构及受力会出现一定变化，进而导致钢拱架的受力更加复杂。由于钢拱架内力的变化能够反映出施工特征，因此，需要通过实时监测对钢拱架的应力及受弯情况作出判断。通常情况下，判断钢拱架的稳定性可以利用两种方法进行:其一是通过钢拱架翼缘应力安全系数对稳定性作出判断，其二是以钢拱架的内力状态对其稳定安全性作出判断。在这两种判断方法下，可以得出两个基本的依据准则。

第一是应力判断，根据钢拱架翼缘应力系数能够对安全性作出三个等级的划分:应力安全系数小于1.5时，表明钢拱架状态不安全；在应力安全系数在1.5～2.0之间时，钢拱架状态为欠安全；在应力安全系数超过2.0之后，则表明钢拱架的状态为安全。而应力安全系数λ的计算方法为λ=fult/σi，式中，fult为钢材强度极限，σi为钢拱架翼缘应力。

第二是内力判断，内力判断和应力判断存在相似之处，也可以分为三个安全等级:内力较小，内力的合力作用于截面之上，而且隧道内侧存在较大受压，这种情况就是安全状态；内力的合力作用于截面上，但是存在正弯矩和轴压力，或者内力合力作用于截面外，但是存在正弯矩和轴压力，这两种情况都是欠安全的状态；钢拱架受力不合理，弯矩或侧压较大时，钢拱架就属于非安全状态，也就是预警状态，需要施工单位及时进行处理。

四、加强钢拱架连接的几点建议

第一，加强拱架加工技术要求，拱架加工必须按1：1大样验收后再安装。拱架安装前先要按大样图进行试拼装，同一个批次的拱架可对其中几榀进行试拼装，同时在加工一定数量的拱架后需要重新进行一次试拼装，这样可以在加工时不断调整提高拱架加工技术工人的业务水平，加工技术工人在试拼装中不断总结加工技术经验。第二，缩短拱架加工厂与隧道口的距离，这样可以避免拱架在运输过程中的变形。第三，加强拱架连接板焊接技术要求，现场技术员和检验人员应加强施工质量与安全管理。第四，拱架架立时采用多点控制，每一个连接单元都要有控制拱架净空的点位。第五，工字钢架立完成后所有螺栓螺帽焊接牢固。第六，加强拱架施工技术交底，技术交底内容应从拱架加工及安装两个方面展开。

五、钢拱架加工的连接板技术特点及原理

连接板定位快速且精准，定位器制作简易、成本低。一种型号的定位器对应一种连接板，避免了不熟练工人用错连接板的情况，提高拱架加工质量。焊接连接板的同时检验了连接板的孔距尺寸。

预先加工拱架连接板定位器，将连接板定位器置放在弯制好的拱架半成品上，将按设计要求钻好孔的连接板与固定在定位器上的螺栓套接，在预留的点焊位置将连接板与拱架半成品点焊定位，取下定位器，按设计要求将连接板与拱架半成品焊接稳固，进入下一施工循环。

（一）连接板定位器制作要点

根据不同规格型号工字钢腿宽确定定位器内宽，使用10mm厚的钢板及63×40×5角钢焊接成型。定位器内宽比不同规格型号工字钢腿宽1mm，便于定位器装卸于工字钢上。根据不同型号的拱架，按照设计上连接板的尺寸大小及开孔位置、孔径，用尺子在钢板上量取确定钻孔中心点，用粉笔画出钻孔中心点，在钢板上钻孔，按不同型钢型号的设计要求，然后安装螺栓。对孔位进行检验，检验合格后，进行打磨修整，安装把手。对孔位尺寸、质量进行检验，合格后，进行打磨修整，安装把手。

（二）拱架半成品弯制

加工时，将一端与弯曲模具的一端对齐，缓缓进行弯曲，弯曲后测量工字钢的水平度及弧度，如发现工字钢弯曲超标，及时纠偏，直到弯曲至所要求的弧度。

（三）拱架半成品与定位器定位

将已加工好的定位器放人已加工好的弯制钢架上。

（四）定位器与连接板定位

将连接板上已钻好的孔装到定位器上。将连接板与钢架焊接牢固。将连接板与弯制件焊接牢固后，用角钢与连接板、弯制件焊接。

（五）型钢拱架的检测

拱架各单元加工完成试拼合格后，由技术员检测拱架弧长，弦长，连接孔位能顺畅对上。检验合格后贴上合格标签，进行分类存放。

（六）焊接质量控制

钢架与连接板处用角钢焊接，焊缝宽度hf、高度要求为10mm，焊条要求为J422。焊缝要求满焊，钢架加工的焊接无假焊，焊缝表面无裂纹、无焊瘤等。

（七）现场施工要点

定位前先将拱架半成品与连接板连接部位整修平整。用两侧的螺栓将定位器固定在弯制好的拱架上，连接板与定位器上的螺栓套接好后，点焊定位，保证连接板的稳定。点焊定位后，取出定位器，按设计要求将连接板焊接稳固。

总之，隧道施工是一个复杂的工程，发生问题的原因是多方面的：气候、水文、地质、施工水平、管理水平等等。拱架连接是隧道施工中的重要环节，施工中需从原材料加工控制、施工技术交底、运输管理、现场安全质量管理等多方面抓起，共同确保隧道施工安全。

参考文献：

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