隧道钢拱架施工技术优化及质量控制研究

朱鹏军　高高

【摘 要】随着交通的快速发展，隧道也成为了一个交通要道，隧道在开始挖掘初步完成后，为了防止围岩发生变形和防止隧道坍塌，必须及时采取措施进行初期支护，在支护体系中，需要将钢架弯制，与隧道挖掘方法结合，严格遵循隧道断面曲率分节的方法進行弯制，再将各节钢架进行拼装，要求尺寸测量准确，将钢架全环封闭。目前，隧道上最常见也是最最重要的的一种支护方式是锚杆、钢拱架、钢筋网片及喷射混凝土组成的联合支护体系。本论文就隧道钢拱架的施工技术优化及质量控制方法进行分析研究，为隧道的施工安全提供依据。

【关键词】施工准备；施工工艺；施工技术；质量控制

中图分类号： U455 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）14-0096-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.14.043

0 引言

随着我国经济的不断发展，我国不断增加对基础设施的需求，机械和标准化施工的应用更为广泛，隧道成为了我国公路和铁路的重要组成部分，而在隧道施工过程中，钢拱架的加工和安装变的极为重要，能够起到重要的支护作用。随着隧道施工管控力度逐渐增强，项目管理人员的技术及质量意识逐渐加强，其组织和施工质量的管理方式更加完善，使得隧道钢拱架工程的质量得到更进一步的提高及保障。在人员管理完善的基础上，通过对每道施工工序都制定对应的工艺和相应的管理措施，并进行精细化施工，能够更好的提高隧道施工的质量。本论文主要是分析探究隧道中钢拱架的施工技术和质量控制，重点处理施工过程中出现的质量问题，下面主要从施工准备、施工工艺、施工技术、质量控制等几个方面进行阐述。

1 施工准备

1.1 人员与设备安排

人员主要包括施工人员、技术人员和安全人员，施工人员包括测量员、质检员、司机、电焊工和技工，设备包括挖掘机、装载机、湿喷机、配备冷弯机、凿岩机等。正常情况下，2 个隧道口会配备 1 套施工设备，主要有两辆挖掘机、两辆装载机、一台电焊机、两台切割机、一台冷弯机等，每套施工设备由电焊工两名和辅助工人三名负责，同时会有电焊工两名和辅助工人十六名负责每个安装的工作面，这些不包含测量员、质检员和安全工作人员。

国家安全操作规程规定，电焊工要求必须持证上岗，并且要有丰富的焊接经验并具备丰富的焊接经验，在设备方面，必须配备功率大的冷弯机，防止小牛拉大磨的现象出现，避免由于拱架拱身扭曲或拱架无法弯制成标准半径而造成隧道的坍塌等事故。

1.2 场地建设

安全生产标准化中要求在建设封闭式的拱架时，要将原材料存放区、材料加工与半成品存放区分别划区域存放，施工所需的电力设施一定要布设规范，施工的建设面积要严格按照作业要求划分。在拱架加工时，通过将拱架集中加工、分开运输、最后统筹管理的工厂化管理模式，能够在根本上就提高施工质量，降低用于技术人员和机械设备投入的费用，避免浪费原材料，尽最大可能的节约施工费用。此外，因为工程集中，场地作业面积大，能够存放大量的原材料，同时外界对此影响较小，可以很好的及时供应原材料。在管理方面，工厂进行全封闭管理，专门安排人员值班，并用保安监控系统进行全方位监控，从而使得安全成本的投入减小，避免了原材料因为丢失丢失造成的损失。

1.3 材料准备

隧道钢拱架的主要材料是工字钢、连接钢板和连接螺栓等。工字钢采用国家标准产品，常用工字钢的质量标准有以下三点：（1）工字钢交货时按照理论质量或实际质量；（2）计算工字钢的理论质量时，选用密度为7.85 g/cm3的钢；（3）工字钢偏差范围不得超过+3%～-5%每米质量。工字钢以外的其他材料中，采用10毫米厚的A3钢板连接钢板，采用高强度螺栓连接螺栓，隧道施工过程中所使用的材料都符合设计和规范要求。

2 施工工艺

2.1 钢拱架加工

首先根据设计放出一个加工的大样本。与隧道挖掘方法结合，利用弯制机根据隧道断面曲率分节弯制，弯制完成后，首先在加工现场进行试验，钢框架各部分的装配拼装都需要精确的尺寸和圆弧圆度，要求隧道周围的轮廓之间的差异不大于三厘米，钢架平放时的平面翘曲要小于两厘米。钢拱架加工的总体要求有两点，保证加工质量第一，第二是要有充足的生产能力，在充分储备的基础上，满足生产需要，避免对现场施工进度的影响。

2.2 钢拱架安装

为了保证每个钢架在完全封闭环之前能够放置在稳定的地基上，根据测试的地点，各节钢架在掌子面用螺栓连接，连接板应该紧密贴合，安装前应该将钢架底下的废墟和杂物清除。同时在每一侧配备4直径42英尺的锚管来锁定钢架。先挖掘底部，完成以后，及时的跟进底部的初期支护，将钢架进行全环封闭。

钢拱架的底部接长在一个侧面相交，并且每一侧连接到长钢排。薄弱的底部与倒拱相连，混凝土及时喷射。通过垫板将接长钢架与上部钢架用螺栓准确连接。在架立钢架后，应尽快喷涂长钢架与上部钢框架的接缝，使钢拱架和喷砼共同受力，分层进行混凝土喷射，首先从拱脚或墙角处开始，避免因为上层喷射的材料只是表面遮住拱脚，不密实，造成墙角不紧，强度不够，拱脚（墙角）不稳定。

拱部开挖后，安装钢拱架后，不能在短时间内使钢架全断面闭合，这可能会导致拱顶钢架的倒塌下沉，从而造成围岩或衬砌的不稳定。因此，在施工过程中应加强对钢框架的监测和监测，并采取有效措施加固钢架，避免出现拱顶下沉。具体措施有一下几点：（1）增强对钢架的锁脚固定；（2）增加连接纵梁的钢架基础，增大底脚，避免悬空高架（3）分层分段喷射混凝土（4）降低和避免施工过程中造成的损坏。

3 施工技术

3.1 技术方案准备

（1）通过技术部门对施工现场和施工材料进行调查，检查工程平面位置，为实际施工方案的编制提供依据。

（2）通过了解隧道施工的重难点，针对施工现场调查结果，分析隧道施工的先后顺序，将总体施工分配方法及原则确定出来，并根据施工的重难点，制定可实施的施工计划和目标，进一步研究施工過程中重难点的解决方法和对应的技术措施。

（3）根据每个隧道的施工特点，工程技术部制定了交通、通信、供电、供水、供风等的方案，还制定了施工组织措施和设备措施；在施工前为进行洞口的开洞和施工的全面展开做好技术准备。

3.2 施工准备

（1）检查人员及设备情况

项目副经理安排工程技术和材料设备部门的部分有关人员检查机械设备，检查设备是否按计划的数量、型号和质量配备。每一类设备安排的人员是不是都到齐，尽快安排未到的工作人员投入工作中，做好充足的准备迎接全面施工的展开。

工程技术部及调度检在落实临时工程完工情况，对供风、供水、供电、拌合站、设备进行正式施工前的试运转与调试，对上场的设备发现不配套或性能不能满足施工要求的堅决更换，避免开工后，影响施工进展。

工程技术部门和调度检查部门检查临时工程的完成状况，在施工前调试供风、供水、供电、搅拌站等设备，必须更换掉不配套的设备或者不能满足施工要求的设备，不能因为设备而影响施工进度。

（2）材料准备

在隧道钢拱架施工前，相关部门应该准备充足的施工所需要的材料，同时按照工期要求制定出每年、每季度和每月的各种材料购买、资金及运输等的方案。

3.3 技术交底

施工技术交底及培训，工程开工前，主营工程师根据设计及技术要求编写作业指导书和施工管理措施。并向参与施工的全体人员进行技术交底，编制初期支护和洞内供电、供风、供水、通风、排水、交通运输的具体实施方案及施工作业指导书等。

3.4 技术措施

（1）应专门建立一个特殊的应急避难所，备好应急物资，定期进行应急演练，在每一个隧道施工场所都要准备一个应急资源储备点。

（2）必须对所有进入施工场所的人员进行安全知识和安全教育的培训，并进行安全技术交底，尤其是特种作业人员、驾驶者、驾车者、电焊工和其他特殊操作员，只有通过安全和技术培训并获得资格证书后，才能进行设备的操作。机械使用人员必须熟练操作，并对机械的性能和操作方法非常熟悉，要认真检查运输间室，做到机械正常，设备齐全，效果良好。

（3）在建筑工地及相关设施和设备上设置明显的安全提示标志。重大危险源安全管理委员会建立规章制度，及时清除出现的安全隐患，做到定人弱，制定措施，设定时间，为隐藏的危险制定一套完整的界限。

4 质量控制

4.1 加工质量控制要点

在钢拱架分段加工完成后，要在试验台上进行整体试验。误差要求有以下几点：（1）弓线和标准线在每一个点处的误差都不大于三厘米；（2）螺双孔不允许有大于5毫米的误差，并且不能打孔；（3）钢拱架的平面翘曲小于两厘米。

4.2 安装质量控制要点

（1）应严格检查所有焊接件的质量，同时焊缝致密，避免筋的燃烧，防止误焊，杜绝焊缝表面裂纹和焊瘤。

（2）要将钢拱架和连接杆、锚栓、系统螺栓、钢筋网等全部焊接牢固，喷射混凝土时分层喷射，做到紧密填充，能够成为一个完整的承载系统，可以增强最后的支护效果。

（3）当钢拱架安装时，它与围岩或初始喷射面尽可能接近，当间隙大于5厘米时，混凝土垫板应分块分区的楔入。喷射混凝土施工时，应调整喷射角，使得钢拱架和围岩之间的地方以及钢拱架底部都能够被紧密的填充，进而改善承载特性。

4.3 质量制度管理

建立一套完整的质量监管体系，钢拱架安装过程中所需所有材料及设备的质量问题都应该有专人负责，将质量安全责任制落实到个人，会提高监管人员的监管力度；同时允许其他工作人员进行监督，发现问题可以及时上报反馈，更好的保证施工技术与质量。

5 结论

通过严格控制钢拱架从原材料购买、全封闭式管理到标准化加工及安装等的流程，进行精细化的管理，提高施工过程中的技术措施，严抓施工材料的质量，既能降低隧道施工工程的成本，又是保障隧道在开挖过程中初期支护体系的安全稳定性的基础，同时也能够保证施工过程中的安全规范和高水平作业能力。