钢拱架钢筋网喷射混凝土的施工工艺及质量控制探究

摘 要：型钢拱架和钢筋格式拱架是钢拱架重要的组成部分，因其钢拱架在实际的隧道施工中能够承受巨大的荷载力，所以被许多施工企业普遍推广和使用。基于此，结合具体的情况，首先，简单介绍了此次施工项目的相关内容;其次，详细说明了钢拱架的具体施工方案内容;最后，提出了钢拱架、钢筋网工程项目建设期间的质量控制管理措施，以期为同行提供一定的参考。

关键词：钢拱架;钢筋网;喷射混凝土;施工工艺;质量控制措施

中图分类号：U457.3     文献标志码：A     文章编号：1003-5168（2022）1-0090-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.01.019

Explore the Construction Technology and Quality Control of Shotcrete With Steel Arch

LIU Xinglong

（Gansu Lanzhou Highway Emergency Support and Road Network Detection Center， Lanzhou 730046，China）

Abstract： Steel arch and steel form arch is an important part of steel arch， because of its steel arch in the actual tunnel construction can withstand a huge load， so it is widely promoted and used by many construction enterprises. Based on this， this article combined with the specific situation， a simple introduction of the construction project related content; Secondly， the concrete construction scheme content of steel arch is described in detail. Finally， the author puts forward the quality control measures during the construction of steel arch frame and steel mesh project， hoping to provide some reference for the peer.

Keywords： steel arch; steel mesh; shotcrete; construction technology; quality control measures

0 引言

在互聯网处理技术不断发展的大时代背景下，钢筋网喷射混凝土处理技术因其抗震效果好、施工速度快以及稳定性高等诸多优势，被广泛应用到施工建设中。然而，在实际施工过程中，很多工作人员并没有充分掌握钢拱架施工处理的技术，无法保证预设的建设效果，不仅延长了施工周期，还浪费了大量的人力物力资源[1]。为了确保钢拱架喷射混凝土等施工建设可以顺利进行，有关部门应高度重视相关施工技术的应用，及时解决诸多建设问题，避免安全事故的发生。

1 工程概况和工程数量分析

1.1 工程概况

此处以兰海高速公路（G75）甘肃境内兰州至临洮段的上下行分离隧道病害处治工程为主要研究对象，K17+440～K21+443.19是上行线隧道的起止桩号，全长可达4 003.19 m，K17+370～K21+440是上行线隧道的起止桩号，全长约4 070 m，该隧道位于平曲线上，处在±2.11%左右的隧道纵坡地势中。该隧道2004年建成通车，隧道经过长达10 a的运营后，受长期过往车辆的压力负荷和人为破坏，隧道相关部位出现多处裂纹、墙皮脱落、渗漏水以及墙体厚度不足等多种问题。当地政府以及甘肃省交通运输厅高度重视此问题，经过多个部门的技术交流后，制定了科学合理有效的隧道加固处置方案，即对新七道梁隧道衬砌厚度不足部位采用钢拱架施工处理，合理规划上行线处治段落SK18+700—715SK19+770—778长23 m、下行线处治段落XK17+592—606 XK18+214—242长43 m的路段，对66 m的隧道病害问题进行及时处理。

1.2 主要工程数量

建筑企业的采购部门应严格按照施工标准，在对生产厂家的产品进行质量检验后，方可大批量购买正规的I14型钢881.8 m、A3钢板1 342.5 kg、M20*70高强螺栓组528套、M20*70扩底锚栓528套、Ф22纵向连接钢筋2 556.84 kg、U形箍钉924个、Ф16钢筋网17 727.60 kg生产材料。与此同时，在确保安全的基础上，工程施工人员对原混凝土结构进行凿除拆卸处理。

2 钢拱架的具体施工方案

2.1 机械配置和施工材料介绍

为了确保此次施工可以平稳进行，管理人员应在坚持经济适用、合理配置的建设原则上，投入适当的建设资金，采购性能较高、质量较好的机械设备。在引入正规的生产材料后，进一步提高施工作业人员的工作效率，缩短建设周期，为企业创造更多经济效益。具体的机械设备配置表、材料计划表如表1、表2所示[2]。

需要说明的是，钢拱架的型材大多为工字钢，附属杆使用槽钢。此次施工建设中，钢筋格构式的拱架应用Ⅱ级钢筋，Ⅰ级钢筋是连接钢的主要类型。针对钢拱架的对接板施工处理，可以采取台钻钻孔的方式进行处理。除此之外，建筑企业还可以借助一定的基础设施来完成此项工程建设，如平台车、隧洞作业车、装载机、手拉葫芦机等都是很好的建筑工具。

2.2 施工工艺

具体的隧道钢拱架喷射混凝土施工工艺流程图如图1所示[3]。

2.2.1 钢拱架加工及制作。首先，在具体的施工过程中，应综合考虑隧道围岩的不稳定部位，再根据地质力学的相应特点，精准计算可能坍塌的区域面积。在合理部署安排I14型钢拱架的承载压力后，逐一确定钢拱架的距离、尺寸大小，一般情况下，纵向间距应为100 cm，相邻钢拱架采用Ф22钢筋纵向连接，在原衬砌混凝土、I14型钢拱架进行连接后使用U形箍钉有效锚固，具体的箍钉长度根据厚度缺陷部位衬砌缺陷部位进行灵活调整。在保证锚固深度超过10 cm的基础上，严禁出现打穿防水板情况。值得注意的是，为了保证隧道其他支护部位的安全性，在施工建设中，应设计出多个施工方案以备参考，使得隧道的围岩承受力都依靠鋼拱架支撑。与此同时，因为隧道的地质情况较为复杂，在计算力学数据时可能存在一定的误差，应结合实际的工作经验对钢拱架进行合理安装和加工。施工人员应严格按照设计图纸进行下料处理，通常情况下，工作人员会使用专业的切割设备，利用氧炔焰切割技术来达到实际的建设需要，避免了生产材料的浪费。同时还应全面考虑加工材料期间钢材的压缩性和延展性，尤其是在采用钢筋格构式拱架下料过程中，应高度重视焊接期间所形成的材料变化情况，在保证所有腹杆按照施工计划下料的同时，降低钢材成型出现误差的可能，进而满足实际的钢拱架设计要求。最后，还要强调弯曲机的使用方法，研究发现利用液压处理系统，可以较快地对不同型钢进行冷弯处理，可以根据实际建设需求计算好准确的型钢大小后，确定具体的参数和弯制处理流程，紧密联系卷板机的工作原理，利用型钢弯曲机来制造相应弧度的型钢拱架和弧度框架，确保钢材具有一定的承载效果。另外，在型钢拱架制作期间，还要按照不同工程支护断面的具体尺寸分不同单元进行加工处理，在使用螺栓进行紧密连接后，计算相应部位的受力范围。建设人员要坚持具体问题具体分析的原则，按照统一的加工标准，进行钢拱架支护处理，避免隧道围岩出现变形。

2.2.2 钢拱架以及钢筋网片的安装。首先，进行钢拱架安装时，应根据实际的工程施工情况进行测量定位处理，在准确的方位进行安装后完成相关工作，操作应确保隧洞轴线和钢拱架的轴线处于垂直状态。进行隧道上部顶拱支护开挖处理后，对不同拱架单元进行锁脚锚杆加固处理，使得不同钢拱架和锚杆连接紧密。与此同时，工作人员还可以配设网孔尺寸15 cm×15 cm的钢筋网、安装Ф16钢筋网片，以提升型钢拱架的整体施工效果和承受能力。在保证锚杆距离和钢拱架距离统一的情况下进行后期的喷射混凝土处理，形成完整的支护体系;其次，在钢拱架安装施工环节完成之后，应进行下行线处梯段处理，使得钢拱架连接到隧道底部后，构建完整的支护体系。最后，在钢拱架的加固期间，可以利用钢筋或者型钢进行紧密连接，在确保拱架形成体受力稳定的情况下，聘请专业的质检团队进行成型检测。例如，钢拱架安装施工后，要求结构整体保持为完整的铅垂面，将垂直度误差控制在合理范围内。同时，钢拱架材料还应和超前锚杆有机结合起来，在确保超前锚杆等小钢管可以从钢拱架中间部位穿透后，进行相应的焊接处理，进而达到预设的建设要求。还需说明一点，在钢拱架安装期间，应确保隧道底板的岩土较为松软，可以在钢拱架脚下方加设适量的混凝土块来扩大岩面的承载范围。

2.2.3 喷射混凝土处理。在安全施工的建设环境下，一旦钢拱架安装完成即可进行喷射混凝土操作。当钢拱架处于封闭状态后，使混凝土的厚度大于22 cm，在应用相关施工技巧后，使用42.5普通硅酸盐水泥，粗骨料应选用坚固耐久的碎石，粒径不宜大于10 mm。使用碱性速凝剂时，不得使用含有活性二氧化硅的石料，形成一个良好的喷射混凝土和钢拱架的复合结构，发挥其重要的支护作用，使得喷射的混凝土回填相对密实。

2.2.4 隧道表面找平修复处理。施工作业人员可以通过聚合物砂浆等修复材料进行喷射混凝土表面找平及涂装恢复，在施工期间，聚合物砂浆厚度按照平均2 cm计量，以达到最佳的使用效果。

3 钢拱架、钢筋网工程项目建设期间的质量控制管理措施

3.1 材料质量控制

在选用钢材等生产材料时，建筑企业不能为了谋取经济利益而购买一些低劣产品，采购部门应严格按照采购标准，在购买钢材之前，进行严格的质量检测，获取国家认可的质检单后，再进行批量购买。在实际的材料应用过程中，工作人员还应观察材料是否受损，严禁使用质量较差的材料，一旦发现问题及时解决[5]。

3.2 制作质量控制

在进行钢拱架的制作期间，应严格按照施工的建设标准和设计方案进行加工处理，确保钢拱架的承载支护能力可以满足现实需求，使拱架的单元连接相对紧密，具有一定的互换性能。

3.3 安装质量控制

拱架安装准确是确保施工建设顺利进行的重要环节。施工作业人员应按照统一的安装方法，在保证安装部位牢固的同时，促使力的快速传递。对隧道围岩进行合理加固后，利用锚杆确保其稳定，从而使得荷载压力均匀分配。具体的操作流程如下。

3.3.1 人员组织安排。在实际的钢拱架安装期间，企业的管理部门应派合适的电焊工和辅助施工人员。在安装钢拱架初期，对每个施工作业人员进行统一的技术安排和焊接指导，确保他们的施工水平达到安装的标准后，方可进行相应的施工环节。

3.3.2 测量控制技术要点。确保测量数据真实性和准确性是促使施工项目平稳进行的主要影响因素。例如，在对不同批次的钢拱架进行安装时，施工作业人员应结合隧道的地理位置以及其他情况，及时测量出隧道的中间部位、拱脚高度以及相应部位的拱脚所在范围，经过精密的数据分析后，制定一套科学合理的钢拱架安装施工设计图。对于那些采用台阶法施工的基础隧道建设项目，应在上台阶每榀拱架等相应部位安装六个以上的控制点，使这些控制点位在同一里程高度上，结合隧道同一断面的相应施工范围，为后期钢拱架的安装和调试工作奠定夯实的基础。

3.3.3 扩大拱脚垫板的接触面积。在具体的隧道施工建设期间，针对不同的工程特点可以采用不同方式的拱脚垫板安装方式。例如，在采用槽钢作为主要拱脚垫板时，一般情况下，采购部门应严格按照质量标准，购买适量的22 cm*205 cm的混凝土垫脚板，在合理规划后，将其改造为145 cm*35 cm的钢槽垫板，从而可以较好地增加拱脚的接触面积，使隧道等结构提升荷载压力。与此同时，焊接人员应将钢拱架和槽钢进行相应处理，在减少焊缝的基础上，降低在拱架安装过程中的诸多不利影响。除此之外，利用槽钢等材料进行两榀拱脚的连接也是扩大垫脚板面积的主要方式，设计人员应深入隧道工程现场，在获取充分的数据信息后，确保不同的拱脚可以形成一个紧凑的整体。此时，可在两榀拱架内铺设一定的槽钢垫，在综合考虑槽钢垫板的具体长度后，合理改进两榀钢拱架的间距施工方案，一般将隧道V级围岩的间距设置为52 cm，辅助安设142 cm左右的槽钢材料。

3.3.4 安设大直径大厚度的锁脚锚杆。锁脚锚杆的施工建设环节是确保钢拱架质量的一个重要环节。首先，施工测量人员可以将Ф45*5 mm的注浆小导管转换为Ф90*6 mm的钢管，在放入具体的孔位后，使得钻孔角度在16°左右。需要说明的是，孔位的方位应在拱脚上部35 cm左右，在钻孔期间，应利用先进的施工处理设备使成孔的孔径大于钢管的直径。在确保钻杆方向合理的情况下，若发现角度偏差过大等异常问题应及时进行修正，以避免后期出现风险事件。其次，在钻孔等施工阶段完成后，应利用高压风进行清孔，采用Ф90*6 mm的锁脚锚杆进行全面的管内开孔处理，设定孔径在13 mm，间距在155 mm左右，以梅花形的方式进行设置。在施工处理相关锚杆安装阶段时，应保证锚杆单面和钢筋达到满焊的标准，同时对钢拱架进行满焊处理，采用水灰比为1∶1，使注浆压力控制在2.1 MPa左右。

3.3.5 增加连接钢筋刚度。当钢拱架安装处理后，应根据具体的施工项目对相关工字钢进行连接处理，间距为1 m，榀与榀的焊接应是错位形式的。

3.3.6 遵循設计要求规范化安装高螺栓。当隧道工程等施工项目即将竣工时，当地的质检部门应派设专业水平较高、实际工作经验丰富的质检人员对施工现场进行全面的检查，要重点关注高螺栓的安装方式和施工流程，在高度落实可持续发展的施工建设原则后，加大检查力度，并及时对施工作业人员的安装方法进行指导，以确保钢拱架的整体建设质量。

4 结语

总而言之，钢拱架喷射混凝土的实施会受到外界各种环境因素的影响，建筑企业的管理部门首先应做到统筹规划，避免各种施工风险事件的发生。其次，应投入适当的建设资金，采购一些质量较高的生产建筑材料，同时聘请优秀的建筑设计人员，科学完整地将建设技术应用到工程项目中。最后，还要定期积极学习国内外先进的混凝土处理方法，在具体问题具体分析后，提高施工作业人员的工作效率，促进建筑行业的可持续发展[6]。

参考文献：

[1] 谢槟槟，陈士军，李栋伟，等.一种能够填补隧道初支作业空洞的拱架结构：CN212359801U[P].2021-01-15.

[2] 王树宇.探究长大隧道隧道喷射混凝土的质量控制措施[J].中国标准化，2018（4）：132-134.

[3] 田世雄，霍树栋，李玉平.一种公路隧道型钢混凝土支护结构：CN210049909U[P].2020-11-10.

[4] 孙会彬.大断面隧道装配式约束混凝土支护稳定承载机制及关键技术研究[D].济南：山东大学，2020.

[5] 苏臣宏，崔一纬， 吴亚磊，等.喷射混凝土套拱加固方法的现场测试与分析[J].西安工业大学学报，2020，40（2）：176-186.

[6] 黄杨，周伟永，黄宜华.一种地下隧道和巷道工程支护用拱架及其快速支护方法：CN110735654A[P].2020-05-12.

收稿日期：2021-10-26

作者简介：刘兴陇（1978—），男，大专，工程师，研究方向：公路养护工程管理、施工、应急保障。

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