老鴨嶺隧道V級(jí)淺埋偏壓襯砌鋼拱架制作及安裝

段榮豐

(中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院，廣東深圳 518003)

1 概述

岳西至潛山高速YQ-05標(biāo)位于岳西縣城青天鄉(xiāng)老鴨村和來(lái)榜鎮(zhèn)楓樹村內(nèi)，標(biāo)段范圍K88+655～K91+380、全長(zhǎng)2．725 km，其中分離式隧道1座，左線長(zhǎng)2 615m(ZK88+680～ZK91+295)，右線長(zhǎng)2 505 m(YK88+775～YK91+280)。其中需要鋼拱架支護(hù)的圍巖見表1。

表1 需要鋼拱架支護(hù)的圍巖段落劃分

現(xiàn)以Ⅴ級(jí)淺埋偏壓為例，說(shuō)明鋼拱架的制作及安裝工藝。

老鴨嶺隧道進(jìn)出口洞門段埋深較淺，地質(zhì)條件很差，且特殊的地理位置對(duì)隧道形成偏壓結(jié)構(gòu)，為保證隧道進(jìn)洞安全，采用Ⅴ級(jí)淺埋偏壓支護(hù)方式，首先進(jìn)行超前支護(hù)，在開挖前先打一環(huán)35根φ50小鋼管，并進(jìn)行注漿，對(duì)開挖掌子面的地層進(jìn)行改良，起到預(yù)加固的目的;初期支護(hù)采用Ⅰ20鋼拱架成環(huán)及錨噴、鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)形式;二次襯砌采用鋼筋混凝土支護(hù)形式，初期支護(hù)是為了解決隧道在施工期間的穩(wěn)定和安全的一項(xiàng)工程措施;二次襯砌是為了保證隧道永久穩(wěn)定和安全，作為安全儲(chǔ)備的工程措施。初期支護(hù)和二次襯砌構(gòu)成老鴨嶺隧道Ⅴ級(jí)淺埋偏壓復(fù)合式襯砌。Ⅴ級(jí)淺埋偏壓段襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

2 Ⅴ級(jí)淺埋偏壓鋼拱架制作工藝

鋼拱架在現(xiàn)場(chǎng)制造，采用冷彎?rùn)C(jī)加工焊接而制成。

2．1 施工準(zhǔn)備工作

對(duì)鋼拱架加工場(chǎng)地進(jìn)行平整硬化，并安裝各種加工設(shè)備，包括鋼筋放置器，冷彎?rùn)C(jī)就位及固定，對(duì)電焊機(jī)、冷彎?rùn)C(jī)、切斷機(jī)等機(jī)械設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，使設(shè)備始終處于性能良好的狀態(tài)，并做好材料用量計(jì)劃，進(jìn)場(chǎng)計(jì)劃等工作。Ⅴ級(jí)淺埋偏壓段使用的主要材料有Ⅰ20a型鋼，φ25縱向連接鋼筋，δ30×25×2鋼板，AM20×70螺栓，AM20螺母。

2．2 施工放樣

項(xiàng)目部測(cè)量人員根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙以及操作人員的要求進(jìn)行放樣，畫出Ⅴ級(jí)淺埋偏壓段鋼拱架大樣圖，包括各個(gè)連接板位置，連接板長(zhǎng)寬及厚度，內(nèi)外徑尺寸，兩榀鋼拱架間距等，見圖2～圖4。

圖1 Ⅴ級(jí)淺埋偏壓段襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖（單位：cm）

圖2 V級(jí)淺埋偏壓段鋼拱架設(shè)計(jì)圖（單位：cm）

圖3 Ⅴ級(jí)淺埋偏壓段鋼拱架連接螺栓細(xì)部圖（單位：cm）

2．3 加工實(shí)驗(yàn)階段

由于老鴨嶺隧道Ⅴ級(jí)淺埋偏壓初期支護(hù)采取鋼拱架全封閉的支護(hù)方式，同時(shí)整個(gè)一環(huán)共有四個(gè)不同的半徑，其中最有施工難度的當(dāng)數(shù)邊墻及仰拱處一段內(nèi)徑為100 cm，外徑為125 cm的鋼拱架，由于這段拱架外弧長(zhǎng)僅為126 cm，內(nèi)弧長(zhǎng)為101 cm，在短短的1 m多的工字鋼上彎曲內(nèi)外徑相差25 cm的弧形，經(jīng)過變形計(jì)算以及現(xiàn)場(chǎng)加工實(shí)驗(yàn)證明加工出來(lái)的鋼拱架幾乎全部扭曲變形，完全不能用于施工，針對(duì)這種施工難題，經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)，最后經(jīng)過方案比選，確定了在不改變?cè)O(shè)計(jì)的前提下對(duì)工字鋼開一道三角形口，再對(duì)工字鋼進(jìn)行冷彎，最后加工出來(lái)的鋼拱架完全滿足設(shè)計(jì)及施工要求。

針對(duì)Ⅴ級(jí)淺埋偏壓段半徑變化過多的情況，在不改變連接板數(shù)量的前提下，盡量將連接板的位置改在半徑改變處，這樣方便了加工。

圖4 V級(jí)淺埋偏壓段兩榀鋼拱架設(shè)計(jì)圖

2．4 批量生產(chǎn)階段

在各項(xiàng)準(zhǔn)備工作及調(diào)試工作做好后，進(jìn)行批量生產(chǎn)，滿足施工的需要。

2．5 鋼拱架運(yùn)輸

鋼拱架制作好以后，施工時(shí)用裝載機(jī)運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng)，運(yùn)輸時(shí)注意不要使裝載機(jī)破壞加工好的鋼拱架，防止人為使鋼拱架變形。

2．6 鋼拱架加工過程中需要注意的問題

鋼拱架加工后要進(jìn)行試拼，拼裝允許誤差為:沿隧道周邊輪廓線的誤差不應(yīng)大于±3 cm，平面(翹曲)應(yīng)小于±2 cm，接頭聯(lián)結(jié)要求每榀之間可以互換。接頭處經(jīng)螺栓拼接后，騎縫焊接牢靠，焊接縫都應(yīng)焊接飽滿，不得有砂眼。具體尺寸以設(shè)計(jì)文件為準(zhǔn)。采用冷彎、冷壓，電焊加工制作鋼拱架構(gòu)件時(shí)，要求尺寸準(zhǔn)確、弧形圓順、結(jié)構(gòu)安全可靠。鋼拱架的截面尺寸應(yīng)滿足強(qiáng)度要求。應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行選材、加工、制作及檢算驗(yàn)收等。

鋼拱架設(shè)計(jì)未考慮預(yù)留變形量，施工時(shí)可根據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)和開挖具體情況及二襯臺(tái)車的預(yù)留沉降量(5 cm)等因素，對(duì)鋼拱架半徑和每段長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整，最終滿足襯砌厚度和隧道的成型內(nèi)輪廓線要求。在進(jìn)洞口段考慮預(yù)留變形量15 cm，在拱架的加工和安裝時(shí)按此尺寸進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。進(jìn)洞一定距離后根據(jù)監(jiān)控量測(cè)可相應(yīng)對(duì)拱架進(jìn)行施工調(diào)整。

3 Ⅴ級(jí)淺埋偏壓鋼拱架安裝工藝

由于老鴨嶺隧道特殊的地質(zhì)條件:淺埋，偏壓，節(jié)理裂隙發(fā)育，且地表水豐富，所以要求開挖出渣后應(yīng)立即架設(shè)鋼拱架，以保證圍巖的穩(wěn)定。安裝工藝遵循以下幾個(gè)步驟:

1)架設(shè)前應(yīng)按隧道中線、標(biāo)高及允許施工誤差或預(yù)留沉降量，對(duì)開挖斷面進(jìn)行復(fù)核，圍巖突出部分應(yīng)清除、整修。

2)鋼拱架應(yīng)按設(shè)計(jì)位置安設(shè)，鋼架之間必須用φ25鋼筋縱向聯(lián)結(jié)，拱腳必須放在特制的基礎(chǔ)上或原狀土上，鋼拱架與圍巖之間應(yīng)盡量接近，留2 cm～3 cm間隙作為保護(hù)層，在安設(shè)過程中當(dāng)鋼拱架與圍巖之間有較大的間隙，應(yīng)設(shè)墊塊墊緊。

3)鋼拱架應(yīng)垂直于隧道中線，上下左右偏差應(yīng)小于±5 cm，鋼拱架傾斜度應(yīng)小于±2°。當(dāng)拱腳標(biāo)高不準(zhǔn)確時(shí)，不得用土回填，而應(yīng)設(shè)置鋼板調(diào)整，使拱腳位于設(shè)計(jì)標(biāo)高位置。鋼拱架的安設(shè)在開挖后2 h內(nèi)完成，拱腳高度應(yīng)設(shè)在低于上半斷面底線以下15 cm～20 cm，當(dāng)拱腳處圍巖承載力不足時(shí)，應(yīng)向圍巖方向加大拱腳接觸面積。

4)為方便安設(shè)，每榀鋼拱架一般分為2節(jié)～6節(jié)，并保證接頭的剛度。節(jié)數(shù)應(yīng)與斷面大小及開挖方法相適應(yīng)。

5)拱(墻)架的間距應(yīng)根據(jù)襯砌地段的圍巖情況，隧道寬度襯砌厚度及模板長(zhǎng)度確定為75 cm。

6)為了保證拱架的安裝位置和垂直度的要求，可制造拱架安裝支架?？杉涌旃凹艿募芰⑺俣群图芰①|(zhì)量。

7)Ⅴ級(jí)淺埋偏壓地段實(shí)行上下導(dǎo)坑及仰拱分步開挖的方法，所以上下導(dǎo)坑及仰拱鋼拱架連接時(shí)，要盡量安裝連接螺栓，實(shí)在不能安裝上的，要用鋼筋頭焊接牢固，防止鋼拱架移位，變形等。

4 鋼拱架施工要點(diǎn)

1)鋼拱架應(yīng)架設(shè)在隧道橫向豎直平面內(nèi)，其垂直度允許誤差為 ±2°。

2)鋼拱架的拱腳應(yīng)有一定的埋置深度，應(yīng)保證鋼拱架的穩(wěn)定(少沉降，少擠入)。一般可采取的主要措施有墊石、墊鋼板、鎖腳錨桿(與隧道周邊錨桿焊接)。

3)鋼拱架應(yīng)盡可能多地與錨桿露頭及鋼筋網(wǎng)焊接，以增強(qiáng)其聯(lián)合支護(hù)效應(yīng)。

4)噴射混凝土?xí)r，應(yīng)注意將鋼拱架與巖面之間的間隙噴射密實(shí)。間隙過大時(shí)，可用鋼楔或混凝土楔塊頂緊，其點(diǎn)數(shù)單側(cè)不得少于8個(gè)，噴射混凝土應(yīng)由兩側(cè)拱腳向上對(duì)稱噴射，并將鋼架覆蓋。

5)噴射混凝土應(yīng)分層分次分段噴射完成，做到“早錨噴，勤量測(cè)”，即初噴混凝土應(yīng)盡早進(jìn)行，復(fù)噴混凝土應(yīng)在量測(cè)指導(dǎo)下進(jìn)行，以保證混凝土的復(fù)噴適時(shí)，有效。

［1］JTG F60-2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范［S］．

［2］岳潛高速公路第五合同段隧道設(shè)計(jì)圖紙(第3冊(cè))［Z］．中交一院，2006．

［3］趙光武．洞口淺埋和偏壓段施工方法探討［J］．山西建筑，2011，37(15):169-170．