7鋼架格柵施工工藝工法

1、鋼架（格柵）施工工藝工法QB/ZTYJGYGF-SD-0307-2011第五工程有限公司 韓磊 袁建飛1 前言1.1 工藝工法概況鋼架（鋼格柵）作為初期支護(hù)的重要組成部分，與噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)片形成支護(hù)體系，廣泛使用于鐵路、公路軟弱圍巖隧道（級(jí)以上）結(jié)構(gòu)中，在CD法、CRD法等隧道開(kāi)挖中，由于拱架支護(hù)架設(shè)方便、能夠及時(shí)受力，為保證隧道施工安全具有重要作用。1.2 工藝原理鋼架是在隧道開(kāi)挖初期支護(hù)期間，為使圍巖保持穩(wěn)定而按照隧道開(kāi)挖輪廓布設(shè)的鋼格柵或型鋼、鋼軌等制成的支護(hù)骨架結(jié)構(gòu)，鋼架安裝后可阻止巖體過(guò)度變形和承受部分松弛荷載，達(dá)到支護(hù)圍巖穩(wěn)定，限制圍巖變形的目的，它通常與鋼筋網(wǎng)、噴射混凝

2、土等結(jié)合在一起共同受力。2 工藝工法特點(diǎn)格柵鋼架：相對(duì)型鋼架具有柔性好、節(jié)約鋼材、后工序噴砼回彈少、與所噴砼結(jié)合較好，形成鋼筋砼結(jié)構(gòu)。缺點(diǎn)是加工工作量大。型鋼鋼架：相對(duì)格柵鋼架具有強(qiáng)度高、整體性好、自身剛度大、可盡快承受荷載等特點(diǎn)；缺點(diǎn)是鋼材用量大、與噴砼結(jié)合差。3 適用范圍格柵、型鋼鋼架廣泛適用于級(jí)以上圍巖初期支護(hù)體系中。在級(jí)以上大斷面軟弱圍巖型鋼鋼架可配合CD、CRD等特殊隧道施工工法使用。4 主要引用標(biāo)準(zhǔn)鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)TB10417鐵路隧道工程施工技術(shù)指南鐵建設(shè)【2010】241號(hào)高速鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)TB10753高速鐵路隧道工程施工技術(shù)指南鐵建設(shè)【2010】2

3、41號(hào)5 施工方法5.1 加工持證操作人員在規(guī)劃的加工區(qū)內(nèi)，按照技術(shù)室交底先進(jìn)行拱架大樣放樣，后嚴(yán)格按照技術(shù)要求進(jìn)行焊接加工。加工分步進(jìn)行，各個(gè)零部件在各自規(guī)劃區(qū)域內(nèi)進(jìn)行加工，檢查合格后送至焊接組裝區(qū)域，焊接組裝完成后送至成品檢查區(qū)，成品檢查區(qū)的產(chǎn)品經(jīng)過(guò)檢查后，合格產(chǎn)品堆放在成品區(qū)，不合格的進(jìn)行返工，檢查合格后存入成品區(qū)。5.2 格柵、型鋼鋼架安裝5.2.1安裝首先是測(cè)定出線路中線，確定高程，然后再測(cè)定其橫向位置，確保每榀鋼架在同一鉛垂面上，不偏斜、扭曲。5.2.2根據(jù)測(cè)設(shè)位置，各節(jié)鋼架在掌子面以螺栓連接，上、下端螺栓孔對(duì)齊，連接板面密貼。安設(shè)過(guò)程中，當(dāng)鋼架和初噴層之間有較大間隙宜每隔2m用混

4、凝土預(yù)制塊楔緊，鋼架背后用噴混凝土填充密實(shí)。5.2.3成榀型鋼鋼架拼裝完并檢查無(wú)誤后，才開(kāi)始焊接縱向連接體系，形成聯(lián)合受力。鋼架縱向連接體系根據(jù)具體情況，有鋼筋、鋼管、角鋼或槽鋼等，環(huán)向間距一般為0.51.0m，內(nèi)外交錯(cuò)布置，焊接牢固。5.2.4鋼架需接長(zhǎng)落底，在軟弱地層中采用單邊交錯(cuò)進(jìn)行，每次單邊接長(zhǎng)鋼架12榀。在一般地層中可同時(shí)接長(zhǎng)落底和仰拱鋼架相連并及時(shí)噴射混凝土。接長(zhǎng)鋼架段和上部鋼架段間通過(guò)墊板用螺栓牢固連接。5.2.5鋼架現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中，有時(shí)螺栓不能完全把鋼架節(jié)點(diǎn)板拉密貼。甚至，在采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工的隧道中，左、右側(cè)壁導(dǎo)坑安裝的預(yù)留的鋼架接頭板，不可能用中部開(kāi)挖封頂鋼架節(jié)段對(duì)位拼裝準(zhǔn)

5、。這種情況需對(duì)節(jié)點(diǎn)板采取靈活的支墊，輔焊措施，確保達(dá)到設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的受力能力。5.2.6鋼架需與錨桿露頭及鋼筋網(wǎng)焊接，以增強(qiáng)其聯(lián)合支護(hù)的效應(yīng)；鋼架架立好后，盡快進(jìn)行噴混凝土作業(yè)，使鋼架與噴混凝土形成共同受力。6 工藝流程及操作要點(diǎn)6.1 施工工藝流程施工準(zhǔn)備加工廠選址：現(xiàn)場(chǎng)查看和調(diào)查，所租用的土地范圍內(nèi)，地下沒(méi)埋設(shè)有其他的管道和管線，地面上沒(méi)有其他建筑物等，現(xiàn)場(chǎng)的施工用水、用電接通較為方便，在經(jīng)過(guò)場(chǎng)地平整后，具備“三通一平”的施工條件。加工廠建設(shè)符合國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)、業(yè)主和項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化等相關(guān)管理辦法規(guī)定。加工廠建設(shè)規(guī)模復(fù)核施工使用要求，具備足夠的原材料及辦成品存放空間。加工廠建設(shè)體現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)、節(jié)約用地、節(jié)

6、省投資、環(huán)保節(jié)能、合理實(shí)用的原則。加工廠建設(shè)流程：場(chǎng)地平整彩鋼圍護(hù)硬化附屬設(shè)施安裝頂棚流程。材料準(zhǔn)備1 格柵鋼架所需材料：一般情況下，主筋采用1625的螺紋鋼筋，腹筋采用1012的圓鋼，箍筋610的圓鋼，連接件采用=820mm的鋼板或配對(duì)不等邊角鋼，1628高強(qiáng)螺栓連接。2 型鋼鋼架所需材料：一般情況為工字鋼，也有采用“L”、“U”型型鋼或鋼軌，連接件采用=820mm的鋼板，1628高強(qiáng)螺栓連接。6.1.3安裝及檢查驗(yàn)收加工廠從成品區(qū)將拱架運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，支護(hù)班組現(xiàn)場(chǎng)按照技術(shù)室測(cè)量放樣尺寸安裝拱架，完成后由質(zhì)檢人員進(jìn)行檢查驗(yàn)收，合格后進(jìn)入下道工序施工，檢查不合格進(jìn)行返工，返工完成后再由質(zhì)檢人員

7、進(jìn)行檢查驗(yàn)收，直至合格。前期準(zhǔn)備開(kāi)挖斷面檢查鋼筋、連接件材料欠挖處理測(cè)量定位隧道內(nèi)格柵鋼架拼裝格柵鋼架架立就位焊接縱向連接鋼筋和錨桿頭噴射砼固定施工結(jié)束場(chǎng)內(nèi)格柵鋼架分節(jié)加工場(chǎng)內(nèi)格柵鋼架驗(yàn)收、堆放格柵鋼架轉(zhuǎn)運(yùn)至隧道內(nèi)場(chǎng)內(nèi)連接鋼筋加工及轉(zhuǎn)運(yùn)圖1 格柵鋼架施工工藝流程圖前期準(zhǔn)備開(kāi)挖斷面檢查鋼筋、連接件材料欠挖處理測(cè)量定位隧道內(nèi)型鋼鋼架拼裝型鋼鋼架架立就位焊接縱向連接鋼筋和錨桿頭噴射砼固定施工結(jié)束場(chǎng)內(nèi)型鋼鋼架分節(jié)加工場(chǎng)內(nèi)型鋼鋼架驗(yàn)收、堆放型鋼鋼架轉(zhuǎn)運(yùn)至隧道內(nèi)場(chǎng)內(nèi)連接鋼筋加工及轉(zhuǎn)運(yùn)圖2 型鋼鋼架施工工藝流程圖6.2 操作要點(diǎn)施工準(zhǔn)備要點(diǎn)選址要點(diǎn)：場(chǎng)地選定后須“三通一平”的施工條件。建設(shè)要點(diǎn)：場(chǎng)地按照測(cè)量

8、放線平整，按照中心高四周低的原則，預(yù)設(shè)2%坡度，同時(shí)對(duì)頂面標(biāo)高進(jìn)行控制，砼澆筑過(guò)程中嚴(yán)格控制砼厚度及平整度，設(shè)置伸縮縫，縫間填塞瀝青麻絲，場(chǎng)地四周設(shè)置排水溝，水泥砂漿抹面，保證場(chǎng)地排水通暢。加工廠按照原材存放區(qū)、加工區(qū)、成品存放區(qū)、成品檢查區(qū)四個(gè)分區(qū)布局。加工質(zhì)量控制要點(diǎn)1 型鋼鋼架采用冷彎成型，格柵鋼架采用胎膜焊接，各節(jié)鋼架拼裝要求尺寸準(zhǔn)確，弧形圓順，周邊拼裝允許偏差±3cm，平面翹曲小于2cm。2 鋼架節(jié)點(diǎn)焊接長(zhǎng)度應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，焊縫質(zhì)量要滿足規(guī)范要求。鋼架加工的焊接部位不得有假焊、漏焊現(xiàn)象，焊縫表面不得有裂紋、焊瘤等缺陷。3 鋼架加工允許偏差為：主筋全長(zhǎng)±10mm

9、，彎折位置20mm，箍筋內(nèi)凈尺寸±3mm。4 鋼筋彎制使用機(jī)械彎制，彎制符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。5 首批加工好的鋼架在使用前在硬化好的平面場(chǎng)地上試拼裝，合格后方可大量加工和使用。安裝及檢查驗(yàn)收要點(diǎn)1 鋼架安裝均在隧道每循環(huán)開(kāi)挖并初噴完混凝土后立即進(jìn)行，一般在分部開(kāi)挖的平臺(tái)上進(jìn)行操作；如果分部支護(hù)斷面較大，配備臺(tái)架進(jìn)行操作。2 鋼架安裝允許偏差：縱向間距±100mm，橫向±50mm，高程±50mm，垂直度±2°。3 鋼架盡量密貼圍巖并與錨桿焊接牢固，相鄰兩榀鋼架之間按設(shè)計(jì)采用縱向連接鋼筋連接牢固。7 勞動(dòng)力組織拱架施工技術(shù)要求高，專業(yè)性較強(qiáng)

10、，要求各個(gè)環(huán)節(jié)配合協(xié)調(diào)好，且由于其特殊性，現(xiàn)場(chǎng)需配備專業(yè)技術(shù)人員。作業(yè)人員一天24小時(shí)按照施工循環(huán)連續(xù)作業(yè)，人員配備見(jiàn)表1（供參考）。表1 鋼架（格柵）作業(yè)勞動(dòng)力序號(hào)作業(yè)組主要作業(yè)內(nèi)容人 數(shù)技術(shù)員技工普工1技術(shù)組施工、技術(shù)指導(dǎo)222試驗(yàn)組各種材料試驗(yàn)113作業(yè)組移動(dòng)模架作業(yè)3124鋼筋組拱架加工、制作385運(yùn)輸組拱架及其配件運(yùn)輸28 主要機(jī)具設(shè)備表2 主要設(shè)備配置表（參考）序號(hào)設(shè)備名稱規(guī)格型號(hào)數(shù)量用 途1隨車(chē)吊8t1臺(tái)運(yùn)輸鋼架至隧道2裝載機(jī)ZL501臺(tái)鋼架倒運(yùn)3運(yùn)輸車(chē)10t1臺(tái)鋼架配件運(yùn)輸4作業(yè)平臺(tái)1臺(tái)鋼架安裝平臺(tái)5電焊機(jī)BX1-5007臺(tái)格柵焊接與安裝6風(fēng)鉆YT-286臺(tái)錨桿打設(shè)7彎曲機(jī)GW

11、-401臺(tái)彎曲鋼筋8冷彎?rùn)C(jī)WGJ-2501臺(tái)彎曲工字鋼9調(diào)直機(jī)GT4-141臺(tái)鋼筋調(diào)直10切斷機(jī)GQ-401臺(tái)鋼筋下料11等離子切割機(jī)1臺(tái)工字鋼切割12鉆孔機(jī)Z3050X161臺(tái)螺栓孔加工9 質(zhì)量控制9.1 易出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題接頭連接質(zhì)量鋼架加工過(guò)程中接頭連接主要是鋼架兩頭連接腳板及螺栓孔加工，連接腳板和螺栓孔在鋼架加工過(guò)程中出現(xiàn)角度或尺寸上的小偏差，就會(huì)導(dǎo)致鋼架在拼裝時(shí)連接變形或無(wú)法連接。9.1.2焊接質(zhì)量鋼架主要是將原材經(jīng)過(guò)焊接而連接起來(lái)的產(chǎn)品，而焊接是一件技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)兼?zhèn)涔ぷ鳎僮魅藛T的任何失誤都有可能造成質(zhì)量的不合格。9.1.3架設(shè)質(zhì)量鋼架架設(shè)最關(guān)鍵的質(zhì)量控制之一就是鋼架間距控制，當(dāng)鋼架間

12、距超過(guò)2m后，鋼架就失去了它的意義，因此必須嚴(yán)格控制鋼架間距，不超過(guò)允許偏差±10cm，確保拱架受力的合理性。9.2 保證措施拱架的鋼材品種和規(guī)格必須符合設(shè)計(jì)要求，每批鋼材必須檢查質(zhì)量證明文件并進(jìn)行相關(guān)性能試驗(yàn)。鋼架原材應(yīng)平順，無(wú)損傷，表面不得有裂紋、油污、銹蝕。鋼筋加工操作人員必須持證上崗，規(guī)范操作。由于已安裝鋼架部分變形，接頭不能正確對(duì)位時(shí)，采取綁焊等措施必須可靠，確保鋼架整體受力滿足要求。鋼架焊接不得有假焊，焊縫表面不得有裂紋、焊瘤等缺陷。每榀鋼架加工完成后，先在加工場(chǎng)地上進(jìn)行試拼，各節(jié)鋼架拼裝，要求尺寸準(zhǔn)確，弧形圓順。鋼架間距嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)尺寸布置，質(zhì)檢不合格的返工直至合格。1

13、0 安全措施10.1 主要安全風(fēng)險(xiǎn)分析鋼架從原材進(jìn)場(chǎng)到現(xiàn)場(chǎng)鋼架的施工，整個(gè)過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)主要為加工廠加工機(jī)械操作安全，施工現(xiàn)場(chǎng)安全施工安全。加工廠加工機(jī)械設(shè)備較多，操作人員的技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)和安全意識(shí)水平不同，在操作設(shè)備過(guò)程中的粗心大意等都可能產(chǎn)生不安全事件；鋼架支護(hù)在隧道掌子面的臺(tái)架或臨時(shí)平臺(tái)上進(jìn)行作業(yè)，并且作業(yè)人員在作業(yè)期間一直暴露在開(kāi)完后的狹小空間，拱部及邊墻部位存在掉塊或坍塌的危險(xiǎn)，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)極大。10.2 保證措施1 為保證機(jī)械操作安全，制定各類機(jī)械操作規(guī)程，要求操作人員嚴(yán)格按照規(guī)程操作，定期對(duì)其機(jī)械設(shè)備進(jìn)行維修保養(yǎng)，確保設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)良好。2 要求操作人員持證上崗，定期進(jìn)行技術(shù)和安全培訓(xùn)，

14、使操作人員提高安全防范意識(shí)。3 為保證施工現(xiàn)場(chǎng)施工安全，施工人員進(jìn)場(chǎng)前必須經(jīng)專業(yè)培訓(xùn)，達(dá)到要求后方能進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)施工。4 進(jìn)入作業(yè)面前首先必須做好個(gè)人安全防護(hù)工作，進(jìn)入作業(yè)面后先進(jìn)行排險(xiǎn)工作，確保作業(yè)空間的安全，同時(shí)設(shè)專職安全員進(jìn)行監(jiān)督和觀察瞭望。5 對(duì)于發(fā)生緊急安全事件時(shí)及時(shí)告知施工人員進(jìn)行撤離。11 環(huán)保措施11.1是現(xiàn)場(chǎng)文明施工，場(chǎng)地布置合理，材料堆放有序，員工佩卡上班，特殊工種持證上崗，各種標(biāo)牌、標(biāo)語(yǔ)立于各責(zé)任區(qū)，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)井然有序。11.2是廢物處理，施工過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物主要為鋼材，按要求指定的地點(diǎn)堆棄，定期集中處理，嚴(yán)禁將廢棄物隨意堆棄。12 應(yīng)用實(shí)例12.1 工程簡(jiǎn)介發(fā)鳩山隧道位

15、于山西省長(zhǎng)子縣發(fā)鳩山附近，線路在該段以隧道方式穿越發(fā)鳩山及黑虎嶺。總體呈西東向展布，發(fā)鳩山隧道西起臨汾市安澤縣杜村鄉(xiāng)，中間經(jīng)過(guò)南莊、響水鋪、申家溝，東出于長(zhǎng)治市長(zhǎng)子縣石哲鎮(zhèn)趙家溝，是全線范圍的重點(diǎn)控制工程。隧道起迄里程為DK440+342DK454+910，全長(zhǎng)14568m；中鐵一局承擔(dān)的11標(biāo)發(fā)鳩山隧道起止里程DK447+361DK454+915，長(zhǎng)7554米，級(jí)圍巖6179m，級(jí)圍巖670m，級(jí)705m，分別占總長(zhǎng)的81.8%、8.9%、9.3%。12.2 施工情況發(fā)鳩山隧道出口DK454+625DK454+915淺埋段，且圍巖受風(fēng)化和地表水的影響，圍巖相對(duì)破碎，洞口段采用¢108管棚支護(hù)進(jìn)洞，施工中采用三臺(tái)階法施工，鋼架采用I20a型鋼鋼架，縱向間距0.75m，拱部采用¢42超前小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)，長(zhǎng)4.5m，環(huán)向間距0.4m。2011年06月25日發(fā)鳩山隧道出口順利通過(guò)施工淺埋段，通過(guò)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)顯示，此段圍巖變形處于正常范圍，并且連續(xù)安全生產(chǎn)205天。12.3 工程結(jié)果評(píng)價(jià)鋼架安裝與隧道中線垂直，連接做到上、下端螺栓孔對(duì)齊，螺栓擰緊使節(jié)點(diǎn)板密貼。軟弱圍巖段，在拱腳（或墻腳）增設(shè)槽鋼縱梁，避免產(chǎn)生大沉降。軟弱圍巖段，鋼