老鸭岭隧道V级浅埋偏压衬砌钢拱架制作及安装

段荣丰

(中国市政工程西南设计研究总院，广东深圳 518003)

1 概述

岳西至潜山高速YQ-05标位于岳西县城青天乡老鸭村和来榜镇枫树村内，标段范围K88+655～K91+380、全长2．725 km，其中分离式隧道1座，左线长2 615m(ZK88+680～ZK91+295)，右线长2 505 m(YK88+775～YK91+280)。其中需要钢拱架支护的围岩见表1。

表1 需要钢拱架支护的围岩段落划分

现以Ⅴ级浅埋偏压为例，说明钢拱架的制作及安装工艺。

老鸭岭隧道进出口洞门段埋深较浅，地质条件很差，且特殊的地理位置对隧道形成偏压结构，为保证隧道进洞安全，采用Ⅴ级浅埋偏压支护方式，首先进行超前支护，在开挖前先打一环35根φ50小钢管，并进行注浆，对开挖掌子面的地层进行改良，起到预加固的目的;初期支护采用Ⅰ20钢拱架成环及锚喷、钢筋网联合支护形式;二次衬砌采用钢筋混凝土支护形式，初期支护是为了解决隧道在施工期间的稳定和安全的一项工程措施;二次衬砌是为了保证隧道永久稳定和安全，作为安全储备的工程措施。初期支护和二次衬砌构成老鸭岭隧道Ⅴ级浅埋偏压复合式衬砌。Ⅴ级浅埋偏压段衬砌结构设计图如图1所示。

2 Ⅴ级浅埋偏压钢拱架制作工艺

钢拱架在现场制造，采用冷弯机加工焊接而制成。

2．1 施工准备工作

对钢拱架加工场地进行平整硬化，并安装各种加工设备，包括钢筋放置器，冷弯机就位及固定，对电焊机、冷弯机、切断机等机械设备进行调试，使设备始终处于性能良好的状态，并做好材料用量计划，进场计划等工作。Ⅴ级浅埋偏压段使用的主要材料有Ⅰ20a型钢，φ25纵向连接钢筋，δ30×25×2钢板，AM20×70螺栓，AM20螺母。

2．2 施工放样

项目部测量人员根据设计图纸以及操作人员的要求进行放样，画出Ⅴ级浅埋偏压段钢拱架大样图，包括各个连接板位置，连接板长宽及厚度，内外径尺寸，两榀钢拱架间距等，见图2～图4。

图1 Ⅴ级浅埋偏压段衬砌结构设计图（单位：cm）

图2 V级浅埋偏压段钢拱架设计图（单位：cm）

图3 Ⅴ级浅埋偏压段钢拱架连接螺栓细部图（单位：cm）

2．3 加工实验阶段

由于老鸭岭隧道Ⅴ级浅埋偏压初期支护采取钢拱架全封闭的支护方式，同时整个一环共有四个不同的半径，其中最有施工难度的当数边墙及仰拱处一段内径为100 cm，外径为125 cm的钢拱架，由于这段拱架外弧长仅为126 cm，内弧长为101 cm，在短短的1 m多的工字钢上弯曲内外径相差25 cm的弧形，经过变形计算以及现场加工实验证明加工出来的钢拱架几乎全部扭曲变形，完全不能用于施工，针对这种施工难题，经过技术攻关，最后经过方案比选，确定了在不改变设计的前提下对工字钢开一道三角形口，再对工字钢进行冷弯，最后加工出来的钢拱架完全满足设计及施工要求。

针对Ⅴ级浅埋偏压段半径变化过多的情况，在不改变连接板数量的前提下，尽量将连接板的位置改在半径改变处，这样方便了加工。

图4 V级浅埋偏压段两榀钢拱架设计图

2．4 批量生产阶段

在各项准备工作及调试工作做好后，进行批量生产，满足施工的需要。

2．5 钢拱架运输

钢拱架制作好以后，施工时用装载机运往施工现场，运输时注意不要使装载机破坏加工好的钢拱架，防止人为使钢拱架变形。

2．6 钢拱架加工过程中需要注意的问题

钢拱架加工后要进行试拼，拼装允许误差为:沿隧道周边轮廓线的误差不应大于±3 cm，平面(翘曲)应小于±2 cm，接头联结要求每榀之间可以互换。接头处经螺栓拼接后，骑缝焊接牢靠，焊接缝都应焊接饱满，不得有砂眼。具体尺寸以设计文件为准。采用冷弯、冷压，电焊加工制作钢拱架构件时，要求尺寸准确、弧形圆顺、结构安全可靠。钢拱架的截面尺寸应满足强度要求。应严格按设计图纸进行选材、加工、制作及检算验收等。

钢拱架设计未考虑预留变形量，施工时可根据监控量测数据和开挖具体情况及二衬台车的预留沉降量(5 cm)等因素，对钢拱架半径和每段长度进行调整，最终满足衬砌厚度和隧道的成型内轮廓线要求。在进洞口段考虑预留变形量15 cm，在拱架的加工和安装时按此尺寸进行相应调整。进洞一定距离后根据监控量测可相应对拱架进行施工调整。

3 Ⅴ级浅埋偏压钢拱架安装工艺

由于老鸭岭隧道特殊的地质条件:浅埋，偏压，节理裂隙发育，且地表水丰富，所以要求开挖出渣后应立即架设钢拱架，以保证围岩的稳定。安装工艺遵循以下几个步骤:

1)架设前应按隧道中线、标高及允许施工误差或预留沉降量，对开挖断面进行复核，围岩突出部分应清除、整修。

2)钢拱架应按设计位置安设，钢架之间必须用φ25钢筋纵向联结，拱脚必须放在特制的基础上或原状土上，钢拱架与围岩之间应尽量接近，留2 cm～3 cm间隙作为保护层，在安设过程中当钢拱架与围岩之间有较大的间隙，应设垫块垫紧。

3)钢拱架应垂直于隧道中线，上下左右偏差应小于±5 cm，钢拱架倾斜度应小于±2°。当拱脚标高不准确时，不得用土回填，而应设置钢板调整，使拱脚位于设计标高位置。钢拱架的安设在开挖后2 h内完成，拱脚高度应设在低于上半断面底线以下15 cm～20 cm，当拱脚处围岩承载力不足时，应向围岩方向加大拱脚接触面积。

4)为方便安设，每榀钢拱架一般分为2节～6节，并保证接头的刚度。节数应与断面大小及开挖方法相适应。

5)拱(墙)架的间距应根据衬砌地段的围岩情况，隧道宽度衬砌厚度及模板长度确定为75 cm。

6)为了保证拱架的安装位置和垂直度的要求，可制造拱架安装支架。可加快拱架的架立速度和架立质量。

7)Ⅴ级浅埋偏压地段实行上下导坑及仰拱分步开挖的方法，所以上下导坑及仰拱钢拱架连接时，要尽量安装连接螺栓，实在不能安装上的，要用钢筋头焊接牢固，防止钢拱架移位，变形等。

4 钢拱架施工要点

1)钢拱架应架设在隧道横向竖直平面内，其垂直度允许误差为 ±2°。

2)钢拱架的拱脚应有一定的埋置深度，应保证钢拱架的稳定(少沉降，少挤入)。一般可采取的主要措施有垫石、垫钢板、锁脚锚杆(与隧道周边锚杆焊接)。

3)钢拱架应尽可能多地与锚杆露头及钢筋网焊接，以增强其联合支护效应。

4)喷射混凝土时，应注意将钢拱架与岩面之间的间隙喷射密实。间隙过大时，可用钢楔或混凝土楔块顶紧，其点数单侧不得少于8个，喷射混凝土应由两侧拱脚向上对称喷射，并将钢架覆盖。

5)喷射混凝土应分层分次分段喷射完成，做到“早锚喷，勤量测”，即初喷混凝土应尽早进行，复喷混凝土应在量测指导下进行，以保证混凝土的复喷适时，有效。

［1］JTG F60-2009，公路隧道施工技术规范［S］．

［2］岳潜高速公路第五合同段隧道设计图纸(第3册)［Z］．中交一院，2006．

［3］赵光武．洞口浅埋和偏压段施工方法探讨［J］．山西建筑，2011，37(15):169-170．