隧道钢架施工工艺手册.doc

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隧道钢架施工工艺手册
版本号：ZGZT1J-NGZQ6-SD-08

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目　录
第一章 钢架设计 2
第二章　施工工艺 2
1、施工准备 2
1.1、技术准备 2
1.2、原材料及配合比准备 3
1.3、机具准备 3
2、钢架加工 4
2.1、型钢钢架加工 4
2.2格栅钢架加工 4
3、钢架运输 4
4、、钢架安装 4
5、钢架中线水平测量 5
6、钢架联结、加固 5
7、喷射混凝土 5
8、土质隧道防止钢架下沉的措施 5
第三章 施工操作要点 6
第四章 质量检验 7

第一章 钢架设计
本标段隧道钢架支护分为型钢钢架和格栅钢架两种，型钢钢架主要由工字钢弯制而成，格栅钢架主要由四根Φ22主筋和Φ10、Φ8钢筋制成。锁脚小导管采用Φ50㎜、壁厚3.5㎜、L=4.5m的无缝钢管，纵向连接钢筋采用HRB335Φ22带肋钢筋、@1m、八字形内侧布置。各级围岩钢架设计参数见表1。
表1 各级围岩钢架设计参数
衬砌形式
Ⅱ
Ⅲa
Ⅲb
Ⅲc
Ⅳa
Ⅳb
Ⅳc
Ⅳd
Ⅴa
Ⅴb
Ⅴc
规格
/
/
/
160
格栅
180
格栅
I18a
型钢
I18a
型钢
I18a
型钢
210
格栅
I20a型钢
I22a型钢
设置部位
/
/
/
180度拱部
拱墙
拱墙
拱墙
拱墙
拱墙
拱墙
拱墙
无
无
仰拱
仰拱
仰拱
仰拱
纵向间距（m）
/
/
/
1.5
1
1
1
0.8
0.8
0.6
0.5
连接钢板
拱墙连接钢板（㎝）
/
/
/
23×34
23×36
27×24
27×24
27×24
25.5×39
30×26
31×28
边墙与仰拱连接处钢板（㎜）
/
/
/

/
/
27×46
37×52
30×53
31×61

连接钢板厚（㎜）
/

10
16
16
16
10
16
16
连接角钢（12.5/8#）（㎝）
/
/
/
21
23
/
/
/
23.5
/
/
/
/
/
/

/
/
/
52
/
/
螺栓

M24×60
M27×80
M24×60
M30×80
螺母

/
/
M24
M24
M27
M27
M24
M30
M30
预留变形量（cm）
3～5
5～8
8～10
10～15
锁脚锚管
/
/
/
φ50,壁厚3.5㎜,L=4.5m
纵向连接钢筋
/
/
/
φ22,@1.0m，八字形内侧布置
每榀钢架重量（㎏）
/
/
/
723.52
807.34
1056.36
1056.36
1543.19
1353.86
1796.43
2051.01
混凝土垫块（m3）
/
/
/
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
第二章　施工工艺
1、施工准备
1.1、技术准备
施工作业层中所涉及的各种外部技术数据收集：隧道地质条件、覆盖层厚度、开挖断面尺寸、围岩类别、隧道长度、工期要求、预留沉落量、施工误差、钢架施做范围、钢架规格、尺寸、间距、加固形式等。
施工前根据设计图纸、监控量测资料、预留沉落量、施工误差等计算钢架加工半径及分节尺寸。
开工前，应由专业工程师向现场技术人员、作业人员进行技术交底，并确认人员、设备、材料、机具、作业环境满足正常作业的要求。
初 喷
定位锚杆施工
中线标高测量
清除底脚浮碴
钢架加工、质量验收
钢架预拼
分部安装钢架
与定位锚杆焊连定位
设锁脚锚管锁定
加设鞍形垫块
安装纵向连接筋
挂钢筋网
复喷混凝土
围岩监控量测

图1 型钢（格栅）钢架施工工艺流程图
1.2、原材料及配合比准备
型钢钢架、格栅钢架分别采用I18a～I22a型钢制作和HRB335Φ22或Φ25主筋和其它钢筋制成。锁脚小导管采用Φ50、壁厚3.5㎜的无缝钢管，纵向连接钢筋采用HRB335Φ22带肋钢筋。
表2　M20砂浆理论配合比表
原材料产地
每立方米砼用料量（kg）
水泥
砂
饮用水
外加剂
水泥
砂
水
外加剂
中材P.O42.5
梧州西江
饮用水
天津雍阳
800
940
360
2.4

1.3、机具准备
隧道单口施工，设备机具配置应结合隧道开挖方法、工期要求进行合理配置，配套的生产能力应为均衡施工能力的1.2～1.5倍。
表3　主要机械设备配置表（每班）
序号
机械设备名称
数量
1
装载机
1台
2
空压机
1台
3
风钻
6台～12台
4
电煤钻（土质隧道）
6台～12台
5
通风机
1台～2台
6
切割机
2～4台
7
电焊机
4台～8台
8
注浆泵
1台～2台
9
钢架弯曲机
1台

2、钢架加工
2.1、型钢钢架加工
加工场地用砼硬化，精确抹平，按设计放出1：1加工大样。钢架弯制结合隧道开挖方法采用型钢弯制机按照隧道断面曲率分节进行弯制，弯制完成后，先在加工场地上进行试拼。各节钢架拼装，要求尺寸准确，弧形圆顺。要求沿隧道周边轮廓误差不大于3cm；型钢钢架平放时，平面翘曲小于2cm。型钢钢架各单元必须明确标出类型和单元号，并分单元堆放于地面干燥的防雨蓬内。
2.2格栅钢架加工
格栅钢架在现场设计的工装台上加工。工作台为δ=20mm的钢板制成，其上根据不同断面的钢架主筋轮廓放样成钢筋弯曲模型。钢架的焊接在胎模内焊接，控制变形。
按设计加工好各单元格栅钢架后，组织试拼，检查钢架尺寸及轮廓是否合格。
格栅钢架各单元必须明确标出类型和单元号，并分单元堆放于地面干燥的防雨蓬内。
3、钢架运输
根据隧道掌子面每循环安装钢架榀数，人工在钢架加工场选型、配号，装载机或汽车运输钢架至洞内，再由人工抬运钢架至掌子面设计位置安装就位。
4、、钢架安装
钢架安装在掌子面开挖初喷完成后立即进行。
根据测设的位置，各节钢架在掌子面以螺栓连接，连接板应密贴。
为保证各节钢架在全环封闭之前置于稳固的地基上，安装前应清除各节钢架底脚下的虚碴及杂物。
5、钢架中线水平测量
钢架初步就位后，加固前，现场架设测量仪器检查钢架各节点处设计高程和支距，达到要求后才能进行钢架加固。
6、钢架联结、加固
每侧安设φ50㎜,壁厚3.5㎜,L=4.5m,2根锁脚锚管将其锁定，底部开挖完成后，底部初期支护及时跟进，将钢架全环封闭。
Ⅴ级围岩需在拱部钢架基脚处设槽钢以增加基底承载力，为保证钢架位置安设准确，隧道开挖时在钢架的各连接处预留连接板凹槽。初喷砼时，在凹槽处打入木楔，为架设钢架留出连接板（和槽钢）位置。钢架按设计位置安设，在安设过程中当钢架和初喷层之间有较大间隙应每隔2m用砼预制块楔紧，钢架背后用喷砼填充密实。采用φ22，环向间距1m的纵向连接钢筋,八字形内侧布置。
钢架落底接长在单边交错进行，每次单边接长钢架1～2排。在软弱地层可同时落底接长和仰拱相连并及时喷射砼。接长钢架和上部钢架通过垫板用螺栓牢固准确连接。
7、喷射混凝土
架立钢架后应尽快进行喷砼作业，以使钢架与喷砼共同受力。喷射砼分层进行，先从拱脚或墙角处由下向上喷射，防止上层喷射料虚掩拱脚（墙角）不密实，造成强度不够，拱脚（墙角）失稳。
8、土质隧道防止钢架下沉的措施
拱部开挖安装型钢拱架后，由于土质隧道围岩的自稳性较差以及各部开挖拉开了一定距离，钢架短时间内不能全断面闭合，有可能会出现拱顶钢架下沉，导致围岩失稳或侵入衬砌界限，因此在施工过程中需加强对钢架安装以后的监控量测，必要时采取有效措施进行加固，以防止拱顶钢架下沉。具体措施如下：
①加强对钢架的锁脚固定措施
由于采用分部开挖方法，拱部钢架安装后，钢架暂时不能全断面封闭成环，同时土质隧道拱部钢架无法座落在坚实的基岩上，因此，拱部钢架必须采取锁脚措施，将钢架两底脚牢固锁定，以防止钢架下沉或两底脚回收，钢架锁脚采用两根L=4.5m的Φ50锁脚锚管锁定，锚管采用钢花管，压注水泥浆液进行锚固，如地质较差时，采用加长锁脚锚管长度和再增设一根锁脚锚管以加强钢架的稳定。
②加设钢架基础连接纵梁，扩大开挖底脚，防止钢架悬空
为防止钢架下沉，视地质情况，必要时在拱部钢架底脚增设连接纵梁，纵梁采用32槽钢，与钢架底脚采用焊接连接，以增加钢架底脚的承力面积。
③及时喷射混凝土进行覆盖
钢架安装完成后，及时进行喷射微纤维混凝土，喷射时分层、分段进行，钢架应全部被喷射混凝土覆盖，保护层厚度不得小于40mm。
④防止施工过程中的碰撞和损坏
机械开挖时，为防止挖掘机等大型机械对已支护好钢架进行碰撞和冲击，造成钢架损坏，因此，开挖时，要派专人对开挖作业进行指挥，严格限制机械作业界限，以防止碰撞钢架。
第三章 施工操作要点
1、隧道各部开挖完成初喷砼后，分单元及时安装钢架，采用与定位锚杆、径向锚杆以及双侧锁脚锚管固定，钢架采用Φ22㎜，@1m纵向钢筋八字形内侧连接,钢架之间铺挂钢筋网，然后复喷混凝土到设计厚度。
2、钢架应按设计位置安设,钢架之间必须用钢筋纵向连接，并要保证焊接质量。钢加安设过程中当钢架与围岩之间有较大的空隙时，沿钢架外缘每隔2m应用混凝土预制块楔紧。
3、钢拱架的拱脚采用纵向托梁和锁脚锚管等措施加强支承。
4、钢架应尽可能多地与锚杆露头及钢筋网焊接，以增强其联合支护的效应。
5、喷射混凝土时，要将钢架与岩面之间的间隙喷射饱和达到密实。
6、型钢钢架应采用冷弯成型，钢架加工的焊接不得有假焊，焊缝表面不得有裂纹、焊瘤等缺陷。
7、钢架应在初喷混凝土后及时架设, 各节钢架间以螺栓连接，连接板必须密贴。
8、钢架安装前应清除底脚下的虚碴及杂物,钢架底脚应置于牢固的基础上。
9、每榀钢架各节都应在法线方向上，在架设左侧钢架时，每榀里程、间距、拱顶高程、连接板处高程（同里程、同间距、同高程）都必须记录清楚，在右侧施工时，按左侧里程、高程、间距架设钢架。
10、分部开挖施工时，每榀钢架安装时均在其底部设一块“托板”， 并在每侧底部施打2根φ50mm、L=4.5m的锁脚锚管，锁脚锚管在拱脚和墙脚打设，以防止钢架下沉。下半部开挖后钢架及时落底接长。
11、法线方向的控制：在前一榀钢架连接板处打上法向方向线和高低位置线，按法线方向和高低位置线分别用钢卷尺和水平仪测量定位。每隔5榀用经纬仪测定一次法线方向，以消除随机或累计误差。为了控制钢架位置、尤其要控制好各接板处的间距和标高位置，成型后钢架应无扭转、凸出、凹进现象。
12、中线位置的控制：在每榀钢架安装时，采用全站仪激光打点定出中线位置，然后沿法线方向用钢卷尺进行定位。也可根据支距计算出的坐标，采用全站仪直接定位，但置镜处与放设点位处的距离不宜过远，以免引起单边误差过大。
13、喷射砼前，在需架立临时钢支撑的连接位置，用塑料纸包裹，防止砼包裹钢架连接位置，影响连接。
14、永久钢支撑和临时钢支撑前、后、左、右、上、下位置必须正确，否则会影响连接，影响钢架架设质量、影响进度。
15、钢架拼装可在开挖面内进行，各节钢架间垫设橡胶垫板，用螺栓连接并拧紧，连接板密贴。
第四章 质量检验
检验标准：验收标准：《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》（铁建设[2005]160号）。
1、制作刚架所用钢筋的进场检验应符合验标的规定。
检验数量：以同牌号、同炉罐号、同规格、同交货状态的型钢，每60t为一批，不足60t应按一批计。施工单位每批抽检一次。监理单位按施工单位抽检次数的20%见证取样检测或按施工单位抽检次数的10%平行检验，并至少一次。
检验方法：施工单位检查每批质量证明文件并进行相关性能试验。监理单位检查全部质量证明文件和试验报告，并进行见证取样检测或平行检验。
2、制作钢架的钢材品种和规格必须符合设计要求。
检验数量：施工单位、监理单位全部检查。
检验方法：观察，尺量。
3、格栅钢架钢筋的弯制和末端的弯钩及型钢钢架的弯制应符合设计要求。钢架的结构尺寸应符合设计要求。
检验数量：施工单位全部检查。监理单位按20%抽查，至少一榀。
检验方法：观察、尺量。
4、钢架安装不得侵入二次衬砌断面，底部不得有虚碴，相邻钢架及各节钢架间的连接应符合设计要求。钢架的混凝土保护层厚度不得小于4cm。
检验数量：施工单位、监理单位每榀检查。
检验方法：观察、测量。
5、沿钢架外缘每隔2m应用钢楔或混凝土预制块与初喷层顶紧，钢架与初喷层间的间隙应采用喷射混凝土喷填密实。
检验数量：施工单位、监理单位全部检查。
检验方法：观察。
6、钢筋、型钢等原材料应平直、无损伤，表面不得有裂纹、油污、颗粒状或片状锈蚀。
检验数量：施工单位全部检查。
检验方法：观察。
7、钢架制作应符合下列规定：
⑴采用型钢弯制钢架时，分节长度应根据设计尺寸及所采用的开挖方法确定，各节长度不应大于4m，腹板上钻孔的位置应符合设计要求。
⑵钢架节点焊接长度应大于4cm，且对称焊接。
⑶钢架周边拼装允许偏差为±3cm，平面翘曲应小于2cm。
检验数量：施工单位每榀钢架检查一次。
检验方法：观察、尺量。
8、钢架安装允许偏差的检验应符合表3的规定：
表4　钢架安装允许偏差
序号
项目
允许偏差
1
间距
±100 mm
2
横向
±50 mm
3
高程
±50 mm
4
垂直度
±2o
5
保护层和表面覆盖层厚度
-5 mm

检验数量：施工单位每榀钢架检查一次。
检验方法：测量、尺量。
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