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钢架格栅施工工艺工法
钢架(格栅)施工工艺工法
QB/ZTYJGYGF-SD-0307-2011
第五工程有限公司韩磊袁建飞
1前言
1.1工艺工法概况
钢架(钢格栅)作为初期支护的重要组成部分,与喷射混凝土、锚杆、钢筋网片形成支护体系,广泛使用于铁路、公路软弱围岩隧道(Ⅳ级以上)结构中,在CD法、CRD法等隧道开挖中,由于拱架支护架设方便、能够及时受力,为保证隧道施工安全具有重要作用。
1.2工艺原理
钢架是在隧道开挖初期支护期间,为使围岩保持稳定而按照隧道开挖轮廓布设的钢格栅或型钢、钢轨等制成的支护骨架结构,钢架安装后可阻止岩体过度变形和承受部分松弛荷载,达到支护围岩稳定,限制围岩变形的目的,它通常与钢筋网、喷射混凝土等结合在一起共同受力。
2工艺工法特点
格栅钢架:
相对型钢架具有柔性好、节约钢材、后工序喷砼回弹少、与所喷砼结合较好,形成钢筋砼结构。
缺点是加工工作量大。
型钢钢架:
相对格栅钢架具有强度高、整体性好、自身刚度大、可尽快承受荷载等特点;缺点是钢材用量大、与喷砼结合差。
3适用范围
格栅、型钢钢架广泛适用于Ⅳ级以上围岩初期支护体系中。
在Ⅴ级以上大断面软弱围岩型钢钢架可配合CD、CRD等特殊隧道施工工法使用。
4主要引用标准
《铁路隧道工程施工质量验收标准》TB10417
《铁路隧道工程施工技术指南》铁建设【2010】241号
《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》TB10753
《高速铁路隧道工程施工技术指南》铁建设【2010】241号
5施工方法
5.1加工
持证操作人员在规划的加工区内,按照技术室交底先进行拱架大样放样,后严格按照技术要求进行焊接加工。
加工分步进行,各个零部件在各自规划区域内进行加工,检查合格后送至焊接组装区域,焊接组装完成后送至成品检查区,成品检查区的产品经过检查后,合格产品堆放在成品区,不合格的进行返工,检查合格后存入成品区。
5.2格栅、型钢钢架安装
5.2.1安装首先是测定出线路中线,确定高程,然后再测定其横向位置,确保每榀钢架在同一铅垂面上,不偏斜、扭曲。
5.2.2根据测设位置,各节钢架在掌子面以螺栓连接,上、下端螺栓孔对齐,连接板面密贴。
安设过程中,当钢架和初喷层之间有较大间隙宜每隔2m用混凝土预制块楔紧,钢架背后用喷混凝土填充密实。
5.2.3成榀型钢钢架拼装完并检查无误后,才开始焊接纵向连接体系,形成联合受力。
钢架纵向连接体系根据具体情况,有钢筋、钢管、角钢或槽钢等,环向间距一般为0.5~1.0m,内外交错布置,焊接牢固。
5.2.4钢架需接长落底,在软弱地层中采用单边交错进行,每次单边接长钢架1~2榀。
在一般地层中可同时接长落底和仰拱钢架相连并及时喷射混凝土。
接长钢架段和上部钢架段间通过垫板用螺栓牢固连接。
5.2.5钢架现场安装过程中,有时螺栓不能完全把钢架节点板拉密贴。
甚至,在采用双侧壁导坑施工的隧道中,左、右侧壁导坑安装的预留的钢架接头板,不可能用中部开挖封顶钢架节段对位拼装准。
这种情况需对节点板采取灵活的支垫,辅焊措施,确保达到设计节点的受力能力。
5.2.6钢架需与锚杆露头及钢筋网焊接,以增强其联合支护的效应;钢架架立好后,尽快进行喷混凝土作业,使钢架与喷混凝土形成共同受力。
6工艺流程及操作要点
6.1施工工艺流程
6.1.1施工准备
加工厂选址:
现场查看和调查,所租用的土地范围内,地下没埋设有其他的管道和管线,地面上没有其他建筑物等,现场的施工用水、用电接通较为方便,在经过场地平整后,具备“三通一平”的施工条件。
加工厂建设符合国家强制性标准、业主和项目标准化等相关管理办法规定。
加工厂建设规模复核施工使用要求,具备足够的原材料及办成品存放空间。
加工厂建设体现标准、节约用地、节省投资、环保节能、合理实用的原则。
加工厂建设流程:
场地平整→彩钢围护→硬化→附属设施→安装顶棚流程。
6.1.2材料准备
1格栅钢架所需材料:
一般情况下,主筋采用φ16~φ25的螺纹钢筋,腹筋采用φ10~φ12的圆钢,箍筋φ6~φ10的圆钢,连接件采用δ=8~20mm的钢板或配对不等边角钢,φ16~φ28高强螺栓连接。
2型钢钢架所需材料:
一般情况为工字钢,也有采用“L”、“U”型型钢或钢轨,连接件采用δ=8~20mm的钢板,φ16~φ28高强螺栓连接。
6.1.3安装及检查验收
加工厂从成品区将拱架运输到施工现场,支护班组现场按照技术室测量放样尺寸安装拱架,完成后由质检人员进行检查验收,合格后进入下道工序施工,检查不合格进行返工,返工完成后再由质检人员进行检查验收,直至合格。
图1格栅钢架施工工艺流程图
图2型钢钢架施工工艺流程图
6.2操作要点
6.2.1施工准备要点
选址要点:
场地选定后须“三通一平”的施工条件。
建设要点:
场地按照测量放线平整,按照中心高四周低的原则,预设2%坡度,同时对顶面标高进行控制,砼浇筑过程中严格控制砼厚度及平整度,设置伸缩缝,缝间填塞沥青麻丝,场地四周设置排水沟,水泥砂浆抹面,保证场地排水通畅。
加工厂按照原材存放区、加工区、成品存放区、成品检查区四个分区布局。
6.2.2加工质量控制要点
1型钢钢架采用冷弯成型,格栅钢架采用胎膜焊接,各节钢架拼装要求尺寸准确,弧形圆顺,周边拼装允许偏差±3cm,平面翘曲小于2cm。
2钢架节点焊接长度应按照设计要求进行,焊缝质量要满足规范要求。
钢架加工的焊接部位不得有假焊、漏焊现象,焊缝表面不得有裂纹、焊瘤等缺陷。
3钢架加工允许偏差为:
主筋全长±10mm,弯折位置20mm,箍筋内净尺寸±3mm。
4钢筋弯制使用机械弯制,弯制符合设计和规范要求。
5首批加工好的钢架在使用前在硬化好的平面场地上试拼装,合格后方可大量加工和使用。
6.2.3安装及检查验收要点
1钢架安装均在隧道每循环开挖并初喷完混凝土后立即进行,一般在分部开挖的平台上进行操作;如果分部支护断面较大,配备台架进行操作。
2钢架安装允许偏差:
纵向间距±100mm,横向±50mm,高程±50mm,垂直度±2°。
3钢架尽量密贴围岩并与锚杆焊接牢固,相邻两榀钢架之间按设计采用纵向连接钢筋连接牢固。
7劳动力组织
拱架施工技术要求高,专业性较强,要求各个环节配合协调好,且由于其特殊性,现场需配备专业技术人员。
作业人员一天24小时按照施工循环连续作业,人员配备见表1(供参考)。
表1钢架(格栅)作业劳动力
序号
作业组
主要作业内容
人数
技术员
技工
普工
1
技术组
施工、技术指导
2
2
2
试验组
各种材料试验
1
1
3
作业组
移动模架作业
3
12
4
钢筋组
拱架加工、制作
3
8
5
运输组
拱架及其配件运输
2
8主要机具设备
表2主要设备配置表(参考)
序号
设备名称
规格型号
数量
用途
1
随车吊
8t
1台
运输钢架至隧道
2
装载机
ZL50
1台
钢架倒运
3
运输车
10t
1台
钢架配件运输
4
作业平台
1台
钢架安装平台
5
电焊机
BX1-500
7台
格栅焊接与安装
6
风钻
YT-28
6台
锚杆打设
7
弯曲机
GW-40
1台
弯曲钢筋
8
冷弯机
WGJ-250
1台
弯曲工字钢
9
调直机
GT4-14
1台
钢筋调直
10
切断机
GQ-40
1台
钢筋下料
11
等离子切割机
1台
工字钢切割
12
钻孔机
Z3050X16
1台
螺栓孔加工
9质量控制
9.1易出现的质量问题
9.1.1接头连接质量
钢架加工过程中接头连接主要是钢架两头连接脚板及螺栓孔加工,连接脚板和螺栓孔在钢架加工过程中出现角度或尺寸上的小偏差,就会导致钢架在拼装时连接变形或无法连接。
9.1.2焊接质量
钢架主要是将原材经过焊接而连接起来的产品,而焊接是一件技术和经验兼备工作,操作人员的任何失误都有可能造成质量的不合格。
9.1.3架设质量
钢架架设最关键的质量控制之一就是钢架间距控制,当钢架间距超过2m后,钢架就失去了它的意义,因此必须严格控制钢架间距,不超过允许偏差±10cm,确保拱架受力的合理性。
9.2保证措施
9.2.1拱架的钢材品种和规格必须符合设计要求,每批钢材必须检查质量证明文件并进行相关性能试验。
钢架原材应平顺,无损伤,表面不得有裂纹、油污、锈蚀。
9.2.2钢筋加工操作人员必须持证上岗,规范操作。
9.2.3由于已安装钢架部分变形,接头不能正确对位时,采取绑焊等措施必须可靠,确保钢架整体受力满足要求。
钢架焊接不得有假焊,焊缝表面不得有裂纹、焊瘤等缺陷。
9.2.4每榀钢架加工完成后,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。
9.2.5钢架间距严格按照设计尺寸布置,质检不合格的返工直至合格。
10安全措施
10.1主要安全风险分析
钢架从原材进场到现场钢架的施工,整个过程中的安全风险主要为加工厂加工机械操作安全,施工现场安全施工安全。
加工厂加工机械设备较多,操作人员的技术、经验和安全意识水平不同,在操作设备过程中的粗心大意等都可能产生不安全事件;钢架支护在隧道掌子面的台架或临时平台上进行作业,并且作业人员在作业期间一直暴露在开完后的狭小空间,拱部及边墙部位存在掉块或坍塌的危险,作业风险极大。
10.2保证措施
1为保证机械操作安全,制定各类机械操作规程,要求操作人员严格按照规程操作,定期对其机械设备进行维修保养,确保设备运转状态良好。
2要求操作人员持证上岗,定期进行技术和安全培训,使操作人员提高安全防范意识。
3为保证施工现场施工安全,施工人员进场前必须经专业培训,达到要求后方能进入施工现场施工。
4进入作业面前首先必须做好个人安全防护工作,进入作业面后先进行排险工作,确保作业空间的安全,同时设专职安全员进行监督和观察瞭望。
5对于发生紧急安全事件时及时告知施工人员进行撤离。
11环保措施
11.1是现场文明施工,场地布置合理,材料堆放有序,员工佩卡上班,特殊工种持证上岗,各种标牌、标语立于各责任区,作业现场井然有序。
11.2是废物处理,施工过程中产生的废弃物主要为钢材,按要求指定的地点堆弃,定期集中处理,严禁将废弃物随意堆弃。
12应用实例
12.1工程简介
发鸠山隧道位于山西省长子县发鸠山附近,线路在该段以隧道方式穿越发鸠山及黑虎岭。
总体呈西东向展布,发鸠山隧道西起临汾市安泽县杜村乡,中间经过南庄、响水铺、申家沟,东出于长治市长子县石哲镇赵家沟,是全线范围的重点控制工程。
隧道起迄里程为DK440+342~DK454+910,全长14568m;中铁一局承担的11标发鸠山隧道起止里程DK447+361~DK454+915,长7554米,Ⅲ级围岩6179m,Ⅳ级围岩670m,Ⅴ级705m,分别占总长的81.8%、8.9%、9.3%。
12.2施工情况
发鸠山隧道出口DK454+625~DK454+915浅埋段,且围岩受风化和地表水的影响,围岩相对破碎,洞口段采用¢108管棚支护进洞,施工中采用三台阶法施工,钢架采用I20a型钢钢架,纵向间距0.75m,拱部采用¢42超前小导管注浆超前支护,长4.5m,环向间距0.4m。
2011年06月25日发鸠山隧道出口顺利通过施工浅埋段,通过监控量测数据显示,此段围岩变形处于正常范围,并且连续安全生产205天。
12.3工程结果评价
12.3.1钢架安装与隧道中线垂直,连接做到上、下端螺栓孔对齐,螺栓拧紧使节点板密贴。
12.3.2软弱围岩段,在拱脚(或墙脚)增设槽钢纵梁,避免产生大沉降。
12.3.3软弱围岩段,钢架需及时安装,尽量与围岩密贴,从监测数据反应,可以有效减小支护结构变形。
12.3.4施工中结合三台阶开挖法,对拱架的分节单元进行合理调整,将原设计的C单元进行了加长,原设计的D单元减少,这样既能保证施工的安全和质量,又利于现场台阶法施工,从而加快了施工循环,保证了浅埋段的施工安全质量和进度。
12.4建设效果及施工图片
图3验收钢架图4现场安装好的格栅钢架
图5钢架试拼图6连接件钻孔
图7拱部钢架安装图8下部钢架安装
图9钢架安装图10钢架按单元分区存放
图11钢架按单元分区存放
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