钢架施工质量检测及重要性

当隧道围岩软弱破损严重、自稳性差、开挖后易产生过度变形时,可采用钢架、喷射混凝土、锚杆作为联合支护。钢架具有架设后立即承受荷载、强度和刚度均较大、可承受开挖时引起的松动压力等特点,通常用于Ⅳ～Ⅵ级围岩。

(一)钢架的形式

目前,我国公路隧道施工中常用的钢架有格栅钢架和型钢钢架。其中,型钢钢架根据型材种类的不同又可分为工字钢架、U 型钢钢架和H 型钢钢架。为了便于施工,每种钢架需分成若干节段制作,现场拼装。节段之间,除U 型钢钢架外,均应采用钢板用螺栓连接,必要时进行焊接。U 型钢钢架需要加工专用的卡具,将两节段型钢嵌套在一起,形成整幅钢架。

1.格栅钢架

格栅钢架是目前工程上用量最大的钢架,如图4.3-16所示。其是由两种或两种以上直径的钢筋按设计组合排列焊接加工而成的桁架式钢架,钢架截面有矩形和三角形两种。主筋弯曲成与隧道开挖断面相同的形状和尺寸,辅筋作波形弯折焊接在主筋上,并设环形箍筋。主筋材料采用HRB400、HRB500钢筋,直径一般为18～25mm,辅筋可采用HPB300钢筋。格栅钢架的特点是质量轻,具有一定的刚度,喷射混凝土与钢架结合紧密,整体较好,形成钢筋混凝土结构,能充分发挥材料性能作用。

2.型钢钢架

用于加工钢架的型钢有H 型钢、工字钢和U 型钢,如图4.3-17所示。一般可以在施工现场或工厂用弯曲机冷弯加工成型。型钢钢架的特点是加工方便、强度高、支撑能力较强,但质量较大、与喷射混凝土结合较差、整体性较差,喷射混凝土与钢架之间容易渗水。U 型钢钢架节段间是嵌套连接,具有可收缩性,能适应围岩较大变形。工字钢和H 型钢的截面对比如图4.3-18所示。

图4.3-16　格栅钢架

图4.3-17　型钢钢架

(a)H 型钢;(b)工字钢;(c)U型钢

图4.3-18　工字钢和H型钢的截面对比

(a)工字钢;(b)H 型钢

(二)施工质量检测

钢架一般用在围岩条件较差地段,以及围岩可能出现坍塌失稳、冒顶地段。钢架支护一旦安装就位,就具有一定支护能力,能大大提高初期支护的能力。因此,必须重视钢架的加工与安装质量检测,确保施工安全。

1.材料规格

型钢钢架的型钢型号规格、格栅钢架的钢筋规格应符合设计要求。

2.加工质量检测

(1)加工尺寸。钢架加工尺寸和形状应符合设计要求,应与隧道的开挖断面相适应。加工尺寸小于设计尺寸,将导致初期支护侵入二次衬砌结构,影响二次衬砌结构厚度。同时,加工尺寸精度将影响安装质量,降低钢架的支护效果。不同规格的首榀钢架加工完成后应在平整地面上试拼,周边拼装允许偏差为±30mm,平面翘曲应小于20mm。

格栅钢架需要检测钢架截面尺寸(宽×高),对检测的格栅钢架,每节段检测两个截面,截面尺寸不小于设计值。

连接钢板宽和厚度误差≤±5mm;钻孔直径和孔位误差≤±3mm。(www.xing528.com)

图4.3-19　格栅钢架连接示意

(2)焊接。钢架加工时采用焊接,焊接质量对钢架的结构作用产生直接影响,包括钢架与连接板的焊接、格栅钢架钢筋节点的焊接。为了保证焊接结构的完整性、可靠性,除对焊接技术和焊接工艺的要求外,还需要对各焊接点进行检测。所有钢筋节点必须采用双面对称焊接,焊接长度应大于20 mm,可通过肉眼检测,敲击听声音检测,抽查是否有假焊、漏焊、焊缝气泡,焊缝裂纹、焊缝长度是否符合要求。格栅钢架与连接钢板的焊接应增加U 形钢筋连接焊,如图4.3-19所示。

(3)强度和刚度。钢架必须具备足够的强度和刚度,必要时应对钢架的强度和刚度进行抽检,将一定数量的钢架样品放到试验台上进行加载试验。

3.安装质量检测

(1)安装尺寸。钢架间距是支护设计的重要参数,检测时,在现场用钢卷尺测量,相邻钢架之间距离误差不应超过±50mm。同时,在同一设计参数地段,钢架榀数不应小于设计值。

(2)倾斜度。钢架安装后的竖直面应垂直于隧道中线,竖向不倾斜,平面不错位、扭曲,上、下、左、右允许偏差为±50mm,钢架在隧道纵面上的倾斜度小于2°。可用坡度规、全站仪或经纬仪检测。

(3)钢架节段之间的连接。钢架节段之间要求用钢板通过螺栓连接(如同法兰连接),要求上、下两钢板对齐、吻合,螺栓孔对正,螺栓拧紧,使上、下两块连接钢板贴紧,并进行焊接,可通过肉眼抽检(图4.3-20)。

(4)钢架固定。相邻两钢架之间应设纵向连接固定,通常采用HRB400钢筋连接,也有采用短节型钢连接。连接件应与钢架焊接。采用双面焊接,每处焊缝长度不应小于40mm。可通过肉眼、敲击听声音、卷尺抽检。

(5)钢架与锁脚锚杆固定。钢架与锁脚锚杆固定应连接牢固、传力明确可靠,可增设U形钢筋焊接,如图4.3-21所示。

图4.3-20　工字钢钢板连接及焊接示意

(6)钢架楔块。钢架应尽量靠近围岩,当钢架与围岩的间隙过大时,应用楔块楔紧,两楔块之间、楔块和钢架与围岩接触点之间距离不宜大于2m,如图4.3-22所示。

图4.3-21　钢架与锁脚锚杆固定连接

图4.3-22　钢架与楔块固定连接

(7)保护层厚度。钢架与围岩之间的混凝土保护层厚度不应小于40mm,临空一侧的混凝土保护层厚度不应小于20mm。凿孔检测时,每榀从拱顶中线向两侧每3m 凿孔检查一个点;地质雷达检测时,从拱顶中线起每隔3m 各布置一条纵向检测线,进行多榀钢架连续检测。

4.钢架实测项目相关规定

依据《公路工程质量检验评定标准第一册土建工程》(JTG F80/1—2017),钢架实测项目应符合表4.3-5的规定。

表4.3-5　钢架实测项目