隧道圆弧拱架施工方案

隧道圆弧钢拱架施工技术方案一、施工准备1.1材料准备本工程采用Q390C级工字钢作为拱架主体材料，屈服强度不低于390MPa，抗拉强度控制在490-620MPa之间。进场钢材需提供出厂合格证及力学性能检测报告，每批次钢材抽样进行拉伸、弯曲试验，确保伸长率≥18%，冲击功（-40℃）≥34J。连接螺栓采用8.8级高强度螺栓，其抗拉强度不低于800MPa，屈服强度≥640MPa，扭矩系数控制在0.11-0.15范围。锁脚锚杆选用Φ25mm中空注浆锚杆，长度4.5m，采用M30水泥砂浆灌注，设计锚固力不小于150kN。1.2设备配置加工设备需配备数控等离子切割机（切割精度±1mm）、H型钢冷弯机（弯制半径调节范围500-5000mm）、门式埋弧焊机（焊接电流300-600A）、扭矩扳手（量程0-600N·m，精度±3%）。测量仪器包括全站仪（测角精度1″，测距精度1mm+1ppm）、水准仪（每公里往返误差±1.5mm）、激光投线仪（投射距离≥50m，精度±0.3mm/m）。安装设备选用25T汽车吊（主臂长度33.5m，最大起重量25T/3m）、液压千斤顶（50T，行程150mm）、风动凿岩机（工作气压0.6MPa）。1.3技术准备施工前需完成隧道断面复测，在加工场地硬化地面（C20混凝土，厚度200mm）上按1:1比例放出拱架大样图，标注各节点坐标及控制尺寸。编制详细的加工工艺卡，明确冷弯参数（弯曲速度2-3m/min，回弹补偿值5-8mm）、焊接工艺（焊条型号E5015，焊接电流180-220A，电压26-30V）及拼装公差（节段长度±2mm，对角线偏差≤3mm）。对施工人员进行技术交底，重点培训拱架三维定位、螺栓扭矩控制、锁脚锚杆施工等关键工序操作要点。二、钢拱架加工制作2.1下料切割根据设计图纸，采用数控切割机对工字钢进行切断加工，切口垂直度偏差≤1°，切口表面粗糙度Ra≤25μm。切割后钢材需进行边缘打磨，去除毛刺及氧化层，打磨宽度≥10mm。连接板采用16mm厚Q345B钢板，按设计尺寸加工螺栓孔，孔径比螺栓直径大1.5mm，孔位偏差≤1mm，孔距误差±0.7mm。2.2冷弯成型采用数控冷弯机进行工字钢弯制，加工前需进行试弯，通过3次试弯确定最佳工艺参数。弯制时采用分段渐进式弯曲，每次进给量控制在50-100mm，弯曲半径比设计值大5mm（考虑回弹量）。每榀拱架分3段加工（拱顶1段，拱腰2段），弯制后放置于1:1大样图上检查，弧线与样图间隙≤2mm，平面翘曲≤3mm。2.3焊接组装焊接前对接口进行除锈处理，露出金属光泽，采用二氧化碳气体保护焊进行定位焊（焊点长度30-50mm，间距200-300mm）。主焊缝采用门式埋弧焊机焊接，焊接层次为打底（电流200-250A）、填充（电流350-400A）、盖面（电流300-350A），焊脚尺寸按设计要求执行（不小于8mm），焊缝余高2-4mm，表面不得有裂纹、咬边（深度≤0.5mm）、气孔（直径≤1mm，每米不多于2个）等缺陷。连接板与工字钢翼缘板采用双面角焊缝连接，焊角高度10mm，焊接后24h内进行100%磁粉探伤检测，Ⅰ级焊缝合格率需达到100%。2.4试拼检验每榀拱架加工完成后在拼装胎架上进行试拼，采用螺栓连接各节段，检查整体尺寸：拱架净距：设计值±5mm垂直度偏差：≤2°拱顶高程：±3mm节段连接缝隙：≤0.3mm（用塞尺检查）试拼合格后在拱架上标注轴线编号、安装方向及高程控制点，采用2点吊装法进行翻身，防止变形。成品堆放时底部垫100×100mm方木，堆放高度不超过3层，每层之间用方木隔离，做好防雨、防锈措施（涂刷环氧富锌底漆，干膜厚度≥60μm）。三、现场安装施工3.1基底处理隧道开挖完成后，及时清除拱脚虚碴，采用风镐修整至设计标高，超挖部分用C25早强混凝土回填（掺加3%速凝剂，初凝时间≤15min）。在拱脚位置铺设20mm厚钢板（尺寸500×500mm），钢板下垫碎石找平层（厚度50-100mm），确保钢板平整度≤2mm/m。测量放样时在隧道两侧边墙标出拱架安装控制线，每5m设置一个高程控制点，用红油漆标注。3.2吊装就位采用25T汽车吊进行拱架吊装，吊点设置在拱架1/3处（设2个吊点），使用专用吊装夹具（与工字钢翼缘板匹配），吊装角度控制在60°-75°。起吊前检查吊具（钢丝绳安全系数≥6，卸扣额定荷载≥10T），起吊过程中设专人指挥，缓慢旋转吊臂，避免与围岩碰撞。拱架就位时，先对中隧道中心线，再调整高程（误差±3mm），最后用液压千斤顶顶推调整垂直度（偏差≤2°），临时支撑采用Φ108mm钢管（壁厚6mm），底部垫200×200mm钢板。3.3连接固定拱架节段连接采用高强度螺栓，安装时按对角顺序拧紧，分初拧（扭矩值50%设计值）和终拧（设计扭矩450N·m）两次进行，终拧后1h内进行扭矩复拧（偏差≤±10%）。螺栓穿入方向一致（从拱内向外），丝扣外露长度2-3丝。相邻拱架采用Φ22mm纵向连接筋焊接，环向间距1.0m，焊接长度10d（d为钢筋直径），双面焊。拱架与围岩间隙采用C25喷射混凝土填塞，厚度≥50mm，表面平整度≤30mm/2m。3.4锁脚加固每榀拱架拱脚各设置2根Φ25mm锁脚锚杆，呈45°角斜向下打设，钻孔深度4.8m（外露300mm），孔径Φ42mm。采用注浆泵灌注M30水泥砂浆（水灰比0.45-0.5），注浆压力0.5-1.0MPa，稳压3min。锚杆与拱架采用L100×8角钢焊接连接，焊缝长度100mm，焊脚高度8mm。锁脚锚杆施工完成后24h内进行抗拔试验，每30榀抽样1组（3根），试验荷载150kN，持荷10min无滑移。四、安装质量控制4.1主控项目拱架间距：设计值±50mm，采用全站仪每榀检查，合格率100%安装位置：横向偏差±50mm，高程偏差±50mm，每20m检查3榀螺栓扭矩：设计值±10%，采用扭矩扳手抽检，每榀检查4套螺栓锁脚锚杆：数量100%，长度≥设计值，注浆饱满，抗拔力≥150kN焊接质量：焊缝长度、高度符合设计要求，无裂纹、未熔合等缺陷4.2一般项目拱架垂直度：偏差≤2°，采用吊线法检查，每榀测量2点连接板贴合：缝隙≤2mm，用0.3mm塞尺检查，塞入深度≤20mm纵向连接：间距±100mm，焊接牢固，每20m检查5处喷射混凝土：厚度≥设计值，表面平整度≤50mm，每10m检查1个断面拱架保护层：厚度≥40mm，采用凿孔法检查，每榀检查3点4.3检测方法三维定位：采用全站仪按极坐标法测量拱架节点坐标，与设计值对比扭矩检测：使用经标定的扭矩扳手，在螺栓终拧1h后进行检测焊缝检测：外观检查100%，Ⅰ级焊缝进行100%UT探伤，Ⅱ级焊缝20%UT探伤厚度检测：采用地质雷达每10m扫描1个断面，每个断面测5点变形监测：在拱顶及左右拱腰设置测points，采用水准仪监测下沉量，日变化≤3mm五、施工安全保障5.1高空作业防护安装作业平台采用满堂脚手架（Φ48×3.5mm钢管），立杆间距1.2×1.2m，横杆步距1.8m，设置剪刀撑（间距6m）。平台满铺50mm厚木板，搭设1.2m高防护栏杆，挂密目安全网（网目密度≥2000目/100cm²）。作业人员佩戴双钩安全带（静载测试15kN，持续3min），使用工具袋，严禁抛掷物料。5.2吊装作业安全吊装前检查吊具、索具，设置警戒区（半径10m），专人指挥（持有效证件）。起吊时构件下方严禁站人，起吊高度超过2m时设置溜绳。大风（风速≥10.8m/s）、雨雪天气停止吊装作业。汽车吊支腿必须垫设300×300×200mm方木，地基承载力≥150kPa，作业时专人监测支腿沉降。5.3用电安全施工现场采用TN-S接零保护系统，配电箱设三级配电（总配电箱→分配电箱→开关箱），配备漏电保护器（动作电流≤30mA，动作时间≤0.1s）。焊接设备设置防雨棚，二次线采用YHS-50mm²电缆，长度≤30m。照明线路采用PVC管保护，灯具高度≥2.5m，潮湿环境使用36V安全电压。5.4应急措施编制拱架失稳应急预案，配备应急物资（50T千斤顶2台、Φ200mm钢管10根、急救箱1套）。现场设置应急通道（宽度≥1.2m），配备通讯设备（对讲机5台，备用电池充足）。成立应急小组，每月进行1次应急演练，演练内容包括拱架变形监测、临时加固、人员疏散等。当监测到拱顶下沉速率超过5mm/d或水平收敛速率超过3mm/d时，立即启动应急预案，停止作业，组织人员撤离，采取增设临时支撑等加固措施。六、监控量测6.1量测项目拱顶下沉：采用水准仪测量，精度±0.1mm，测点布置在拱顶中心，每5m设置1个监测断面净空变化：使用收敛计（精度±0.1mm），在拱腰处设置2条水平测线，每5m一个断面拱架应力：在拱顶、拱腰、拱脚安装应变计（量程±2000με），采用频率仪采集数据围岩压力：在拱架与围岩之间设置压力盒（量程0-2MPa），每10m布置1个断面6.2量测频率施工期：1-15d，1次/d；16-30d，1次/2d；31d以后，1次/周稳定标准：拱顶下沉速率≤0.15mm/d，净空变化速率≤0.1mm/d，持续30d数据处理：采用最小二乘法拟合回归曲线，预测最终位移值，判断围岩稳定性6.3成果应用当实测位移超过预警值（设计允许值的80%）时，及时调整施工参数（减小开挖进尺至0.5m，缩短循环时间至12h）根据应力监测结果，优化拱架间距（当应力超过设计值的90%时，加密至0.6m/榀）建立量测数据库，绘制位移-时间曲线，指导后续衬砌施工（二衬施作时机：拱顶下沉速率≤0.2mm/d）七、验收标准7.1加工验收外观质量：表面无裂纹、重皮、凹陷，除锈等级达到Sa2.5级，涂层厚度≥80μm几何尺寸：节段长度：±3mm弯曲半径：±50mm扭曲偏差：≤5mm/m对角线差：≤4mm焊接检验：焊缝外观评分≥85分，UT探伤Ⅰ级合格，出具检测报告7.2安装验收位置偏差：横向：±50mm高程：±50mm垂直度：≤2°连接质量：螺栓扭矩：设计值±10%焊缝高度：≥设计值连接板贴合：≥75%面积密贴整体稳定性：拱顶下沉：≤150mm水平收敛：≤100mm无异常声响、裂纹7.3资料归档原材料出厂合格证、试验报告加工制作检验记录（放样、下料、焊接、试拼）安装测量记录（三维坐标、高程、间距）螺栓扭矩检