建设工程—隧道钢拱架精准快速安装施工工法工艺法）.docx

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1、隧道钢拱架精准定位快速安装施工工法1、前言随着我国经济的不断发展，我国不断增加对基础设施的需求，机械和标准化施工的应用更为广泛，隧道成为了我国公路和铁路的重要组成部分，目前国内在复合式衬砌隧道的设计中，通常采用型钢拱架。它具有前期支护强度大、易加工的特点，现阶段已被广泛应用于隧道防护施工中。但在实际施工中，型钢拱架连接钢板精确定位往往是拱架加工中的一个薄弱环节，主要表现在受原材料存放、运输等诸多环节影响，用于型钢拱架加工的工字钢往往易产生扭曲变形，以扭曲变形的工字钢为基础单元焊接连接钢板，将造成相邻拱架单元连接板无法密贴或安装；其次，由于型钢拱架加工精度不高，拱架弯曲的弧度、连接板的下料、钻孔

2、等均难以达到精细化加工，且型钢拱架各单元独立进行型钢与连接板的焊接，也极易导致拱架单元不能精准对位安装。为解决型钢扭曲变形，型钢拱架相邻单元连接板错台、不密贴，连接螺栓无法安装，影响型钢拱架快速安装的问题，中交二公局第三工程有限公司通过技术攻关与现场试验，形成了隧道钢拱架精准定位快速安装施工工法，快速实现型钢拱架不同单元连接板精准对接，通过该工法的应用，有效保证了钢拱架拼装进度，可为同类工程提供借鉴和参考。2、工法特点2.1本工法降低了施工成本。在加工厂原材加工时利用连接钢板加工点位装置加强拱架与连接钢板的连接质量，全过程的机械化程度高，节省施工人员，降低劳动强度，省去其它施工材料，缩短工期。

3、2.2本工法施工质量、安全可靠。传统施工中采用人工配合装载机进行钢拱架安装，现将开挖台车增加液压杆与行走系统，减少了人工的投入，通过液压杆能更好定位工字钢安装质量。2.3采用二氧化碳气体保焊、型钢冷弯机、数控剪板机、数控立式钻床一系列先进加工设备对型钢焊接质量、弯曲弧度、连接板下料尺寸及钻孔精度进行流水化精细化加工，有效确保型钢质量。2.4型钢与锁脚锚管连接单元，提前在预制加工厂加工，有效提高钢拱架安装速度。3、适用范围本工法适用于公路、铁路隧道圆弧形型钢拱架连接钢板精准定位与安装施工。4、工艺原理提高隧道钢拱架连接板拼装精度的加工装置如图4.1所示，图4.1中A、B、C部位结构如图4.2图4

4、.7所示。型钢弯拱机主要用于型钢的弯曲；辅助支撑转动轴承主要用于弯曲型钢的辅助运输；操作平台4.1主要用于型钢连接板的焊接，其具有自动升降限位的功能；操作平台4.2主要用于行走小车轨道的固定；型钢加工模具与型钢加工单元外侧密贴，位于操作平台4.1上；模具连接螺栓位于型钢加工模具外侧，用于加固相邻不同模具单元；钢板支撑位于型钢加工模具外侧，用于增加型钢加工模具刚度；钢板预留孔眼位于操作平台4.1上，通过利用钢板孔眼内插螺栓将不同单元型钢加工模具与操作平台4.1固定；行走小车运载连接板，具有自动调节高度功能，通过控制连接板高度行走于轨道，实现连接板与型钢精确对接；型钢滑轨主要用于型钢的加工运输；所

5、述气缸型钢支座主要用于气缸的固定支撑。在加工型钢拱架时，首先按照施工设计图纸，利用弯拱机将型钢拱架中任意一种拼接单元进行弯曲，待型钢弯曲加工完成后，利用辅助支撑转动轴承将型钢推移至操作平台4.1；在加工型钢的同时加工对应单元型钢模具，利用连接螺栓将各分单元模具拼装连接，形成模具整体；模具加工完成，利用钢板孔眼内插螺栓将型钢加工模具与操作平台4.1钢板连接；待整套模具安装完成后，利用操作平台4.2上的可调节高度行走小车将连接板与型钢精准对接并点焊连接；利用气缸将操作平台4.1下降，型钢加工模具随操作平台4.1下降，将点焊完成的型钢滑移至平台另一端，及时完成连接板与型钢满焊工序。待操作平台加工型钢

6、拱架其他单元时，将操作平台4.1上的型钢加工模具置换为对应加工型钢单元的模具，利用以上循环完成隧道所有型钢拱架连接板单元加工。5、施工工艺流程及操作要点5.1 工艺流程本工法的施工工艺流程详见图5.1.Io图5.L1生产工艺流程图5.2 操作要点5.2. 1工字钢弯曲加工、连接钢板定位打孔工字钢原材运输到钢筋加工厂后根据设计图纸进行下料，利用型钢弯曲机对型钢进行弯曲，连接钢板根据设计图纸尺寸通过等离子切割机切割成小块。原材料下料加工完成后利用工字钢与连接钢板定位装置进行连接钢板定位打孔以及焊接。连接钢板打孔主要是利用液压冲孔机进行打孔，先调节选择好相应的上下模,先装上模后装下模，装上模时先将定

7、位螺丝柠出一定的位置后再装入下模，再根据不同定位钢板间孔位间距将定位螺丝拧紧即可作业。放好连接钢板，关紧油泵回油螺丝,板动手柄，直至工作完成后松开回油螺丝。5. 2.2拱架连接板定位模具辅助工字钢与连接钢板焊接连接钢板和工字钢弯曲完成后，通过拱架连接板定位模具将工字钢与连接钢板位置定位采用二保焊进行焊接，拱架连接板定位模具主要是由一块钢板、两个限位脚和两个定位螺栓组成，原理是通过限位脚限位住钢板，再通过尺寸设计好的定位螺栓来实现钢板连接孔精准定位，保证隧道连接钢板施工过程中螺栓孔对齐，确保拱架连接质量。5.3.3 开挖台车改造传统开挖台车是由钢管与钢筋网片连接成的简易施工台车，我部施工隧道进口

8、通过对开挖台车进行改进采用工字钢做主支撑、20和612钢筋网片作为作业平台、台车底部设置行走装置，在开挖台车横向和纵向增加液压杆在工字钢架设前作为工字钢的临时支撑，横向液压杆通过在纵向工字钢一侧将焊接三角骨架将液压杆固定端通过插销进行有效固定连接，纵向液压杆通过横向工字钢上焊接三角骨架将液压杆固定端通过插销进行有效固定连接。钢拱架加工运输到施工现场后，通过横纵向液压杆作为工字钢临时支撑。在工字钢架设完成后还可以利用横向液压杆将台车作业平台伸出对锚杆、钢筋网等施作。5.3.4 钢拱架运输安装1）钢拱架运输钢拱架加工制作完成后利用装载机将钢拱架进行转运进入隧道施工掌子面处，运输过程中注意车辆以及行

9、人疏散确保安全。2）钢拱架安装钢架安装前应检查开挖断面轮廓、中线及高程。架安装应确保两侧拱脚必须放在牢固的基础上。安装前应将底脚处的虚渣及其他杂物彻底清除干净；拱脚处应设置垫实加大拱脚接触面积。工字钢运输到施工现场后通过装载机举到相应位置后，通过人工配合液压杆进行拱架位置移动定位，先利用横向液压杆人工辅助安装拱脚位置工字钢，拱脚位置安装完成后利用纵向液压杆人工辅助安装拱顶工字钢，并用纵向连接筋将其和相邻钢架连接牢靠。钢架安装时应垂直于隧道中线，竖向不倾斜、平面不错位，不扭曲。钢架安装就位后，钢架与围岩之间的间隙应用喷射混凝土充填密实，并使钢架与喷射混凝土形成整体。喷射混凝土应由两侧拱脚向上对称

10、喷射，并将钢架覆盖，临空一侧的喷射混凝土应由两侧拱脚向上对称喷射，并将钢架覆盖，临空一侧的喷射混凝土保护层厚度应不小于20mm。6、材料与设备6.1材料钢拱架所用材料主要有工字钢、连接钢板及连接螺栓等。工字钢使用国标产品，常用工字钢尺寸规格见表6.1所示，质量标准如下：（1）工字钢按理论质量或实际质量交货；(2)工字钢计算理论质量时，钢的密度为7.85g/cm3；(3)工字钢每米质量允许偏差不得超过+3%-5%o其他材料中，连接钢板一般采用IOmm厚A3钢板；连接螺栓使用高强螺栓。所有材料均满足设计及规范要求。表6.2常用工字钢尺寸规格表序号工字钢型号尺寸(mm)截面面积(cm2)重量(kgm

11、)高腿宽腹厚114140805.521.516.8921616088626.120.513318180946.530.624.143420a200100735.527.929520b200102939.531.069622a2001107.54233.076.2设备主要机具设备见表6.2所示。表6.2主要设备一览表序号加工区域机具名称规格型号功率(KW)数量(台)备注1全区域龙门吊MHO-IO1522冷弯区冷弯机350/4502213焊接区等离子切割机L6K8-103714C02焊机NB-500KK2045切割机J3G-SW-4002.216砂轮机250*25*321.117剪板区剪切板C12

12、Y-20X25002218钻孔区数控钻床ZK5140C347、质量控制7.1质量要求严格按照公路隧道施工技术规范(JTG/T36602020)的要求施工。7.2冷弯7.2.1冷弯模具要严格按照拱架各单元的瓠度制作，否则冷弯后的型钢与设计尺寸不符，直接导致拱架各单元不能精准拼装。7.2.2冷弯平台要保持水平，冷弯模具严格与冷弯平台垂直，否则容易导致弯曲后的型钢扭曲。7.2.3350t千斤顶顶住工字钢，不得松动，450t千斤顶推工字钢时，速度要均匀，行程每达到5厘米时，停止顶进，测量工字钢的水平度，超标时，及时进行纠偏。7.2.4工字钢冷弯完成后，收缩450t千斤顶，测量冷弯型钢的弧度、水平度等指

13、标，即使各项指标符合要求，还要进行二次顶推，防止型钢弯曲回弹。7,3剪板7.3.1剪板机工作平台要保持水平。7.3.2剪板前在剪板机上设置好所剪切板的相关尺寸。7.3.3尺寸挡板紧贴钢板堵头，剪板机上的压板圆柱要紧紧压住钢板。1.1.4 调整好板厚与入口间隙，距离为1.2mm。1.1.5 用脚踩住脚踏开关，切刀自动向下切割钢板。7.4 钻孔7.4.1 数控钻床操作箱夹件平台要保持水平。7.4.2 在数控钻床的电脑上按连接板的孔位尺寸设置好相关参数，如孔径、孔间距等，并使用合适的钻杆。7.4.3 钻孔前，要将工件夹紧，并确保喷嘴水流正常，方可开动钻床。7.4.4 钻孔完成后，待钻床自动停止工作后

14、，方可去除工件。7.5 焊接7.5.1 焊接前调节好焊接参数，打开气阀开关，提前送气。7.5.2 焊缝起始端充分融合后，使焊丝保持一定的高度和角度，按选定的速度沿接缝前移，焊接时焊丝沿导电嘴连续送进，送进速度要均匀。7.5.3 焊接过程中，二氧化碳要不断的流出，焊丝末端、电弧、熔池要全部被二氧化碳气体包围，从而使焊接区与空气隔离。7 .5.4焊接结束时，焊丝停止送进，电弧熄灭，但是继续送入二氧化碳气体保护熔池，经过一段时间，再关闭气阀，停止送气。8、安全措施7.1 机械设备安全7.1.1 行吊使用由取得资格人员操作，并设专人指挥。8 .1.2物体起吊时应捆绑牢固。9 .1.3不得斜吊拱架，不得

15、超重起吊。10 1.4起重物底下不得站立人。11 1.5操作型钢冷弯机时，注意转动部件伤人。12 1.6操作冲孔机时，注意模具伤人，手不能扶住工件。8.2用电规范8.2.1 机电设备使用时应做好接地接零。8.2.2 2.2设备电源采用一机一闸一漏控制。8.2.3 加强日常检查，防止电场破损漏电伤人。8.3安全用气8.3.1氧气乙烘瓶保持5m以上间距，并保持气瓶不得倾倒。8.3.2切割作业时局里气源IonU8.3.3型钢切割作业时，注意飞溅物伤人。9、环保措施9.1 执行国家环境保护法、水土保持法和地方政府有关规定，在施工过程中严格按照国家有关部委批复的环保、水保方案实施，落实“三同时”，采取各种工程防护措施，减少工程建设对沿线生态环境的破坏和污染。9.2 废弃物设置收集点，分类放置，定期处理。9.3 各工序作业完毕后，保持工作台整洁，机器干净。9.4 各工