隧道钢拱架连接板拼装精度技术及应用

武永德

摘要：随着我国经济的飞速发展，高速铁路建设速度日益加快，西南山区高速铁路建设项目也日益增多。但受西南艰险山区地理位置及环境因素影响，隧道工程成为了西南地区高铁建设的支柱工程。隧道V级围岩初期支护采用钢拱架+喷射混凝土支撑，钢拱架作为初期支护稳定的重要结构发挥着不可估量的作用，但在实际施工生产过程中，受限于工装设备及验证机具的实际条件，生产出的钢拱架在现场连接过程中往往会发生错位、扭曲、弧度不对应的问题，给施工现场安装工作带来了难题，降低了施工工效，安装完成后的钢拱架存在安全隐患。根据现场实际情况，研制出了一种在钢结构加工场对加工的钢拱架进行加工验证的设备，在钢拱架加工过程中，控制钢拱架弧度、弦长、连接板角度，使钢拱架半成品在现场拼装连接时提高工效，降低成本，保证施工质量和安全，可在类似高铁项目中推广应用。

关键词：隧道工程;围岩支护;钢拱架;拼装精度

中图分类号：U451

文献标识码：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.08.069

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。但在型钢加工过程中，由于钢拱架极易产生扭曲或翘曲变形，连接钢板与型钢焊接仅凭工人经验焊接，加工完成后的钢拱架在运输到施工现场后，往往易出现相邻两单元钢拱架在拼装时，连接板对接螺栓无法穿孔的现象，这对钢拱架的承载能力造成了较大影响，导致隧道初期支护变形、开裂等问题，增加了隧道施工风险。因此，有必要设计一种可提高隧道钢拱架连接板拼装精度的加工方法，提高隧道不同型钢单元连接板加工精度，保证型钢拱架施工质量。

1 钢拱架连接板拼装所要解决的问题

为解决上述型钢拱架连接螺栓无法穿孔连接的施工难题，开发了一种可提高隧道钢拱架连接板拼装精度的加工方法，应用该方法可有效解决型钢扭曲或翘曲变形及人为焊接导致的型钢连接板螺栓无法精确对位的问题，提高连接板加工精度，保证型钢拱架施工质量。本方法设计的加工构件结构简单、价格低廉、便于实施。

2 技术方案

能提高隧道钢拱架连接板拼装精度的加工装置如图1所示，图1中A、B、C部位结构如图2-图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，实现连接板与型鋼精确对接;型钢滑轨主要用于型钢的加工运输;所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1钢板连接;待整套模具安装完成后，利用操作平台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1下降，型钢加工模具随操作平台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拱架其他单元时，将操作平台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。

3 结语

本隧道钢拱架连接板拼装加工装置解决了隧道钢拱架拼装施工中相邻拼装单元连接板无法穿孔连接的施工难题，有效提高了隧道钢拱架施工质量，与现有技术相比，具有较好的应用效果，推广性较强，社会应用价值巨大。