格栅拱架钢构件加工厂加工研究陆致发

格栅拱架钢构件加工厂加工研究陆致发

陆致发

中国水利水电第十四工程局有限公司云南昆明650041

摘要：在隧道围岩相对较差的情况下，初期支护一般增设钢拱架和格栅拱架以加强洞室围岩的稳定性，从而保证掌子面的安全施工，两种拱架在加工、施工以及经济性等方面均有较大的区别，现有的书面资料一般较侧重于两种拱架的适用围岩的理论方面和较大规格格栅拱架相较钢拱架在经济和施工方面的优势，从两种类型不同规格尺寸的拱架在钢构件加工厂集中加工厂长时间的加工施工角度上，对四种规格尺寸的格栅拱架和钢拱架进行较为详尽的探讨，发现两种拱架在造价和施工上的优势，随拱架规格尺寸的变化又一定的规律可循。

关键词：格栅拱架；钢拱架；加工

1工程概况

玉磨铁路15标隧道主洞施工中需要架立的格栅拱架按主筋中心线间距可分为120、150、160和180mm的四种不同种类的规格。为保证施工所需的型钢、格栅拱架、钢筋网片等钢构件生产标准，提高钢构件成品质量，采用在综合钢构件加工厂集中加工。

2格栅拱架

格栅拱架是多种不同类型的钢筋按隧道主洞的断面形状焊接而成的一种格栅状的拱架。相对于点支撑的钢拱架支护来说，格栅拱架与喷混凝土形成的薄壁柔性面支护结构，与围岩的接触条件号，不但可以调动并充分利用天然围岩的自身承载能力，达到围岩稳定的目的。而且围岩压力，拱架应力的分部较均匀，后期承载能力较钢拱架强。

格栅拱架既具有型钢支架的及时支撑及较大的承载力，又克服了钢拱架刚性较大的缺点，具有较好的柔性。对于自稳能力较差的复杂岩层，使用格栅拱架具有独特的优越性。

3格栅拱架加工

格栅拱架在钢构件加工厂前期加工的钢构件中虽然所占比例较小，但是在现阶段格栅钢架占集中加工厂出厂总量的50%，随着各个分部逐渐进入主洞施工，其所占比例还会不断地上升。

格栅拱架设计为四肢型，每榀分成5个单元，单元之间用Φ22mm螺栓链接，L125*80*10不等边角钢做连接板。格栅拱架制作主要参数见表1。

注：箍筋和Z字筋间距500mm，U形筋间距800mm，加强筋位于格栅拱架单元的两端，角钢后5cm左右。

钢构厂采取的是程序化施工，格栅拱架的简要施工流程为：施工准备----制作模具----钢材下料----格栅初加工----格栅拱架焊接----检查验收。

格栅钢架加工的过程中又2个步骤很重要，即格栅模具的制作和格栅的焊接。

3.1模具的制作

首先用工字钢弯制成符合格栅拱架的尺寸，切割12mm钢板制成格栅主筋中心间距规格的卡具，焊在弯制成型的工字钢模具上，然后根据图纸上的各种尺寸对模具进行细部调节，各项尺寸符合要求后，模具就制作完成了，一套格栅拱架模具制作完成需要2个人工作3天，模具的制作过程虽然复杂，但是之后的工作就很简单了，按照图纸上的钢筋请清量表，下好各种钢材，然后在模具上正规施工即可。

3.2格栅拱架焊接

（1）将4个主筋一根一根地夹持在模具卡槽上。

（2）主筋安装完成后，根据图纸上规定的U形筋和Z字筋分部尺寸，调整位置，进行点焊，两种钢筋与主筋中心焊平，保证焊缝的质量。

（3）焊接箍筋和加强筋，不允许焊的太深，烧伤主筋。

（4）焊接连接板（角钢L125*80*10),焊前角钢按设计尺寸钻孔。连接板的焊接必须保证孔位与主筋的距离及2个板孔的模距必须一致，加工过程中的格栅拱架。

3.3格栅拱架特点

格栅拱架加工相对于钢拱架来说，有以下区别：

（1）钢拱架加工所用钢材较单一，钢材下料时间少，所需设备也只有弯弧机及割枪一把，格栅使用钢材种类多，多大7种，其各种钢材下料需不同设备工作，格栅拱架钢材下料过程中使用重型轻型设备多达四种，下料时间长。

（2）钢拱架加工过程中弯拱工序使用弯拱机，简单时间短，而格栅拱架加工所用模具，均需人工加工，一套格栅拱架模具需要根据格栅加工图纸加工出来，至少需要3天。

（3）焊接过程中，钢拱加工焊接部分结构简单，一榀钢拱架只有100-140个焊缝，焊缝总长度有3.5-4.9m,焊接工作时间短，格栅钢架焊接部分结构复杂，一般来说，一榀格栅拱架焊缝多达1148处，焊缝长度达87.65m,在一个焊接活动空间有限，在一定程度上也增加了格栅拱架焊接时间。

根据钢构件集中加工厂实际工作情况，以20榀拱架加工成品时间来比较的话，格栅需要5-6天，而钢拱架只需1-2天。

4格栅拱架和钢拱架的经济型比较

在现有的资料或论文中，经常会出现格栅相较于钢拱架在经济、重量和施工上面有优势的种种说法，但是根据钢构件加工厂在格栅拱架正常施工过程中的实际情况，进行了相关数据的统计和分析，证明格栅拱架比钢架在经济等上面的优势是比较片面的。

在当前许多资料上的数据均是说格栅拱架上比拱架经济，但那仅仅是针对200*200*10的工字钢和200规格的格栅来说的，虽然格栅拱架的规格不同，但是其每米重量几乎相同，几乎稳定在21Kg/m，而相对应尺寸的工字钢拱架，单位重和单价却相差较大。这主要是因为格栅拱架的构成是固定的，虽然格栅的规格（也就是主筋中心线的间距）变了，但是其使用的主筋依然没变，其他的几种钢筋也几乎没什么变化，而工字钢却不同了，钢拱的主要构成材料是工字钢，每种型号的工字钢的单位种相差很大。

5结论

格栅拱架和钢拱架都是喷锚支护隧道施工中的重要加固措施和手段，本文只是从两种拱架在钢构件加工厂正常加工的角度上进行了较为深入的讨论，得到了两者之间的差异和一些规律，也对现有的有关书面资料论述进行了辩论的分析和比较，旨在为以后的工作当中提供一些经验和参考。

参考文:

[1]重庆交通科研设计院.JTGD70-2004公路隧道设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[2]TZ204-2008，铁路隧道工程施工技术指南[S]．北京：中国铁道出版社，2008．

[3]TB10417-2003，铁路隧道工程施工质量验收标准[S]．北京：中国铁道出版社，2004．

[4]李树沈，冯丙阳等，隧道格栅拱架喷射混凝土支护力学特性[J]．煤炭学报，2014,39（a01）：57-63．

[5]曲海峰，朱合华等，隧道初期支护的钢拱架与格栅拱架选择研究[A]．地下空间与工程学报，2007（2）：258-262．

[6]韩强，王林，软岩隧洞施工种格栅拱架受力分析研究[J]．中国水运月刊，2012,12（3）：189-190．

作者简介：

1.陆致发（1983），男，贵州松桃县人，副经理，从事铁路、公路、水电施工技术及生产管理工作。