隧道支护钢拱架应用

无论是采用喷射混凝土还是锚杆（抑或是加长、加密锚杆）或是在混凝土中加入钢筋网、钢纤维，主要是利用其柔性和韧性，而对其整体刚度并未过多要求。这对支护不太破碎的围岩并使其稳定是可行的。但当围岩软弱破碎严重且自稳定性差时，开挖后就要求早期支护具有很大的刚度，以阻止围岩的过度变形和承受部分松弛荷载。钢拱架就有这样的力学性能。

钢拱架构造组成

钢拱架可以采用型钢、工字钢、钢管或者钢筋组成。现场采用以钢筋制作的格栅钢架较多。如图所示：

钢拱架性能特点

（1）钢拱架的整体刚度很大，可以提供较大的早期支护刚度；型钢拱架较格栅钢架能更早承载。

（2）钢拱架可以很好的与锚杆、钢筋网、喷射混凝土相结合，构成联合支护，增强支护的有效性，且受力条件较好，尤其以格栅钢架结合最好。

（3）格栅钢架采用钢筋现场加工制作，技术难度和要求并不高；对隧道段面变化要求并不高。

（4）钢拱架的装架设方便

设计要点

（1）从理论上讲，钢拱架要按其与锚杆、喷射混凝土共同工作状态来设计，即按照P=Ku（P为支护阻力；K为支护刚度；u为位移）来确定初期支护的最大阻力。但由于在软弱破碎围岩中，围岩变形和支护之间的极限平衡随着支护变形程度而变化，难以确定。另一方面由于软弱破碎围岩早期变行快，有可能造成较大变形和一定范围的松弛荷载，因此钢拱架的设计可按照其单独承受早期松弛荷载来设计。根据设计、施工经验、早起松弛荷载的量值一般按照全部松弛荷载的10—40%来考虑，用下式表示

Q=uq

Q—刚拱承受的早期松弛荷载

q—围岩松弛荷载，按照松弛荷载统计公式计算

u—钢拱架的荷载系数，一般为0.1—0.4

（2）拟定钢拱架尺寸后，进行强度、刚度、稳定性检算。常用的钢拱架设计参数见表

（3）钢拱架的截面高度应与喷射混凝土厚度相适应，一般为16—20cm，且要有一定的保护层。钢拱架通常是在初喷封面混凝土后架设的，初喷混凝土厚度4cm

（4）为架设方便，每榀钢拱架一般分为2—6节，并保证接头刚度，节数应与断面大小及开挖方法相适应。每榀钢拱架之间应设置不小于直径为22mm的纵向钢拉杆。

（5）当围岩变形量较小或只容许围岩有小变形量时，钢拱架可以设计为固定性。当围岩流动性强、变形量大，且容许围岩较大变形时，宜将拱架设计为可缩行，其可缩节点设置在拱顶节点处。

钢拱架施工要点

（1）钢拱架应架设在隧道横向竖直平面内，其垂直度容许误差±2°。

（2）钢拱架的拱角应稳定，一般设有垫、纵向托梁、锁脚锚杆等

（3）钢拱架的安设应该在开挖后的两小时内完成。

（4）钢拱架应尽可能多的与锚杆露头及钢筋网焊接，以增强其联合支护效应。

（5）可缩性钢拱架的可缩行性节点不宜过早喷射混凝土，带起收缩合拢后，再补喷射混凝土。

（6）喷射混凝土时，应注意将钢拱架与岩面之间的间隙喷射密实。

（7）喷射混凝土应分层分次喷射完成，初期喷混凝土应尽早完成，复喷混凝土应在量测指导下进行，以保证其适时、有效。

联合支护

前面分别介绍了锚杆（系统锚杆、局部锚杆）、喷射混凝土、钢筋网喷射混凝土、纤维喷射混凝土、钢拱架（型钢拱架或格栅拱架）等常规支护。在隧道工程中，为适应地质条件和结构条件变化，常将各种单一结构进行恰当组合，共同构成较为合理的、有效的、经济的支护结构体系，通常为联合支护。

目前在隧道工程中，作为初期支护，使用最多的组合形式是锚杆（主要指系统锚杆）加喷射混凝土（素喷或者网喷）。因此，初期支护可以称为锚喷支护，它是一种最基本的组合形式。

联合支护施工不仅应满足各部件安设施工的技术要求，还应该注意以下事项

（1）联合支护宜联不宜散，彼此要直接的牢固相连，以充分发挥联合支护效应

（2）钢筋网及钢拱架要尽可能多的与锚杆头焊连，锚杆头要适量露头。

（3）钢筋网及钢拱架要被喷射混凝土所包裹、覆盖、即喷射混凝土要与钢筋网和钢拱架包裹密实。

（4）分次施作的联合支护，应尽快将其连接，如超前锚杆

与系统锚杆及钢拱架链接。

（5）分次施作的联合支护，应在量测指导下进行设计施作，以做到及时有效，并作适当调整。