2009年监理工程师考试辅导：隧道工程质量的控制

　　(3)钢架

　　钢架具有较大的支护强度和刚度，安装后可立即承受开挖所引起的松坳压力。钢架可作临时支护单独使用，也可与锚杆、喷混凝土一起作永久支护，配合超前支护其效果更好。

　　A、使用条件

　　(a)自稳定时间很短的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类围岩，在锚杆或喷射混凝土支护发挥作用前，可能发生围岩失稳或坍塌危险时。

　　(b)浅埋、偏压隧道，当早期围岩压力增长快，需要提高初期支护的早期强度和刚度时。

　　(c)在难以施作锚杆、喷射混凝土的砂卵石、土夹石或断层泥等地层，大面积淋水地段，以及为了抑制围岩大的变形需增加支护抗力时。

　　(d)当需要施作超前支护，设置钢架作为超前锚杆(或超前小钢管等)的支承构件时。

　　B、钢架构造和安装要求

　　(a)钢架与锚喷支护联合使用时，应保证钢架(或格栅钢架主筋)与围岩之间的混凝土厚度不小于40mm.

　　(b)钢架的纵向间距，一般在0.6~1.2m，且不宜大于1.2m，两榀钢架之间应设置直径为20~22mm的钢拉杆，沿钢架每1~2m设一根。

　　(c)围岩压力一般通过楔子传到钢架上，故钢架与围岩间应楔紧。从试验资料看，单线隧道加9个楔子时，钢架强度可发挥100%，加5个楔子时，只能发挥强度的80%，故楔子间距宜为1.2m左右。

　　(d)接头是钢架的弱点，因此应减少接头数量。据双线隧道上半断面钢架试验，两节钢架(在对称和偏压荷载作用下)较四节钢架承载力提高近一倍。考虑施工要求，拱部和边墙部分宜采用四~六节钢架。

　　(e)钢架接头通常用连接板和螺栓连接，并要求易于安装。

　　(f)为防止钢架承载而下沉，钢架下端应设在稳固地层上，或设在为扩大承压面的钢板、混凝土垫块止，钢架立柱埋入底板深度不应小于15mm，当有水沟时不应高于水沟底面。

　　(g)开挖下台阶时，为防止钢架拱脚下沉、变形，根据需要在拱脚下可设纵向托梁，把几排钢架连为一整体。

　　C、刚性钢架和格栅钢架、可缩性钢架等类型以往我国多用工字钢、旧钢轨和钢管制造，这种刚架的刚度和强度大，可作临时支撑并单独承受较大的围岩压力，也可设于混凝土内作永久衬砌。在Ⅰ、Ⅱ类软弱破碎围岩中施工或处理坍方时使用较多，但这类钢架与喷射混凝土粘结不好，与围岩间的空隙难于用喷射混凝土紧密充填，导致钢架附近喷射混凝土出现裂缝。

　　工字钢的垂直和水平方向不是等强度和等刚度的，容易横向失稳、扭曲破坏。钢管钢架断面的各向强度和刚度相同，抗压、抗扭曲强度高，钢管内充填砂浆或混凝土时，其强度更高。

　　刚性钢架常用10~20号工字钢，11~24kg/m轻轨或38、43kg/m钢轨，φ100~φ180mm钢管。

　　D、格栅钢架

　　1)格栅钢架的特点

　　(a)格栅钢架是由钢筋焊接而成的格栅构架，其断面形状和尺寸，能根据需要而设计，对大跨度坑道特别适用。

　　(b)钢架安装后可立即承受部分松动荷载，当锚杆喷射混凝土达到一定强度后，便能共同承受逐渐增长的围岩压力，这就符合新奥法先柔后刚的支护原则。

　　(c)与喷射混凝土粘结较好，能形成钢筋混凝土结构，更好地发挥支护作用。

　　(d)钢架与围岩间的空隙，能被喷射混凝土填实，有利于结构受力。

　　2)钢筋网喷砼：钢筋网可提高喷砼的抗剪和与围岩的粘结强度，有利于抵抗岩石塌落掉块和承受冲击荷载，能提高喷砼的整体性，使其应力分布均匀，从而减少砼的收缩和裂缝，在变形较大而自稳性较差的软弱围岩中，应设1~2层钢筋网。

　　钢筋网一般采用φ4~φ10的Ⅰ号钢筋，其网眼间距一般15~30cm，当小于15cm时，回弹增加;当大于30cm将大减弱钢筋网在喷砼中的作用。钢筋网的保护层厚应≥20cm.当设双层钢筋网时，当第一层的喷砼基本覆盖后再铺设第二层。

　　3)钢纤维喷砼：钢纤维喷砼的力学性能优于不掺钢纤维的砼，从大量的国内外试验证明，掺钢纤维后喷砼的抗弯强度提高30%~90%;拉强度提高30%~60%;压强度提高5%~10%;冲击能力提高8倍以上，其韧性提高10倍以上，但钢纤维喷砼的成本高、工艺复杂、喷射机械和管路磨损率大。