山东鲁南高速铁路第3标段关键线路上卧石岭隧道全长980m，隧道最大埋深53m，进、出口里程为D2K51+205—D2K52+185，隧道进口端及洞身段853.807m位于R=9 000m的左偏曲线上，出口端126.193m位于直线上，线路纵坡为6.0‰。隧道出口采用斜切式洞门，明洞二衬厚度80cm，明洞及洞门斜切段长12m(见图1)。

　　 本隧道施工时，由于工期紧，二衬施工速度跟不上开挖初支速度，需解决隧道出口明洞及洞门施工问题，以确保下一步轨道板安装的工期节点。

　　 考虑到隧道初支钢拱架设计为I18，为充分利用现有材料、加快施工进度，采用以I18为主的型钢制作轻便桁架支撑支架结构解决本隧道出口端明洞及洞门施工支撑问题。支架借鉴隧道二衬台车特点，以平面桁架作为支撑横梁，I32型钢做主立杆，辅以弧形桁架作为主要压弯结构受力，支架净高7m、净宽7m，满足下方车辆通行要求(见图2)。

　　 采用同济大学3D3S进行建模，三维模型如图3所示，实际计算时按空间桁架组进行强度、稳定性和变形计算复核。

　　 1)恒载支架拱顶混凝土自重，支架拱腰混凝土侧压力，方木、支架自重。

　　 2)活载人员、机械、混凝土振捣荷载等。

　　 根据相邻桁架间距1.5m，每榀桁架侧面混凝土侧压力恒载为75kN/m;帽檐顶拱形梁恒载按2.8m高混凝土自重考虑，加上模板自重，为72.8kN/m;活载为6kN/m。恒载分项系数为1.3，活载分项系数为1.5(见图4)。

　　 对结构进行强度、稳定性计算，如图5所示。

　　 位移计算如图6所示，最大空间位移5.8mm，符合要求。

　　 柱脚最大水平力为291kN，最大竖向力为434kN，位于帽檐正下方的桁架(见图7)。

　　 设计计算复核中还应计算剪应力，强度应力比最大的10个单元如表1,2所示。

　　 在计算模型中，可对任意单元进行结果查询，如图8所示。

　　 根据计算复核结果，支架结构钢材为Q235A，由9榀桁架做成，相邻间距1.5m，单榀桁架侧支撑为I32立柱+[14桁架，桁架横梁为I18+[14，部分桁架横梁顶根据实际情况设置型钢I32立杆+I18拱形梁。各钢结构杆件之间采用双面角焊缝焊接，焊缝高度>4mm。现场实测已完成暗洞衬砌最大净宽为13 485mm，左、右不对称，因此支架设计按最大净宽13 454mm考虑，衬砌内表面轮廓半径按6 730mm考虑(比设计大50mm)。桁架系统设计总高度为10 272mm，实测为10 280mm，基本吻合。

　　 为确保桁架整体稳定，采用[14a型钢顺路线方向连接，并在第一空、最后一空和中间空位置设置[14a剪刀撑。帽檐处集中荷载较大，根据计算结果，需在对应门式钢架处加强，采用双拼I18a作为弧形梁对对应的4榀刚架进行加强。支架系统底部侧压力较大，所以I32竖杆内侧设置I32斜撑链杆。

　　 支架满铺截面尺寸10cm×10cm纵向方木，方木上设置厚度12mm竹胶板，主要材料用量如表3所示。

　　 根据计算的柱脚反力，立柱I32斜撑柱底焊接20mm厚柱脚底钢板，钢板尺寸为0.5m×0.3m，每个柱脚于填充混凝土中钻孔植入8个M22×130螺栓，植筋胶灌满，腹板左、右侧对称各设置4个螺栓，植入长度≥40cm，螺栓与柱脚底钢板采用双螺母连接。底部I32竖直立柱采用6个M22×130螺栓植入即可。隧道往大里程方向为0.6%的纵坡，纵坡调节采用增加柱脚底钢板调节的方式。钢板上螺栓孔应采用数控割孔，禁止现场烧孔，螺栓采用双螺母固定。

　　 施工前根据支架设计图纸及实际仰拱填充标高进行测量，从而确定每榀支架的高度，支架根据地面高差控制在5cm以内的调整空间。根据设计图纸及材料标准进场型钢材料，加强对进场材料质量的把控。对各柱脚进行精确放样，根据场地实际情况设置标识、标牌，合理布设支架与通风管道的相对位置，及时反馈修改支架或管道布置。洞口端衬砌无预埋槽道等设计。

　　 1)型钢支架原材料进场后在场内进行精确下料，桁架在场内焊接，拱形背楞沿用隧道钢筋加工厂弯曲机进行弯曲，曲线应符合衬砌净空要求，预留5cm预偏量。

　　 2)拱形支架制作时在铺设的作业平台上进行画线、号料。放样和号料时应预留制作和安装时的焊接收缩余量及切割加工余量。号料的允许偏差为:各构件外形尺寸为±1.0mm，孔距为±0.5mm。

　　 3)构件下料采用氧乙炔焰与机械剪切的方法进行施工，机械剪切的允许偏差为:零件的宽度、长度为±3.0mm，边缘缺棱为1.0mm，型钢端部垂直度为2.0mm。

　　 4)构件剪切下料过程中，切割后采用砂轮打磨，去除毛刺;并应按顺序做好标识，以便组对。

　　 5)支架号料制作完成后进行自检，对不合格的号料进行返工，对组成各构件的单件应先进行调直矫正，其方法为火焰调直法、机械调直(含手工调直)法;经下料剪断由质检员检查合格后方可进行运输，确保现场拼装时无返工现象。

　　 6)支架各类角度可根据现场实际情况进行调整，调整角度≤2°。

　　 支架安装顺序为:安装立柱拱形支撑架→安装立柱柱脚斜撑→吊装门洞桁架横梁→安装顶部拱形背楞及支撑→安装纵向方木和竹胶板→安装帽檐模板及支撑→检查验收。

　　 1)立柱拱形支撑架安装可根据实际地面标高对立柱高度进行调整，柱脚为螺栓连接，钻孔直径为32mm，采用M22×130螺栓植筋锚固，并做抗拔试验。立柱柱脚主要为受压、受剪，需保证底部平整，清除表面杂物及浮浆，保证柱脚钢板均匀受力，保证安装后的立柱竖直，及时焊接纵向联系构件保证立柱拱形桁架的稳定性。及时使用全站仪对拱形背楞安装精度进行复核。

　　 2)立柱柱脚斜撑安装该杆件柱脚主要为抗剪构件，需保证连接钢板与植入螺栓接触紧密。先螺栓锚固斜撑，再进行斜撑与立柱的焊接。

　　 3)门洞桁架横梁安装场内加工完成，现场吊装，桁架与立柱的连接处为主要受力部位，此处焊缝质量、连接方式较重要，根据焊接工艺水平可适当增加连接钢板进行连接，此处为重点检查部位。

　　 4)顶部拱形背楞安装先安装拱形背楞进行初步定位，测量复核后，安装剩余竖向支撑，保证净空，帽檐下拱形钢架采用双拼I18a。

　　 5)纵向分配梁和模板在钢结构龙骨上采用10cm×10cm方木进行满铺，铺设时应保证拼装紧凑、无缝隙，对不合格的方木及时替换。在满铺方木上采用12mm厚竹胶板顺线路方向铺设，宽30cm，保证拼接时无缝隙。

　　 6)帽檐模板及支撑安装帽檐模板采用定型钢模板，钢管支撑固定牢靠，全站仪准确测量调节帽檐模板的标高和角度。整体支架模板体系安装完毕绑扎钢筋前，测量组应进行复核验收，混凝土浇筑前还要进行再次复核。

　　 本结构受力明确，变形非常小，施工中未考虑预压，重点对节点焊接质量进行了验收。

　　 1)优点本支架结构单榀≤3t，总质量<30t，相比于隧道二衬台车大大节约了材料和费用，而且材料可回收，可拆散后重复利用到其他类似工程;从钢支架制作到施工完成耗时<1个月。其适用于隧道工期紧、受断面尺寸及现场场地限制等因素影响的条件。

　　 2)有待改进之处本结构拼装时用到方木作为纵向分配梁，方木用量大，对方木的尺寸要求严格，否则影响成型的混凝土平整度。另外，立柱柱脚如有条件应提前考虑在填充混凝土中埋设抗剪键，尽量避免采用柱脚螺栓抗剪。