1. 工程及地质概况
) d$ D0 B3 h+ U) J! l9 {( L0 B大管棚注浆免切口施工法应用于东南沿海某地下防护工程进洞施工。该工程位于侵蚀剥蚀低山丘陵地带,距某活动断裂较近,场地附近构造及节理发育,围岩岩性为深灰色泥岩,中薄层状结构,单轴饱和抗压强度为7.0~14.2mpa,地质勘察报告确定该围岩为ⅴ级围岩,岩体岩质较软,断层节理发育,岩体破碎。$ [* u1 n& j/ N
2. 施工方法
' H- v' ~; E7 a/ A口部施工采用大管棚注浆免切口自然进洞法,具体做法: 3 z: u$ ], O' ~+ e f2 h
(1)在开挖起始点沿洞口方向适当距离(穿过风化堆积层至岩石)内打入2~4排大管棚,灌注水泥浆液,使管棚周围1~2m范围内的破碎围岩在水泥浆液的作用下形成具有一定强度的岩体,然后在管棚支护作用下进行口部开挖。由于山坡坡度的存在,进洞起始少量削坡。 ! \# p$ m" R' Z) e# Y5 i8 o
.(2)管棚采用无缝钢管,?=108mm,壁厚6mm,长40m。 , E. D: _9 F# H# Q% u$ @6 Z, y& Z9 i$ Y
(3)在边墙两侧按设计间距各打2行管棚至边墙底部。口部开挖后,及时锚喷并安置格栅拱,格栅拱根据现场地基承载力情况按设计图纸制作,严格按照规范安装,间距根据实际情况进行适当调节。.口部及口部边坡处挂钢筋网使喷射混凝土与自然边坡牢固连接。$ a" A# V" T! X C' s) Z# K* S
(4)每根钢管之间的相互距离(含排与排之间的距离)为60~80cm。拱角以上的支护范围内打4排,边墙两侧支护范围内各打两行,排与排之间距离为60~80cm,呈梅花型布置。- N6 [+ H% W2 ^8 s% A4 }
(5)浆液材料。采用单液纯水泥浆。
; [/ J" c1 E `(6)格栅拱架。先按设计图放样加工好拱部、侧墙格栅后,安装焊接完成时进行喷射混凝土的施工。待仰拱格栅做好后,将预留核心土挖至仰拱底标高后放置仰拱格珊,同时浇筑混凝土,进行养护。然后进行下一个循环的施工。( I" l: G4 V; p( K0 A4 ?
(7)工程竣工后,整个洞口口部无边坡、削坡、切口等施工痕迹,俯视基本见不到洞口,只有平视才只能见到洞口,极大提高了口部隐蔽性。0 P! f9 Z) O# \3 r: Q, @0 e/ k
3. 防护功能分析
! ~# X. C, }3 P4 X$ y1 Q& l按照工程设计,本坑道工程防精确武器打击,抗常规武器打击强度等级为ⅲ级,即抗1000磅精确制导钻地弹直接命中;抗核武器打击强度等级也为ⅲ级,即第一道防护设备抗冲击波超压为2.4mpa。本工程中采用的免切口管棚支护技术施工后的坑道口部,按美军常用的mk83炸弹,对其结构抗力进行了验算,有关技术数据如下:
4 A4 Z8 [# N9 o2 f3.1 导弹参数指标。按常规武器1000磅低阻式爆破弹(mk83)设计,弹丸质量447kg(985.635磅),长度1.86m(73.228 in),弹丸直径0.356m (14.02 in),装药质量202kg(445.41磅),当量系数1.35。
) J" h2 |' {2 @' P" {3.2 抗力标准要求。要求在坑道口部防护门外一段距离内区域,在1000磅低阻式精确制导爆破弹直接命中情况下能够有效生存,能够抗导弹侵彻和侵后装药爆炸产生的震塌效应。
. X' b$ p! A, {% ]0 G% K V, G; L3.3 结构抗1000磅精确制导低阻式爆破弹抗力验算。坑道各口部大管棚加固长度为30m~33m,施工处坡角约为45°,选取口部i-i通道断面为例进行抗力计算,坑道口部i-i通道向里28m处为第一道防护门,i-i断面底净宽4.0m,高度为4.6m,总长度约为130余米。
; G. v! J) P" p) Q本工程中坑道拱角以上部位的大管棚加固范围为3.5m,边墙部位为2.0m。采用无缝钢管,=108mm,壁厚h=6mm。大管棚注浆管布置,拱角以上加固范围内打4排,边墙两侧加固范围内各打2排,排与排之间距离为80cm,内圈管孔间距为0.6m,其它各圈管孔相互间依次呈梅花型布置。
8 V) s% ~$ D5 ?8 {; O设计注浆渗透半径为1.5m,实际的注浆施工过程中,在距洞顶垂距5.1m(距注浆管棚2m左右)的山坡上环向排水沟,沟底拱起,并局部有浆液渗出,由此可知,注浆范围达到要求,实际超过5m。 2 z* ], ]1 z: ]: I k( | M
在由无缝钢管制成的大管棚所布置的3.5m范围内,所注浆液仅水泥用量就达到120t,经过现场采样及实验室实验,采用大管棚注浆加固5m范围内,岩石的各项力学指标都得到大幅度提高,其中抗压强度r?c增长率达到100%左右,可取20mpa。
! l) ]4 `2 K t现场大量声波测试表明,坑道口部大管棚注浆加固5m范围内,声波速度提高50~60%。 8 \7 o5 A J7 D& z6 c
岩体完整性的计算公式:
9 B+ L1 m4 {* w, G z7 O1 k$ mk?v=(.v.v.)?2.(1) 3 u. \4 @' _. X$ f/ \# C3 g/ [- S. q
v——岩体中弹性波传播速度;
: t Y5 u6 y sv——岩石试件弹性波传播速度。 # A1 e+ B& T. u j
坑道口部大管棚注浆加固5m范围内,注浆后岩体的完整性系数k?v,由注浆前的0.25左右,提高到0.60左右。根据国家《工程岩体分级标准》(gb50218-94)??[1]?规定的岩体基本质量指标bq=90+3r?c+250kv,工程岩体质量指标bq由管棚注浆前的180左右提高到管棚注浆后的350左右。测试结果表明坑道口部大管棚注浆加固后的工程岩体质量提高了2个级别。6 d2 ?8 T2 A+ |8 b6 n# ]. v
3.3.1 抗侵彻能力的验算。在1000磅低阻式精确制导爆破弹直接命中情况下,根据最为典型和常用的young公式??[2]' _3 y$ z& ~; c9 @
当v>200 ft/s时: - V% t4 _& v& q7 z; x# h% B0 l
x=0.00178sn(w/a)??0.7?(v-100) .(2) $ u9 A/ P, W# E3 ?7 T* O4 z8 F
式中:
0 o/ S4 s" ] d2 @& a% m9 p- as——表征岩石材料可侵彻性的指标。
6 A* B/ j k9 X% m$ l: |3 S" ?s = 12( f?c?q )-0.3? .(3)
! E* }9 Z4 ]9 Vf?c ——.岩石的无侧限抗压强度,lb/in?2;根据以上分析可知,坑道口部大管棚注浆加固后,岩石物理力学性能大大提高,f?c可取20mpa。. b' o$ X. I7 h L) y
q ——.表征岩石质量的指标,受节理、裂缝等因素的影响,根据以上分析可知,坑道口部大管棚注浆加固后,工程岩体质量提高了2个级别,由ⅴ级围岩上升为ⅲ级围岩,所以q可取0.5。 # d4 X% w2 T/ }# `( D
根据以上值计算,s取1.34。 9 y4 o2 |) W9 d( f4 z( B
n ——弹头形状系数,可按以下方法计算:
# V* G" P- {& f& K( X7 R d& Ln=0.18 ln/d+0.56 .(4)
{! ^" r/ E4 n2 f$ K+ Uw——射弹重量,lb;w取985.635 lb。
6 b- e, s6 q( |7 }# fa——射弹横截面面积,in?2;a取154.37 in?2。
6 W" R# j7 d6 _0 i' q命中速度取中速v=1300 ft/s(396m/s)。 9 _+ `5 w& H1 F/ S5 y
3.3.2 抗爆炸震塌抗力验算。大管棚注浆(钢管混凝土)构件具有良好的延性和吸能性,这在一定程度上增强了岩土的抗拉强度,因此大管棚注浆加固层抗爆炸震塌性能得到一定提高,其抗爆炸震塌性能介于未加固的岩土和强度较低的钢筋混凝土之间,即:
1 W, k4 P; ]% {; x) i* \k?0k(.r.d.).(?.h.l.?)k??mc??.1.3.?≥r?0≥mk?z.4.c.
/ ?$ S4 J4 V$ _" V. \9 [: U6 a. f+ Dk?z为介质材料的震塌系数??[3]?,可取0.42。/ X0 t+ F" c- x4 L- I4 I7 C; k$ V
故r?0的取值范围约为:3.78m≤r0≤4.16m。
$ I k) B' Z+ d8 G1 f' L4. 结论5 C2 e3 B8 v4 Z) U
该工程采用大管棚注浆免切口技术后,不仅减少了工程量,缩短了工期,还通过注浆加固了口部岩土,有利于头部的扩挖与被复,施工安全性好,而且工程竣工后,整个口部没有边坡、削坡、切口等明显施工痕迹,极大地提高了口部隐蔽性。该方法对今后类似工程施工具有一定借鉴作用。" X5 k: X3 h; K- a# C2 {1 I
|