免切口技术在洞库口部施工中的应用

工地孔夫子... 发表于 2015-6-23 10:03:48 | 显示全部楼层 | 阅读模式
1. 工程及地质概况
$ n9 W% H! e" [  [# T+ h0 z+ _# Q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。* Z$ e  y  b* d$ U
2. 施工方法" t5 y* u5 Q+ n+ l+ Z# h" b
口部施工采用大管棚注浆免切口自然进洞法,具体做法: ) y0 w) P/ y% o# l+ A
(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。 5 B, E& q+ l4 W* Z' e9 t, c) o
.(2)管棚采用无缝钢管,?=108mm,壁厚6mm,长40m。 # h" Z( R* Y$ e& k* ?6 g) q
(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。
& v% f' `: C6 ~$ ^2 u/ g0 R* G( g1 K) b(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。. f3 P9 E7 ], T* A# `
(5)浆液材料。采用单液纯水泥浆。( L$ x0 C* `7 y) l+ y
(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。$ @. Y8 R3 ~3 L4 v  h6 z/ ?
(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。' V9 h+ x6 K7 j9 o1 J
3. 防护功能分析
6 y. h# k6 ~* L' W) k% O4 F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: # V0 a: h$ @- h4 h( Q
3.1 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。 1 [. U5 r& ^7 |: S0 L# J6 b
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。
  g! u% \) e( t8 z$ G; b( [' |& O3.3 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。. L5 i) n+ Z, d8 H; W9 g' K
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。 - M0 Z# k3 z9 ^8 e; O) r2 p
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。
' F: G$ S% w% T8 q  S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。
, C) O* {$ |% K1 ]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%。 & ~1 X1 h# U! l- g, f
岩体完整性的计算公式:
: H6 `% G8 y6 ]. }+ V( Sk?v=(.v.v.)?2.(1) / R) @3 r2 A. s+ s3 ]' r8 t
v——岩体中弹性波传播速度; . k$ x1 D1 d( N4 T4 P
v——岩石试件弹性波传播速度。 1 q$ z0 q' P$ ?$ ?
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。
: `; M& [  Z- R6 }! f7 ^8 Y7 m3.3.1 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]- [( {2 Y& o. B3 b& W
当v>200 ft/s时: & o6 C0 }" L/ C: @& p8 c( p" b
x=0.00178sn(w/a)??0.7?(v-100) .(2) ( L0 X$ `4 q) C+ P
式中:
  `1 k7 y7 g! Z, Q1 _s——表征岩石材料可侵彻性的指标。
0 W9 w$ @3 P) ds = 12( f?c?q )-0.3? .(3) 2 ^" K4 J/ V7 w4 h
f?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。
6 D$ ^; h# H% T" B$ n1 s! b5 jq ——.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。
$ y' s4 `/ a; y' y根据以上值计算,s取1.34。 2 u) n' `8 ?8 `2 z
n ——弹头形状系数,可按以下方法计算:
. X/ p( ~2 w9 B/ I; J  C; i. Jn=0.18 ln/d+0.56 .(4) ! m4 X: Q3 V& Q( R( z- `- a
w——射弹重量,lb;w取985.635 lb。
) Z( V6 h& _/ w8 C. Oa——射弹横截面面积,in?2;a取154.37 in?2。
  F( B, M) ^/ A" t- q% R命中速度取中速v=1300 ft/s(396m/s)。 ; s3 _. v6 T7 N# j  u
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:, S" O- J2 T* |/ r+ R# F
k?0k(.r.d.).(?.h.l.?)k??mc??.1.3.?≥r?0≥mk?z.4.c.: j) J- i! s) A  i$ O* c5 [2 \
k?z为介质材料的震塌系数??[3]?,可取0.42。
# V" o" V0 e: l! l故r?0的取值范围约为:3.78m≤r0≤4.16m。
  c1 @5 O; Z. O; s1 D. Z- k4. 结论
0 F5 N- I8 z; `( p  @) a8 |0 P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。
  a& f# l/ V6 A$ Z
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