免切口技術在洞庫口部施工中的應用
2012-12-31 00:00:00劉宇峰江波陳太林夏松林
中華建設科技 2012年8期
【摘 要】.在某洞庫口部施工中采用了大管棚注漿免切口技術，介紹了具體的施工方法，對坑道口部結構抗力進行了驗算，結果表明：.洞庫口部巖體質量指標BQ由管棚注漿前的180左右提高到管棚注漿后的350左右，工程巖體質量提高了2個級別，并且其抗侵徹能力及抗震塌性能均有一定提高，R0介于3.78m～4.16m間。..
【關鍵詞】 .大管棚；注漿；免切口；洞庫口部；施工方法
Application of Cut Avoidance Technology on Cavity Gateway Construction
Liu Yu-feng，Jiang Bo，Chen Tai-lin，Xia Song-lin
(Department of Airfield Engineering XuZhou Air Force College Xuzhou Jiangsu 221000).
【Abstract】.Large pipe-shelter cut avoidance technology is used in the construction of some cavity gateway， and its details are introduced. The structure resistance of cavity gateway is calculated， and the results show that BQ， which is the rock quality index of cavity gateway， has enhanced from 180 to 350. The rock quality has increased 2 levels， and both of its abilities of anti-penetration and anti-collapse get improved， while the value of R0 is between 3.78m and 4.16m..
【Key words】.Large pipe-shelter;Grouting;Cut avoidance;Cavity gateway;Construction method
1. 工程及地質概況.
大管棚注漿免切口施工法應用于東南沿海某地下防護工程進洞施工。該工程位于侵蝕剝蝕低山丘陵地帶，距某活動斷裂較近，場地附近構造及節理發育，圍巖巖性為深灰色泥巖，中薄層狀結構，單軸飽和抗壓強度為7.0～14.2MPa，地質勘察報告確定該圍巖為Ⅴ級圍巖，巖體巖質較軟，斷層節理發育，巖體破碎。.
2. 施工方法.
口部施工采用大管棚注漿免切口自然進洞法，具體做法：
（1）在開挖起始點沿洞口方向適當距離（穿過風化堆積層至巖石）內打入2～4排大管棚，灌注水泥漿液，使管棚周圍1～2m范圍內的破碎圍巖在水泥漿液的作用下形成具有一定強度的巖體，然后在管棚支護作用下進行口部開挖。由于山坡坡度的存在，進洞起始少量削坡。
.（2）管棚采用無縫鋼管，=108mm，壁厚6mm，長40m。.
（3）在邊墻兩側按設計間距各打2行管棚至邊墻底部。口部開挖后，及時錨噴并安置格柵拱，格柵拱根據現場地基承載力情況按設計圖紙制作，嚴格按照規范安裝，間距根據實際情況進行適當調節。.口部及口部邊坡處掛鋼筋網使噴射混凝土與自然邊坡牢固連接。.
（4）每根鋼管之間的相互距離（含排與排之間的距離）為60～80cm。拱角以上的支護范圍內打4排，邊墻兩側支護范圍內各打兩行，排與排之間距離為60～80cm，呈梅花型布置。
（5）漿液材料。采用單液純水泥漿。
（6）格柵拱架。先按設計圖放樣加工好拱部、側墻格柵后，安裝焊接完成時進行噴射混凝土的施工。待仰拱格柵做好后，將預留核心土挖至仰拱底標高后放置仰拱格珊，同時澆筑混凝土，進行養護。然后進行下一個循環的施工。
（7）工程竣工后，整個洞口口部無邊坡、削坡、切口等施工痕跡，俯視基本見不到洞口，只有平視才只能見到洞口，極大提高了口部隱蔽性。.
3. 防護功能分析.
按照工程設計，本坑道工程防精確武器打擊，抗常規武器打擊強度等級為Ⅲ級，即抗1000磅精確制導鉆地彈直接命中；抗核武器打擊強度等級也為Ⅲ級，即第一道防護設備抗沖擊波超壓為2.4MPa。本工程中采用的免切口管棚支護技術施工后的坑道口部，按美軍常用的MK83炸彈，對其結構抗力進行了驗算，有關技術數據如下：
3.1 導彈參數指標。按常規武器1000磅低阻式爆破彈(MK83)設計，彈丸質量447Kg（985.635磅），長度1.86m（73.228 in），彈丸直徑0.356m （14.02 in），裝藥質量202Kg（445.41磅），當量系數1.35。
3.2 抗力標準要求。要求在坑道口部防護門外一段距離內區域，在1000磅低阻式精確制導爆破彈直接命中情況下能夠有效生存，能夠抗導彈侵徹和侵后裝藥爆炸產生的震塌效應。
3.3 結構抗1000磅精確制導低阻式爆破彈抗力驗算。坑道各口部大管棚加固長度為30m～33m，施工處坡角約為45°，選取口部I-I通道斷面為例進行抗力計算，坑道口部I-I通道向里28m處為第一道防護門，I-I斷面底凈寬4.0m，高度為4.6m，總長度約為130余米。
本工程中坑道拱角以上部位的大管棚加固范圍為3.5m，邊墻部位為2.0m。采用無縫鋼管，=108mm，壁厚h=6mm。大管棚注漿管布置，拱角以上加固范圍內打4排，邊墻兩側加固范圍內各打2排，排與排之間距離為80cm，內圈管孔間距為0.6m，其它各圈管孔相互間依次呈梅花型布置。
設計注漿滲透半徑為1.5m，實際的注漿施工過程中，在距洞頂垂距5.1m（距注漿管棚2m左右）的山坡上環向排水溝，溝底拱起，并局部有漿液滲出，由此可知，注漿范圍達到要求，實際超過5m。
在由無縫鋼管制成的大管棚所布置的3.5m范圍內，所注漿液僅水泥用量就達到120T，經過現場采樣及實驗室實驗，采用大管棚注漿加固5m范圍內，巖石的各項力學指標都得到大幅度提高，其中抗壓強度Rc增長率達到100%左右，可取20MPa。
現場大量聲波測試表明，坑道口部大管棚注漿加固5m范圍內，聲波速度提高50～60%。
巖體完整性的計算公式：
Kv=(.V.v.)2.(1)
V——巖體中彈性波傳播速度；
v——巖石試件彈性波傳播速度。
坑道口部大管棚注漿加固5m范圍內，注漿后巖體的完整性系數Kv，由注漿前的0.25左右，提高到0.60左右。根據國家《工程巖體分級標準》（GB50218-94）［1］規定的巖體基本質量指標BQ=90+3Rc+250KV，工程巖體質量指標BQ由管棚注漿前的180左右提高到管棚注漿后的350左右。測試結果表明坑道口部大管棚注漿加固后的工程巖體質量提高了2個級別。
3.3.1 抗侵徹能力的驗算。在1000磅低阻式精確制導爆破彈直接命中情況下，根據最為典型和常用的Young公式［2］：
當V＞200 ft/s時：
X=0.00178SN(W/A)0.7(V-100) .（2）
式中：
S——表征巖石材料可侵徹性的指標。
S = 12( fc?Q )-0.3 .（3）
fc ——.巖石的無側限抗壓強度，lb/in2；根據以上分析可知，坑道口部大管棚注漿加固后，巖石物理力學性能大大提高，fc可取20MPa。.
Q ——.表征巖石質量的指標，受節理、裂縫等因素的影響，根據以上分析可知，坑道口部大管棚注漿加固后，工程巖體質量提高了2個級別，由Ⅴ級圍巖上升為Ⅲ級圍巖，所以Q可取0.5。.
根據以上值計算，S取1.34。
N ——彈頭形狀系數，可按以下方法計算：
N=0.18 Ln/D+0.56 .（4）
W——射彈重量，lb；W取985.635 lb。
A——射彈橫截面面積，in2；A取154.37 in2。
命中速度取中速V=1300 ft/s（396m/s）。
3.3.2 抗爆炸震塌抗力驗算。大管棚注漿（鋼管混凝土）構件具有良好的延性和吸能性，這在一定程度上增強了巖土的抗拉強度，因此大管棚注漿加固層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巖土和強度較低的鋼筋混凝土之間，即：
K0K(.R.D.).(.h.l.)Kmc.1.3.≥R0≥mKZ.4.c.
Kz為介質材料的震塌系數［3］，可取0.42。
故R0的取值范圍約為：3.78m≤R0≤4.16m。.
4. 結論.
該工程采用大管棚注漿免切口技術后，不僅減少了工程量，縮短了工期，還通過注漿加固了口部巖土，有利于頭部的擴挖與被復，施工安全性好，而且工程竣工后，整個口部沒有邊坡、削坡、切口等明顯施工痕跡，極大地提高了口部隱蔽性。該方法對今后類似工程施工具有一定借鑒作用。
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參考文獻.
［1］ .中華人民共和國水利部. GB50218 - 94. 工程巖體分級標準［S］. 北京:中國計劃出版社，1995.
［2］ 金豐年，徐漢中，劉黎. 用Young公式計算GBU-28侵徹的不同圍巖深度［J］. 解放軍理工大學學報(自然科學版)，2004，5(6)：33～36.
［3］ 王年橋. 防護結構計算原理與設計. 解放軍理工大學工程兵工程學院，2002
［文章編號］.1619-2737（2012）04-27-017.
［作者簡介］劉宇峰 (1976－)，男，籍貫：湖南韶山人，徐州空軍學院在讀碩士研究生，主要研究方向為機場工程。
