免切口技术在洞库口部施工中的应用

免切口技术在洞库口部施工中的应用

刘宇峰江波陈太林夏松林

摘要：在某洞库口部施工中采用了大管棚注浆免切口技术，介绍了具体的施工方法，对坑道口部结构抗力进行了验算，结果表明：洞库口部岩体质量指标BQ由管棚注浆前的180左右提高到管棚注浆后的350左右，工程岩体质量提高了2个级别，并且其抗侵彻能力及抗震塌性能均有一定提高，R0介于3.78m～4.16m间。

关键词：大管棚；注浆；免切口；洞库口部；施工方法

中图分类号：U455.49文献标识码：B

ApplicationofCutAvoidanceTechnologyonCavityGatewayConstruction

LIUYU-feng,JIANGBo，XIASonglin，CHENTailin

(DepartmentofAirfieldEngineering，XuZhouAirForceCollege，Xuzhou，Jiangsu221000，China)

Abstract:Largepipe-sheltercutavoidancetechnologyisusedintheconstructionofsomecavitygateway,anditsdetailsareintroduced.Thestructureresistanceofcavitygatewayiscalculated,andtheresultsshowthatBQ,whichistherockqualityindexofcavitygateway,hasenhancedfrom180to350.Therockqualityhasincreased2levels,andbothofitsabilitiesofanti-penetrationandanti-collapsegetimproved,whilethevalueofR0isbetween3.78mand4.16m.

Keywords:largepipe-shelter;grouting;cutavoidance;cavitygateway;constructionmethod

1工程及地质概况

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。

2施工方法

口部施工采用大管棚注浆免切口自然进洞法，具体做法：

（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。

（2）管棚采用无缝钢管，Φ=108mm，壁厚6mm，长40m。

（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。

（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。

（5）浆液材料。采用单液纯水泥浆。

（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。

（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。

3防护功能分析

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：

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（73.228in），弹丸直径0.356m（14.02in），装药质量202kg（445.41磅），当量系数1.35。

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。

3.3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。

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，Φ=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。

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。

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Rc增长率达到100%左右，可取20MPa。

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%。

岩体完整性的计算公式：

V—岩体中弹性波传播速度；

v—岩石试件弹性波传播速度。

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Kv，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+3Rc+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。

（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]：

当V＞200ft/s时：

X=0.00178SN(W/A)0.7(V-100)（2）

式中：

S——表征岩石材料可侵彻性的指标。

S=12(fcQ)-0.3（3）

fc——岩石的无侧限抗压强度，lb/in2；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，fc可取20MPa。

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。

根据以上值计算，S取1.34。

N——弹头形状系数，可按以下方法计算：

N=0.18Ln/D+0.56（4）

W——射弹重量，lb；W取985.635lb。

A——射弹横截面面积，in2；A取154.37in2。

命中速度取中速V=1300ft/s（396m/s）。

（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：

Kz为介质材料的震塌系数[3]，可取0.42。

故R0的取值范围约为：3.78m≤R0≤4.16m。

4结论

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。

参考文献：

[1]中华人民共和国水利部.GB50218-94.工程岩体分级标准[S].北京:中国计划出版社，1995.

[2]金丰年，徐汉中，刘黎.用Young公式计算GBU-28侵彻的不同围岩深度[J].解放军理工大学学报(自然科学版)，2004，5(6)：33～36.

[3]王年桥.防护结构计算原理与设计.解放军理工大学工程兵工程学院，2002.

[作者简介]：刘宇峰(1976－)，男，湖南韶山人，徐州空军学院在读硕士研究生，主要研究方向为机场工程。15950674319

[单位地址]：徐州空军学院研究生管理大队41队（221000）

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