免切口技術在洞庫口部施工中的應用

【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

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Rc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：

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Kv，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+3Rc+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( fc#8226;Q )-0.3 （3）

F_c ——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，f_c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：

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。

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（2008）04-27-017

［作者簡介］劉宇峰 (1976－)，男，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。