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隧道工程第8章隧道施工方法學(xué)習(xí)本章目的:(1)掌握新奧法隧道施工的基本方法;(2)掌握不良地質(zhì)隧道的施工方法;(3)掌握隧道開(kāi)挖方法和主要支護(hù)手段。第八章隧道施工方法10.1概述10.2新奧法施工10.3傳統(tǒng)的礦山法10.4不良地質(zhì)條件下隧道施工10.5隧道開(kāi)挖10.6隧道支撐及襯砌施工10.1概述1、隧道工程特點(diǎn)2、隧道施工應(yīng)遵循的基本精神和原則3、隧道施工方法及其選擇
4、隧道施工技術(shù)的發(fā)展
1、隧道工程特點(diǎn)隧道施工過(guò)程通常包括:在地層中挖出土石,形成符合設(shè)計(jì)輪廓尺寸的坑道;進(jìn)行必要的初期支護(hù)和砌筑最后的永久襯砌,以控制坑道圍巖變形,保證隧道長(zhǎng)期地安全使用。其特點(diǎn)可歸納如下:⑴隧道工程全部為隱蔽工程,工程地質(zhì)和水文十分重要,甚至起決定性的作用;⑵公路隧道是一個(gè)形狀扁平的建筑物,施工工作面少(正常情況下只有進(jìn)、出口兩個(gè)工作面),工期較長(zhǎng);⑶施工環(huán)境差,采取有效措施加以改善;⑷工程施工不受季節(jié)變換及氣候變化的影響;⑸施工工地一般都位于偏遠(yuǎn)的深山狹谷之中,往往遠(yuǎn)離既有交通線,運(yùn)輸不便,供應(yīng)困難;⑹公路隧道埋設(shè)于地下,一旦建成就難以更改,所以,除了事先必須審慎規(guī)劃和設(shè)計(jì)外,施工中還要做到不留后患。2、隧道施工應(yīng)遵循的基本精神和原則
⑴在施工中必須充分保護(hù)圍巖,避免過(guò)渡破壞和損傷遺留圍巖的強(qiáng)度,使暴露的圍巖盡量保留既有的質(zhì)量,因此,采用控制爆破技術(shù)是必要的;⑵為了充分發(fā)揮圍巖的承載力,應(yīng)允許并控制圍巖的變形●允許圍巖變形達(dá)到不在圍巖中形成松弛的量級(jí);●必須限制圍巖變形,使圍巖不會(huì)過(guò)渡松弛而喪失或大大降低承載力;⑶變形的控制主要通過(guò)支護(hù)阻力(即各種支護(hù)結(jié)構(gòu))的效應(yīng)達(dá)到的。因此,在施工中必須合理決定:①支護(hù)結(jié)構(gòu)的類型②支護(hù)結(jié)構(gòu)參與工作的時(shí)間③各種支護(hù)手段的相互配合④底部封閉時(shí)間⑤1次掘進(jìn)長(zhǎng)度等等;⑷必須在施施工中進(jìn)進(jìn)行實(shí)地地量測(cè)監(jiān)監(jiān)控,及及時(shí)提出出可靠的的、足夠夠數(shù)量的的量測(cè)信信息,以以指導(dǎo)施施工和設(shè)設(shè)計(jì);⑸在施工過(guò)過(guò)程中,,必須建建立設(shè)計(jì)計(jì)-施工工檢驗(yàn)--地址預(yù)預(yù)測(cè)-量量測(cè)反饋饋-修正正設(shè)計(jì)的的一體化化的施工工管理系系統(tǒng),以以不斷的的提高和和完善隧隧道施工工技術(shù)⑹選擇支護(hù)護(hù)手段,,一般應(yīng)應(yīng)選擇大大面積、、牢固的的與圍巖巖緊密接接觸的、、能及時(shí)時(shí)施設(shè)和和應(yīng)變能能力強(qiáng)的的支護(hù)手手段;●多采采用噴砼砼、并與與錨桿、、金屬網(wǎng)網(wǎng)聯(lián)合使使用;●要與與鋼支撐撐或格柵柵等配合合使用;;●臨時(shí)時(shí)仰拱也也是重要要的、不不容忽視視的支護(hù)護(hù)手段;;⑺在可能的的條件下下,應(yīng)盡盡量采用用全斷面面或大斷斷面分部部的開(kāi)挖挖方法;;⑻在任何情情況下,,使隧道道斷面能能在較短短時(shí)間內(nèi)內(nèi)閉合是是極為重重要的;;●必須須改變““重視上上部結(jié)構(gòu)構(gòu)、忽視視底部結(jié)結(jié)構(gòu)”的的觀點(diǎn);;●應(yīng)盡量采采用能先修筑筑仰拱(或臨時(shí)仰拱)或鋪底的施工工方法;⑼為保證二次襯襯砌的質(zhì)量和和整體性,在在任何情況下下,都應(yīng)采用用先墻后拱的的施工順序。。3、隧道施工方方法及其選擇擇⑴隧道施工工方法一個(gè)多世紀(jì)以以來(lái),世界各各國(guó)的隧道工工作者在實(shí)踐踐中已經(jīng)創(chuàng)造造出能夠適應(yīng)應(yīng)各種圍巖的的多種隧道施施工方法。習(xí)習(xí)慣上將它們們分成為:礦礦山法、掘進(jìn)進(jìn)機(jī)法、沉管管法、頂進(jìn)法法、明挖法等等。①礦山法因最早應(yīng)用于于礦石開(kāi)采而而得名,它包包括上面已經(jīng)經(jīng)提到的傳統(tǒng)統(tǒng)方法和新奧奧法。由于在在這種方法中中,多數(shù)情況況下都需要采采用鉆眼爆破破進(jìn)行開(kāi)挖,,故又稱為鉆鉆爆法。有時(shí)時(shí)為了強(qiáng)調(diào)新新奧法與傳統(tǒng)統(tǒng)礦山法的區(qū)區(qū)別,而將新新奧法從礦山山法中分出另另立系統(tǒng)。②掘進(jìn)機(jī)法包括隧道掘進(jìn)進(jìn)機(jī)(TunnelBoringMachine,簡(jiǎn)寫(xiě)為T(mén).B.M.)法和盾構(gòu)構(gòu)掘進(jìn)機(jī)法。。③沉管法、頂頂進(jìn)法、明挖挖法則是用來(lái)來(lái)修建水底隧隧道、地下鐵鐵道、城市市市政隧道等,,以及埋深很很淺的山嶺隧隧道。⑵施工方法選擇擇需要考慮的的因素①工程的重重要性。一般般由工程的規(guī)規(guī)模、使用上上的特殊要求求,以及工期期的緩急體現(xiàn)現(xiàn)出來(lái);②地質(zhì)和水文條條件,其中中包括圍巖級(jí)級(jí)別、地下水水及不良地質(zhì)質(zhì)現(xiàn)象等●圍巖級(jí)別別是對(duì)圍巖工工程性質(zhì)的綜綜合判定,對(duì)對(duì)施工方法的的選擇起著重重要的甚至決決定性的作用用;③施工技術(shù)條件件和機(jī)械裝備備狀況實(shí)踐證實(shí),施施工條件是決決定施工方法法的最基本的的因素,它包包括一個(gè)施工工隊(duì)伍所具備備的施工能力力、素質(zhì)以及及管理水平。。④施工中動(dòng)力和和原材料供應(yīng)應(yīng)情況;⑤隧道的橫橫斷面積隧道橫斷面的的形狀和尺寸寸,對(duì)施工方方法選擇也有有一定的影響響。⑥隧道的埋深隧道的埋深與與圍巖的初始始應(yīng)力場(chǎng)及多多種因素有關(guān)關(guān),在同樣的的地質(zhì)條件下下,由于埋深深不同,施工工方法也有很很大差異。⑦工期作為設(shè)計(jì)條件件之一的工期期,在一定程程度上會(huì)影響響基本施工方方法的選擇。。因此,工期期決定了在均均衡生產(chǎn)的條條件下,對(duì)應(yīng)應(yīng)配備的開(kāi)挖挖、運(yùn)輸?shù)染C綜合生產(chǎn)能力力的基本要求求,即對(duì)施工工均衡速度、、機(jī)械化水平平和管理模式式的要求。⑧施工中動(dòng)力和和原材料供應(yīng)應(yīng)情況;⑨工程投資資與運(yùn)營(yíng)后的的社會(huì)效益和和經(jīng)濟(jì)效益;;⑩施工安全全狀況,⒒有關(guān)污染、地地面沉降等環(huán)環(huán)境方面的要要求和限制。。當(dāng)隧道施工對(duì)對(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)產(chǎn)生不良影響響(如爆破震動(dòng)、、地表下沉、、噪聲、地下下水條件的變變化等)時(shí),環(huán)境條件件也成為選擇擇隧道施工方方法的重要因因素之一,在在城市條件下下,甚至?xí)沙蔀檫x擇施工工方法的決定定性因素。應(yīng)該看到隧道道施工方法的的選擇,是一項(xiàng)“模糊糊”的決策過(guò)過(guò)程,它依賴于有有關(guān)人員的學(xué)學(xué)識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、、毅力和創(chuàng)新新精神。對(duì)于于重要工程則則需匯集專家家們的意見(jiàn),,廣泛論證。。必要時(shí)應(yīng)當(dāng)當(dāng)開(kāi)挖試驗(yàn)洞洞對(duì)理論方案案進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)驗(yàn)證。從目前我國(guó)公公路隧道發(fā)展展趨勢(shì)來(lái)看,,在今后很長(zhǎng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)內(nèi),仍以采用用新奧法為主主,這也符合合世界潮流。。4、隧道施工技技術(shù)的發(fā)展從改革、開(kāi)放放以來(lái),我國(guó)國(guó)鐵路、公路路、水電站等等隧道工程的的發(fā)展又進(jìn)入入了一個(gè)新的的時(shí)期,這不不僅表現(xiàn)在隧隧道數(shù)量的增增加,也表現(xiàn)現(xiàn)在隧道長(zhǎng)度度的突破。隧隧道技術(shù)的發(fā)發(fā)展,面臨一一個(gè)新的機(jī)遇遇和挑戰(zhàn),從從目前的工程程實(shí)際,在今今后很長(zhǎng)一段段時(shí)間內(nèi),鉆鉆爆法仍然是是修建山嶺隧隧道的主流,,因此,改造造和完善鉆爆爆法及其相關(guān)關(guān)技術(shù),仍然然是刻不容緩緩的,必須及及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn),適應(yīng)形式式發(fā)展要求。。4、隧道施工技技術(shù)的發(fā)展為了適應(yīng)我國(guó)國(guó)山嶺隧道工工程發(fā)展的需需要并結(jié)合隧隧道工程技術(shù)術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)勢(shì),目前施工工中,必須予予以關(guān)注的問(wèn)問(wèn)題是:⑴隧道施工工方法的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化、模式化化;⑵不斷提高高單一工作面面的掘進(jìn)速度度,減少輔助助工程數(shù)量,,控制超欠挖挖⑶改善地下作業(yè)業(yè)環(huán)境,提高高施工效率,,減少災(zāi)害事事故的發(fā)生;;⑷重視工程程質(zhì)量,加強(qiáng)強(qiáng)施工階段質(zhì)質(zhì)量檢測(cè),以以減輕隧道運(yùn)運(yùn)營(yíng)后的維修修養(yǎng)護(hù)工作量量;⑸施工中的災(zāi)害害預(yù)測(cè)、預(yù)防防與控制;⑹不斷提高高施工管理水水平,從多方方面降低工程程成本,提高高地下工程可可持續(xù)發(fā)展的的效應(yīng),使之之適應(yīng)技術(shù)發(fā)發(fā)展的需求。。實(shí)質(zhì)上,這幾幾點(diǎn)也就是衡衡量隧道施工工水平的重要要標(biāo)志,我們們與一些發(fā)達(dá)達(dá)國(guó)家的技術(shù)術(shù)相比,其差差距也就在此此。10.2新奧法施工1963年,由奧地利利學(xué)者L·臘布茲維奇教教授命名為““新奧地利隧隧道施工法((NewAstriaTunnellingMethod)”,簡(jiǎn)稱“新新奧法(NATM)”正式出臺(tái)臺(tái)。它是以控控制爆破或機(jī)機(jī)械開(kāi)挖為主主要掘進(jìn)手段段。10.2新奧法施工10.2新奧法施工以錨桿、噴射射混凝土為主主要支護(hù)方法法,通過(guò)監(jiān)測(cè)測(cè)控制圍巖的的變形,動(dòng)態(tài)態(tài)修正設(shè)計(jì)參參數(shù)和變動(dòng)施施工方法的一一種隧道施工工方法,其核心內(nèi)容就就是充分發(fā)揮揮圍巖的自承承能力。新奧法施工,,按其開(kāi)挖斷斷面的大小及及位置,基本本上又可分為為:全斷面法法、臺(tái)階法、、分部開(kāi)挖法法三大類及若若干變化方案案。1、全斷面開(kāi)挖挖方法:按隧道設(shè)計(jì)輪輪廓線一次爆爆破成型的施施工方法,適適用于較完整整的、堅(jiān)硬圍圍巖,如Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖。全斷面開(kāi)挖法法工作面設(shè)備備布置⑴開(kāi)挖施工程序序①用鉆孔臺(tái)臺(tái)車(chē),鉆眼,,然后裝藥、、聯(lián)接導(dǎo)火線線;②退出鉆孔孔臺(tái)車(chē),引爆爆炸藥,開(kāi)挖挖出整個(gè)隧道道斷面;③排除危石石,安設(shè)拱部部錨桿和噴第第一層混凝土土;④用裝碴機(jī)機(jī)將石碴裝入入出碴車(chē),運(yùn)運(yùn)出洞外;⑤安設(shè)邊墻墻錨桿和噴混混凝土;⑥必要時(shí)可可噴拱部第二二層混凝土和和隧道底部混混凝土;⑦開(kāi)始下一一輪循環(huán);⑧在初期支護(hù)護(hù)變形穩(wěn)定后后,或按施工工組織中規(guī)定定日期灌注內(nèi)內(nèi)層襯砌。⑵全斷面開(kāi)挖的的優(yōu)點(diǎn)●工序少,,相互干擾少少,便于組織織施工和管理理;●工作空間間大,便于大大型機(jī)械化施施工;●施工進(jìn)度度高,目前,,我國(guó)公路隧隧道一般都能能保持月進(jìn)成成洞平均150m左右,高者已已接近300m/月?!袷┕きh(huán)境境較好⑶采用全斷面法法應(yīng)注意下列列問(wèn)題:●摸清開(kāi)挖面面前方的地質(zhì)質(zhì)情況,隨時(shí)時(shí)準(zhǔn)備好應(yīng)急急措施,以確確保施工安全全;●各種施工工機(jī)械設(shè)備務(wù)務(wù)求配套,以以充分發(fā)揮機(jī)機(jī)械設(shè)備的效效率;●加強(qiáng)各項(xiàng)項(xiàng)輔助作業(yè),,尤其加強(qiáng)施施工通風(fēng),保保證工作面有有足夠新鮮空空氣;●加強(qiáng)對(duì)施施工人員的技技術(shù)培訓(xùn),增增強(qiáng)施工人人員對(duì)新奧法法的理解2、臺(tái)階法臺(tái)階法中包括括長(zhǎng)臺(tái)階法、、短臺(tái)階法和和超短臺(tái)階法法等三種,其其劃分一般是是根據(jù)臺(tái)階長(zhǎng)長(zhǎng)度來(lái)決定的的。●適用條件件跨度較大,圍圍巖較破碎的的情況?!襁x擇何種種臺(tái)階法,取取決于以下條條件:★初期支護(hù)形成成閉合斷面的的時(shí)間要求,,圍巖越差,,閉合時(shí)間要要求越短;★上斷面施施工所用的開(kāi)開(kāi)挖、支護(hù)、、出碴等機(jī)械械設(shè)備對(duì)施工工場(chǎng)地大小的的要求。⑴長(zhǎng)臺(tái)階法是將斷面分成成上半斷面和和下半斷面兩兩部分進(jìn)行開(kāi)開(kāi)挖,上、下下斷面相距較較遠(yuǎn),一段上上臺(tái)階超前50m以上或大于5倍洞跨?!衿淇v向工序布布置和機(jī)械配配置如圖所示示●適用條件:適用范圍較全全斷面法廣泛泛,凡是在全全斷面法中開(kāi)開(kāi)挖面不能自自穩(wěn),但圍巖巖堅(jiān)硬不用底底拱封閉斷面面的情況,都都可采用長(zhǎng)臺(tái)臺(tái)階法。⑵短臺(tái)階法分成上下兩個(gè)個(gè)斷面進(jìn)行開(kāi)開(kāi)挖,兩個(gè)斷斷面相距較近近,一般上臺(tái)臺(tái)階長(zhǎng)度小于于5倍但大于1~1.5倍洞跨。上下下斷面采用平平行作業(yè)?!襁m用條件適用范圍很廣廣,Ⅰ-Ⅴ級(jí)圍巖都能采采用,尤其適適用于Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖,是新新奧法施工中中主要采用的的方法之一。。●優(yōu)點(diǎn):短臺(tái)階法可縮縮短支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)閉合的時(shí)間間,改善初期期支護(hù)的受力力條件,有利利于控制隧道道收斂速度和和量值●缺點(diǎn)上臺(tái)階出碴時(shí)時(shí)對(duì)下半斷面面施工的干擾擾較大,不能能全部平行作作業(yè)?!癫捎枚膛_(tái)階法法時(shí)應(yīng)注意下下列問(wèn)題:①初期支護(hù)護(hù)的全斷面閉閉合應(yīng)在距開(kāi)開(kāi)挖面30m以內(nèi),或距開(kāi)開(kāi)挖上半斷面面開(kāi)始的30天內(nèi)完成。②初期支護(hù)護(hù)變形、下沉沉顯著時(shí),要要提前閉合;;③要研究在在保證施工機(jī)機(jī)械正常工作作的前提下臺(tái)臺(tái)階的最小長(zhǎng)長(zhǎng)度。⑶超短臺(tái)階法這種方法也是是分成上下兩兩部分,但上上臺(tái)階僅超前前3~5m,只能采用交交替作業(yè)。●適用條件超短臺(tái)階法適適用于膨脹性圍巖和和土質(zhì)圍巖,要求及早閉閉合斷面的場(chǎng)場(chǎng)合。也適用于機(jī)械械化程度不高高的各類圍巖巖地段?!駜?yōu)點(diǎn):超短臺(tái)階法初初期支護(hù)全斷斷面閉合時(shí)間間更短,更有有利于控制圍圍巖變形。在在城市隧道施施工中,能更更有效地控制制地表沉陷。。●缺點(diǎn)上下斷面相距距較近,機(jī)械械設(shè)備集中,,作業(yè)時(shí)相互互干擾較大,,生產(chǎn)效率較較低,施工速速度較慢?!癯膛_(tái)階法施施工時(shí)應(yīng)注意意以下問(wèn)題::在軟弱圍巖中中施工時(shí),應(yīng)應(yīng)特別注意開(kāi)開(kāi)挖工作面的的穩(wěn)定性,必必要時(shí)可采用用輔助施工措措施,如向圍圍巖中注漿或或打入超前水水平小鋼管,,對(duì)開(kāi)挖面進(jìn)進(jìn)行預(yù)加固或或預(yù)支護(hù)。⑷下半臺(tái)階開(kāi)挖挖需要注意::●下半斷面面的開(kāi)挖(又又稱落底)應(yīng)應(yīng)在上半斷面面初期支護(hù)基基本穩(wěn)定后進(jìn)進(jìn)行;采用單單側(cè)落底或雙雙側(cè)交錯(cuò)落底底,避免上部部初期支護(hù)兩兩側(cè)同時(shí)懸空空;●下部邊墻墻開(kāi)挖后必須須立即噴射混混凝土,并按按規(guī)定做初期期支護(hù)。●量測(cè)工作作必須及時(shí),,以觀察拱頂頂、拱腳和邊邊墻中部位移移值,當(dāng)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)速率增大,,應(yīng)立即進(jìn)行行底(仰)拱拱封閉,或縮縮短進(jìn)尺,加加強(qiáng)支護(hù),分分割掌子面等等。3、分部開(kāi)挖法法分部開(kāi)挖法可可分為三種變變化方案:臺(tái)臺(tái)階分部開(kāi)挖挖法、單側(cè)壁壁導(dǎo)坑法、雙雙側(cè)壁導(dǎo)坑法法⑴臺(tái)階分部開(kāi)挖挖法(弧形導(dǎo)坑法)又稱環(huán)形開(kāi)挖挖留核心土法法,一般將斷斷面分成為環(huán)環(huán)形拱部(圖中的1、2、3)、上部核心土土(4)、下部臺(tái)階(5)等三部分。環(huán)形開(kāi)挖進(jìn)尺尺為0.5-1.0m,不宜過(guò)長(zhǎng)。。上部核心土土和下臺(tái)階的的距離,一般般為1倍洞跨。2023/3/768分部開(kāi)挖法CRD工法超淺埋大跨度度施工技術(shù)三線大跨雙側(cè)壁導(dǎo)導(dǎo)坑施工2023/3/772導(dǎo)洞開(kāi)挖導(dǎo)坑超前+擴(kuò)挖挖爆破法小型掘進(jìn)機(jī)+擴(kuò)擴(kuò)挖爆破法日本在1968~1969首次在惠那山隧隧道的4.45m導(dǎo)坑開(kāi)挖中采用用了TBM,約掘進(jìn)1000m。之后在三車(chē)道道的舞子隧道用用于開(kāi)挖直徑5.0m的運(yùn)輸坑道,巖巖層的單軸抗壓壓強(qiáng)度是100~250MPa的花崗巖,平均均掘進(jìn)速度是1.0~1.7m/h,共掘進(jìn)2400m?!襁m用條件這種方法適用于于一般土質(zhì)或易坍坍塌的軟弱圍巖巖中?!駜?yōu)點(diǎn):與超短臺(tái)階法相相比,臺(tái)階長(zhǎng)度度可以加長(zhǎng),減減少上下臺(tái)階施施工干擾;而與與下述的側(cè)壁導(dǎo)導(dǎo)坑法相比,施施工機(jī)械化程度度較高,施工速速度可加快?!衽_(tái)階分部開(kāi)挖時(shí)時(shí)應(yīng)注意下列問(wèn)問(wèn)題:開(kāi)挖中圍巖要經(jīng)經(jīng)受多次擾動(dòng),斷面分塊多,,支護(hù)結(jié)構(gòu)形成成全斷面封閉的的時(shí)間長(zhǎng),這些些都有可能使圍圍巖變形增大。。⑵單側(cè)壁導(dǎo)坑法這種方法一般是是將斷面分成三三塊:側(cè)壁導(dǎo)坑坑(1)、上臺(tái)階(2)、下臺(tái)階(3)。側(cè)壁導(dǎo)坑尺寸寸應(yīng)本著充分利利用臺(tái)階的支撐撐作用,并考慮慮機(jī)械設(shè)備和施施工條件而定。。一般側(cè)壁導(dǎo)坑坑寬度不宜超過(guò)過(guò)0.5倍洞寬,高度以以到起拱線為宜宜?!襁m用條件單側(cè)壁導(dǎo)坑法是是將斷面橫向分分成3塊或4塊,每步開(kāi)挖的的寬度較小,而而且封閉型的導(dǎo)導(dǎo)坑初期支護(hù)承承載能力大,所所以,單側(cè)壁導(dǎo)導(dǎo)坑法適用于斷斷面跨度大,地地表沉陷難于控控制的軟弱松散散圍巖中。⑶雙側(cè)壁導(dǎo)坑法這種方法又稱眼眼鏡工法,一般般是將斷面分成成四塊:左、右右側(cè)壁導(dǎo)坑(1)、上部核心土(2)、下臺(tái)階(3)。導(dǎo)坑尺寸擬定定的原則同前,,但寬度不宜超超過(guò)斷面最大跨跨度的1/3。左、右側(cè)導(dǎo)坑坑錯(cuò)開(kāi)的距離,,應(yīng)根據(jù)開(kāi)挖一一側(cè)導(dǎo)坑所引起起的圍巖應(yīng)力重重分布的影響不不致波及另一側(cè)側(cè)已成導(dǎo)坑的原原則確定?!襁m用條件當(dāng)隧道跨度很大大,地表沉陷要要求嚴(yán)格,圍巖巖條件特別差,,單側(cè)壁導(dǎo)坑法難難以控制圍巖變變形時(shí),可采用用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法法?,F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明明,雙側(cè)壁導(dǎo)坑坑法所引起的地地表沉陷僅為短短臺(tái)階法的1/2左右?!駜?yōu)缺點(diǎn):雙側(cè)壁導(dǎo)坑法雖雖然開(kāi)挖斷面分分塊多,擾動(dòng)大大,初期支護(hù)全全斷面閉合的時(shí)時(shí)間長(zhǎng),但每個(gè)個(gè)分塊都是在開(kāi)開(kāi)挖后立即各自自閉合的,所以以在施工中間變變形幾乎不發(fā)展展。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施施工安全,但速速度較慢,成本本較高。4、施工中可能發(fā)發(fā)生的問(wèn)題及其其對(duì)策新奧法施工的基基本原則,是根根據(jù)圍巖性質(zhì)允許產(chǎn)生適量的的變形,但又不使圍巖巖松動(dòng)塌落。在施工過(guò)程中,,若對(duì)圍巖性質(zhì)質(zhì)判斷不準(zhǔn),或或噴射混凝土、、打錨桿、立鋼鋼支撐時(shí)間和方方法有誤,圍巖松動(dòng)就會(huì)超超過(guò)預(yù)計(jì)。施工中的現(xiàn)象及及其處理措施10.4不良地質(zhì)條件下下隧道施工1、概述(1)隧道施工中中的不良地質(zhì)類類型溶洞斷層松散地層流沙黃土膨脹土圍巖巖爆瓦斯地層(2)開(kāi)挖和支護(hù)過(guò)程程中可能造成的的危害土石坍塌(大塌方或小塌方方)隧道支撐變形襯砌結(jié)構(gòu)斷裂嚴(yán)重影響施工進(jìn)進(jìn)度瓦斯地層會(huì)威脅脅施工安全(3)不良地質(zhì)地段段隧道施工原則則先治水弱爆破短開(kāi)挖早襯砌勤量測(cè)強(qiáng)支護(hù)穩(wěn)步推進(jìn)原則2、膨脹土圍巖(1)膨脹土圍巖的的特性★膨脹土圍巖巖大多具有原始始地層的超固結(jié)特性,使土體中中儲(chǔ)存有較高的初始應(yīng)力力,常常具有明顯顯的塑性流變特特性,開(kāi)挖后將將產(chǎn)生較大的塑性變形?!锱蛎浲林杏懈鞣N種形態(tài)發(fā)育的裂裂隙,形成土體體的多裂隙性。膨脹土圍巖實(shí)實(shí)際上是土塊與與各種裂隙和結(jié)結(jié)構(gòu)面相互組合合形成的膨脹土土體★膨脹土圍巖巖因吸水而膨脹,失水而收縮,,土體中干濕循循環(huán)產(chǎn)生脹縮效應(yīng)?!蛞皇鞘怪黧w結(jié)構(gòu)構(gòu)破壞,強(qiáng)度衰衰減或喪失,圍圍巖壓力增大。?!蚨窃斐蓢鷰r巖應(yīng)力變化,無(wú)無(wú)論膨脹壓力或或收縮壓力,都都將破壞圍巖的的穩(wěn)定性,特別別是膨脹壓力將將對(duì)增大圍巖壓壓力起疊加作用用。(2)膨脹土圍巖對(duì)對(duì)隧道施工的危危害★圍巖裂縫★坑道下沉★底膨★圍巖膨脹突出出和坍塌★襯砌變形和破破壞(3)膨脹土圍巖隧道道施工要點(diǎn)★加強(qiáng)觀測(cè)圍巖巖的壓力和流變★合理選擇施工工方法★防止圍巖濕度度變化★合理進(jìn)行圍巖巖支護(hù)(4)膨脹土圍巖支護(hù)護(hù)必須適應(yīng)圍巖的的膨脹特性。在施工時(shí)應(yīng)注意::◎噴錨支護(hù),穩(wěn)穩(wěn)定圍巖◎襯砌結(jié)構(gòu)及早早閉合3、黃土黃土是在干燥氣候候條件下形成的一一種具有褐黃、灰灰黃或黃褐等顏色色,并有針狀大孔孔、垂直節(jié)理發(fā)育育的特殊性土。(1)黃土對(duì)隧道施工工的影響因素★黃土節(jié)理★黃土沖溝地段段★黃土溶洞與陷陷穴★水對(duì)黃土隧道道施工的影響(2)黃土隧道的施工工方法★應(yīng)做好黃土中中構(gòu)造節(jié)理的產(chǎn)狀狀與分布狀況的調(diào)查?!飸?yīng)遵循“短開(kāi)挖、少擾動(dòng)、、強(qiáng)支護(hù)、實(shí)回填填、嚴(yán)治水、勤量量測(cè)”的施工原則,緊緊湊施工工序,精精心組織施工?!镩_(kāi)挖方法宜采用短短臺(tái)階法或分部開(kāi)開(kāi)挖法(留核心法),初期支護(hù)應(yīng)緊跟開(kāi)挖面施作★做好洞頂、洞洞門(mén)及洞口的防排排水系統(tǒng)工程,并并妥善處理好陷穴穴、裂縫,以免地地面積水浸蝕洞體體周?chē)斐赏馏w體坍塌。★宜采用復(fù)合式襯砌,開(kāi)挖后以噴射混混凝土、錨桿、鋼鋼筋網(wǎng)和鋼支撐作作初期支護(hù),以形形成嚴(yán)密的支護(hù)體體系。必要時(shí)可采采用超前錨桿、管管棚支撐加固圍巖巖。襯砌背后回填要密密實(shí),尤其是拱頂頂回填。(3)黃土隧道施工的的注意事項(xiàng)★施工中如發(fā)現(xiàn)現(xiàn)工作面有失穩(wěn)現(xiàn)現(xiàn)象,應(yīng)及時(shí)用噴噴射混凝土封閉、、加設(shè)錨桿、架立立鋼支撐等加強(qiáng)支護(hù)。★施工中應(yīng)遵循循“短開(kāi)挖、少擾動(dòng)、、強(qiáng)支護(hù)、實(shí)回填填、嚴(yán)治水、勤量量測(cè)”的施工原則,緊緊湊施工工序,精精心組織施工?!锾貏e注意拱腳與墻腳處斷面的回填?!镆讼茸餮龉?,如果不能先作仰仰拱時(shí),可在開(kāi)挖挖與灌筑仰拱前,,為防止邊墻向內(nèi)內(nèi)位移,應(yīng)加設(shè)橫橫撐。★施工中如發(fā)現(xiàn)現(xiàn)不安全因素,應(yīng)暫停開(kāi)挖,加加強(qiáng)臨時(shí)支護(hù)。3、溶洞溶洞是以巖溶水的的溶蝕作用為主,,間有潛蝕和機(jī)械械塌陷作用而造成成的基本水平方向向延伸的通道。溶溶洞是巖溶現(xiàn)象的的一種。巖溶是指可溶性巖巖層,如石灰?guī)r、白云巖、、白云質(zhì)灰?guī)r、石石膏、巖鹽等,受水的化學(xué)和機(jī)機(jī)械作用產(chǎn)生溝槽槽、裂縫和空洞以以及由于空洞的頂頂部塌落使地表產(chǎn)產(chǎn)生陷穴、洼地等等類現(xiàn)象和作用。。(1)溶洞的類型及對(duì)對(duì)施工的影響溶洞一般有死、活活、干、濕、大、、小幾種。死、干、小的溶洞比較容易處處理,而活、濕、大的溶洞,處理方法法則較為復(fù)雜。(2)隧道遇到溶洞的的處理措施※隧道通過(guò)巖溶區(qū),,應(yīng)查明溶洞分布范圍圍和類型,巖層的完整穩(wěn)定定程度、填充物和和地下水情況,據(jù)據(jù)以確定施工方法法。※巖溶地段隧道常用用處理溶洞的方法法,有“引、堵、越、繞”四種。A.引流遇到暗河或溶洞的的水流,宜排不宜堵。引即是通過(guò)暗管、涵洞、小橋橋等將水引流,排出出洞外。B.堵對(duì)已停止發(fā)育、跨跨徑較小,無(wú)水的的溶洞,可根據(jù)其其與隧道相交的位位置及其充填情況況,采用混凝土、漿砌片石石或干砌片石予以回填封閉;或加深邊墻基礎(chǔ)礎(chǔ),加固隧道底部部。溶洞堵填噴鋪加固與護(hù)拱C.越當(dāng)隧道一側(cè)遇到狹狹長(zhǎng)而較深的溶洞洞,可加深該側(cè)的的邊墻基礎(chǔ)通過(guò)。。加深邊墻基礎(chǔ)支墻內(nèi)套設(shè)涵管筑拱跨過(guò)架梁跨過(guò)D.繞在巖溶區(qū)施工,個(gè)個(gè)別溶洞處理耗時(shí)時(shí)且困難時(shí),可采采取迂回導(dǎo)坑繞過(guò)溶洞,繼續(xù)進(jìn)行隧道前方方施工,并同時(shí)處理溶洞洞,以節(jié)省時(shí)間,,加快施工進(jìn)度。。繞行開(kāi)挖時(shí),應(yīng)應(yīng)防止洞壁失穩(wěn)。。(3)溶洞地段隧道施施工的注意事項(xiàng)◎當(dāng)施工到達(dá)溶溶洞邊緣,各工序序應(yīng)緊密銜接,支支護(hù)和襯砌及時(shí)。。同時(shí)應(yīng)利用探孔孔或物探作超前預(yù)預(yù)報(bào),設(shè)法探明溶洞的形形狀、范圍、大小小、充填物及地下下水等情況,據(jù)以制定施工處處理方案及安全措措施?!蚴┕ぶ凶⒁鈾z檢查溶洞頂部,及及時(shí)處理危石?!蛟谌芪g地段的爆破破作業(yè)應(yīng)盡量做到到多打眼、打淺眼眼,并控制爆破藥藥量減少對(duì)圍巖的的擾動(dòng)。◎在溶洞充填體體中掘進(jìn),如充填填物松軟,可用超超前支護(hù)施工?!蛉芏次醋龀鎏幪幚矸桨盖埃灰獙壴S意傾填填于溶洞中。4、坍方隧道開(kāi)挖導(dǎo)致坍方方的原因有多種,,概括起來(lái)可歸結(jié)結(jié)為:一是自然因素,即地質(zhì)狀態(tài)、受受力狀態(tài)、地下水水變化等;二是人為因素,即不適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)計(jì),或不適當(dāng)?shù)氖┦┕ぷ鳂I(yè)方法等。。塌方后的強(qiáng)支護(hù)塌方冒頂拱頂塌方側(cè)面塌方(1)發(fā)生坍方的主要要原因◎不良地質(zhì)及水水文地質(zhì)條件◎隧道設(shè)計(jì)考慮慮不周◎施工方法和措措施不當(dāng)◎施工組織管理理不到位(2)預(yù)防坍方的施工工措施◎隧道施工預(yù)防防坍方,選擇安全全合理的施工方法法和措施至關(guān)重要要。在掘進(jìn)到地質(zhì)不良良圍巖破碎地段,,應(yīng)采取“先排水、短開(kāi)挖、、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)護(hù)、早襯砌、勤量量測(cè)”的施工原則。必必須制訂出切實(shí)可可行的施工方案及及安全措施?!蚣訌?qiáng)坍方的預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)坍方常用的的幾種方法:A.觀察法B.一般量測(cè)法C.微地震學(xué)測(cè)量法法和聲學(xué)測(cè)量法◎加強(qiáng)初期支護(hù)護(hù),控制坍方(3)隧道坍方的處理理措施◎詳細(xì)觀測(cè)坍方方范圍、形狀、坍坍穴的地質(zhì)構(gòu)造,,查明坍方發(fā)生的的原因和地下水活活動(dòng)情況,經(jīng)認(rèn)真真分析,制定處理理方案?!蛱幚硖綉?yīng)先加固未坍塌地段段,防止繼續(xù)發(fā)展◎處理坍方的同同時(shí),應(yīng)加強(qiáng)防排水工作。。◎坍方地段的襯襯砌,應(yīng)視坍穴大大小和地質(zhì)情況予予以加強(qiáng)。◎采用新奧法施工的的隧道或有條件的的隧道,坍方后要要加設(shè)量測(cè)測(cè)點(diǎn),增加量測(cè)測(cè)頻率,根據(jù)量量測(cè)信息息及時(shí)研研究對(duì)策策。淺埋埋隧道,,要進(jìn)行行地表下下沉測(cè)量量。大規(guī)模坍坍方處理理實(shí)例::1—第一次注注漿;2—第二次注注漿;3—第三次注注漿;4—管棚;5—坍線;6—坍體;7—初期支護(hù)護(hù);8—注漿孔;;9—混凝土封封堵墻5、松散地地層松散地層層,結(jié)構(gòu)構(gòu)松散,,膠結(jié)性性弱,穩(wěn)穩(wěn)定性差差,在施施工中極極易發(fā)生生坍塌。。隧道穿穿過(guò)這類類地層,,應(yīng)減少少對(duì)圍巖巖的擾動(dòng)動(dòng),一般般采取先護(hù)后挖挖,密閉閉支撐,邊挖邊封封閉的施工原原則,必必要時(shí)可可采用超超前注漿漿改良地地層和控控制地下下水等措措施。下面簡(jiǎn)述述幾種主主要施工工方法::(1)超前支支護(hù)隧道開(kāi)挖挖前,先先向圍巖巖內(nèi)打入入釬、管管、板等等構(gòu)件,,用以預(yù)先支護(hù)護(hù)圍巖,防止坑坑道掘進(jìn)進(jìn)時(shí)巖體體發(fā)生坍坍塌。◎超前錨桿桿或超前前小鋼管管:采用這種種方法是是爆破前前,將超超前錨桿桿或小鋼鋼管打入入掘進(jìn)前前方穩(wěn)定定的巖層層內(nèi),末末端支撐撐在拱部部圍巖內(nèi)內(nèi)的懸吊吊錨桿或或格柵拱拱支撐上上?!虺肮芘锱锓ù朔ㄟm用用于圍巖巖為砂粘粘土、粘粘砂土、、亞粘土土、粉砂砂、細(xì)砂砂、砂夾夾卵石夾夾粘土等等非常散軟軟、破碎碎的土壤壤,鉆孔后后極易塌塌孔的地地層。(2)超前小小導(dǎo)管預(yù)預(yù)注漿超前小導(dǎo)導(dǎo)管預(yù)注注漿是沿沿開(kāi)挖外外輪廓線線,以一定角度度打入管管壁帶孔孔的小導(dǎo)導(dǎo)管,并以一定壓力力向管內(nèi)內(nèi)壓注水水泥或化化學(xué)漿液液的措施。。此法適適用于自自穩(wěn)時(shí)間間很短的的砂層、、砂卵((礫)石石層等松松散地層層施工。。(3)降水、、堵水在松散地地層中含含水,對(duì)對(duì)隧道施施工的危危害極大大。排除除施工部部位的地地下水,,有利于于施工。。在地下水水豐富,,而且排排水條件件或排水水費(fèi)用太太高,經(jīng)經(jīng)過(guò)技術(shù)術(shù)、經(jīng)濟(jì)濟(jì)比選,,可采用用注漿堵水水措施。注注漿堵水水又分地地面預(yù)注注漿和洞洞內(nèi)開(kāi)挖挖工作面面預(yù)注漿漿。6、流沙流沙是沙沙土或粉粉質(zhì)粘土土在水的的作用下下喪失其其內(nèi)聚力力后形成成的,多多呈糊漿漿狀,對(duì)對(duì)隧道施施工危害害極大。。治理流沙沙必先治治水,以減少少沙層的的含水量量為主。。遇水變成成流沙宜采取以以下措施施進(jìn)行治治理:(1)加強(qiáng)調(diào)調(diào)查,制制訂方案案:施工工中應(yīng)調(diào)查流沙沙特性、、規(guī)模,了解地地質(zhì)構(gòu)成成、貫入入度、相相對(duì)密度度。粒徑徑分布、、塑性指指數(shù)、地地層承載載力、地地下水壓壓力和透透水系數(shù)數(shù)等,并并制訂出出切實(shí)可可行的治治理方案案。(2)因地制制宜,綜綜合治水水:隧道道通過(guò)流流沙地段段,處理理地下水水的問(wèn)題題,是解解決隧道道流沙、、流泥施施工難題題中的首首要關(guān)鍵鍵技術(shù)。。施工時(shí)時(shí),因地地制宜,,采用““防、截、、排、堵堵”的治理理方法。?!蚍馈⒌乇肀頊喜蹖?dǎo)導(dǎo)排系統(tǒng)統(tǒng)及仰坡坡地表局局部防滲滲處理,,防止降降雨和地地表水下下滲。◎截——在正洞之之外水源源一側(cè),,采用深深井降水水,將儲(chǔ)儲(chǔ)藏豐富富構(gòu)造裂裂隙水,,通過(guò)深深井抽水水排走,,減少正洞洞的靜水水和動(dòng)水水壓力,,對(duì)地下下水起到到攔截作作用。◎排——有條件的的隧道在在正洞水水源下游游一側(cè)開(kāi)開(kāi)挖一條條洞底低低于正洞洞仰拱的的泄水洞洞,用以以降排正正洞的地地下水,,或采用用水平超超前鉆孔孔真空負(fù)負(fù)壓抽水水的辦法法,排除除正洞的的地下水水?!蚨隆捎米{漿方法充充填裂隙隙,形成成止水帷帷幕,減減少或堵堵塞滲水水通道。。●先護(hù)后挖挖,加強(qiáng)強(qiáng)支護(hù)●盡早早襯砌,,封閉成成環(huán)流沙地段段,拱部部和邊墻墻襯砌混混凝土的的灌筑應(yīng)應(yīng)盡量縮縮短時(shí)間間,盡快與仰仰拱形成成封閉環(huán)環(huán)。即使圍圍巖中出出現(xiàn)流沙沙也不會(huì)會(huì)對(duì)洞身身襯砌造造成破壞壞。7、巖爆(1)巖爆產(chǎn)產(chǎn)生的主主要條件件◎地層層的巖性性條件◎地應(yīng)應(yīng)力的大大小◎從能能量的觀觀點(diǎn)來(lái)看看,巖爆爆是否發(fā)發(fā)生及其其表現(xiàn)形形式就主主要取決決于巖體體中是否否儲(chǔ)存了足足夠的能能量,是否具具有釋放放能量的的條件及及能量釋釋放的方方式等。。堅(jiān)硬的巖巖石(2)巖爆的的特點(diǎn)◎巖爆爆在未發(fā)發(fā)生前并并無(wú)明顯顯的預(yù)兆兆◎巖爆爆時(shí),巖巖塊自洞洞壁圍巖巖母體彈彈射出來(lái)來(lái),一般般呈中厚厚邊薄的的不規(guī)則則片狀◎巖爆爆發(fā)生的的地點(diǎn),,多在新新開(kāi)挖工工作面及及其附近近,個(gè)別別的也有有距新開(kāi)開(kāi)挖工作作面較遠(yuǎn)遠(yuǎn)處,巖巖爆發(fā)生生頻率隨隨暴露后后的時(shí)間間延長(zhǎng)而而降低。。(3)巖爆的的防治措措施巖爆產(chǎn)生生的前提提條件取取決于圍巖的應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)態(tài)與圍巖巖的巖性性條件。在施工工中控制制和改變變這兩個(gè)個(gè)因素就就可能防防止或延延緩巖爆爆的發(fā)生生。因此此,防治治巖爆發(fā)發(fā)生的措措施主要要有二::一是強(qiáng)化化圍巖,,二是弱弱化圍巖巖?!驈?qiáng)化圍巖巖出發(fā)點(diǎn)是是給圍巖巖一定的的徑向約束,使圍巖巖的應(yīng)力力狀態(tài)較較快地從從平面轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向三維維應(yīng)力狀狀態(tài),以以達(dá)到延延緩或抑抑制巖爆爆發(fā)生的的目的。。◎弱化圍巖巖目的是改改變巖石石的物理理力學(xué)性性質(zhì),降低巖石石的脆性性和儲(chǔ)存存能量的的能力。或是解解除能量量,使能能量向有有利的方方向轉(zhuǎn)化化和釋放放。8、瓦斯地地層瓦斯是地地下坑道道內(nèi)有害害氣體的的總稱,,其成分分以沼氣氣(甲烷烷CH4)為主,,一般習(xí)習(xí)慣即稱沼氣為為瓦斯。當(dāng)隧道道穿過(guò)煤層、油油頁(yè)巖或或含瀝青青等巖層,,或從其其附近通通過(guò)而圍圍巖破碎碎、節(jié)理理發(fā)育時(shí)時(shí),可能能會(huì)遇到到瓦斯。。碳質(zhì)頁(yè)巖巖存貯貯瓦斯(1)瓦斯的的性質(zhì)◎瓦斯斯(沼氣氣)為無(wú)色、無(wú)無(wú)臭、無(wú)無(wú)味的氣體,,與碳化化氫或硫硫化氫混混合在一一起,發(fā)發(fā)生類似似蘋(píng)果的的香味◎瓦斯比重重為0.554,僅占空空氣一半半,隧道內(nèi)內(nèi)瓦斯容容易存在在坑道頂頂部,其其擴(kuò)散速速度比空空氣大1.6倍,很容易透透過(guò)裂隙隙滲透到結(jié)結(jié)構(gòu)松散散的巖層層?!蛲咚顾共荒茏宰匀?,但但極易燃燒燒(2)瓦斯的燃燒和和爆炸性當(dāng)坑道中的瓦斯斯,濃度小于5%遇到火源時(shí),,瓦斯只是在火火源附近燃燒而而不會(huì)爆炸;瓦斯?jié)舛仍?%~6%到14%~16%時(shí),遇到火源具有爆炸性;瓦斯?jié)舛却笥谟?4%~16%時(shí),一般不爆爆炸,但遇火能能平靜地燃燒(3)瓦斯放出的類類型從巖層中放出瓦瓦斯,可分為三三種類型:◎瓦斯的滲出出◎瓦斯的噴出出◎瓦斯的突出出以上三種瓦斯放放出形式,以第第一種放出的瓦瓦斯量為大。(4)防止瓦斯事故故的措施◎隧道穿過(guò)瓦瓦斯溢出地段,,應(yīng)預(yù)先確定瓦斯探測(cè)方法,并制訂瓦斯稀釋措施、防爆措施和緊緊急救援措施等等;◎隧道通過(guò)瓦瓦斯地區(qū)的施工工方法,宜采用用全斷面開(kāi)挖;◎加強(qiáng)通風(fēng)是防止止瓦斯爆炸最有有效的辦法,使瓦斯的濃度度吹淡到允許限限度限度內(nèi),將將其排出坑外。。◎洞內(nèi)空氣中允許許的瓦斯?jié)舛葢?yīng)應(yīng)控制在下述規(guī)規(guī)定以下A、洞內(nèi)總回風(fēng)風(fēng)風(fēng)流中小于0.75%。B、從其他工作面面進(jìn)來(lái)的風(fēng)流中中小于0.5%。C、掘進(jìn)工作面2%以下。D、工作面裝藥爆爆破前1%以下。10.5隧道開(kāi)挖目前,開(kāi)挖隧道道的主要方法仍仍然是鉆孔爆破破法。開(kāi)挖工作作包括鉆眼、裝藥、爆爆破、出渣等幾項(xiàng)內(nèi)容。隧道施工所采用用的爆破方法中中,用得最多的的是炮眼爆破法法。爆破方法要要研究的問(wèn)題主主要是炮眼布置、炮眼眼參數(shù)以及裝藥起爆等。1、炮眼布置和周周邊眼的控制爆爆破掘進(jìn)工作面的炮炮眼可分為掏槽槽眼、輔助眼和和周邊眼,如圖圖所示⑴掏槽眼布置●作用是將開(kāi)開(kāi)挖面上某一部部位的巖石掏出出一個(gè)槽,以形形成新的臨空面面,為其它炮眼眼的爆破創(chuàng)造有有利條件?!裉筒垩劭偟牡目煞殖尚毖厶吞筒酆椭毖厶筒鄄蹆纱箢悽傩毖厶筒燮涮攸c(diǎn)是掏槽眼眼與開(kāi)挖面斜交交◎常用的有錐錐形掏槽,楔形形掏槽,單向
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