管棚预注浆施工工艺及施工方法精编版.docx
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管棚预注浆施工工艺及施工方法精编版
管棚预注浆施工工艺及施工方法[精编版]
4.4.8.3.Φ80管棚预注浆施工工艺及施工方法
4.4.8.3.1.管棚施工工艺流程
Φ80管棚预注浆施工工艺流程详见图4.4.8.3.-1。
管棚施工方案适用于乌鞘岭隧道断层影响带,主要分布在范围内。
乌鞘岭隧道F4断层南影响带DK170+300-DK170+450,以碎裂砂岩为主,岩体破碎,节理很发育,属较软岩,中等富水。
F4北影响带DK170+650-DK170+750,以碎裂安山岩为主,岩体破碎,节理很发育,属硬岩,中等富水。
F5断层南影响带171+160-DK171+210,以碎裂安山岩为主,岩体破碎,节理很发育,属硬岩,中等富水。
F5北侧影响带DK171+250-DK171+300,以碎裂砂岩为主,岩体破碎,节理很发育,属较软岩,中等富水。
4.4.8.3.2.Φ80管棚预注浆施工技术参数
4.4.8.3.2.1.管棚采用Φ80的钢管,沿拱部环向布置6.4米;钢管长度设计为10米;纵向搭接2米,纵向排距7米;管棚钢管中心环向间距40cm,Φ80钢管初始上抬值设计为20cm,外插角度6°。
孔位具体平面布置详见图
4.4.8.3.-2。
注浆终止压力3.0MPa。
4.4.8.3.2.2双液注浆材料:
普硅525水泥、35Be’水玻璃、缓凝剂磷酸氢二钠、减水剂。
水泥浆水灰比1.25∶1—0.5∶1;水玻璃模数为2.4—2.8之间;水泥浆、水玻璃浆液体积比为1∶1--1∶0.3。
4.3.2.2.4.管棚施工基地纵断面示意图详见图4.4.8.3.-3。
4.4.8.3.3.管棚施工机具
施工机具配套选用原则:
一、保证施工机具设备生产性能满足乌鞘岭隧道管棚施工设计要求;二、保证施工生产中,机械设备性能满足管棚施工工艺、工序的质量要求;三、保证满足乌鞘岭隧道快速施工的要求;四、保证隧道工程施工生产安全的要求;
4.4.8.3.3.1.管棚钻孔施工机具
为了保证管棚钻孔作业施工精度、保证快速施工、合理配置施工机械,充分发挥机械化配套施工的优越性,同时为保证乌鞘岭隧道施工中突水、涌泥等不良地质条件下,突发的意外事故处置能力和应变能力,在管棚钻孔施工中,选择轨行门架式全液压凿岩台车,作为钻孔作业施工机具。
管棚钻孔施工使用的机具,成套设备见表4.4.8.3.-1。
管棚作业施工钻机及成套设备表(表4.4.8.3.-1)
序号
设备名称及规格
单位
数量
备注
1
轨行门架式液压凿岩台车TH586-5
台
1
4臂、瑞典产
2
运输车辆
台
2
运料
3
交流电焊机
台
1
4
钻杆
套
5
购置
5
Φ102冲击钻头
个
5
钻引导孔用
6
钻杆连接套
个
5
购置
7
管道施工用具
套
2
购置
8
钢管顶进连接套
个
5
自制
4.4.8.3.3.2.注浆机具设备
注浆机具设备:
包括注浆泵、高速搅拌机、混合器、抗震压力表、止浆塞等。
选配注浆施工机具要求:
拌浆设备要求能够满足注浆设计能力需要、强制搅拌、高速度、高稳定性、拌合用水的掺量能够准确的自动计量;注浆泵能够注入悬浊液和化学浆液、能够满足管棚注浆施工的设计能力要求、配有电子流量流速记录仪、可变速调节注入速度;输浆管具有快速施工接头,满足快速施工与维护的要求;混合器具有单向止浆能力,注双液浆时能够保证浆液混合均匀;孔口管要求能够快速拆卸与安装,保证施工中快速安装和拆卸;流量计要求能够计量流量、流速、并具备电脑记录打印功能。
具体管棚注浆施工机具设备名称及性能详见表4.4.8.3.-2。
管棚注浆机具设备名称一览表(表4.4.8.3.-2)
序号
名称
规格型号/性能
单位
数量
备注
1
双液调速注浆泵
2TGZ/120/105
台
3
配压力计及流量计
2
叶片立式搅拌机
CEMAG-400
台
2
桶容积2*250L,拌合水自动计量,自加工
3
混合器
个
5
自制
4
止浆塞
套
10
购置
5
高压球阀
Φ25、Φ30
个
10
压力按设计选用
6
抗震压力表
只
6
压力按设计选用
7
高压胶管
Φ25每根10米
根
10
带快速接头
Φ30每根5米
根
6
带快速接头
8
储浆桶
SS400-1
台
3
350L
9
流量压力自动计量仪
SPQ-850
台
3
具备电脑功能
10
孔口管
Φ80
根
带法兰盘
4.4.8.3.3.3.现场试验设备
注浆施工的重点:
一是注浆设计是否符合实际施工要求;二是注浆施工作业的过程控制。
所以要保证注浆施工现场的试验工作。
其目的是控制影响注浆效果的各个因素保证在设计的范围之内。
通过玻美计现场检测水玻璃的配制是否满足设计要求;通过粘度计进行现场检测注浆浆液黏度是否满足设计要求;通过温度计进行现场检测,确定水泥浆液或水玻璃的温度是否在涉及范围内,并以此推断温度对注浆浆液凝胶时间的影响程度;通过现场进行注浆浆材凝胶时间试验测定,判断施工配比是否满足设计要求;最重要的是通过现场观察得到的压力变化数值、流量变化数值、流速变化数值等施工参数,现场进行注浆设计调整与优化。
具体的现场试验设备以其名称见表4.4.8.3.-3。
注浆施工现场试验仪器设备名称及用量一览表(表4.4.8.3.-3)
序号
名称
规格型号
单位
数量
备注
1
压力机
压力换代用
套
1
2
天平
0-1Kg、感量1g
台
2
3
维卡仪
组
1
4
秒表
0.1s
块
2
测浆液凝胶时间
5
粘度计
ZNN型
个
2
测浆液黏度
6
比重计
ZNB型
个
4
7
玻镁计
0-70Be’
支
4
测水玻璃浓度
8
温度计
0-50℃
支
2
测浆液温度
9
磅秤
50Kg
台
1
10
电炉
1-1.5KW
个
2
11
试模
4*4*4、7.07*7.07*7.07
套
6
抗渗试模
12
水桶
10-20L
个
4
13
量杯计量筒
50-1000ML
套
4
14
搪瓷杯
个
40
4.4.8.3.4.注浆方式
管棚注浆采用独头注浆方式,其具体施工见图4.4.8.3.-4。
为防止注浆施工过程中发生浆液窜管的不利状况发生,影响管棚注浆加固围岩的效果,所以乌鞘岭隧道工程管棚施工过程中采用单向阀管的新方法。
此种方法可有效防止窜浆的现象发生,提高管棚的施工质量。
其具体方法见图4.4.8.3.-5。
4.4.8.3.5.施工准备
为了保证管棚注浆施工作业顺利进行和保证管棚施工质量和安全,注浆前应做好如下施工准备工作:
4.4.8.3.5.1.止水止浆墙的施工:
为防止注浆薄弱地段地下水涌出作业面及注浆时跑浆,注浆地段的起始处掌子面应喷射20CM厚混凝土(加单层钢筋网)。
此后,每个注浆段终止处留出3米厚围岩作为止浆岩盘。
4.4.8.3.5.2.隧道断面放线,定中线,并在止浆墙上标出注浆孔位。
施工放样采用经纬仪进行方位和坐标测量。
4.4.8.3.5.3.由专业注浆技术工程师,进行技术人员的培训,了解注浆材料的性能,以及注浆工程施工要点。
进行现场材料的试验。
4.4.8.3.5.4.绘制钻孔、注浆操作参数记录表格。
4.4.8.3.5.5.按设计要求摆设钻机,布设注浆站。
注浆站的施工布置示意图见图4.4.8.3.-6。
4.4.8.3.5.6.配备好施工用水、电、材料(包括水泥、水玻璃、
缓凝剂等材料),整齐布置,避免受潮或影响施工。
材料必须是经过质检工程师和实验工程师及监理工程师检验过的,方可进入施工现场。
4.4.8.3.5.7.施工机具设备调试:
检查钻机是否工作正常、注浆设备进行压力、流量试验和调试。
4.4.8.3.6.全液压凿岩台车钻深孔施工
4.4.8.3.6.1.由于断层影响带岩层破碎,节理很发育,中等富水。
所以钻孔施工中采用
Φ102的钻头进行钻孔,即采用大引导孔施工,最大程度上克服在顶管施工作业中送管难的情况发生。
4.4.8.3.6.2.液压钻孔台车的钻杆长度为4.3米、5.525米,钻深孔时必须接长钻杆。
因此,随着孔深的增大,需要对回转扭矩、冲击功率及推力进行控制和协调,尤其要严格控制推力,不能过大。
4.4.8.3.6.3.为了确保钻杆接头有足够的强度、刚度和韧性,钻杆连接套应与钻杆材质一致,两端加工内螺纹(配合钻杆首位端外螺扣),连接套的壁厚≥10mm。
连接套及连接方式见图4.4.8.3.-7。
为防止钻杆在推力和振动力的双重作用下,上下颤动,导致钻孔不直,钻孔时,应把扶直器套在钻杆上,随钻杆向前钻进向前平移。
4.4.8.3.6.4.台车就位固定后,有测量工站在车壁挂蓝上绘制孔位。
4.4.8.3.6.5.施钻时,台车大臂必须顶紧在掌子面上,以防止过大颤动影响施钻精度。
4.4.8.3.6.6.钻机开孔时的钻速宜采用低速,钻进20cm后转入正常钻速。
4.4.8.3.6.7.第一节钻杆钻入岩层,尾部剩余20至30cm是停止钻进,人工用两把管钳卡紧钻杆,钻机低速反转,脱开钻杆。
钻机沿导轨复位,再装入第二根钻杆。
4.4.8.3.6.8.引导孔的孔径较管棚钢管外径大15至20mm,孔深较管长长0.5米以上。
4.4.8.3.7.管棚顶管施工
4.4.8.3.7.1.顶管工艺:
根据快速施工的要求,决定采用大引导孔和棚管钻进相结合的工艺,及先钻大于钢管外径的引导孔,然后利用钻机的冲击和推力(顶进管棚时凿岩机不使用回转压力,不产生扭矩)将安有工作管头棚管沿引导孔顶进,逐节接长管棚,直至孔底。
管棚顶进连接套及管棚扶直器见图4.4.8.3.-8。
4.4.8.3.7.2.管件制作:
棚管采用Φ80的普通无缝钢管,钢管节长3.3米,管棚长度10米,因此,必须接长3次以上。
管棚接长时先将前一根钢管顶入钻好的引导孔后再行连接。
直线加工好的管节连接套见图4.4.8.3.-9。
联接器螺纹长度不小于15厘米。
要将联接器预先焊接在每节钢管两端,便于连接。
第一根钢管前段要焊上合金钢片式空心钻头,以防止端部顶弯或劈裂。
4.4.8.3.7.3.接长管件应满足管棚受力的要求,相邻管的接头应前后错开,避免接头在同一个断面受力。
4.4.8.3.7.4.顶管作业:
将钢管安放在台车大臂上后,凿岩机对准已钻好的引导孔,低速推进钢管,其冲击力控制在1.8至2.0MPa,推进压力控制在4.0至6.0MPa。
4.4.8.3.7.5.封闭钢管尾部
先用麻布条封堵管棚钻孔空隙,
后用环形楔环顶紧,最后用电
焊将楔形环焊接在管棚上。
见图4.4.8.3.-10所示。
4.4.8.3.8.配制浆液
4.4.8.3.8.1.水泥浆的搅拌应在高速搅拌机内进行,严格按照施工配合比进行投料,水泥浆的浓度一般控制在0.5∶1-1.5∶1,并根据地层裂隙情况、含水状态及凝胶时间要求合理使用。
乌鞘岭隧道注浆施工中采用高速搅拌机进行水泥浆液配制,高速搅拌机安装两部7.5KW高速电机,拌制力强劲高效,每分钟转速达到1400r/min。
搅拌机布置有两个制浆桶,而且配有自动加水计量仪,可以保证水泥浆液的施工供应和浆液拌制质量。
4.4.8.3.8.2.搅拌水泥浆的投料顺序:
在放水的同时,将缓凝剂、外掺剂在水中按一定比例加入,搅拌溶解,再将需要的水泥倒入,搅拌2-3min。
4.4.8.3.8.3.外掺剂的重量为水泥重量的5%-10%,缓凝剂的掺量占水泥重量的2%-3%。
4.4.8.3.8.4.浓水玻璃的稀释方法。
1、采用水玻璃比重D与玻美°Be’之间的关系如下。
2、采用边加水边搅拌,边用玻美度计测量的方法进行。
4.4.8.3.8.5.制备水泥浆或稀释水玻璃时,严禁水泥块或纸片进入浆液,放浆进入储浆桶时要用滤网过滤,以防止堵塞注浆泵。
4.4.8.3.8.6.做好配置浆液的施工纪录,为分析注浆效果提供依据。
4.4.8.3.8.7.配置好的浆液存放在由低速搅拌器的储浆罐内,防止浆液由于存放时间稍长产生沉淀、离析等现象。
4.4.8.3.9.注浆
4.4.8.3.9.1.注浆工艺系统:
双液注浆工艺系统如图4.4.8.3.-11所示。
4.4.8.3.9.2.注浆工艺流程图(见图4.4.8.3.-12)
4.4.8.3.10.注浆顺序
管棚注浆顺序原则上遵循着“先两侧后中间”、“跳孔注浆”、“由稀到浓”的原则。
注浆施工由两端管棚钢管开始注浆,跳孔进行注浆施工,想隧道拱顶钢管方向推进,开始时注浆的浆液浓度要低一些,逐渐加浓至设计浓度。
这样做法有利于注浆的浆液向拱顶方向扩散,而且促进浆液的致密程度,利于防渗的要求。
4.4.8.3.11.注浆施工要点
4.4.8.3.11.1.注浆孔位要准确,定位偏差应小于5cm,孔底偏差不大于孔深的1%至2%。
顶管施工作业过程中会使管内混入一些碎石和碎屑,在注浆施工前一定要用高压风水进行吹洗,如果管内仍有较大的碎石,应采用小于钢管内径的钻头,利用凿眼台车钻进将其钻碎,吹洗干净。
4.4.8.3.11.2.拌浆时严禁纸屑等杂物混入浆液,拌好的浆液要经过过滤,未经过过滤的浆液严禁进入泵体,以防堵塞。
注浆过程中,要时刻注意泵口及孔口的压力变化情况,发现问题及时处理。
双液注浆时,要经常测定混合气候的浆液的凝结时间,防止由于泵及管路故障,造成浆液比例改变而发生事故。
注浆过程中,如发现孔口及工作面漏浆,要采取封堵,缩短凝胶时间及采用间歇注浆方式。
做好钻孔、注浆纪录,为分析注浆效果提供依据。
注浆结束后,要彻底的清洗泵体和管路,以保证下次注浆安全顺利进行。
4.4.8.3.11.3.注浆施工过程中如发现掌子面漏浆,应及时用麻布进行封堵。
4.4.8.3.12.严格注浆施工作业现场控制,保证注浆质量
注浆施工作业中,浆液注入的压力是一个最为关键的现场施工过程控制因素。
根据流量计显示的孔口压力变化可以判断注浆施工的基本发展状况,并及时采取相应措施。
4.4.8.3.12.1.压力逐渐上升,但达不到设计要求的压力。
原因分析是:
浆液浓度低、凝胶时间较长、浆液在碎石中形成劈裂脉或者是部分浆液溢出。
此时应适度加大浆液浓度、小时间间隔注浆。
4.4.8.3.12.2.注浆开始后压力不上升,甚至离开初始压力呈下降的趋势。
原因分析是:
表明浆液已经外溢。
此时应该采取大浓度浆液和较低注入速度,如果情况无改变,则应先停止注浆。
4.4.8.3.12.3.注浆压力上升后突然下降,表明浆液从注浆管周围溢走,或者是注入速度过大,扰动碎石岩层,或遇到空隙薄弱部位。
此时应适度降低注入速度。
4.4.8.3.12.4.压力反复升降,但总趋势呈上升态势。
原因分析:
由于注浆浆液的凝胶时间较短。
此时应该是度调长浆液凝胶时间。
4.4.8.3.12.5.压力上升很快,而注入速度上不去。
原因分析:
表明注浆岩层较为密实或者浆液的凝胶时间太短。
4.4.8.3.12.6.压力有规律上升,即使达到容许压力时,注浆速度也比较正常,这表明注浆施工作业是成功的。
4.4.8.3.12.7.压力上升后又下降,然而后来压力又再度上升,并达到设计的要求值。
这可以认为4.3.2.5.3.种情况的孔西部为已被浆液填满,此种情况也是成功的。
4.4.8.3.13.管棚注浆施工的结束标准
注浆过程中只要满足以下两个条件之一,即可认为注浆达到了设计的要求并可结束注浆施工。
4.3.2.6.1.注浆压力达到注浆设计所规定的终压3.0MPa。
4.3.2.6.2.注浆量达到设计要求时,注浆量的计算公式如下:
式中:
Q---总注浆量(M3);
A---注浆范围岩层体积(M3);
β---填充率,根据图纸及岩石地层的情况而定。
R---注浆半径(M);
L---注浆长度(M)。
...............................................................................................................
管棚预注浆施工工艺及施工方法[精编版]
4.4.8.3.Φ80管棚预注浆施工工艺及施工方法
4.4.8.3.1.管棚施工工艺流程
Φ80管棚预注浆施工工艺流程详见图4.4.8.3.-1。
管棚施工方案适用于乌鞘岭隧道断层影响带,主要分布在范围内。
乌鞘岭隧道F4断层南影响带DK170+300-DK170+450,以碎裂砂岩为主,岩体破碎,节理很发育,属较软岩,中等富水。
F4北影响带DK170+650-DK170+750,以碎裂安山岩为主,岩体破碎,节理很发育,属硬岩,中等富水。
F5断层南影响带171+160-DK171+210,以碎裂安山岩为主,岩体破碎,节理很发育,属硬岩,中等富水。
F5北侧影响带DK171+250-DK171+300,以碎裂砂岩为主,岩体破碎,节理很发育,属较软岩,中等富水。
4.4.8.3.2.Φ80管棚预注浆施工技术参数
4.4.8.3.2.1.管棚采用Φ80的钢管,沿拱部环向布置6.4米;钢管长度设计为10米;纵向搭接2米,纵向排距7米;管棚钢管中心环向间距40cm,Φ80钢管初始上抬值设计为20cm,外插角度6°。
孔位具体平面布置详见图
4.4.8.3.-2。
注浆终止压力3.0MPa。
4.4.8.3.2.2双液注浆材料:
普硅525水泥、35Be’水玻璃、缓凝剂磷酸氢二钠、减水剂。
水泥浆水灰比1.25∶1—0.5∶1;水玻璃模数为2.4—2.8之间;水泥浆、水玻璃浆液体积比为1∶1--1∶0.3。
4.3.2.2.4.管棚施工基地纵断面示意图详见图4.4.8.3.-3。
4.4.8.3.3.管棚施工机具
施工机具配套选用原则:
一、保证施工机具设备生产性能满足乌鞘岭隧道管棚施工设计要求;二、保证施工生产中,机械设备性能满足管棚施工工艺、工序的质量要求;三、保证满足乌鞘岭隧道快速施工的要求;四、保证隧道工程施工生产安全的要求;
4.4.8.3.3.1.管棚钻孔施工机具
为了保证管棚钻孔作业施工精度、保证快速施工、合理配置施工机械,充分发挥机械化配套施工的优越性,同时为保证乌鞘岭隧道施工中突水、涌泥等不良地质条件下,突发的意外事故处置能力和应变能力,在管棚钻孔施工中,选择轨行门架式全液压凿岩台车,作为钻孔作业施工机具。
管棚钻孔施工使用的机具,成套设备见表4.4.8.3.-1。
管棚作业施工钻机及成套设备表(表4.4.8.3.-1)
序号
设备名称及规格
单位
数量
备注
1
轨行门架式液压凿岩台车TH586-5
台
1
4臂、瑞典产
2
运输车辆
台
2
运料
3
交流电焊机
台
1
4
钻杆
套
5
购置
5
Φ102冲击钻头
个
5
钻引导孔用
6
钻杆连接套
个
5
购置
7
管道施工用具
套
2
购置
8
钢管顶进连接套
个
5
自制
4.4.8.3.3.2.注浆机具设备
注浆机具设备:
包括注浆泵、高速搅拌机、混合器、抗震压力表、止浆塞等。
选配注浆施工机具要求:
拌浆设备要求能够满足注浆设计能力需要、强制搅拌、高速度、高稳定性、拌合用水的掺量能够准确的自动计量;注浆泵能够注入悬浊液和化学浆液、能够满足管棚注浆施工的设计能力要求、配有电子流量流速记录仪、可变速调节注入速度;输浆管具有快速施工接头,满足快速施工与维护的要求;混合器具有单向止浆能力,注双液浆时能够保证浆液混合均匀;孔口管要求能够快速拆卸与安装,保证施工中快速安装和拆卸;流量计要求能够计量流量、流速、并具备电脑记录打印功能。
具体管棚注浆施工机具设备名称及性能详见表4.4.8.3.-2。
管棚注浆机具设备名称一览表(表4.4.8.3.-2)
序号
名称
规格型号/性能
单位
数量
备注
1
双液调速注浆泵
2TGZ/120/105
台
3
配压力计及流量计
2
叶片立式搅拌机
CEMAG-400
台
2
桶容积2*250L,拌合水自动计量,自加工
3
混合器
个
5
自制
4
止浆塞
套
10
购置
5
高压球阀
Φ25、Φ30
个
10
压力按设计选用
6
抗震压力表
只
6
压力按设计选用
7
高压胶管
Φ25每根10米
根
10
带快速接头
Φ30每根5米
根
6
带快速接头
8
储浆桶
SS400-1
台
3
350L
9
流量压力自动计量仪
SPQ-850
台
3
具备电脑功能
10
孔口管
Φ80
根
带法兰盘
4.4.8.3.3.3.现场试验设备
注浆施工的重点:
一是注浆设计是否符合实际施工要求;二是注浆施工作业的过程控制。
所以要保证注浆施工现场的试验工作。
其目的是控制影响注浆效果的各个因素保证在设计的范围之内。
通过玻美计现场检测水玻璃的配制是否满足设计要求;通过粘度计进行现场检测注浆浆液黏度是否满足设计要求;通过温度计进行现场检测,确定水泥浆液或水玻璃的温度是否在涉及范围内,并以此推断温度对注浆浆液凝胶时间的影响程度;通过现场进行注浆浆材凝胶时间试验测定,判断施工配比是否满足设计要求;最重要的是通过现场观察得到的压力变化数值、流量变化数值、流速变化数值等施工参数,现场进行注浆设计调整与优化。
具体的现场试验设备以其名称见表4.4.8.3.-3。
注浆施工现场试验仪器设备名称及用量一览表(表4.4.8.3.-3)
序号
名称
规格型号
单位
数量
备注
1
压力机
压力换代用
套
1
2
天平
0-1Kg、感量1g
台
2
3
维卡仪
组
1
4
秒表
0.1s
块
2
测浆液凝胶时间
5
粘度计
ZNN型
个
2
测浆液黏度
6
比重计
ZNB型
个
4
7
玻镁计
0-70Be’
支
4
测水玻璃浓度
8
温度计
0-50℃
支
2
测浆液温度
9
磅秤
50Kg
台
1
10
电炉
1-1.5KW
个
2
11
试模
4*4*4、7.07*7.07*7.07
套
6
抗渗试模
12
水桶
10-20L
个
4
13
量杯计量筒
50-1000ML
套
4
14
搪瓷杯
个
40
4.4.8.3.4.注浆方式
管棚注浆采用独头注浆方式,其具体施工见图4.4.8.3.-4。
为防止注浆施工过程中发生浆液窜管的不利状况发生,影响管棚注浆加固围岩的效果,所以乌鞘岭隧道工程管棚施工过程中采用单向阀管的新方法。
此种方法可有效防止窜浆的现象发生,提高管棚的施工质量。
其具体方法见图4.4.8.3.-5。
4.4.8.3.5.施工准备
为了保证管棚注浆施工作业顺利进行和保证管棚施工质量和安全,注浆前应做好如下施工准备工作:
4.4.8.3.5.1.止水止浆墙的施工:
为防止注浆薄弱地段地下水涌出作业面及注浆时跑浆,注浆地段的起始处掌子面应喷射20CM厚混凝土
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