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文檔簡(jiǎn)介
1、隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 8隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 第八章 不良地質(zhì)隧道施工 8.1 概述 8.2 富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r 8.3 膨脹性和擠壓性圍巖 8.4 黃土地質(zhì) 8.5 巖溶地質(zhì) 8.6 高地應(yīng)力硬巖(巖爆)地質(zhì) 8.7 煤系地層 8.8 隧道施工坍方處理措施隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 8.1 概述不良地質(zhì)中隧道施工的一般原則: 充分利用各種手段和方法,盡可能準(zhǔn)確掌握不良地質(zhì)的情況; 根據(jù)掌握的不良地質(zhì)情況,制定相應(yīng)的施工方案和處理措施 ; 隨著施工揭露地質(zhì),并根據(jù)施工安全性和支護(hù)措施的效果,及時(shí)修正設(shè)計(jì),保
2、證施工安全和隧道質(zhì)量。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 在隧道施工中,往往會(huì)遇到斷層破碎帶、富水軟巖及大量涌水地段,這些地段往往不是單獨(dú)出現(xiàn),不少情況是同時(shí)存在的。因此三者之間既有聯(lián)系,又各有特點(diǎn),其施工措施也是既有共性,又各有側(cè)重。 8.2 富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 斷層破碎帶是常見(jiàn)的不良地質(zhì)段,斷層帶內(nèi)巖體破碎,呈塊石、破碎或角礫狀,甚至呈斷層泥,巖體強(qiáng)度低,圍巖自穩(wěn)能力差,施工困難。其施工難度取決于斷層的性質(zhì)、斷層破碎帶的寬度、填充物、含水性和斷層本身的活動(dòng)性以及隧道軸線和斷層構(gòu)造線方向的組合關(guān)系等因素。 隧道軸線接近于垂直
3、構(gòu)造線方向時(shí),斷層規(guī)模較小,破碎帶不寬,且含水量較小時(shí),條件比較有利可隨挖隨撐。當(dāng)隧道軸線斜交或者平行于構(gòu)造方向時(shí),則隧道穿過(guò)破碎帶的長(zhǎng)度增大,施工難度大。見(jiàn)下頁(yè)圖。(一)斷層破碎帶(一)斷層破碎帶隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 隧道中線與斷層帶的位置隧道中線與斷層帶的位置隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 富水軟巖是指各類(lèi)土質(zhì)、軟巖、極嚴(yán)重的風(fēng)化的各種巖層、極軟弱破碎的斷層帶以及堆積、坡積層,在富含地下水的情況下,巖體強(qiáng)度很低,自穩(wěn)能力極差的圍巖。施工難度極大,俗稱(chēng)“爛洞子”。(二)富水軟巖(二)富水軟巖隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHE
4、NG 大量涌水也是常見(jiàn)的不良地質(zhì)現(xiàn)象。在雨量充沛和地下水豐富的地區(qū),隧道穿過(guò)斷層破碎帶、裂隙密集帶、不同巖層接觸帶或巖溶發(fā)育地段時(shí),施工中往往會(huì)發(fā)生地下水和承壓水大量涌出的現(xiàn)象。典型隧道:渝懷線圓梁山隧道、蘭武線烏鞘嶺隧道。 (三)大量涌水(三)大量涌水隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG (三)大量涌水(三)大量涌水烏鞘嶺隧道烏鞘嶺隧道7號(hào)斜井洞內(nèi)涌水號(hào)斜井洞內(nèi)涌水 隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 對(duì)于富水軟弱破碎圍巖隧道,設(shè)計(jì)一般根據(jù)地表探測(cè)和少量的地質(zhì)鉆孔,來(lái)推斷地下深處的隧道地質(zhì)條件,往往與實(shí)際地質(zhì)條件存在差異。因此,準(zhǔn)確預(yù)報(bào)施工掌子面前方的地質(zhì)條
5、件就非常必要,應(yīng)把地質(zhì)超前預(yù)報(bào)作為一個(gè)工序納入生產(chǎn)過(guò)程。 富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r施工富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r施工(一)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)(一)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 地質(zhì)預(yù)報(bào)方法主要有:鉆孔超前探測(cè);超前地質(zhì)導(dǎo)坑;地震波、聲波、地質(zhì)雷達(dá)等物理探測(cè)。重點(diǎn)預(yù)報(bào)內(nèi)容:開(kāi)挖面前方的地質(zhì)情況;圍巖整體性、斷層、軟弱破碎帶在前方的位置和對(duì)施工的影響;地下水活動(dòng)情況等。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 地下水處理原則:以堵截為主,排引為輔。 堵截地下水方法:一類(lèi)是整個(gè)富水段注漿止水,加固圍巖,相當(dāng)于提高圍巖等級(jí);如深孔劈裂、擠壓注漿。一類(lèi)沿隧道開(kāi)挖輪廓線以外進(jìn)行環(huán)形
6、注漿,形成止水帷幕,防止或減少地下水進(jìn)入開(kāi)挖面;如淺孔注漿、管棚注漿、小導(dǎo)管注漿等。 排水輔助措施:導(dǎo)坑、鉆孔;目的是排水降壓。(二)注漿堵水并加固圍巖(二)注漿堵水并加固圍巖隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 雖地層經(jīng)注漿加固,為確保施工安全,一般在開(kāi)挖前采用超前支護(hù),如超前錨桿、超前小導(dǎo)管等; 地下水較大的隧道,開(kāi)挖前采取排水降壓措施,排水主要采用鉆孔,鉆孔深度應(yīng)超出注漿范圍。(三)開(kāi)挖及支護(hù)(三)開(kāi)挖及支護(hù) 開(kāi)挖方法視圍巖穩(wěn)定情況,有:臺(tái)階法、正臺(tái)階預(yù)留核心土開(kāi)挖法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。 開(kāi)挖手段有兩種:一是非爆破開(kāi)挖,如十字鎬、風(fēng)鎬或小型挖裝機(jī)開(kāi)挖;二是控制爆破,如松動(dòng)爆破
7、、微振動(dòng)爆破。目的是盡可能減少開(kāi)挖對(duì)圍巖的擾動(dòng)。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 8.2 膨脹性和擠壓性圍巖(一)膨脹巖概念(一)膨脹巖概念 概 念:膨脹巖是指土中粘土礦物成分主要由親水性礦物組成,同時(shí)具有吸水顯著膨脹軟化和失水收縮硬裂兩種特性且具有濕脹干縮往復(fù)變形的高塑性粘性土。決定膨脹性的親水礦物質(zhì)主要是蒙脫石粘土礦物。 膨脹土圍巖常常具有明顯的塑性流變特性具有明顯的塑性流變特性,開(kāi)挖后將產(chǎn)生較大的塑性變形。隧道施工開(kāi)挖過(guò)程中,常有初期圍巖變形大,發(fā)展速度快等現(xiàn)象。膨脹土圍巖因吸水而膨脹,失水而收縮,都將破壞圍巖的穩(wěn)定性。 隧 道 工 程 SUI DAO GONG CH
8、ENG (二)膨脹巖基本特征(二)膨脹巖基本特征 質(zhì)軟,強(qiáng)度低。抗壓強(qiáng)度低于10MPa。 自由膨脹率高。一般高于30%。 空隙率大。一般大于20%,方便水的滲入。 易風(fēng)化,崩解性強(qiáng)。 膨脹壓力大。1.0MPa以上。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 膨脹巖判別標(biāo)準(zhǔn):一是間接反應(yīng)巖石膨脹指標(biāo);二是定量反應(yīng)巖石膨脹力學(xué)指標(biāo)。項(xiàng)目指標(biāo)極限膨脹力(Pmax)100kPa極限膨脹率(max)3%干燥飽和吸水率(Rdw)10%自由膨脹率(Fs)30%礦物質(zhì)成分(蒙脫石、伊利石含量)15%隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 膨脹巖分級(jí):按膨脹性的大小進(jìn)行分級(jí)。項(xiàng)目極限膨脹
9、力(kPa)極限膨脹率(%)干燥飽和吸水率(%)自由膨脹率(%)弱膨脹巖10030031510303050中膨脹巖300500153030505070強(qiáng)膨脹巖500305070隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 由于膨脹性巖層所具有的特征,在隧道開(kāi)挖后不久即產(chǎn)生膨脹性壓力,往往發(fā)生如下一些現(xiàn)象:風(fēng)化迅速,挖出的土石塊很快酥散;坑道頂部及兩側(cè)常被擠壓,底部隆起;隨著時(shí)間的增長(zhǎng),支撐、襯砌往往發(fā)生嚴(yán)重的變形或破壞。 (三)膨脹巖對(duì)隧道施工的危害(三)膨脹巖對(duì)隧道施工的危害 圍巖普遍開(kāi)裂 洞室下沉 圍巖膨脹突出和坍塌 隧道底部隆起 襯砌變形和破壞隧 道 工 程 SUI DAO GO
10、NG CHENG 擠壓性圍巖是高地應(yīng)力作用下的軟巖。擠壓性軟弱圍巖在高地應(yīng)力作用下發(fā)生擠壓大變形及破壞的特征不僅受?chē)鷰r本身力學(xué)性質(zhì)的影響,還與初始應(yīng)力場(chǎng)狀況及工程因素有關(guān) 。 擠壓性圍巖擠壓性圍巖(一)概念(一)概念(一)擠壓巖概念(一)擠壓巖概念(二)擠壓性圍巖隧道變形特征(二)擠壓性圍巖隧道變形特征 變形量大 變形速率快 變形持續(xù)時(shí)間長(zhǎng) 隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 認(rèn)真實(shí)施設(shè)計(jì)文件提出的技術(shù)要求 對(duì)圍巖壓力及變形情況認(rèn)真量測(cè),分析其規(guī)律 探明地下水分布規(guī)律,確定水對(duì)施工的影響 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,采取相應(yīng)的施工措施,實(shí)施動(dòng)態(tài)管理。 膨脹巖和擠壓性圍巖隧道施工膨脹巖和擠壓
11、性圍巖隧道施工(一)加強(qiáng)調(diào)查,量測(cè)圍巖的壓力和流變特性(一)加強(qiáng)調(diào)查,量測(cè)圍巖的壓力和流變特性(二)合理選擇施工方法(二)合理選擇施工方法 盡量減少對(duì)圍巖擾動(dòng)和防止水的浸濕為原則 宜采用非爆破開(kāi)挖,如風(fēng)鎬、小型挖裝機(jī) 盡可能縮短圍巖暴露時(shí)間,及時(shí)支護(hù) 開(kāi)挖方法宜不分部或少分部 隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 開(kāi)挖后及時(shí)噴射混凝土,封閉和支護(hù)圍巖 有地下水滲流隧道,采取切斷水源并加強(qiáng)洞壁與坑道防、排水措施,防止施工積水對(duì)圍巖浸濕 局部滲流,可采用注漿堵水阻止地下水(三)防止圍巖濕度變化(三)防止圍巖濕度變化(四)合理進(jìn)行圍巖支護(hù)(四)合理進(jìn)行圍巖支護(hù) 噴錨支護(hù),穩(wěn)定圍巖。
12、襯砌結(jié)構(gòu)及早封閉。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 先行導(dǎo)坑法。通過(guò)圍巖釋放部分初始應(yīng)力。 多重支護(hù)法。 可縮式支護(hù)方法。先剛性支護(hù)。可縮式錨桿、鋼架。 分階段綜合控制。大剛度支護(hù)和襯砌;大范圍圍巖加固。膨脹巖和擠壓性圍巖隧道設(shè)計(jì)膨脹巖和擠壓性圍巖隧道設(shè)計(jì)柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大剛度支護(hù)和襯砌。大范圍圍巖加固。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 噴錨支護(hù),穩(wěn)定圍巖。 襯砌結(jié)構(gòu)及早封閉。(四)合理進(jìn)行圍巖支護(hù)(四)合理進(jìn)行圍巖支護(hù)隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 概概 念:念:在在干燥氣候條件下干燥氣候條件下形成
13、的一種具有形成的一種具有褐黃、灰黃或褐黃、灰黃或黃褐黃褐等顏色并具有等顏色并具有針狀大孔、垂直節(jié)理發(fā)育針狀大孔、垂直節(jié)理發(fā)育的特殊性土。的特殊性土。黃土隧道黃土隧道(一)黃土及其分類(lèi)(一)黃土及其分類(lèi)分分 類(lèi)類(lèi):黃土按形成年代分:黃土按形成年代分:時(shí)代符號(hào)時(shí)代符號(hào)地層時(shí)代地層時(shí)代常用名稱(chēng)常用名稱(chēng)Q4全新世全新世新黃土新黃土Q3晚更新世晚更新世新黃土新黃土Q22 、Q21中更新世中更新世老黃土老黃土Q1早更新世早更新世老黃土老黃土隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 黃土按其物理性質(zhì)分:黃土按其物理性質(zhì)分:分類(lèi)名稱(chēng)分類(lèi)名稱(chēng)塑性指數(shù)塑性指數(shù)黃土質(zhì)粘砂土黃土質(zhì)粘砂土1IP7黃土質(zhì)砂粘
14、土黃土質(zhì)砂粘土7IP17黃土質(zhì)粘土黃土質(zhì)粘土17IP隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 影響因素特征潛在危險(xiǎn)黃土節(jié)理在紅棕色或深褐色古土壤黃土層,有一定延續(xù)性土體易順著節(jié)理張松或剪斷。位于坑道頂部極易產(chǎn)生“塌頂”;位于側(cè)壁出現(xiàn)側(cè)壁掉土,處理不當(dāng)會(huì)引起較大坍塌黃土沖溝地段較大范圍內(nèi)平行走向,且埋深較小當(dāng)隧道在較長(zhǎng)范圍內(nèi)沿著沖溝或塬邊平行走向,而覆蓋較薄或偏壓很大時(shí),易發(fā)生較大的坍塌或滑坡。(二)黃土地層對(duì)隧道施工的影響(二)黃土地層對(duì)隧道施工的影響 隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 影響因素影響因素特征特征潛在危險(xiǎn)潛在危險(xiǎn)黃土黃土溶洞溶洞陷穴陷穴常見(jiàn)的一種不
15、常見(jiàn)的一種不良地質(zhì)現(xiàn)象良地質(zhì)現(xiàn)象隧道在其上方,基礎(chǔ)有隧道在其上方,基礎(chǔ)有下沉下沉的危的危害;隧道在其下方,常發(fā)生害;隧道在其下方,常發(fā)生冒頂冒頂;隧道在其鄰側(cè),則有可能隧道在其鄰側(cè),則有可能承受偏承受偏壓壓。地下水地下水干燥時(shí)黃土很干燥時(shí)黃土很堅(jiān)固;有水時(shí)堅(jiān)固;有水時(shí)則有濕陷性則有濕陷性突然發(fā)生下沉現(xiàn)象,使開(kāi)挖后的突然發(fā)生下沉現(xiàn)象,使開(kāi)挖后的圍巖迅速喪失自穩(wěn)能力。圍巖迅速喪失自穩(wěn)能力。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 做好黃土構(gòu)造節(jié)理的產(chǎn)狀與分布的調(diào)查,對(duì)因節(jié)理切割形成的不穩(wěn)定部位,加強(qiáng)支護(hù); 遵循“短開(kāi)挖、少擾動(dòng)、強(qiáng)支護(hù)、實(shí)回填、嚴(yán)治水、勤量測(cè)”的原則; 采用短臺(tái)階法或分
16、部開(kāi)挖法(預(yù)留核心土),初支緊跟開(kāi)挖面。 復(fù)合式襯砌,開(kāi)挖后以噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼支撐作初支,形成嚴(yán)密的體系;必要時(shí)設(shè)超前支護(hù)加固圍巖; 做好洞頂、洞門(mén)及洞口的防排水工程;處理陷穴、裂縫; 在有地下水的黃土地層中,洞內(nèi)做好排水設(shè)施。(三)施工(三)施工隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 非濕陷性黃土地基上的洞門(mén)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮地表水沖刷防護(hù)考慮地表水沖刷防護(hù); 濕陷性黃土地基上的洞門(mén),應(yīng)根據(jù)黃土的物理性質(zhì),對(duì)端、翼墻地基采取適當(dāng)?shù)膿Q填夯實(shí)換填夯實(shí)措施; 黃土隧道洞門(mén)墻背上的壓力可按庫(kù)侖理論計(jì)算,同時(shí)應(yīng)考慮土壤粘聚力的作用,根據(jù)地質(zhì)條件選擇合理的洞門(mén)形式,同時(shí)要對(duì)洞門(mén)的穩(wěn)定性
17、進(jìn)行相關(guān)演算。 7.8.37.8.3 溶洞(四)施工黃土隧道的洞門(mén)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則(四)施工黃土隧道的洞門(mén)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 1. 1. 溶洞的類(lèi)型溶洞的類(lèi)型 溶洞一般有死、活、干、濕、大、小死、活、干、濕、大、小幾種類(lèi)型。 當(dāng)隧道穿過(guò)可溶性巖層時(shí),有的溶洞位于隧道頂部,洞穴大且?guī)r質(zhì)破碎,容易發(fā)生坍塌。有的溶洞位于隧道底部,充填物松軟且深,使隧道基底難于處理。有時(shí)溶洞或溶槽位于隧道掌子面前方且有大量淤泥質(zhì)充填物,當(dāng)隧道掘進(jìn)至其邊緣時(shí),含水充填物不斷涌入隧道,難以遏止,甚至使地表開(kāi)裂下沉,山體壓力劇增。有時(shí)遇到大的水囊或地下暗河,巖溶水或泥砂夾水
18、大量涌入隧道。有的溶洞、暗河迂回交錯(cuò)、分支錯(cuò)綜復(fù)雜、范圍寬廣,處理十分困難。 2. 2. 隧道溶洞處理措施隧道溶洞處理措施隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 隧道通過(guò)巖溶區(qū),應(yīng)查明溶洞分布范圍和類(lèi)型,巖層的完整穩(wěn)定程度、填充物和地下水情況,據(jù)以確定施工方法。在巖溶地段,隧道常用處理溶洞的方法,有“引、堵、越、引、堵、越、繞繞”四種。 (1) (1) 引引 遇到地下暗河或溶洞有水流時(shí),宜排不宜堵。應(yīng)在查明水源流向及其與隧道位置的關(guān)系后,用暗管、涵管或小橋等設(shè)施渲泄水流,或開(kāi)鑿泄水洞將水排除洞外(如圖6-24)。水流漿砌片石暗管,涵洞或小橋圖6-24 橋涵宣泄水流隧 道 工 程
19、SUI DAO GONG CHENG (2) (2) 堵堵 對(duì)已停止發(fā)育、跨徑較小,無(wú)水的溶洞,可根據(jù)具體情況,采用混凝土、漿砌片石或干砌片石回填封閉;或加深邊墻基礎(chǔ),加固隧道底部(如圖6-25)。當(dāng)隧道拱頂有溶洞時(shí),可視溶洞的巖石破碎程度在溶洞頂部采用錨桿或網(wǎng)錨噴加固,必要時(shí)可考慮注漿,并加設(shè)隧道護(hù)拱及拱頂回填進(jìn)行處理(如圖6-26)。圖6-25 溶洞堵填圖6-26 錨桿加固與護(hù)拱干砌片石混凝土填實(shí)漿砌片石漿砌片石錨桿漿砌片石或混凝土護(hù)拱片石、碎石回填密實(shí)隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG (3) (3) 越越 當(dāng)隧道一側(cè)遇到狹長(zhǎng)而較深的溶洞,可加深該側(cè)的邊墻基礎(chǔ)通過(guò)(圖6
20、-27)。隧道底部遇有較大溶洞并有流水時(shí),可在隧道底部以下砌筑圬工承重墻,支承隧道結(jié)構(gòu),跨越而過(guò),在承重墻內(nèi)應(yīng)套設(shè)涵管引排溶洞水(圖6-28)。隧道過(guò)墻部位遇到較大、較深的溶洞,不宜加深邊墻基礎(chǔ)時(shí),可在邊墻部位或隧底以下筑拱跨過(guò)(圖6-29)。混凝土墻基漿砌片石水流漿砌片石涵管漿砌片石承重墻溶洞拱基礎(chǔ)混凝土拱圖6-27 加深邊墻基礎(chǔ)圖6-28 在承重墻內(nèi)設(shè)涵管圖6-29 筑拱跨越溶洞隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG (4) (4) 繞繞 巖溶區(qū)施工,個(gè)別溶洞處理耗時(shí)且困難時(shí),可采用迂回導(dǎo)坑繞過(guò)溶洞,繼續(xù)進(jìn)行隧道前方的施工,以節(jié)省時(shí)間,加快施工進(jìn)度,同時(shí)處理溶洞。繞行開(kāi)挖迂回
21、導(dǎo)坑時(shí),應(yīng)與溶洞保持一定的間距,以防止洞壁失穩(wěn)。 3. 3. 溶洞地段施工的注意事項(xiàng)溶洞地段施工的注意事項(xiàng) 1) 1) 當(dāng)施工到達(dá)溶洞邊緣時(shí),各工序應(yīng)緊密銜接,支護(hù)當(dāng)施工到達(dá)溶洞邊緣時(shí),各工序應(yīng)緊密銜接,支護(hù)和襯砌趕前。和襯砌趕前。同時(shí)應(yīng)利用探孔或物探作超前預(yù)報(bào),設(shè)法探明溶洞的形狀、范圍、大小、充填物及地下水等情況,據(jù)以制定施工處理方案及安全措施。 2)2) 施工中注意檢查溶洞頂部,及時(shí)處理危石。施工中注意檢查溶洞頂部,及時(shí)處理危石。當(dāng)溶洞較大、較高且頂部破碎時(shí),應(yīng)先噴射混凝土加固,再在靠近溶洞頂部附近打入錨桿,并應(yīng)設(shè)置施工防護(hù)架或鋼筋防護(hù)網(wǎng)。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHEN
22、G 3) 3) 爆破作業(yè)應(yīng)盡量做到多打眼、打淺眼,控制爆破藥爆破作業(yè)應(yīng)盡量做到多打眼、打淺眼,控制爆破藥量,減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)量,減少對(duì)圍巖的擾動(dòng),防止一次爆破后溶洞內(nèi)的填充物突然大量涌入隧道,或溶洞水突然襲擊隧道,造成嚴(yán)重?fù)p失。 4)4)在溶洞充填體中掘進(jìn),如充填物松軟,可用超前支護(hù)在溶洞充填體中掘進(jìn),如充填物松軟,可用超前支護(hù)施工。施工。如充填物為極松散的礫石、塊石堆積或流塑狀粘土及砂粘土等,可于開(kāi)挖前采用地表注漿、洞內(nèi)注漿或地表和洞內(nèi)注漿相結(jié)合加固。如遇顆粒細(xì)、含水量大的流塑狀土壤,可采用劈裂注漿技術(shù),注入水泥漿或水泥水玻璃雙液漿進(jìn)行加固。 5)5)溶洞末做出處理方案前,不要將棄碴隨意傾填
23、于溶洞溶洞末做出處理方案前,不要將棄碴隨意傾填于溶洞中。中。因棄碴覆蓋了溶洞,不但不能了解其真實(shí)情況,反而會(huì)造成更多困難。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 7.8.47.8.4 塌方 1. 1. 發(fā)生塌方的主要原因發(fā)生塌方的主要原因 (1) (1) 不良地質(zhì)及水文地質(zhì)條件不良地質(zhì)及水文地質(zhì)條件 1 1)隧道穿過(guò)斷層及其破碎帶,或在薄層巖體的小曲摺、錯(cuò)動(dòng)發(fā)育地段,一經(jīng)開(kāi)挖,潛在應(yīng)力迅速釋放、圍巖失穩(wěn),輕則引起圍巖掉塊、坍落,重則引起坍方。 2 2)當(dāng)通過(guò)各種堆積體時(shí),由于圍巖結(jié)構(gòu)松散,顆粒間無(wú)膠結(jié)或膠結(jié)差,開(kāi)挖后引起坍塌。 3 3)在軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育或泥質(zhì)充填物過(guò)多的地層中,均
24、易產(chǎn)生較大的坍塌。 4 4)隧道穿越地層覆蓋過(guò)薄地段,如在沿河傍山、偏壓地段、溝谷凹地淺埋和丘陵淺埋地段極易發(fā)生坍方。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 5 5)巖層軟硬相間或有軟弱夾層的巖體,在地下水的作用下,軟弱面的強(qiáng)度大為降低,因而發(fā)生滑坍。 6 6)地下水的軟化、浸泡、沖蝕、溶解等作用加劇了巖體的失隱和坍落。 (2) (2) 隧道設(shè)計(jì)考慮不周隧道設(shè)計(jì)考慮不周 1 1)隧道選定位置時(shí),地質(zhì)勘查不細(xì),未能作詳細(xì)的分析,或未能查明可能坍方的因素。沒(méi)有繞開(kāi)可以繞避的不良地質(zhì)地段,使得隧道選址不合理。 2 2) 設(shè)計(jì)本身可能存在不合理的地方。 (3) (3) 施工方法和措施不當(dāng)
25、施工方法和措施不當(dāng) 1 1)施工方法與地質(zhì)條件不相適應(yīng);地質(zhì)條件發(fā)生變化時(shí),沒(méi)有及時(shí)改變施工萬(wàn)法;工序間距安排不當(dāng),致使支護(hù)應(yīng)該盡快閉合而沒(méi)有閉合。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 2 2)噴錨支護(hù)不及時(shí),圍巖暴露時(shí)間過(guò)久。噴射混凝土的質(zhì)量、厚度不符合要求。 3 3)按新奧法施工的隧道,沒(méi)有按規(guī)定進(jìn)行量測(cè),或信息處理失誤、或反饋不及時(shí),導(dǎo)致決策失誤,喪失了對(duì)圍巖的有效控制。 4 4)沒(méi)有科學(xué)地進(jìn)行控制爆破,圍巖爆破用藥量過(guò)多,因而擾動(dòng)過(guò)度,引起坍塌。 5 5)對(duì)危石檢查不重視、不及時(shí),或處理危石措施不當(dāng),引起巖層坍塌。 2. 2. 塌方前的預(yù)兆塌方前的預(yù)兆 1 1)量測(cè)信息
26、所反應(yīng)的變形速度或數(shù)值超過(guò)允許值。 2 2)噴射混凝土產(chǎn)生縱橫向裂紋或龜裂。 3 3)在坑頂或坑壁發(fā)現(xiàn)不斷掉下土塊、小石塊或構(gòu)件支撐間隙不斷漏出砂、石屑。 4 4)巖層層理、節(jié)理縫或裂隙變大、張開(kāi)。 5)隧道內(nèi)滲水、滴水突然加劇或變渾。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 3. 3. 預(yù)防塌方的施工措施預(yù)防塌方的施工措施選擇安全合選擇安全合理施工方法理施工方法加強(qiáng)塌方預(yù)測(cè)加強(qiáng)塌方預(yù)測(cè)預(yù)防預(yù)防塌方塌方施工施工措施措施先排水短開(kāi)挖弱爆破強(qiáng)支護(hù)快襯砌勤檢查、勤量測(cè)觀察法一般量測(cè)法微地震學(xué)測(cè)量法和聲學(xué)測(cè)量法加強(qiáng)初期支護(hù)加強(qiáng)初期支護(hù)隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 4
27、. 4. 隧道塌方的處理措施隧道塌方的處理措施 隧道發(fā)生坍方后,應(yīng)及時(shí)迅速的處理,切忌拖延。處理時(shí)必須詳細(xì)觀測(cè)坍方的范圍、形狀及坍穴的地質(zhì)構(gòu)造,查明坍方發(fā)生的原因和地下水活動(dòng)情況,制定切實(shí)可行的處理方案??砂聪铝蟹椒ㄟM(jìn)行處理: (1)(1)小坍方小坍方 坍穴不高,且縱向延伸不長(zhǎng),首先加固坍體兩端洞身,并抓緊噴射混凝土或采用錨噴聯(lián)合支護(hù)封閉坍穴頂部和側(cè)部,再進(jìn)行清碴。在確保安全的前提下,也可在坍碴上架設(shè)臨時(shí)支架,穩(wěn)定頂部,然后清碴。臨時(shí)支架的拆除須待灌筑襯砌混凝土達(dá)到要求強(qiáng)度后方可進(jìn)行。最后要用漿砌片石或干砌片石將坍穴填滿。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG (2)(2)大坍方
28、大坍方 坍穴高、坍碴數(shù)量大,且坍碴體完全堵住洞身時(shí),宜采取先護(hù)后挖的方法。在查清坍穴規(guī)模大小和穴頂位置后,可采用管棚法和注漿固結(jié)法穩(wěn)固圍巖和碴體,待其基本穩(wěn)定后,按先上部后下部的順序清除碴體,并盡快完成模注混凝土襯砌(加強(qiáng)型)。對(duì)襯砌背后的空穴,可先用漿砌片石回填一定厚度,再以棄碴填實(shí)。當(dāng)坍穴很大,全部填滿有困難時(shí),也可考慮采用噴錨支護(hù)等方法穩(wěn)定坍穴洞壁,或請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)單位共同做出處理。 (3)(3)坍方冒頂坍方冒頂 指一直坍到了地表。在清碴前應(yīng)先支護(hù)陷穴口,地層極差時(shí),可在陷穴口附近地面布置地表錨桿對(duì)地層予以加固,洞內(nèi)坍體可采用管棚等方法穿越。同時(shí),地表陷穴要用雨布遮蓋,周?chē)_(kāi)挖臨時(shí)排水溝,以防雨
29、水流入洞內(nèi)。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG (4)(4)洞口坍方洞口坍方 指進(jìn)洞方法不當(dāng)導(dǎo)致洞口地表塌方,需采取明洞的方法(現(xiàn)場(chǎng)也稱(chēng)之為“暗洞明作暗洞明作”)進(jìn)洞。一般來(lái)說(shuō),接了明洞以后都可以解決問(wèn)題,但增加了工程造價(jià)。 (5)(5)防排水的處理措施防排水的處理措施 隧道坍方往往與地下水的活動(dòng)密切相關(guān),故“治坍應(yīng)先治水”是隧道施工的基本常識(shí)。一旦發(fā)生坍方,首先應(yīng)積極采取措施,截?cái)嗟乇硭疂B入坍體范圍,在洞內(nèi)防止地下水滲入坍方地段,以免坍方繼續(xù)擴(kuò)大。具體措施有: 1)1)地表沉陷和裂縫,用粘土緊密夯實(shí),周?chē)_(kāi)挖截水溝,防止地表水滲入。 2)2)坍方冒頂時(shí),在陷穴口地表四周挖溝
30、排水,設(shè)雨棚遮蓋穴頂。陷穴口的回填應(yīng)高出地面,用粘土或圬工封口。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 3)3)坍體內(nèi)有地下水活動(dòng)時(shí),應(yīng)用管槽引至排水溝排出,以防止水對(duì)坍體的繼續(xù)破壞。 7.8.57.8.5 巖爆 是巖體中聚集的高彈性應(yīng)變能,因隧道開(kāi)挖而發(fā)生的一種應(yīng)力釋放現(xiàn)象。 地層巖地層巖性條件性條件地應(yīng)力地應(yīng)力條件條件巖爆巖爆形成形成條件條件只發(fā)生于結(jié)構(gòu)完整或基本完整的脆性硬巖地層中。多見(jiàn)于石英巖、花崗巖、正長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、大理巖、花斑狀大理巖、片麻巖等巖體;巖爆多發(fā)生于埋深大的隧道中,因只有埋深大才足以形成高地應(yīng)力。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHE
31、NG 巖爆的工程現(xiàn)象巖爆的工程現(xiàn)象:當(dāng)隧道開(kāi)挖時(shí),巖體受到急劇破壞,巖片由圍巖壁面上突發(fā)性地飛出,發(fā)出爆裂聲,而且大都發(fā)生在隧道掌子面附近及側(cè)壁上,有時(shí)頻繁出現(xiàn),有時(shí)甚至?xí)永m(xù)一段時(shí)間后才逐漸消失。 1. 1. 隧道內(nèi)巖爆的特點(diǎn)隧道內(nèi)巖爆的特點(diǎn) 1)1)巖爆在未發(fā)生前并無(wú)明顯的預(yù)兆無(wú)明顯的預(yù)兆,雖然經(jīng)過(guò)仔細(xì)找頂,但并無(wú)空響聲,一般認(rèn)為不會(huì)掉落石塊的地方,也會(huì)突然發(fā)生巖石爆裂聲響,石塊有時(shí)應(yīng)聲而下,有時(shí)暫不墜落。在沒(méi)有支撐的情況下,對(duì)施工安全威脅甚大。 2)2)巖爆時(shí),巖塊自洞壁圍巖母體迸射而出,一般呈中間厚邊緣薄的不規(guī)則片狀,塊度大小多呈幾厘米長(zhǎng)寬的薄片,個(gè)別達(dá)幾十厘米長(zhǎng)寬。嚴(yán)重時(shí),上噸重的巖
32、石從拱部彈落,造成巖爆坍方。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 3)3)巖爆發(fā)生的地點(diǎn),多在新開(kāi)挖工作面及其附近,個(gè)別的也發(fā)生在距新開(kāi)挖工作面較遠(yuǎn)處,巖爆多發(fā)生在爆破后23小時(shí)。 4)4)在溶孔較多的巖層里,則不會(huì)發(fā)生巖爆。 2. 2. 巖爆的防治措施巖爆的防治措施噴射混凝土或噴鋼纖維混凝土、錨桿加固、噴錨支護(hù)、網(wǎng)錨噴聯(lián)合、鋼支撐網(wǎng)噴聯(lián)合等。目的是給圍巖一定的徑向約束,使圍巖的應(yīng)力狀態(tài)較快地從平面轉(zhuǎn)向三維應(yīng)力狀態(tài),達(dá)到延緩或抑制巖爆發(fā)生的目的。強(qiáng)化強(qiáng)化圍巖圍巖弱化弱化圍巖圍巖巖爆巖爆防治防治措施措施往巖層中注水,注水能改變巖石的物理力學(xué)性質(zhì),降低巖石的脆性和儲(chǔ)存能量的能力。解
33、除圍巖中的高地應(yīng)力,方法有超前預(yù)裂爆破、排孔法、切縫法等。目的是消減圍巖中的能量,便能量平和地轉(zhuǎn)化或釋放。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 3. 3. 巖爆地段隧道施工的注意事項(xiàng)巖爆地段隧道施工的注意事項(xiàng) 1) 1) 如設(shè)有平行導(dǎo)坑,則平導(dǎo)應(yīng)超前于正洞一定距離,以了解地質(zhì),判斷是否會(huì)發(fā)生巖爆,為正洞施工達(dá)到相應(yīng)地段時(shí)加強(qiáng)防治提供依據(jù)。如有條件,可采用聲波探測(cè)預(yù)報(bào)巖爆工作。 2) 2) 爆破應(yīng)選用預(yù)先釋放部分能量的方法,如超前預(yù)裂超前預(yù)裂爆破法爆破法、切縫法切縫法和排孔法排孔法等。爆破應(yīng)嚴(yán)格控制用藥量,以盡可能減少爆破對(duì)圍巖的擾動(dòng)。 3) 3) 根據(jù)巖爆發(fā)生的頻率和規(guī)模情況,
34、必要時(shí)應(yīng)考慮縮短爆破循環(huán)進(jìn)尺。初期支護(hù)和襯砌要緊跟開(kāi)挖面,以盡可能減少巖層的暴露面和暴露時(shí)間,防止巖爆的發(fā)生。 隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 4) 4) 巖爆引起坍方時(shí),應(yīng)迅速將人員和機(jī)械撤到安全地段;采用摩擦型錨桿進(jìn)行支護(hù),增大初始錨固力;噴射鋼釬維混凝土,抑制開(kāi)挖面圍巖的剝落;采用鋼支撐加固。 5)5)充分作好巖爆現(xiàn)象觀察記錄,以備分析。 7.8.67.8.6 高地溫 一般在火山地區(qū)修建隧道會(huì)遇到高溫高熱的情況,如日本某地的發(fā)電廠工程的隧道,其圍巖溫度高達(dá)175175。在高溫隧道中發(fā)生過(guò)施工人員被地層中噴出的熱水或硫化氫等有害氣體燙傷或中毒的事例。 1. 1. 高地
35、溫的熱源高地溫的熱源 地球的地幔對(duì)流;地球的地幔對(duì)流;火山巖漿集中處的地?zé)?;火山巖漿集中處的地?zé)幔环欧派湫栽氐牧炎儫岢蔀闊嵩?。射性元素的裂變熱成為熱源。?道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 對(duì)隧道工程造成施工影響的,主要是火山的熱源和放射性元素的裂變熱源。 (1) (1) 火山的熱源火山的熱源 由火山供給的熱使地下巖漿附近的地下水成為熱水,這種熱水(泉水)成為熱源又將熱供給周?chē)膸r層。隧道穿過(guò)這種巖層時(shí),就會(huì)發(fā)生高溫高熱的現(xiàn)象。 (2) (2) 放射性元素裂變熱的熱源放射性元素裂變熱的熱源 根據(jù)日本文獻(xiàn)介紹,由于地殼內(nèi)巖石中含有放射性物質(zhì),其裂變熱產(chǎn)生地溫,地下溫度隨深度的增
36、加而增加,其平均增溫率為3/100m。這說(shuō)明如果覆蓋層很厚,即使沒(méi)有火山熱源供給,也可能形成高溫、高熱。 2. 2. 隧道在高地溫地區(qū)的施工措施隧道在高地溫地區(qū)的施工措施隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 1) 1) 為保證隧道施工人員進(jìn)行正常的安全生產(chǎn),我國(guó)有關(guān)部對(duì)隧道施工作業(yè)環(huán)境的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)專(zhuān)門(mén)有規(guī)定。如鐵道部規(guī)定,隧道內(nèi)氣溫不得超過(guò)2828;交通部規(guī)定,隧道內(nèi)氣溫不宜高于3030。國(guó)外的資料介紹,日本規(guī)定隧道內(nèi)溫度低于3737。 2) 2) 為達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn),在施工中一般采取通風(fēng)通風(fēng)和灑水灑水的措施降溫。 3) 3) 應(yīng)密切注意高溫地段的襯砌混凝土施作。在高溫(如70)的
37、巖體及噴射混凝土上澆筑二次混凝土襯砌時(shí),即使厚度再薄,水化熱也不易逸出,由于混凝土里面和表面的溫差,在早齡期有可能存在裂縫早齡期有可能存在裂縫。因此,對(duì)二次混凝土襯砌應(yīng)采取防止裂縫的措施:隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG a. a. 為了防止高溫時(shí)的強(qiáng)度降低,應(yīng)選定合適的水灰比,并考慮到對(duì)溫泉水的耐久性,宜采用高爐礦碴水泥?;炷僚浜媳群蛽胶蟿?yīng)作試驗(yàn)優(yōu)選。 b. b. 在防水板和混凝士襯砌之間設(shè)置隔熱材料,可在一定程度上隔斷由圍巖傳播過(guò)來(lái)的熱量,使混凝土內(nèi)的溫度應(yīng)力降低。 c.c.適當(dāng)縮短襯砌混凝土的澆筑長(zhǎng)度。 d.d.用防水板和無(wú)紡布組合成緩沖材料,將二次混凝土襯砌與噴
38、混凝土隔離,可使混凝土襯砌的收縮不受約束。 4)4)根據(jù)隧道內(nèi)的高溫程度、勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)效率,合理確定勞動(dòng)工時(shí),以保證施工人員的健康,同時(shí)也保證了進(jìn)度的順利開(kāi)展。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 7.8.77.8.7 瓦斯地層 瓦斯是地下隧道內(nèi)有害氣體的總稱(chēng),其成分以沼氣沼氣(甲烷CH4)為主,一般習(xí)慣即稱(chēng)沼氣為瓦斯。 當(dāng)隧道穿過(guò)煤層、油頁(yè)巖或含瀝青等巖層,或從其附近圍巖破碎、節(jié)理發(fā)育的地層中穿過(guò)時(shí),可能會(huì)遇到瓦斯。如果隧道內(nèi)空氣中瓦斯?jié)舛冗_(dá)到爆炸限度,一旦與火源接觸,就會(huì)引起爆炸,給隧道施工安全帶來(lái)很大的危害。 1. 1. 瓦斯的性質(zhì)瓦斯的性質(zhì) 1)1)瓦斯(沼氣)為無(wú)色
39、無(wú)色、無(wú)臭無(wú)臭、無(wú)味無(wú)味的氣體,與碳化氫或硫化氫混合在一起,發(fā)生類(lèi)似蘋(píng)果的香味,由于空氣中瓦斯?jié)舛仍黾樱鯕庀鄳?yīng)減少,很容易使人窒息或發(fā)生死亡事故。 隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 2) 2) 瓦斯比重為0.544,僅為空氣的一半,所以瓦斯容易積聚在隧道頂部,其擴(kuò)散速度比空氣大1.6倍,很容易透過(guò)裂隙發(fā)育、結(jié)構(gòu)松散的巖層。 3)3)瓦斯不能自燃,但極易燃燒。 2. 2. 瓦斯的燃燒和爆炸性瓦斯的燃燒和爆炸性 當(dāng)隧道中的瓦斯?jié)舛刃∮?%遇到火源時(shí),瓦斯只是在火源附近燃燒而不會(huì)爆炸。瓦斯?jié)舛仍谕咚節(jié)舛仍?%5%6%6%到到14%14%16%16%時(shí),遇到火源具有爆炸性。時(shí),遇
40、到火源具有爆炸性。瓦斯?jié)舛却笥?4%16%時(shí),一般不爆炸,但遇火能平靜地燃燒。 瓦斯燃燒時(shí),一旦遇到障礙而受壓縮,就會(huì)形成爆炸。爆炸時(shí)能發(fā)生高溫。發(fā)生瓦斯爆炸后的隧道內(nèi)完全無(wú)氧,而充滿氮?dú)?,二氧化碳及一氧化碳?xì)狻_@些有害氣體很快傳到鄰近的隧道和工作面,來(lái)不及躲避的人員,都會(huì)中毒窒息,甚至死亡。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 3. 3. 瓦斯釋放的方式瓦斯釋放的方式比滲出強(qiáng)烈,從煤層或巖層裂縫或孔洞中放出,噴出時(shí)間有長(zhǎng)有短,通常有較大的響聲和壓力。 滲出滲出緩慢、均勻、不停地從煤層或巖層的暴露面的空隙中滲出,延續(xù)時(shí)間很久,有時(shí)帶有一種嘶音。此種方式釋放的瓦斯量為最大且不易被
41、人發(fā)覺(jué)。此種方式釋放的瓦斯量為最大且不易被人發(fā)覺(jué)。噴出噴出突出突出在短時(shí)間內(nèi),從煤層或巖層中,突然猛烈地噴出大量瓦斯,噴出的時(shí)間能從幾分鐘到幾小時(shí),噴出時(shí)常有巨大轟響,并夾有煤塊或巖石。 地層中瓦斯主要通過(guò)襯砌本體的細(xì)微裂隙和施工縫等通道滲入隧道內(nèi)。瓦斯?jié)B入量不僅與煤層中瓦斯含量、壓差有關(guān),而且與襯砌材料、接縫材料的滲透性質(zhì)有關(guān),也與隧道內(nèi)空氣的流動(dòng)速度等因素有關(guān)。施施工工階階段段運(yùn)營(yíng)運(yùn)營(yíng)階段階段瓦瓦斯斯釋釋放放方方式式隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 4. 4. 防止瓦斯事故的措施防止瓦斯事故的措施 1) 1) 隧道穿過(guò)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
42、措施、防爆措施和緊急救援等措施。 2) 2) 在選擇瓦斯地區(qū)的施工方法時(shí),要求各工序間距盡量短盡快對(duì)瓦斯地段進(jìn)行襯砌封閉,并保證混凝土的密實(shí)性,以防瓦斯溢出。故盡量選擇分部少的施工方法,只要條件許可,應(yīng)盡可能采用全斷面開(kāi)挖全斷面開(kāi)挖,或采用臺(tái)階法臺(tái)階法。 3) 3) 加強(qiáng)通風(fēng)加強(qiáng)通風(fēng)是防止瓦斯爆炸最有效的辦法。把空氣中瓦斯?jié)舛却档奖舛纫韵碌?/51/10,排出洞外。 4) 4) 洞內(nèi)空氣中允許的瓦斯?jié)舛葢?yīng)控制在下述規(guī)定以內(nèi): 在洞內(nèi)總回風(fēng)風(fēng)流中小于0.75%; 從其他工作面進(jìn)來(lái)的風(fēng)流中小于0.5%; 在掘進(jìn)工作面為2%以下; 工作面隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 裝藥爆破時(shí)在1%以下; 當(dāng)開(kāi)挖工作面風(fēng)流中和電動(dòng)機(jī)附近20m以內(nèi)風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.5%時(shí),必須停工、停機(jī),撤出人員,切斷電源,進(jìn)行處理。開(kāi)挖工作面內(nèi),局部積聚的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到2%時(shí),在附近20m內(nèi),也必須停止工作,切斷電源,進(jìn)行處理。因瓦斯?jié)舛瘸^(guò)規(guī)定而切斷電源的電氣設(shè)備,都必須在瓦斯?jié)舛冉档?%以下時(shí),方可重新開(kāi)動(dòng)。 5)5)如開(kāi)挖進(jìn)入煤層,瓦斯排放量較大,使用一般的通風(fēng)手段難以稀釋到安全標(biāo)準(zhǔn)時(shí),可使用超前周邊全封閉預(yù)超前周邊全封閉預(yù)注漿
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