CN110656954B - 收敛型塌腔的隧道塌方处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种收敛型塌腔的隧道塌方处理方法,涉及隧道工程领域,解决现有处理方法不具有可操作性、存在安全隐患,以及不经济的问题。本发明采用的技术方案是:收敛型塌腔的隧道塌方处理方法,隧道塌腔稳定后,首先,利用塌渣形成施工作业平台;其次,将塌方影响段分为已开挖塌方影响段和未开挖塌方影响段并分别加固;再喷混凝土支护塌腔;再次,在塌方段施工临时支架及模板,在塌方段中部的隧道拱顶位置制作人孔,采用混凝土回填塌腔,施工塌方锚固锚杆,拆除临时支架和塌方影响段的加固并挖除施工作业平台;最后,按照原设计施工隧道排水管、防水板,施工二次衬砌混凝土。本发明在处治塌腔收敛型的隧道塌方方面,具有广泛的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及隧道工程领域,具体是一种收敛型塌腔的隧道塌方处理方法。
背景技术
在坚硬岩(花岗岩、石灰岩等)地质条件下新建隧道,施工过程中,如果隧道拱部存在不利切割倒悬三角岩体,隧道开挖临空后,倒悬三角岩体在自重作用下脱离母体岩石塌落。隧道塌方到一定程度后,塌腔会稳定,此类隧道塌腔称为收敛型塌腔。
现行规范中没有具体的隧道塌方处理技术要求和处理方法。现有同类塌方处理的方式是:隧道塌方后,清除塌渣,再对塌腔进行锚喷支护,再预埋混凝土泵送管,泵送混凝土满填塌腔。上述处理方式存在以下缺点:
(1)清除塌渣体后再进行塌方处理的方法不合理
清除塌渣体后,隧道掌子面及隧道两侧没有垮塌部位的围岩会失去约束,隧道边墙和隧道掌子面底部岩石失去约束,卸荷松弛,可能会引起塌方段更大范围的围岩松弛变形并诱发更大的隧道塌方。另外,清除塌渣体的方法没有利用渣体作为塌方处理的作业平台和塌方处理的重要材料。
(2)采用锚喷支护措施处理塌腔面存在重大安全隐患
在对塌腔进行锚喷支护的施工过程中,钻锚杆孔眼的施工会扰动围岩,扰动破碎的围岩,容易造成围岩继续塌方,危及施工人员的安全。
(3)大量塌腔全部用混凝土满填不合理
在隧道拱部回填大量的混凝土既不经济,而且人为加载也不科学。
(4)泵送混凝土质量不可控且不经济
采用先预埋泵送混凝土管,再泵送混凝土的施工方式存在以下问题:第一、泵送混凝土后,泵送混凝土管直接埋入混凝土中,不能回收利用,所以需要浪费很多泵送混凝土管,所以不经济。第二、如果预埋混凝土管位置和高度不合理,可能出现泵送混凝土分层离析,所以难以确保混凝土施工质量。第三、混凝土捣固人员无法进入塌腔内捣固混凝土,无法确保混凝土施工质量。第四、受到塌腔的限制,施工不好控制泵送混凝土顶部形状。
发明内容
本发明提供一种收敛型塌腔的隧道塌方处理方法,解决现有处理方法不具有可操作性、存在安全隐患,以及不经济的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:收敛型塌腔的隧道塌方处理方法,隧道塌腔稳定后,实施下述步骤:
S1、利用塌渣形成施工作业平台
具体的:步骤S1中,利用挖机整平塌渣,并反压隧道两侧边墙及隧道掌子面底部,再从洞外回采细石洞渣回填,最终处理得到平整的施工作业平台。
S2、加固塌方影响段
根据隧道塌方情况确定塌方影响段的长度,并将塌方影响段分为已开挖塌方影响段和未开挖塌方影响段并分别加固;其中,
已开挖塌方影响段的加固方法:沿隧道开挖轮廓线或现有初期支护面间隔安装拱架,各个拱架之间布置纵向连接筋,各个拱架通过锁脚锚杆固定,拱架与隧道开挖轮廓面和隧道初期支护面之间的间隙采用混凝土喷填密实。
具体的:步骤S2中,所述拱架为I18钢拱架,钢拱架的纵向间距为50~100cm,钢拱架紧贴隧道开挖轮廓面和隧道初期支护面;纵向连接筋为直径为Ф22mm的钢筋,沿钢拱架内外侧、按照环向100cm间距交错布置,纵向连接筋与钢拱架点焊连接;锁脚锚杆采用直径为Ф22mm、长度L=3.0m的早强药包内锚头锚杆,每榀钢拱架设置6根锁脚锚杆,锁脚锚杆的端部弯成5~8cm长的弯钩,弯钩紧扣钢拱架内侧翼缘面,弯钩与钢拱架点焊连接;钢拱架与隧道开挖轮廓面和隧道初期支护面之间的间隙采用细石C20砼喷填密实。
未开挖塌方影响段的加固方法:在施工作业平台上,用塌渣对掌子面底脚以及靠近掌子面的边墙底部进行堆填反压。
具体的:步骤S2中,在掌子面、隧道两侧边墙,用大块石堆填反压掌子面底脚及隧道两侧边墙;在隧道已开挖塌方影响段下部,填渣横向坡比不大于1:1。
S3、喷混凝土支护塌腔
具体的:步骤S3中,对张开裂隙、围岩破碎处、结构面和节理面相交并存在应力集中位置喷C20素混凝土支护,喷混凝土厚4cm。
S4、在塌方段施工临时支架及模板并回填塌腔
S4.1施工临时条形基础
在隧道塌方施工作业平台上,紧靠隧道两侧边墙,施工两条纵向的临时条形基础,临时条形基础的长度与隧道塌方纵向长度匹配;
具体的:步骤S4.1中,临时条形基础为C20混凝土条形基础,临时条形基础的宽度50 cm、高度20cm。
S4.2在塌腔下部安装临时支架
在隧道塌腔下部的临时条形基础上,紧贴现有的隧道开挖轮廓面或支护面间隔布置拱架,各个拱架之间布置纵向连接筋,各个拱架通过锁脚锚杆固定;
具体的:步骤S4.2中,拱架为I18钢拱架,钢拱架的纵向间距为50cm;每榀拱架设置6根锁脚锚杆,锁脚锚杆采用直径为Ф22mm、长度L=3.0m的早强药包内锚头锚杆,锁脚锚杆的端部弯成5~8cm长的弯钩,弯钩紧扣钢拱架内侧翼缘面,弯钩与钢拱架点焊连接;钢拱架的内侧按照环向50cm间距布置纵向连接筋,纵向连接筋的直径为Ф22mm并与钢拱架焊接连接。
S4.3在临时支架的外侧铺设模板
在临时支架外侧的塌腔范围内,以临时支架为依托,铺设模板并固定模板;
具体的:步骤S4.3中,模板为钢模板,钢模板与临时支架点焊连接固定,钢模板之间采用模板卡扣连接固定。
S4.4在塌方段中部的隧道拱顶位置制作人孔
具体的:步骤S4.4中,人孔横截面为正方形,正方形的边长为80cm,人孔竖直布置,人孔位于塌方段中部的隧道拱顶,人孔内侧设置爬梯。
S4.5采用混凝土回填塌腔
进一步的是:步骤S4.5中,先在模板外侧顺隧道开挖轮廓线配筋,再采用混凝土回填塌腔。从而,可以降低回填混凝土的厚度,减少回填混凝土量。
具体的:步骤S4.5中,采用C20混凝土回填隧道塌腔,回填塌腔的施工方法:从下向上,从无水处到有水处,两侧对称施工,分层、分次泵送混凝土回填隧道拱顶以下部分,分层回填拱顶以上混凝土;每层厚度60cm,下层混凝土初凝后进行上层混凝土施工。
S4.6施工塌方锚固锚杆
塌腔内回填混凝土强度达到设计强度70%后,在回填混凝土拱壳下部,施工回填混凝土与岩面接触范围内的锚固锚杆;
具体的:步骤S4.6中,锚固锚杆不少于2排、间距100cm,梅花形布置,锚固锚杆为直径为Ф25mm、长度L=400~600cm的水泥砂浆锚杆,锚固锚杆锚入岩石长度不少于100cm,锚固锚杆外漏端部采用锚垫板锚固并用水泥浆封闭锚垫板及锚固锚杆的外漏端。
S4.7拆除临时支架和塌方影响段的加固并挖除施工作业平台
S5、后续施工:按照原设计施工隧道排水管、防水板,施工二次衬砌混凝土。
本发明的有益效果是:收敛型塌腔的隧道塌方处理方法提高了施工的可操作性,降低了安全风险,加快了施工进度,提高了工程质量,从多方面节约了工程投资,在处治塌腔收敛型的隧道塌方方面,本技术具有广泛的实用价值。
具体来说,本发明的优点有:第一、利用洞渣及塌渣作为反压隧道的材料,就地取材,约束隧道变形及塌方扩大,降低了现有技术清渣后继续塌方的安全风险。第二、在塌方处理的过程中,尽量避免打锚杆扰动原有岩体,最大限度地降低了施工过程安全风险。第三、不满填塌腔的混凝土回填方式及回填混凝土与岩面接触处的锚固处理方法和隧道成拱方法。第四、创新地设置人孔,人孔不仅是工人进入塌腔的施工通道,更是排气孔和排水孔,提高了施工的便利性,有利于混凝土施工质量控制。
附图说明
图1是本发明实施例中隧道塌方段的横断面示意图。
图2是本发明实施例中隧道的纵断面示意图。
图中零部件、部位及编号:塌腔1、施工作业平台2、临时支架3、模板4、临时条形基础5、人孔6、锚固锚杆7、掌子面8、隧道中线9;未塌方段a、已开挖塌方影响段b、塌方段c、未开挖塌方影响段d。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
参考图1和 2,隧道在掌子面8处发生收敛型塌方,本发明包括收敛型塌腔的隧道塌方处理方法,隧道塌腔1稳定后,实施下述步骤:
S1、利用塌渣形成施工作业平台2
隧道塌腔1收敛(不再塌方掉块)后,利用现有塌渣形成施工作业平台。利用挖机整平塌渣,并反压隧道两侧边墙及隧道掌子面8底部,塌渣往往粒径较大,可从洞外回采细石洞渣回填于施工作业平台2的上部,达到对施工作业平台2中大块石间嵌缝及整平的目的。施工作业平台2的高度根据塌腔大小、塌腔稳定情况及塌方处理方案等综合因素确定。
S2、加固塌方影响段
根据塌方的位置及范围,隧道划分为未塌方段a、已开挖塌方影响段b、塌方段c、未开挖塌方影响段d,如图2所示。本步骤根据隧道塌方情况确定塌方影响段的长度,并将塌方影响段分为已开挖塌方影响段b和未开挖塌方影响段d并分别加固。
其中,已经开挖、紧邻塌腔1边缘、受塌方体影响、潜在可能塌方的隧道段为已开挖塌方影响段b;未开挖、掌子面8可能出现滑塌的段落为未开挖塌方影响段d。根据现场实际情况确定塌方影响段的长度,是否需要加固塌方影响段,根据现场实际需要确定。
已开挖塌方影响段b的加固方法:在塌方影响段3~5m范围内,根据现场实际需要,按照纵向50~100cm间距,沿隧道开挖轮廓线或现有初期支护面安装拱架,例如安装I18钢拱架。钢拱架紧贴隧道开挖轮廓面或隧道初期支护面,在钢拱架的内外侧,按照环向100cm间距交错布置直径为Ф22mm的纵向连接钢筋,纵向连接钢筋与钢拱架之间点焊连接牢固。钢拱架通过直径为Ф22mm、长度L=3.0m的锁脚锚杆固定,例如锁脚锚杆为早强药包内锚头锚杆,每榀钢拱架设置6根锁脚锚杆。锁脚锚杆端部弯成5~8cm长度的直弯钩,直弯钩紧扣钢拱架内侧翼缘面,弯钩钢筋与钢架点焊连接牢固。钢拱架与隧道开挖轮廓面及隧道初期支护面之间未密贴的间隙采用细石C20砼喷填密实。
未开挖塌方影响段d的加固方法:为防止掌子8面失稳滑塌,在施工作业平台2上,紧靠隧道掌子面8、隧道中线9及两侧一定位置,采用块石堆填反压掌子面8的底脚,防止掌子面8失稳滑塌。反压块石范围及高度以不侵占后续隧道塌方处理台架位置和稳定掌子面8为宜。除掌子面8外,靠近掌子面8的隧道边墙底部也堆填反压,填渣坡比不陡于1:1,例如图2中的1:1.5。
加固塌方影响段的加固均为临时加固,隧道塌方处理完毕后,即步骤S4.7时,拆除临时加固,但是锁脚锚杆不拆除。
S3、喷混凝土支护塌腔1
根据实际需要确定喷混凝土部位及喷混凝土量。一般,对张开裂隙,围岩破碎处,结构面及节理面相交并存在应力集中位置喷C20素混凝土支护,喷混凝土平均厚4cm。
S4、在塌方段c施工临时支架3及模板4并回填塌腔1
按照以下施工顺序和施工方法进行塌方段施工:
S4.1施工临时条形基础5
在隧道塌方施工作业平台2上,紧靠隧道两侧边墙,施工两条纵向的临时条形基础5,临时条形基础5的长度与隧道塌方纵向长度匹配。临时条形基础5用于支撑步骤S4.2中的临时支架3,例如临时条形基础5为 C20混凝土条形基础,临时条形基础5的长度与可根据现场实际需要加长,宽度50cm,高度20cm。
S4.2在塌腔1下部安装临时支架3
为了在塌腔1回填混凝土,必须在塌腔1下部支模板并施工临时支架3。本步骤在临时条形基础5上安装临时支架3。临时支架3紧贴现有的隧道开挖轮廓面或支护面设置,临时支架3包括拱架,各个拱架之间布置纵向连接筋,各个拱架通过锁脚锚杆固定。例如,拱架为按纵向50cm间距设置的I18钢拱架,每榀钢拱架设置6根锁脚锚杆,锁脚锚杆采用直径为Ф22mm、长度L=3.0m的早强药包内锚头锚杆,锁脚锚杆的端部弯成5~8cm长的弯钩,弯钩紧扣钢拱架内侧翼缘面,弯钩与钢拱架点焊连接。在钢拱架内侧(远离塌腔侧),按照环向50cm间距设直径为Ф22mm的钢筋为纵向连接筋,纵向连接筋与拱架焊接连接牢固。
S4.3在临时支架3的外侧铺设模板4
在临时支架3外侧(靠近塌腔1一侧)的塌腔1范围内,利用临时支架3为依托,铺设模板4,例如模板4为钢模板。钢模板的型号根据现场情况选择,钢模板正面(模板面)紧靠临时支架3外侧,钢模板与钢拱架之间点焊固定连接,钢模板间采用模板卡扣连接固定。
步骤S4.5回填混凝土后,模板4不拆除,作为永久支护工程的一部分。
S4.4在塌方段c中部的隧道拱顶位置制作人孔6
在塌方段c中部的隧道拱顶位置制作人孔6,人孔6竖直布置,用于工人进入塌腔1内,人孔6兼排气孔及排水孔。例如,人孔6横截面为正方形,边长80cm,人孔6的长度根据隧道拱顶设计泵送混凝土厚度确定,人孔1底部与临时支架3和模板4焊接连接固定。
人孔6制作方法:制作长60cm、宽40cm的小块钢模板,通过钢模板组装拼接成人孔6。首先,采用8块钢模板制作成高度为60cm的方形人孔节,根据泵送混凝土进度,逐层向上拼接人孔节,每泵送一层混凝土后安装上层人孔节,逐层安装人孔节直至设计塌方隧道回填混凝土顶面。人孔节间采用模板卡扣连接牢固。
人孔模板光面靠混凝土,在人孔6内,还设置爬梯。例如,在人孔6内任意选择一侧面焊接直径为Ф12mm的U形螺纹钢为爬梯。人孔6为泵送混凝土管的安装通道,也是施工人员进入塌腔1内施工混凝土溜槽、振捣混凝土的施工通道,兼做施工期间用电及照明布线、通风换气和后期塌腔排水的重要通道。人孔6不封堵,长期预留。
S4.5采用混凝土回填塌腔1
采用混凝土回填隧道塌腔1,例如回填C20混凝土,形成混凝土拱壳。隧道拱顶以下塌腔1满填,隧道拱顶以上塌腔1不满填,根据实际工程地质条件、塌方范围大小、塌腔形状及隧道跨度等综合条件确定隧道拱部塌腔1回填混凝土厚度,一般填厚50~200cm。回填塌腔1的施工方法:从下向上,从无水处到有水处,两侧对称施工,分层、分次泵送混凝土回填隧道拱顶以下部分,分层回填拱顶以上混凝土;每层厚度60cm,下层混凝土初凝后进行上层混凝土施工。
此外,采用混凝土回填塌腔1之前,模板4外侧顺隧道开挖轮廓线适当配筋,再回填混凝土,可以降低回填混凝土厚度,减少回填混凝土量。
S4.6施工塌方锚固锚杆7
塌腔1内回填混凝土强度达到设计强度70%后,不拆除临时支架3,在回填混凝土拱壳下部,施工回填混凝土与岩面接触范围内的锚固锚杆7,锚固锚杆7可为水泥砂浆锚固锚杆。
锚固锚杆7排数不少于2排,锚固锚杆7间距100cm,梅花形布置,锚固锚杆7型号:直径为Ф25mm、长度L=400~600cm的水泥砂浆锚杆。锚固锚杆7为多排,采用长短结合的方式锚固混凝土与岩体成拱。
锚固锚杆7设置方向:从塌腔下部隧道中心向外、向上设置,使锚固锚杆7穿过回填混凝土进入完好岩石,锚固锚杆7锚入岩石长度不少于100cm。锚固锚杆7外漏端部采用锚垫板锚固,并用水泥浆封闭锚垫板及外漏端部。
S4.7拆除临时支架3和塌方影响段的加固并挖除施工作业平台2
完成上述工作后,拆除临时支架3,挖除塌方施工作业平台2。其中加固塌方影响段的锁脚锚杆不拆除,仅拆除拱架和纵向连接筋。临时支架3的纵向连接筋与拱架拆除,锁脚锚杆不拆除。
S5、后续施工:按照原设计施工隧道排水管、防水板,施工二次衬砌混凝土。
Claims (10)
1.收敛型塌腔的隧道塌方处理方法,其特征在于:隧道塌腔(1)稳定后,实施下述步骤:
S1、利用塌渣形成施工作业平台(2);
S2、加固塌方影响段:根据隧道塌方情况确定塌方影响段的长度,并将塌方影响段分为已开挖塌方影响段(b)和未开挖塌方影响段(d)并分别加固;
S3、喷混凝土支护塌腔(1);
S4、在塌方段(c)施工临时支架(3)及模板(4)并回填塌腔(1);
S4.1施工临时条形基础(5):在隧道塌方施工作业平台(2)上,紧靠隧道两侧边墙,施工两条纵向的临时条形基础(5),临时条形基础(5)的长度与隧道塌方纵向长度匹配;
S4.2在塌腔(1)下部安装临时支架(3):在隧道塌腔(1)下部的临时条形基础(5)上,紧贴现有的隧道开挖轮廓面或支护面间隔布置拱架,各个拱架之间布置纵向连接筋,各个拱架通过锁脚锚杆固定;
S4.3在临时支架(3)的外侧铺设模板(4):在临时支架(3)外侧的塌腔(1)范围内,以临时支架(3)为依托,铺设模板(4)并固定模板(4);
S4.4在塌方段(c)中部的隧道拱顶位置制作人孔(6);
S4.5采用混凝土回填塌腔(1);
S4.6施工塌方锚固锚杆(7):塌腔(1)内回填混凝土强度达到设计强度70%后,在回填混凝土拱壳下部,施工回填混凝土与岩面接触范围内的锚固锚杆(7);
S4.7拆除临时支架(3)和塌方影响段的加固并挖除施工作业平台(2);
S5、后续施工:按照原设计施工隧道排水管、防水板,施工二次衬砌混凝土。
2.如权利要求1所述的收敛型塌腔的隧道塌方处理方法,其特征在于:步骤S2中,已开挖塌方影响段(b)的加固方法:沿隧道开挖轮廓线或现有初期支护面间隔安装拱架,各个拱架之间布置纵向连接筋,各个拱架通过锁脚锚杆固定,拱架与隧道开挖轮廓面和隧道初期支护面之间的间隙采用混凝土喷填密实;
未开挖塌方影响段(d)的加固方法:在施工作业平台(2)上,用塌渣对掌子面(8)底脚以及靠近掌子面(8)的边墙底部进行堆填反压。
3.如权利要求2所述的收敛型塌腔的隧道塌方处理方法,其特征在于:步骤S2中,所述拱架为I18钢拱架,钢拱架的纵向间距为50~100cm,钢拱架紧贴隧道开挖轮廓面和隧道初期支护面;纵向连接筋为直径为Ф22mm的钢筋,沿钢拱架内外侧、按照环向100cm间距交错布置,纵向连接筋与钢拱架点焊连接;锁脚锚杆采用直径为Ф22mm、长度L=3.0m的早强药包内锚头锚杆,每榀钢拱架设置6根锁脚锚杆,锁脚锚杆的端部弯成5~8cm长的弯钩,弯钩紧扣钢拱架内侧翼缘面,弯钩与钢拱架点焊连接;钢拱架与隧道开挖轮廓面和隧道初期支护面之间的间隙采用细石C20砼喷填密实;
步骤S2中,在掌子面(8),隧道两侧边墙,用大块石堆填反压掌子面(8)底脚及隧道两侧边墙;在隧道已开挖塌方影响段(b)下部,填渣横向坡比不大于1:1。
4.如权利要求1、2或3所述的收敛型塌腔的隧道塌方处理方法,其特征在于:步骤S1中,利用挖机整平塌渣,并反压隧道两侧边墙及隧道掌子面(8)底部,再从洞外回采细石洞渣回填,最终处理得到平整的施工作业平台(2)。
5.如权利要求1、2或3所述的收敛型塌腔的隧道塌方处理方法,其特征在于:步骤S3中,对张开裂隙、围岩破碎处、结构面和节理面相交并存在应力集中位置喷C20素混凝土支护,喷混凝土厚4cm。
6.如权利要求1、2或3所述的收敛型塌腔的隧道塌方处理方法,其特征在于:步骤S4.1中,临时条形基础(5)为C20混凝土条形基础,临时条形基础(5)的宽度50 cm、高度20cm;
步骤S4.2中,拱架为I18钢拱架,钢拱架的纵向间距为50cm;每榀拱架设置6根锁脚锚杆,锁脚锚杆采用直径为Ф22mm、长度L=3.0m的早强药包内锚头锚杆,锁脚锚杆的端部弯成5~8cm长的弯钩,弯钩紧扣钢拱架内侧翼缘面,弯钩与钢拱架点焊连接;钢拱架的内侧按照环向50cm间距布置纵向连接筋,纵向连接筋的直径为Ф22mm并与钢拱架焊接连接。
7.如权利要求1、2或3所述的收敛型塌腔的隧道塌方处理方法,其特征在于:步骤S4.3中,模板(4)为钢模板,钢模板与临时支架(3)点焊连接固定,钢模板之间采用模板卡扣连接固定;步骤S4.5中,先在模板(4)外侧顺隧道开挖轮廓线配筋,再采用混凝土回填塌腔(1)。
8.如权利要求1、2或3所述的收敛型塌腔的隧道塌方处理方法,其特征在于:步骤S4.4中,人孔(6)横截面为正方形,正方形的边长为80cm,人孔(6)竖直布置,人孔(6)位于塌方段(c)中部的隧道拱顶,人孔(6)内侧设置爬梯。
9.如权利要求1、2或3所述的收敛型塌腔的隧道塌方处理方法,其特征在于:步骤S4.5中,采用C20混凝土回填隧道塌腔(1),回填塌腔(1)的施工方法:从下向上,从无水处到有水处,两侧对称施工,分层、分次泵送混凝土回填隧道拱顶以下部分,分层回填拱顶以上混凝土;每层厚度60cm,下层混凝土初凝后进行上层混凝土施工。
10.如权利要求1、2或3所述的收敛型塌腔的隧道塌方处理方法,其特征在于:步骤S4.6中,锚固锚杆(7)不少于2排、间距100cm,梅花形布置,锚固锚杆(7)为直径为Ф25mm、长度L=400~600cm的水泥砂浆锚杆,锚固锚杆(7)锚入岩石长度不少于100cm,锚固锚杆(7)外漏端部采用锚垫板锚固并用水泥浆封闭锚垫板及锚固锚杆(7)的外漏端。
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