削竹式洞门隧道施工专项方案新奥法 钻爆设计.docx

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削竹式洞门隧道施工专项方案新奥法钻爆设计

XX隧道专项施工方案

1、工程概况

1.1地理位置

XX隧道隧址位于XX省XX县XX镇南山村,设计速度为80km/h,左线全长800米(ZK48+960~ZK49+760),其中:

削竹式洞门10m,明洞8米;右线全长826米(YK48+950~YK49+776),其中:

削竹式洞门10m,明洞8米。

XX隧道设计为一座标准间距分离式隧道,隧道进口线间距26.2米,出口线间距18.1米。

最大埋深左线57米,右线55米。

隧道左线平面线形依次为R-1400,A-550,R-∞;隧道右线平面线形依次为R-1350,A-530,R-∞。

隧道左线纵坡为2%、-0.6%人字坡,右线纵坡为2%单向坡。

1.2隧道地形、地质条件

⑴、气象

隧址区XX省东南部,地处XX中南部及XX主峰西侧,属温带大陆性气候,四季分明,夏季炎热多雨,冬季寒冷,昼夜温差较大,年平均气温10.3°C。

最冷月份在一月,最低气温-22°C;日平均降水量为54.7mm,最大降水量为126.8mm;最大冻土深度为104cm。

无霜期110~180天。

⑵、水文地质条件

隧址区水文地质条件比较简单,无常年性地表水,降水稀少而集中,蒸发量大,多以地表水排走,很少补给地下水。

隧址区地下水受地形地貌、地层岩性、地质构造、气象、水文等多种因素控制。

主要为孔隙潜水及基岩裂隙水,水量一般较小,地下水主要靠大气降水补给,地表、地下水经流排泄条件较好,地下水水量贫乏,对隧道施工的影响较小。

但雨季施工时,可能有少量的基岩裂隙水渗入。

⑶、工程地质条件

隧道洞口段及左线ZK49+050~ZK49+100、右线YK49+050~YK49+120洞身段,主要为强风化及中风化片麻岩组成,受区域断层F3的影响,岩体完整性差,呈碎裂状结构,节理裂隙发育,岩体破碎,自稳性较差。

左线ZK49+100~ZK49+760、右线YK49+120~YK49+776洞身段,围岩主要为卵石及黄土组成,结构松散,成洞困难,Ⅳ级围岩占全隧的7.4%,Ⅴ级围岩占全隧的92.6%。

隧道围岩划分见表1.2.1

表1.2.1XX隧道围岩分级表

编号

隧道名称

起讫桩号

围岩级别长度(m)

1

XX隧道左线

ZK48+958~ZK49+050

92

ZK49+050~ZK49+100

50

ZK49+100~ZK49+760

660

2

XX隧道右线

YK48+949~YK49+050

101

YK49+050~YK49+120

70

YK49+120~YK49+776

656

占总长度的百分比(%)

92.6

7.4

1.3技术标准

公路等级:

双向四车道高速公路;

隧道设计行车速度:

80Km/h

隧道建筑限界:

单洞净宽:

0.75+0.5+3.75×2+0.75+0.75=10.25m

隧道净高:

5.0m

隧道行人横洞净空:

净宽2.0m,净高2.5m

1.4工程特点

XX隧道是本标段的控制性工程,具有以下特点:

(1)受区域断层F3的影响,岩体完整性差,呈碎裂状结构,节理很发育,岩体破碎,自稳性较差。

(2)左线ZK49+100~ZK49+760、右线YK49+120~YK49+776洞身段,围岩主要是卵石及黄土组成,结构松散,埋深较浅,成洞困难,Ⅴ级围岩占全隧的92.6%。

1.5工程难点

(1)地质超前预报,围岩监控量测,贯通控制测量技术。

(2)地质灾害预防与处理技术。

(3)环境保护和水土保持技术。

2、施工部署

2.1劳务队编制及劳务队任务划分

⑴、为确保主体工程按期、优质、安全完成,根据工程总工期的要求,结合工程量情况,项目部计划在XX隧道左权方向(即:

进口段)安排两个施工班组,以及机运队、砼拌合站、综合施工队,分别负责左右洞向大里程方向施工。

⑵、劳务队任务划分

表2.1.1各队劳力及任务划分表

序号

施工队伍

劳力人数

施工任务划分

1

机运队

12

负责隧道出碴任务

2

隧道一队

155

负责隧道左洞掘进初支施工

3

隧道二队

155

负责隧道右洞掘进初支施工

4

综合施工队

45

负责防水系统、沟槽、二衬、路面施工

5

砼拌和站

20

负责隧道砼拌和、运输

2.2机械设备配置

XX隧道作为ZL3标段重点工程和控制性工程,因而在机械设备的配置上,我部已调配进场足够数量的、先进的机械设备,以保证在复杂地质条件下优质、高效、安全地完成XX隧道施工任务,确保左权至XX高速公路按时通车。

表2.2.1机械设备配置表

序号

机械名称

规格型号

额定功率(kw)或容量(m3)或吨位(t)

单位

数量(台)

1

凿岩机

YT-28

Ф34~42

30

2

风镐

 

 

10

3

空压机

22m3/min

5

4

空压机

10m3/min 

1

5

挖掘机

现代210

2

6

侧卸式装载机

柳工50

4

7

开挖简易台车

 

 

2

8

轴流通风机

SDF(C)-NO11

2×110kw

2

9

衬砌台车

9m

 

2

10

人行横洞台车

6m

 

1

11

防水板台车

 

 

2

12

喷涂台车

 

 

2

13

砼喷射机

TK700

7m3/h

8

14

注浆泵

KBY-50/70

11kw

3

15

发电机

250GF

250kw

2

16

变压器

S9-1000

1000KVA

1

17

变压器

S9-200

200KVA

1

18

电焊机

500

12

19

制弯机

1

20

钢筋切割机

2

21

出渣车

20

6

22

强制式搅拌机

750L

3

23

砼运输车

6m3

6

24

砼输送泵

60m3/h

2

25

管棚机

4

2.3工期安排

⑴、计划开工日期为2013年4月10日,竣工日期为2014年11月10日,总工期17个月。

具体工期安排,见表2.3.1:

表2.3.1XX隧道施工进度表

隧道名称

正洞开挖

衬砌及水沟电缆槽

路面及装饰

备注

左洞(800m)

2013.4.10~2014.8.10

2013.6.10~2014.9.10

2014.8.10~2014.11.10

右洞(826m)

2013.4.10~2014.8.10

2013.6.10~2014.9.10

2014.8.10~2014.11.10

3、总体施工方案

XX隧道除明洞段采用明挖法施工外,其余均按照新奥法原理组织施工。

软弱围岩地段坚持“管超前、严注浆、弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、紧衬砌”的施工原则。

在施工中积极推广应用国内外隧道施工新技术、新工艺,投入大型机械设备,形成挖、装、运、锚、衬等多条机械化作业线。

Ⅳ级围岩采用三台阶七步开挖法施工。

Ⅴ级围岩采用CRD法施工。

隧道开挖采用单向掘进,分为左、右线两个工作面。

掘进采用YT-28凿岩机钻眼,塑料导爆管非电起爆系统、毫秒微差起爆。

出碴为无轨运输,挖掘机扒碴,装载机装碴,自卸汽车运输;软弱破碎围岩采用预裂爆破或人工配合机械开挖,以达到控制超挖和减少对围岩的扰动及破坏;初期支护紧跟开挖面及时施作;仰拱及时跟进掌子面;施工通风采用压入式通风,二次衬砌砼采用全断面液压钢模衬砌台车机械化施工,砼全部在自动计量拌合站集中生产,砼输送车运输。

以量测资料为基础及时修正支护参数,使支护参数与地层相适应并充分发挥围岩的自承能力,围岩与支护体系达到最佳受力状态,并在施工中进行信息化动态管理。

4、施工方法及技术措施

4.1洞口施工

在洞口排水系统施工完毕后,分台阶机械开挖洞口段。

根据洞口及明洞段不同土质设置合理的边坡开挖坡率,从上至下分层依次分段开挖,边坡防护紧跟;进口开挖到明洞与暗洞交界处后,施作超前管棚支护,提前加固开挖轮廓周边岩体,为暗洞开挖提供预支护。

然后采用三台阶七步开挖法进洞。

洞门在进洞施工正常后,在洞口二衬施工完成后及早施工,施工工序图见图4-1-1。

洞门装饰

 

 

图4-1-1洞口施工程序框图

1、洞顶截水沟施工

在进行洞口及明洞施工前,应先将边、仰坡顶处的截水沟施工好,防止地表水对边坡的冲刷、侵泡、造成边坡坍塌等现象,影响进洞施工。

截水沟采用人工开挖。

天沟线型应圆顺,排水顺畅并与自然沟谷或路基排水系统顺接,截水沟的砌筑采用M7.5浆砌片石错缝座浆砌筑,采用10#砂浆勾缝。

2、洞口段施工

(1)洞口、明洞开挖

开挖前先对设计单位的控制桩进行复核,然后按设计边坡线对边仰坡进行放样,明洞采用明挖法施工,采用挖掘机分段、分层开挖,必要时辅以微震动控制爆破开挖,人工配合挖掘机刷边仰坡,分段长度3~5m,分层高度1~2m。

装载机配合挖掘机进行装碴作业,自卸汽车运输弃碴;开挖完成后及时进行喷锚作业,封闭岩面。

隧道洞口工程临时边坡高度不超过20m,设两级边坡,临时坡面采用喷锚网防护,基坑开挖顺做,喷锚网防护逆做。

临时边坡开挖根据岩土体风化程度不同,分别采取1:

0.5和1:

0.15的边坡坡率。

(2)仰、边坡加固

洞口段围岩稳定性差,必须进行处理后,再进行下部明洞及洞门的开挖。

拟采用以下方法施工:

由顶部向下分层、分段刷坡,锚喷支护,分层高度不大于2米,分段长度不大于10米,确保上层锚喷支护稳定后,才能进行下层土方开挖。

土方由挖掘机开挖,人工修整边坡。

坡面支护参数与洞口边仰坡支护参数相同即:

采用Φ22砂浆锚杆边坡防护,锚杆间距为1.2×1.2m,长度为3.5m,喷射混凝土厚度为10cm,钢筋网为φ6钢筋,网格为20×20cm。

在土方开挖及坡面锚喷支护施工完成,确保施工安全后方可进行洞口、明洞土石方施工及边仰坡锚喷支护施工。

砂浆锚杆施工工序是:

先钻孔→吹净孔内砂土、碎石→注浆管灌普通水泥砂浆→垂直插入锚杆体→孔口固定锚杆。

(3)施工技术措施

① 施工过程中经常检查断面,及时施作锚喷支护以策安全。

② 施工过程中加强对山坡稳定情况的观测和监测、检查,坡顶设置观测断面,埋设观测点,定时观测,发现问题及时采取措施。

③ 洞门开挖前,必须对滑坡体进行加固处理,且保证土体稳定后方可进行。

④ 开挖时做到预留保护层,以减少对岩体的扰动。

⑤ 设置安全警示标志、保护栏,避免飞石伤人。

3、明洞施工

(1)施工方法

明洞衬砌在仰拱填充完成后,由洞内向洞口方向先仰拱后拱墙的顺序施工。

明洞衬砌均采用模板台车作内模,组合钢模作外模,拱墙衬砌混凝土由自动拌合站生产,罐车运输,泵送入模一次性灌注,插入式配合附着式振捣器振捣。

洞口衬砌与隧道洞门整体灌筑后进行洞顶回填施工

明洞回填采用两侧对称法,由人工分层夯实,每层厚度不得大于0.3m,回填至拱顶齐平后,立即分层满铺填筑至要求高度,机械回填应待拱圈砼强度达到设计强度且由人工夯实填至拱顶1m后方可进行。

拱背回填按设计要求做好洞顶铺砌层,应与边仰坡搭接良好。

(2)施工技术措施

①经常检查洞口边、仰坡稳定性,根据量测结果及时采取措施进行防护,确保施工安全。

②严格自动计量拌合站质量控制,保证砼的生产质量符合设计要求。

砼质量的关键在于计量准确,所以在生产前和生产中经常检查调试计量部分和自动控制部分,使其处于正常范围。

③模板台车要加工精确,安装就位准确,锁定牢固。

④混凝土要分层灌注分层振捣,振捣时要掌握好时间,基本无气泡冒出,把气体完全排出,振捣棒做到快插慢拨,振捣后将砼表面浮浆去掉,保证混凝土无麻面。

⑤防水层严格按设计规范施工,止水带安装固定牢靠,使之与暗洞有效连接。

⑥拱背回填时间严格按规范执行,回填每层厚度、压实度符合规范要求。

⑦严格执行砂浆配合比,片石材质符合设计要求,确保浆砌质量。

4.2洞身开挖施工方法及施工要点

XX隧道,IV级围岩采用三台阶七步开挖法。

洞身开挖采用风动凿岩机钻孔,塑料导爆管微差毫秒雷管起爆,光面爆破施工。

V级围岩采用CRD法施工。

1、进洞施工

1)设计要求

洞口第一环超前支护采用大管棚施工,洞口段套拱纵向设置长度为2m,厚60cm,套拱内预埋Φ127×4导向钢管;管棚采用Φ108壁厚6mm的无缝钢管,每根长40m;大管棚环向间距中至中50cm。

2)施工方法:

(1)施工准备

①沿明暗洞交界里程,从上到下逐层开挖,开挖至拱顶下1m后预留核心土做为工作平台,必要时辅以脚手架搭设施工作业平台,平台必须牢固,稳定;防止钻进时钻机摆动、倾斜等而影响钻孔质量。

②用全站仪精确放线、测出各大管棚孔眼位置,并进行Φ127导向管钻孔,长度2m。

(2)套拱施工:

①安装套拱钢拱架,钢架间距50cm,Φ127导向管入孔2m,部分焊接在拱架上,纵向采用Φ22钢筋连接,环向间距为1.0m,并焊接与钢架翼缘内侧;施工时应考虑预留变形量确保隧道开挖断面;安装好后,喷射C20早强混凝土,密闭坡面钻孔部位,避免注浆过程中产生漏浆现象。

②重新核实导向管位置及方向,经现场监理工程师检查合格后,安装拱架模板,浇筑套拱混凝土。

③在安装好的导向管处进行编号,编号为1#、2#~33#。

(3)钻孔

先施工单号钢管,从1#开始施工。

①钻机就位:

钻机距工作面距离一般以不小于2m为宜,钻机摆设钻杆方向应与导向管方向一致,以确保钻孔准确性。

19

②钻孔从拱顶中央部位开钻,依次向两侧先施工奇数孔位,后施工偶数孔位。

钻孔施工开始速度不宜过快,在钻进30cm后转入正常速度。

当第一节钻杆进入岩层尾部剩余20~30cm时停止钻进,用两把管钳人工卡紧钻杆,但不应卡丝口,钻机低速反转,脱开钻杆,人工装入第二根钻杆,并在钻杆前端装好连接套,钻机低速把第二根钻杆送第一根钻杆尾部,方向对准后把两杆钻杆接成一体。

换接钻杆时应检查其是否弯曲,连接丝口有无损伤,中心水孔是否畅通等,不合要求的应及时更换。

③根据地质情况选择不同的钻头,当遇坚硬孤石不能钻进时,采用冲击钻头,把岩石击碎,用高压风将石屑吹出,为普通软岩或土质时可采用合金钻头进行钻进。

④钻进过程中岩土对管壁的阻力较大,在钻孔过程中前段开孔可采用φ125mm钻头,后段根据钻进需要使用φ110mm钻头钻孔,以便钢管容易顶入。

⑤在钻进过程中常遇到一些特殊情况,如遇到不能钻进,难以成孔等,应分析原因,是软岩土时,土层不能成孔或塌孔时,采用预注浆加固办法或采用加长岩心管的办法。

⑥钻进过程中地质情况判断:

根据钻孔的速度、施钻压力表等情况判断所钻孔管段的地质情况,并及时作好施工记录,为开挖施工提供参考。

(4)清孔

钻孔完成后,经过扫孔并退出钻杆,立即进行清孔。

清孔采用φ40mm的钢管,焊接成长度大于钻孔深度的长管,同高压风管连接,边将钢管顶入孔内,边用高压风将孔内的碎石和泥土吹出,直至孔底为止。

这样反复几次,直至清理干净为止。

孔深要大于管长0.5m以上。

(5)安装管棚钢管

在钢筋棚进行加工、加工时按单、双号进行编号,单号的钢管为有孔钢管,采用6m×6+4m连接,编号为双号的钢管为无孔钢管,采用4m+6m×6连接。

保证相临钢管接头错开不小于1米,钢管端头应做成为30cm的车丝扣。

①施工单号管棚,每钻完一孔便顶进一根钢管。

②安装钢管时先用人工顶进,人工不易顶进时采用钻机顶进,顶进困难时用锤击钢管或用卡钳转动钢管,以取得较好的顶进效果。

③钢管顶进如遇故障,顶不进时,查清原因,有的须重新扫孔后再将钢顶进。

④单号管棚顶进完成后,用棉丝和塑料腻子封闭导向管与管棚钢管间空隙填塞长度不少于20cm,后用快硬水泥砂浆抹死孔口空隙,填塞深度5cm。

进行注浆。

⑤施工双号钢管棚,按第②⑤步方法进行,施工并验证单号钢管注浆质量,发现有不密实的问题,及时在双号钢管中注浆填实处理。

(6)管棚注浆

①水泥浆水灰比为1:

1,注浆压力:

初压0.5-1.0MPa,终压2.0MPa。

②注浆前应进行现场注浆试验,根据实际情况调整注浆参数。

③当注浆压力逐渐升高、达到设计终压力并继续注浆10min以上,或者进浆量一般为20-30L/min时,即可完成注浆。

3)超前大管棚施工顺序和工艺

(1)施工顺序

洞口上半断面开挖→测量定位→施作套拱和套管→搭设作业平台→钻孔→扫孔→安装管棚→管棚注浆

(2)管棚施工工艺框图见下图所示。

 

管棚注浆施工工艺框图

注:

管棚支护包括封面、布孔、钻孔安管、注浆四道工序。

封面:

注浆前喷射砼封闭掌子面,防止漏浆。

布孔:

按设计图纸,将注浆管孔位正确测放在工作面上。

钻孔安管:

管棚采用钻机将钢管分节套钻进,管棚要尽可能水平钻进。

最后注入水泥浆,并封端。

2、三台阶七部开挖法施工

三台阶七部开挖法施工使用于本合同段隧道IV级围岩。

在开挖过程中,分三个台阶七个开挖面,以前后七个不同的位置相互交错同时开挖,然后分部支护,形成支护整体,缩小作业循环时间。

三台阶七部开挖法循环时间见表4.2.1、4.2.2。

Ⅳ级围岩分部开挖法掘进循环时间图表4.2.1.

工序

时间

min

循环时间(min)

60

120

180

240

300

360

420

480

540

600

超前地

质预报

30

测量放样及

围岩量测

30

超前支护

60

导坑开挖

出碴

150

导坑支护

120

说明:

超前地质预报、超前支护为摊销时间;上导、下导、左、右侧各工作面里程不同,平行作业,循环时间只计列其中一个占用时间较大的工作。

Ⅴ级围岩分部开挖法掘进循环时间图表4.2.2

工序

时间

min

循环时间(min)

60

120

180

240

300

360

420

480

540

600

超前地

质预报

30

测量放样及围岩量测

30

超前支护

90

导坑开挖出碴

150

导坑支护

150

说明:

超前地质预报、超前支护为摊销时间;上导、下导、左、右侧各工作面里程不同,平行作业,循环时间只计列其中一个占用时间较大的工作。

施工要点:

①施工中应遵循“短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、勤量测”的施工原则,紧凑施工工序,精心组织。

②做好洞顶、洞门及洞口的防排水系统工程,妥善处理好陷穴、裂缝。

③台阶长度控制在3~5m,及时施作初期支护,配合锁脚锚杆封闭成环,初期支护钢架背后严禁出现空洞。

④施工中若发现围岩有失稳现象,应及时用喷射砼封闭,加设锚杆、架立钢支撑等加强支护。

⑤应及早施作仰拱和二次衬砌,防止隧道边墙向内位移。

图4-2-1三台阶七部开挖法施工顺序

调整开挖参数

 

图4-2-2三台阶七步开挖施工工序流程图

4.3钻爆设计

4.3.1一般规定

⑴、开挖轮廓形状和断面尺寸应符合设计要求,尽量减小开挖轮廓线的放样误差,应采用隧道激光断面仪等确定开挖轮廓线和炮眼位置。

⑵、通过爆破试验,选择合理的钻爆参数,并根据地质条件的变化和对振动波的监测,不断优化钻爆参数,实现光面爆破,把对围岩、支护及衬砌的扰动减到最低程度。

⑶、隧道开挖断面应以二次衬砌设计轮廓线为基准,考虑预留变形量、测量贯通误差和施工误差等因素适当放大,并应满足下列要求:

①预留变形量应符合设计规定,或根据围岩级别、隧道宽度、埋置深度、施工方法和支护情况等条件,采用工程类比法确定。

②测量贯通误差应符合现行交通部《公路隧道勘测规程》(JTJ064-98)中的规定。

③施工中应根据量测结果进行分析,及时调整预留变形量(设计Ⅳ级7cm,Ⅴ级10cm)。

爆破作业时,所有人员应撤至不受有害气体、振动及飞石伤害的安全地点;在有可能发生涌水、突发地段应加强开挖工作面与洞内后部工作点的联系。

安全地点至爆破工作面的距离,在独头坑道内不应小于200m,当采用全断面开挖时,应根据爆破方法与装药量计算确定安全距离。

隧道开挖中所使用爆破器材的运输、贮存、检验、再加工、使用和退库、销毁应符合国家有关法律、法规和现行国家标准《爆破安全规程》(GB6722)的规定。

4.3.2钻爆设计

根据本隧道洞身围岩的特点,Ⅳ、Ⅴ级围岩一般采用控制爆破,减轻对围岩的震动破坏,采用微震控制爆破技术。

总体设计思想是拱部采用光面爆破,边墙采用预裂爆破,核心采用控制爆破。

严格控制超、欠挖,尽量减小围岩扰动。

根据围岩情况,台阶长度满足机具正常作业要求,每次开挖进尺根据围岩情况而定。

开挖主要采用光面水压爆破掘进作业,严格控制超欠挖,尽量减小围岩扰动。

施工中根据光面爆破设计结合现场地质情况进行爆破试验,不断修正爆破参数,达到最优爆破效果,开挖后及时完成初期支护。

光面爆破施工工艺见图4-3-1。

测定围岩参数

爆破参数预设计

试爆破

确定爆破参数

爆破效果评判

结合围岩具体特征调整参数

调整爆破参数

不理想

钻爆作业

理想

 

图4-3-1光面爆破施工工艺流程图

⑴、爆破特点及要求

水压光面爆破即采用与光面爆破相同的设计、药量计算、起爆方法和起爆技术,仅在装药结构、孔口封堵环节有所区别:

爆破机理:

向炮眼中一定位置注入一定量的水,炮口用专业设备加工成的炮泥填塞。

由于炮眼中有水,在水中传播的冲击波对水不可压缩,爆炸能量无损失地经过水传递到炮眼周边围岩中,这种无能量损失的力波十分有利于岩体破碎,此外,还会产生“水楔”效,更有利于岩体破碎,同时水又会大大降低粉尘对环境的污染。

理想

装药结构及封堵:

周边眼采用孔径不耦合装药法,利用空气达到间隔装药,导爆索连接,使光爆层内岩石被拉断形成贯穿裂缝及光爆面。

掏槽眼及辅助眼内采用孔底或孔口注水,连续装药的装药方法,孔口采用炮泥填塞紧密。

⑵、钻爆设计原则

根据工程地质及现场施工条件,按照全断面法轮廓控制爆破设计。

在炮眼深度3.3~3.5m不变的情况下,采用理论计算法、工程类比法与现场试爆相结合,确定各部位炮眼钻爆参数、注水长度与封口炮泥之比,分配各个炮眼装药量及装药结构,通过合理布孔、控制装药量和起爆爆炸力、起爆顺序等,得到设计要求的开挖轮廓面,从而减少超欠挖,减轻对围岩的破坏作用,达到爆后壁面圆顺、平整,缩短排查清除危岩的时间。

同时节省炸药,控制单循环进尺在3.0m及以上,确保施工安全和加快施工进度,同时又能提高工程质量和降低成本。

⑶、钻爆设计

①、周边眼间距E、最小抵抗线W

周边眼间距E是直接控制开挖轮廓面平整度的主要因素,借助于经验公式E=Ki×d,一般情况下E=(8~12)d(d为炮眼直径);抵抗线W=(1.0~1.5)E。

本设计炮眼间距E为500mm,炮

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