北碚隧道断层及岩溶段施工技术

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碚隧道系国道212线重庆至合川高速公路上的特长隧道，位于重庆市沙坪坝区与北碚区交界处，双洞分离布置，洞轴线间距35m，左洞长4025m，右洞长4045m，该隧道已于2001年12月顺利贯通。
北碚隧道自背斜两翼向轴部依此穿越侏罗系中统新田沟组（J2X），侏罗系中下统自流井组（J1-2Z），侏罗系下统珍珠冲组（J1Z），三叠系上统须家河组（T3Xj），三叠系中统雷口坡组（T2L），三叠系下统嘉陵江组(T1j)，三叠系下统飞仙关组(T1f)，二叠系中统长兴组(P2C)和龙潭组(P2L)地层，背斜西翼嘉陵江组和雷口坡组地层将出现大田湾逆断层，隧道通过雷口坡组、嘉陵江组、飞仙关组、长兴组灰岩时，会遇道突发性涌水及岩溶，可能会引起地下水位下降。针对该隧道所遇断层及岩熔的具体特征，以新奥法为依托，加强地质预报、预测，采用预加固（管棚，小管棚注浆加固）预封闭（局部及全面堵水注浆），预排放（钻孔排水）等措施和合理的开挖方法、稳妥的支护手段，保证了隧道施工安全，实现了隧道新奥法施工快速掘进。
1 断层破碎带
1.1 断层特征
原狮子门逆断层地表断于大田湾嘉陵江组二段（T1J2）白云岩与雷口坡组（T2L）白云岩之间，缺失嘉陵江组三段（T1J3）和四段（T1J4），断距200米，破碎带宽20米，产状105°～120°∠75°～85°，地貌呈一狭长沟谷（槽谷）；通过隧道里程K21＋688，破碎带宽8～15m，为高角度逆断层。
在隧道掘进过程中，从K21+728～21+442范围内先后出现了多条断层，即是说：原来的单一断层变成了复合断层，向扫帚一样由地表向下撒开，改变了原隧道内地层组合，原飞仙关组三段灰岩（T1f3，Ⅴ类围岩）、四段泥岩（T1f4，Ⅳ类）缺失，由嘉陵江组一段灰岩（T1j1）由三段灰岩（T1j3）代替，并形成宽286米（K21＋728～K21＋442）的破碎带，大大降低了围岩稳定性，其破碎程度又受复合断层内断层或次级断层制约，出现了破碎带中的破碎带，加大了施工难度，好在为枯水季节施工，断层水量不大。
1.2 预注浆加固围岩
采用超前小导管预注浆，快速止水加固四周围岩（见图示），在开挖面沿拱墙按环向间距0.25～0.5米（根据地质情况确定间距），孔深5.0m，外插角15°钻孔，采用外径Φ42MM，壁厚4MM的热轧无缝钢管加工制成，长5.0米，钢管前端加工成锥形，尾部焊接Φ6钢筋加劲箍，管壁四周钻四排Φ6压浆孔，超前小导管注浆设不小于己于1.0米的的搭接长度，浆液采用水泥——水玻璃浆，水灰比0.5:1～1:1，水泥采用425号水泥，水玻璃波美度为40，模数为2.4，（水泥水玻璃参数根据现场注浆效果进行调整，纯水泥浆的基本性能、单液水泥浆基本性能、水泥速凝早强剂对初、终及抗压强度的影响、水泥浆（加4.5%水玻璃）现场配制表见后），注浆压力0.5~1.0Mpa）。选用KBY50/120双液注浆泵。浆液配制先经试验室测定配比及凝胶时间。注浆完成后采用胶泥（40Be水玻璃拌合425水泥）将导管周围封堵。浆液扩散半径按下式计算：
RK=（0.6～0.7）L0
式中：L0——导管之间中心距离
单根导管的注浆量：
Q1=ΠRk2Lη
式中：Rk——浆液扩散半径
      L——导管长度
     η——岩体空隙率
纯水泥浆的基本性能
水灰比
（重量  比） 粘度
（×10-3Pa•S 密度
（g/cm3） 凝胶时间 结
石
率
（%） 抗压强度（0.1M Pa）
   初凝 终凝  3d 7d 14d 28d
0.5:1 139 1.86 7h41min 12h36min 99 41.4 64.6 153.0 220.0
0.75:1 33 1.62 10h47min 20h33min 97 24.3 26.0 55.4 112.7
1:1 18 1.49 14h56min 24h27min 85 20.0 24.0 24.2 89.0
1.5:1 17 1.37 16hmin 34h47min 67 20.4 23.3 17.8 22.2
2:1 16 1.30 17h7min 48h15min 56 16.6 25.6 21.0 28.0
    注：1.采用普通硅酸盐水泥: 2.各种测定数据均采取平均值。
单液水泥浆基本性能
水灰比 附  加  剂 初凝时间 终凝时间 抗压强度（0.1Mpa）
 名称 用量（％）   1d 2d 7d 28d
1：1
1：1
1：1
1：1 0
水玻璃
氯化钙
氯化钙 0
3
2
3 14h15min
7h20min
7h10min
6h50min 25h00min
14h30min
15h04min
13h08min 8
10
10
11 16
18
19
20 59
55
61
65 92
－
95
98
水泥速凝早强剂对初、终凝及抗压强度的影响
水灰比 附  加  剂 初凝
时间 终凝
时间 抗压强度（0.1Mpa）
 名  称 用量（％）   1d 2d 7d 14d 14d
1：1
1：1 0
水玻璃 0
3 14h15min
7h20min 25h00min
14h30min 8
10 16
18 59
55 ―
― 92
－
1：1
 三乙醇胺
氯化钠 0.05
0.5 6h45min 12h38min 24 39 72 130 143
1：1 三乙醇胺
氯化钠 0.1
1.0 7h23min 12h58min 23 46 98 126 152
1：1 三异丙醇按氯化钠 0.05

0.5 11h03min 18h22min 14 27 74 77 120
1：1 三异丙醇按氯化钠 0.1
1.0 9h36min 14h12min 18 35 82 75 131
1：1 二水石膏
氯化钙 1.0
2.0 7h15min 14h15min 18 28 56 － 89

超前小导管施工完成后将导管尾部焊接于20B工字型钢拱上，采用上下断面、中槽、马口开挖，光面爆破，眼深1.0米，周边眼间距0.3米，周边眼最小抵抗线0.4米，周边眼装药集中度0.8kg/m，采用Φ22钢筋药卷垫板锚杆，间距0.8米×0.8米，锚杆长3.5米, Φ6.5钢筋网,间距0.2×0.2米， 20B工字型钢拱每0.5米一榀，喷C20混凝土厚20CM进行初期支护。开挖下一循环时留下1.0米～2.0米长度的止浆墙。小导管注浆流程见图1。
水泥浆（加4.5％水玻璃）现场配制表
水灰比 水泥（袋） 40°Be′水
玻璃（桶） 水（L） 制成浆量（m3） 备  注
0.5：1
0.6：1
0.75：1
1：1
1.25：1
1.5：1
2：1 24
22
19
15
13
11
9 2.5
2
2
1.5
1.5
1
1 563
630
682
727
790
810
885 1.000
1.026
1.029
1.000
1.029
1.008
1.005 1.水泥每袋50㎏；
2.水玻璃每桶15L；
3.水泥浆加入水玻璃后有变浊现象，影响可注性。

                              是                                   是

                              否                          否

图1小导管注浆流程图
根据监测情况分析，该段拱顶下沉值累计最大值为12MM，5～10天可达下沉量的70%～80%，一般在开挖后一个月内趋于稳定，洞内收敛值累计最大值为12MM，5～10天可达收敛量的80%，一般在开挖后一个月内趋于稳定。
2 岩溶施工
断层破碎带YK21+657～+651，YK21+626～+613灰岩中见小规模溶洞。
溶洞处理结构措施见图示。溶洞在进行锚喷支护前先清除溶洞内填充物，溶洞壁采

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