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1、北碚隧道断层及岩溶段施工技术北碚隧道系国道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
2、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1051207585，地貌呈一狭长沟谷（槽谷）；通过隧道里程K21688，破碎带宽8
3、15m，为高角度逆断层。在隧道掘进过程中，从K21+72821+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，类围岩）、四段泥岩（T1f4，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（K21728K21442）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
4、向间距0.250.5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42MM，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6钢筋加劲箍，管壁四周钻四排6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0.5:11:1，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0.51.0Mpa）。选用KBY50/120双液注浆泵。浆液配制先经
5、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=（0.60.7）L0式中：L0导管之间中心距离单根导管的注浆量：Q1=Rk2L式中：Rk浆液扩散半径 L导管长度 岩体空隙率纯水泥浆的基本性能水灰比（重量 比）粘度（10-3PaS密度（g/cm3）凝胶时间结石率（%）抗压强度（0.1M Pa）初凝终凝3d7d14d28d0.5:11391.867h41min12h36min9941.464.6153.0220.00.75:1331.6210h47min20h33min9724.326.055.4112.71:1181.49
6、14h56min24h27min8520.024.024.289.01.5:1171.3716hmin34h47min6720.423.317.822.22:1161.3017h7min48h15min5616.625.621.028.0 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（）1d2d7d28d1：11：11：11：10水玻璃氯化钙氯化钙032314h15min7h20min7h10min6h50min25h00min14h30min15h04min13h08min81010111618
7、192059556165929598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（）1d2d7d14d14d1：11：10水玻璃0314h15min7h20min25h00min14h30min81016185955921：1三乙醇胺氯化钠0.050.56h45min12h38min2439721301431：1三乙醇胺氯化钠0.11.07h23min12h58min2346981261521：1三异丙醇按氯化钠0.050.511h03min18h22min142774771201：1三异丙醇按氯化钠0.11.09h36min14h
8、12min183582751311：1二水石膏氯化钙1.02.07h15min14h15min18285689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22钢筋药卷垫板锚杆，间距0.8米0.8米，锚杆长3.5米, 6.5钢筋网,间距0.20.2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）40Be水
9、玻璃（桶）水（L）制成浆量（m3）备 注0.5：10.6：10.75：11：11.25：11.5：12：124221915131192.5221.51.5115636306827277908108851.0001.0261.0291.0001.0291.0081.0051.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。封闭工作面主 浆压力流量达到要求？机具设备检修压水检查达到要求？结 束注清浆联接管路及密封孔口安 设小导管准备工作 是 是钻 孔制造小导管 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，510天可达下沉量的70
10、%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，510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，溶洞壁采用22钢筋药卷垫板锚杆，间距1.0米1.0米，锚杆长3.5米, 6.5钢筋网,间距0.20.2米，喷C20混凝土厚15CM进行初期支护，7.5号浆砌片石护拱不小于1.0米，钢筋拱采用两根22钢筋焊接而成，并与锚杆焊接，钢筋间距50CM，布置范围为隧道纵向溶洞前后35米，溶洞内的水采用以排为主，堵排结合，排
11、水采用盲沟将溶洞水引入隧道边沟排出，盲沟用片石码砌，堵水采用注浆。 3 堵水施工隧道通过三叠系中统雷口坡组、三叠系下统嘉陵江组、三叠系下统飞仙关组的灰岩时将出现涌水，雷口坡组、嘉陵江组隧道涌水量2000m3 /日左右，施工导坑涌水量可达4000m3 /日左右，飞仙关组隧道涌水量2000m3 /日左右，施工导坑涌水量可达4000m3 /日左右，如此大的涌水量，一旦处理不及时、不成功，必定给施工造成巨大的损失。为此我们进行了精心的部署，制定了相应的施工方案。超前探水钻孔探测（也可采用物探、电磁波、超声波、雷达等进行探测）：采用80型钻机钻直径55mm探孔，钻孔深度为每循环7.5m沿开挖面拱弧布置孔
12、7个,间距4.9m，外偏角10，每段开挖5m，保留2.5m厚度以备下一循环开挖探水。探孔口应进行加固，设套管安装水阀，控制放水和有序地预先释放前方的高承压水。钻孔时如发现水声，空气变冷，顶板及底板等流水加大时应立即停钻，监视。探水孔逐孔编号，并详细记录出水点位置、水量、水压及围岩破碎状况等，以便及时采取相应措施。根据探测结果主要采用局部或全断面超前注浆堵水措施，以防止洞区内地下水枯竭危及生态。3.1若超前探水孔总出水量小于10m3/h，个别孔出水2m3/h时 采用局部堵水；注浆范围为：在出水通道范围内，隧道开挖轮廓线以外56米，单孔注浆有效扩散半径R=3.6米，注浆最终压力为净水压力的23倍，
13、注浆采用水泥水玻璃双液注浆，水泥为425号普通硅酸盐水泥，水灰比W/C=0.61.1，水玻璃玻美度3040Be，双液体积比C/S=0.71.4，凝胶时间由现场确定。注浆后，总出水小于2 m3/h时，且一处出水量小于0.6 m3/h时，停止注浆。3.2 若超前探水孔2/3孔出水，且总水量10m3/h时采用全面堵水注浆范围为隧道开挖半径的两倍，单孔注浆有效扩散半径R=3.6米，注浆孔底中心距D=1.5米，R=5.4米，注浆最终压力为净水压力的23倍，岩层破碎地段采用前进式注浆，注浆小分段长度为510m，涌水不大时采用全程（全孔）注浆。注浆堵水每循环钻孔深度为2030m，注浆时设置注浆孔口管，在开挖时予留510米做止浆盘墙。注浆采用水泥水玻璃双液注浆，水泥为425号普通硅酸盐水泥，水灰比W/C=0.61.1，水玻璃玻至浆液不能流动为止的时间，它与水泥的品种、水泥浆浓度、水泥浆与水玻璃体积比和浆液温度等有关：4 凝胶时间（min） 3 矿渣硅酸盐水泥 2 1 普通硅酸盐水泥
