北碚隧道断层及岩溶段施工技术.doc
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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 凝胶时间抗压强度（0.1M Pa） 密度 （g/cm3 ） 初凝终凝 结 石 率 （%）3d7d14d28d 0.5:11391.867h41min12h36min9941.464.6153.0220. 0 0.75: 1 331.6210h47min20h33min9724.326.055.4112. 7 1:1181.4914h56min24h27min8520.024.024.289.0 1.5:1171.3716hmin34h47min6720.423.317.822.2 2:1161.3017h7min48h15min5616.625.621.028.0 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 附 加 剂抗压强度（0.1Mpa） 水灰比 名称 用量 （％） 初凝时间终凝时间 1d2d7d28d 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 附 加 剂抗压强度（0.1Mpa） 水灰比 名 称 用量 （％） 初凝 时间 终凝 时间 1d2d7d14d14d 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 6h45min12h38min243972130143 1：1 三乙醇 胺 0.1 1.0 7h23min12h58min234698126152 氯化钠 1：1 三异丙 醇按氯 化钠 0.05 0.5 11h03min 18h22min14277477120 1：1 三异丙 醇按氯 化钠 0.1 1.0 9h36min14h12min18358275131 1：1 二水石 膏 氯化钙 1.0 2.0 7h15min14h15min182856 － 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 准备工作 制造小导管 安安 设设 小导管小导管 钻 孔 封闭工作面 机具设备检修 联接 管路 及密 封孔 口 压水检 查达到 要求？ 主 浆 注清浆结 束 压力流 量达到 要求？ 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 用 Φ22 钢筋药卷垫板锚杆，间距 1.0 米×1.0 米，锚杆长 3.5 米, Φ6.5 钢筋网,间距 0.2×0.2 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 Φ22 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 3～5 米，溶洞内的水采用以排为主，堵排结合，排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 Ф55mm 探孔，钻孔深度为每循环≮7.5m 沿开挖面拱弧布置孔 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 5～6 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 2～3 倍，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=0.6～1.1，水玻璃玻美度 30～40Be，双液体积比 C/S=0.7～1.4，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 2～3 倍，岩层破碎地段采用前进式注浆， 注浆小分段长度为 5~10m，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 20~30m，注浆时设置注浆孔口管，在开挖时予留 5～10 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=0.6～1.1，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 0.5 1.0 1.5 2.0 水灰比 水泥品种对凝胶时间的影响 水玻璃 35°Be′；C：S＝1：1（体积比）；温度 24℃ 水泥浆浓度对水泥－玻璃浆液凝胶时间的影响 凝胶时间 水灰比 35°Be′40°Be′45°Be′ 说明 1.5：1 1.25：1 1：1 0.75：1 0.5：1 2minOs 1min31s 1min18s 0min58s 0min55s 2min55s 2min21s 1min51s 1min38s 1min4s 3min44s 3min17s 2min30s 2min18s 1min41s 普通 425 号硅酸盐 水泥，水泥浆与水 玻璃体积比为 1 80 水灰比 1：1 凝胶时间（s） 60 水灰比 0.8：1 40 水灰比 0.6：1 20 0 30 35 40。
