北碚隧道断层及岩溶段施工技术

王渝培

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（J_2X），侏罗系中下统自流井组（J_1-2Z），侏罗系下统珍珠冲组（J_1Z），三叠系上统须家河组（T_3Xj），三叠系中统雷口坡组（T_2L），三叠系下统嘉陵江组(T_1j)，三叠系下统飞仙关组(T_1f)，二叠系中统长兴组(P₂^C)和龙潭组(P₂^L)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（T_1J²）白云岩与雷口坡组（T_2L）白云岩之间，缺失嘉陵江组三段（T_1J³）和四段（T_1J⁴），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（T_1f³，Ⅴ类围岩）、四段泥岩（T_1f⁴，Ⅳ类）缺失，由嘉陵江组一段灰岩（T_1j¹）由三段灰岩（T_1j³）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：

R_K=（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=ΠR_k²Lη

式中：R_k——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

    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

水泥速凝早强剂对初、终凝及抗压强度的影响