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北碚隧道斷層及巖溶段施工技術

08-22 12:13:31  瀏覽次數:393次  欄目:地鐵遂道
標簽:工程設計, 北碚隧道斷層及巖溶段施工技術,http://www.nvlbio.live
碚隧道系國道212線重慶至合川高速公路上的特長隧道,位于重慶市沙坪壩區與北碚區交界處,雙洞分離布置,洞軸線間距35m,左洞長4025m,右洞長4045m,該隧道已于2001年12月順利貫通。
北碚隧道自背斜兩翼向軸部依此穿越侏羅系中統新田溝組(J2X),侏羅系中下統自流井組(J1-2Z),侏羅系下統珍珠沖組(J1Z),三疊系上統須家河組(T3Xj),三疊系中統雷口坡組(T2L),三疊系下統嘉陵江組(T1j),三疊系下統飛仙關組(T1f),二疊系中統長興組(P2C)和龍潭組(P2L)地層,背斜西翼嘉陵江組和雷口坡組地層將出現大田灣逆斷層,隧道通過雷口坡組、嘉陵江組、飛仙關組、長興組灰巖時,會遇道突發性涌水及巖溶,可能會引起地下水位下降。針對該隧道所遇斷層及巖熔的具體特征,以新奧法為依托,加強地質預報、預測,采用預加固(管棚,小管棚注漿加固)預封閉(局部及全面堵水注漿),預排放(鉆孔排水)等措施和合理的開挖方法、穩妥的支護手段,保證了隧道施工安全,實現了隧道新奧法施工快速掘進。
1 斷層破碎帶
1.1 斷層特征
原獅子門逆斷層地表斷于大田灣嘉陵江組二段(T1J2)白云巖與雷口坡組(T2L)白云巖之間,缺失嘉陵江組三段(T1J3)和四段(T1J4),斷距200米,破碎帶寬20米,產狀105°~120°∠75°~85°,地貌呈一狹長溝谷(槽谷);通過隧道里程K21+688,破碎帶寬8~15m,為高角度逆斷層。
在隧道掘進過程中,從K21+728~21+442范圍內先后出現了多條斷層,即是說:原來的單一斷層變成了復合斷層,向掃帚一樣由地表向下撒開,改變了原隧道內地層組合,原飛仙關組三段灰巖(T1f3,Ⅴ類圍巖)、四段泥巖(T1f4,Ⅳ類)缺失,由嘉陵江組一段灰巖(T1j1)由三段灰巖(T1j3)代替,并形成寬286米(K21+728~K21+442)的破碎帶,大大降低了圍巖穩定性,其破碎程度又受復合斷層內斷層或次級斷層制約,出現了破碎帶中的破碎帶,加大了施工難度,好在為枯水季節施工,斷層水量不大。
1.2 預注漿加固圍巖
采用超前小導管預注漿,快速止水加固四周圍巖(見圖示),在開挖面沿拱墻按環向間距0.25~0.5米(根據地質情況確定間距),孔深5.0m,外插角15°鉆孔,采用外徑Φ42MM,壁厚4MM的熱軋無縫鋼管加工制成,長5.0米,鋼管前端加工成錐形,尾部焊接Φ6鋼筋加勁箍,管壁四周鉆四排Φ6壓漿孔,超前小導管注漿設不小于己于1.0米的的搭接長度,漿液采用水泥——水玻璃漿,水灰比0.5:1~1:1,水泥采用425號水泥,水玻璃波美度為40,模數為2.4,(水泥水玻璃參數根據現場注漿效果進行調整,純水泥漿的基本性能、單液水泥漿基本性能、水泥速凝早強劑對初、終及抗壓強度的影響、水泥漿(加4.5%水玻璃)現場配制表見后),注漿壓力0.5~1.0Mpa)。選用KBY50/120雙液注漿泵。漿液配制先經試驗室測定配比及凝膠時間。注漿完成后采用膠泥(40Be水玻璃拌合425水泥)將導管周圍封堵。漿液擴散半徑按下式計算:
RK=(0.6~0.7)L0
式中:L0——導管之間中心距離
單根導管的注漿量:
Q1=ΠRk2Lη
式中:Rk——漿液擴散半徑
      L——導管長度
     η——巖體空隙率
純水泥漿的基本性能
水灰比
(重量  比) 粘度
(×10-3Pa•S 密度
(g/cm3) 凝膠時間 結


(%) 抗壓強度(0.1M Pa)
   初凝 終凝  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.采用普通硅酸鹽水泥: 2.各種測定數據均采取平均值。
單液水泥漿基本性能
水灰比 附  加  劑 初凝時間 終凝時間 抗壓強度(0.1Mpa)
 名稱 用量(%)   1d 2d 7d 28d
1:1
1:1
1:1
1:1 0
水玻璃
氯化鈣
氯化鈣 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
水泥速凝早強劑對初、終凝及抗壓強度的影響
水灰比 附  加  劑 初凝
時間 終凝
時間 抗壓強度(0.1Mpa)
 名  稱 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
氯化鈉 0.05
0.5 6h45min 12h38min 24 39 72 130 143
1:1 三乙醇胺
氯化鈉 0.1
1.0 7h23min 12h58min 23 46 98 126 152
1:1 三異丙醇按氯化鈉 0.05

0.5 11h03min 18h22min 14 27 74 77 120
1:1 三異丙醇按氯化鈉 0.1
1.0 9h36min 14h12min 18 35 82 75 131
1:1 二水石膏
氯化鈣 1.0
2.0 7h15min 14h15min 18 28 56 - 89

超前小導管施工完成后將導管尾部焊接于20B工字型鋼拱上,采用上下斷面、中槽、馬口開挖,光面爆破,眼深1.0米,周邊眼間距0.3米,周邊眼最小抵抗線0.4米,周邊眼裝藥集中度0.8kg/m,采用Φ22鋼筋藥卷墊板錨桿,間距0.8米×0.8米,錨桿長3.5米, Φ6.5鋼筋網,間距0.2×0.2米, 20B工字型鋼拱每0.5米一榀,噴C20混凝土厚20CM進行初期支護。開挖下一循環時留下1.0米~2.0米長度的止漿墻。小導管注漿流程見圖1。
水泥漿(加4.5%水玻璃)現場配制表
水灰比 水泥(袋) 40°Be′水
玻璃(桶) 水(L) 制成漿量(m3) 備  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.水泥漿加入水玻璃后有變濁現象,影響可注性。

                              是                                   是

                              否                          否

圖1小導管注漿流程圖
根據監測情況分析,該段拱頂下沉值累計最大值為12MM,5~10天可達下沉量的70%~80%,一般在開挖后一個月內趨于穩定,洞內收斂值累計最大值為12MM,5~10天可達收斂量的80%,一般在開挖后一個月內趨于穩定。
2 巖溶施工
斷層破碎帶YK21+657~+651,YK21+626~+613灰巖中見小規模溶洞。
溶洞處理結構措施見圖示。溶洞在進行錨噴支護前先清除溶洞內填充物,溶洞壁采

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