雅萬高鐵Walini 隧道穿越火山堆積層施工技術

胡啟升，侯 偉

中國中鐵印尼雅萬高鐵項目經理部，山西 晉中 030600

1 工程概況

Walini 隧道位于印度尼西亞共和國西爪哇省萬隆市奇卡隆鎮境內，為單洞雙線隧道，全長608m，洞身最大埋深約37m，開挖斷面面積為160m2，高12.78m，寬15.1m，隧道區屬于低山區火山堆積層，圍巖級別為V 級，主要為堆積形成的黏土、粉質黏土和泥巖，結構松散排列雜亂無序。泥巖切面光滑，巖體破碎，有裂隙水，地質條件復雜。

1.1 氣候特征

沿線屬于熱帶雨林氣候，終年炎熱而潮濕。每年11 月至次年3 月為雨季，雨量大，歷年年平均降水量為2415.8mm，歷年平均降雨天數為223d。中國南方地區年平均降水量一般在800 ～1000mm，降水量遠遠大于中國南方地區。

1.2 地形地貌

隧道位于低山丘陵區，地勢起伏大，其最高海拔約599m，最低海拔為547m，最大相對高差為52m，一般相對高差為10 ～25m，地表主要為橡膠樹林及水稻田。全隧淺埋，洞身DK95+715 處下穿沖溝，埋深12m，常年流水。進口偏壓，山體陡峭，自然坡度為50°。

1.3 地層巖性

隧道進出口、上部地表主要由第四系全新統坡積層（Qdl）黏土、粉質黏土以及更新統火山堆積層（Qob）黏土、粉質黏土、細角礫土組成，隧道洞身經過處主要由第三系中新統Cantayan 組（Mtts）泥巖、砂巖、泥質砂巖組成，隧道洞身巖層分部如圖1 所示。

2 工程特點及難點

2.1 突水、突泥

該隧道洞身GDK95+690 ～GDK95+745 段及GDK95+984 ～ GDK96+080 段巖石風化嚴重呈土狀，巖體破碎，自穩能力差，洞頂、洞壁極有可能出現塌方、冒頂、突水突泥。

2.2 塌方、大變形

隧道進出口堆積體含碎石粉質黏土下覆泥巖，土石分界處層理結合較差，施工中拱部的裸露面易發生剝落，而產生塌方掉塊現象。

隧道洞身普遍分布泥巖，泥巖具有強度較低，吸水膨脹，易于泥化、軟化等特征，工程性質差，施工時容易發生變形等問題。根據土工試驗報告綜合判斷泥巖具有中等膨脹性，自由膨脹率為40%～93%。

3 Walini 隧道的重要性

圖1 隧道洞身巖層分部示意圖

雅萬高鐵項目是中國高鐵全系統、全要素、全生產鏈走出國門的“第一單”，是“一帶一路”倡議的標志性工程。Walini 隧道是雅萬高鐵首座貫通的隧道，成為印尼乃至東南亞第一條成功貫通的高鐵隧道，進一步積累了隧道施工技術和經驗，意義重大且影響深遠，為完成雅萬高鐵建設各項既定目標打下堅實基礎。

4 隧道穿越火山堆積層施工方案及措施

4.1 洞口設置錨固樁加固

隧道進口偏壓、且進出口仰坡較高，為防止火山堆積體滑塌，在進口底山側及進、出口明暗分界處線位兩側采用矩形錨固樁進行加固，樁長18m，截面尺寸為2.5m×2.0m。洞口施工前采用人工挖孔施工矩形錨固樁，施作厚25cm 的混凝土護壁。

4.2 大管棚超前支護

隧道進出口及GDK95+690 ～GDK95+745 段施工時，施作洞口及洞身φ108mm 大管棚超前支護。

（1）暗洞開挖前在暗洞外施工長1m、厚1m 的C25 混凝土導向墻，導向墻與錨固樁相接，保證管棚施工精度，導向墻內安裝φ140mm×5mm 導向管47 根，外插角2°導向管與I18 型鋼鋼架焊接固定。

（2）洞身GDK95+690 ～GDK95+745 段施工前在洞內施工管棚工作室，縱向長度為6m，高度為0.8m，拱墻設置為180°。管棚工作室初期支護與隧道初期支護參數相同，管棚施工完成后施作正洞初期支護，兩層初期支護之間空隙采用與襯砌同級混凝土回填，回填層內設置雙層φ8mm 鋼筋網，網格尺寸為20cm×20cm。

（3）洞口大管棚縱向設置長度為40m，洞身縱向大管棚設置長度為40m，布置在拱部140°范圍內，采用長度分別為3m、6m 的φ108mm×6mm 熱軋無縫鋼管，采用φ114mm×6mm 熱軋無縫鋼管絲扣連接。為提高導管抗彎能力，管內設置由4 根φ22mm 主筋和固定環組成的鋼筋籠，固定環采用φ32mm 鋼管，壁厚3.5mm，長5cm，間距為50cm。管棚施工采用XR100 超前水平地質鉆機鉆孔、頂進。

（4）φ108mm 鋼管上設置注漿孔，孔徑為12mm，間距為150mm，梅花形布置，尾部預留2m 不鉆孔的止漿段。管內注水灰比為1 ∶1 的水泥漿液，注漿壓力為0.5 ～1.5MPa。注漿結束后用M10 水泥砂漿充填鋼管，以增強鋼管強度。

4.3 密排小導管超前支護

隧道淺埋其他段落采用密排小導管超前支護，鉆孔打入，密排小導管采用φ42mm 熱軋無縫鋼管，壁厚3.5mm，長度為3.5m，管上每隔20cm 鉆6mm 的注漿孔，梅花形布置。尾部預留1m 不鉆孔，為方便小導管插入圍巖，前端做成尖錐狀，尾端焊接在鋼架上。縱向每隔2 榀鋼架施作1 環與每隔1 榀鋼架施作1 環交錯布置，相鄰兩排環形鋼管環向交錯布置。外插角為15°，管內注水灰比為1 ∶1 的水泥漿液，注漿壓力為0.5 ～1.5MPa。

4.4 掌子面竹錨桿加固

Walini 隧道掌子面泥巖開挖后遇水軟化，松散易剝落，為保證掌子面穩定立架施工安全，掌子面加固采用竹錨桿鉆孔打入，選用直徑為40 ～50mm 的竹竿，長度為2.5 ～3m，為方便竹錨桿插入圍巖，前端套用2mm 厚的鐵板制作的尖錐狀鐵靴，尾部采用8#鐵線設置箍筋，防止頂進時劈裂。鉆孔垂直掌子面斜向下5°～10°，孔徑不小于60mm，清空后注入微膨脹M20 水泥砂漿，將竹錨桿頂進。待砂漿終凝后開挖掌子面，竹錨桿加工示意圖如圖2 所示。

4.5 三臺階臨時橫撐法開挖

Walini 隧道按照新奧法設計與施工，暗挖隧道采用復合式襯砌，復合式襯砌由初期支護、防水隔離層與二次襯砌組成，Walini 隧道全隧Ⅴ級圍巖，開挖采用三臺階臨時橫撐法施工。三臺階臨時橫撐法施工工法如圖3 所示。

第一步：利用上一循環架立的鋼架施作隧道超前支護，機械開挖①部，每循環進尺1 榀，開挖高度約3.6m。初噴混凝土，鉆設錨桿后掛網，再架立鋼架，并設鎖腳錨管。架設臨時橫撐鋼架，與初期支護鋼架連接，上臺階初期支護封閉成環。

第二步：在滯后于①部一段距離后，機械開挖②部，開挖高度約4.4m，開挖高度初噴厚混凝土，鉆設錨桿后掛網，再架立鋼架，并設鎖腳錨管。架設臨時橫撐鋼架，與初期支護鋼架連接，中臺階初期支護封閉成環。

第三步：在滯后于②部一段距離后，機械開挖③部，開挖高度約2.7m。初噴混凝土，鉆設錨桿后掛網，再架立格鋼架，并設鎖腳錨管，下臺階完成。

第四步：在滯后于③部一段距離后，機械開挖④部，隧底初噴混凝土施作鋼架，復噴混凝土至設計厚度，初支封閉成環。

第五步：澆筑仰拱、仰拱填充混凝土。

第六步：根據監控量測結果分析，待初支收斂后，利用襯砌模板臺車一次性澆筑拱墻襯砌。

圖2 竹錨桿加工示意圖

圖3 三臺階臨時橫撐法施工工法示意圖

4.6 施工組織

（1）組織施工人員。科學組織人員，Walini 隧道施工人員以印尼員工為主，中國技工帶班作業，3 班24h 作業，集中管理，中方27 人（包括開挖班3 人、立架班4 人、噴漿班3 人、二襯班12 人、技術2 人、管理3 人），印尼90人，用工比為1 ∶4，相比同類高鐵隧道施工用工少。

（2）主要施工機械及工裝。項目按照高鐵建設標準化管理要求，配置了二臂拱架安裝臺車、濕噴機械手、液壓自行式仰拱棧橋、自動防水板鋪掛臺車、整體自行式逐窗澆筑二襯臺車等機械工裝，實現了隧道全工序機械化作業。

4.7 隧道地質預報及監控量測管理

隧道超前地質預報采用XR100 多功能鉆機及TGP-206型隧道地質超前預報系統和LTD-2600 探地雷達+100MHz 天線長短結合物探法。預判掌子面前方地質情況，指導隧道施工過程安全、順利進行。

隧道圍巖監測采用南方測繪鐵路隧道工程圍巖量測信息采集系統V2.0。該系統通過全站儀藍牙連接手機App，自動上傳數據，系統自動分析，預警通過手機管理App 通知管理人員。

根據圍巖監控量測數據分析結合施工情況確定安全步距，Ⅴ級圍巖一般地段，在圍巖穩定、監控量測數據正常、確保安全情況下，初支封閉成環距掌子面距離不大于60m。仰拱距掌子面距離不大于100m。二襯距掌子面距離不大于120m。

5 結束語

該隧道施工過程中未發生突水突泥、塌方、大變形的情況。通過隧道地表下沉、拱頂下沉、水平收斂的監控量測數據分析來看，圍巖變形小，測量數據在設計及規范要求范圍以內，表明了上述施工方案切實可行，從而保證了該隧道安全、順利地穿越火山堆積層。