雅万高铁Walini 隧道穿越火山堆积层施工技术

胡启升，侯 伟

中国中铁印尼雅万高铁项目经理部，山西 晋中 030600

1 工程概况

Walini 隧道位于印度尼西亚共和国西爪哇省万隆市奇卡隆镇境内，为单洞双线隧道，全长608m，洞身最大埋深约37m，开挖断面面积为160m2，高12.78m，宽15.1m，隧道区属于低山区火山堆积层，围岩级别为V 级，主要为堆积形成的黏土、粉质黏土和泥岩，结构松散排列杂乱无序。泥岩切面光滑，岩体破碎，有裂隙水，地质条件复杂。

1.1 气候特征

沿线属于热带雨林气候，终年炎热而潮湿。每年11 月至次年3 月为雨季，雨量大，历年年平均降水量为2415.8mm，历年平均降雨天数为223d。中国南方地区年平均降水量一般在800 ～1000mm，降水量远远大于中国南方地区。

1.2 地形地貌

隧道位于低山丘陵区，地势起伏大，其最高海拔约599m，最低海拔为547m，最大相对高差为52m，一般相对高差为10 ～25m，地表主要为橡胶树林及水稻田。全隧浅埋，洞身DK95+715 处下穿冲沟，埋深12m，常年流水。进口偏压，山体陡峭，自然坡度为50°。

1.3 地层岩性

隧道进出口、上部地表主要由第四系全新统坡积层（Qdl）黏土、粉质黏土以及更新统火山堆积层（Qob）黏土、粉质黏土、细角砾土组成，隧道洞身经过处主要由第三系中新统Cantayan 组（Mtts）泥岩、砂岩、泥质砂岩组成，隧道洞身岩层分部如图1 所示。

2 工程特点及难点

2.1 突水、突泥

该隧道洞身GDK95+690 ～GDK95+745 段及GDK95+984 ～ GDK96+080 段岩石风化严重呈土状，岩体破碎，自稳能力差，洞顶、洞壁极有可能出现塌方、冒顶、突水突泥。

2.2 塌方、大变形

隧道进出口堆积体含碎石粉质黏土下覆泥岩，土石分界处层理结合较差，施工中拱部的裸露面易发生剥落，而产生塌方掉块现象。

隧道洞身普遍分布泥岩，泥岩具有强度较低，吸水膨胀，易于泥化、软化等特征，工程性质差，施工时容易发生变形等问题。根据土工试验报告综合判断泥岩具有中等膨胀性，自由膨胀率为40%～93%。

3 Walini 隧道的重要性

图1 隧道洞身岩层分部示意图

雅万高铁项目是中国高铁全系统、全要素、全生产链走出国门的“第一单”，是“一带一路”倡议的标志性工程。Walini 隧道是雅万高铁首座贯通的隧道，成为印尼乃至东南亚第一条成功贯通的高铁隧道，进一步积累了隧道施工技术和经验，意义重大且影响深远，为完成雅万高铁建设各项既定目标打下坚实基础。

4 隧道穿越火山堆积层施工方案及措施

4.1 洞口设置锚固桩加固

隧道进口偏压、且进出口仰坡较高，为防止火山堆积体滑塌，在进口底山侧及进、出口明暗分界处线位两侧采用矩形锚固桩进行加固，桩长18m，截面尺寸为2.5m×2.0m。洞口施工前采用人工挖孔施工矩形锚固桩，施作厚25cm 的混凝土护壁。

4.2 大管棚超前支护

隧道进出口及GDK95+690 ～GDK95+745 段施工时，施作洞口及洞身φ108mm 大管棚超前支护。

（1）暗洞开挖前在暗洞外施工长1m、厚1m 的C25 混凝土导向墙，导向墙与锚固桩相接，保证管棚施工精度，导向墙内安装φ140mm×5mm 导向管47 根，外插角2°导向管与I18 型钢钢架焊接固定。

（2）洞身GDK95+690 ～GDK95+745 段施工前在洞内施工管棚工作室，纵向长度为6m，高度为0.8m，拱墙设置为180°。管棚工作室初期支护与隧道初期支护参数相同，管棚施工完成后施作正洞初期支护，两层初期支护之间空隙采用与衬砌同级混凝土回填，回填层内设置双层φ8mm 钢筋网，网格尺寸为20cm×20cm。

（3）洞口大管棚纵向设置长度为40m，洞身纵向大管棚设置长度为40m，布置在拱部140°范围内，采用长度分别为3m、6m 的φ108mm×6mm 热轧无缝钢管，采用φ114mm×6mm 热轧无缝钢管丝扣连接。为提高导管抗弯能力，管内设置由4 根φ22mm 主筋和固定环组成的钢筋笼，固定环采用φ32mm 钢管，壁厚3.5mm，长5cm，间距为50cm。管棚施工采用XR100 超前水平地质钻机钻孔、顶进。

（4）φ108mm 钢管上设置注浆孔，孔径为12mm，间距为150mm，梅花形布置，尾部预留2m 不钻孔的止浆段。管内注水灰比为1 ∶1 的水泥浆液，注浆压力为0.5 ～1.5MPa。注浆结束后用M10 水泥砂浆充填钢管，以增强钢管强度。

4.3 密排小导管超前支护

隧道浅埋其他段落采用密排小导管超前支护，钻孔打入，密排小导管采用φ42mm 热轧无缝钢管，壁厚3.5mm，长度为3.5m，管上每隔20cm 钻6mm 的注浆孔，梅花形布置。尾部预留1m 不钻孔，为方便小导管插入围岩，前端做成尖锥状，尾端焊接在钢架上。纵向每隔2 榀钢架施作1 环与每隔1 榀钢架施作1 环交错布置，相邻两排环形钢管环向交错布置。外插角为15°，管内注水灰比为1 ∶1 的水泥浆液，注浆压力为0.5 ～1.5MPa。

4.4 掌子面竹锚杆加固

Walini 隧道掌子面泥岩开挖后遇水软化，松散易剥落，为保证掌子面稳定立架施工安全，掌子面加固采用竹锚杆钻孔打入，选用直径为40 ～50mm 的竹竿，长度为2.5 ～3m，为方便竹锚杆插入围岩，前端套用2mm 厚的铁板制作的尖锥状铁靴，尾部采用8#铁线设置箍筋，防止顶进时劈裂。钻孔垂直掌子面斜向下5°～10°，孔径不小于60mm，清空后注入微膨胀M20 水泥砂浆，将竹锚杆顶进。待砂浆终凝后开挖掌子面，竹锚杆加工示意图如图2 所示。

4.5 三台阶临时横撑法开挖

Walini 隧道按照新奥法设计与施工，暗挖隧道采用复合式衬砌，复合式衬砌由初期支护、防水隔离层与二次衬砌组成，Walini 隧道全隧Ⅴ级围岩，开挖采用三台阶临时横撑法施工。三台阶临时横撑法施工工法如图3 所示。

第一步：利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护，机械开挖①部，每循环进尺1 榀，开挖高度约3.6m。初喷混凝土，钻设锚杆后挂网，再架立钢架，并设锁脚锚管。架设临时横撑钢架，与初期支护钢架连接，上台阶初期支护封闭成环。

第二步：在滞后于①部一段距离后，机械开挖②部，开挖高度约4.4m，开挖高度初喷厚混凝土，钻设锚杆后挂网，再架立钢架，并设锁脚锚管。架设临时横撑钢架，与初期支护钢架连接，中台阶初期支护封闭成环。

第三步：在滞后于②部一段距离后，机械开挖③部，开挖高度约2.7m。初喷混凝土，钻设锚杆后挂网，再架立格钢架，并设锁脚锚管，下台阶完成。

第四步：在滞后于③部一段距离后，机械开挖④部，隧底初喷混凝土施作钢架，复喷混凝土至设计厚度，初支封闭成环。

第五步：浇筑仰拱、仰拱填充混凝土。

第六步：根据监控量测结果分析，待初支收敛后，利用衬砌模板台车一次性浇筑拱墙衬砌。

图2 竹锚杆加工示意图

图3 三台阶临时横撑法施工工法示意图

4.6 施工组织

（1）组织施工人员。科学组织人员，Walini 隧道施工人员以印尼员工为主，中国技工带班作业，3 班24h 作业，集中管理，中方27 人（包括开挖班3 人、立架班4 人、喷浆班3 人、二衬班12 人、技术2 人、管理3 人），印尼90人，用工比为1 ∶4，相比同类高铁隧道施工用工少。

（2）主要施工机械及工装。项目按照高铁建设标准化管理要求，配置了二臂拱架安装台车、湿喷机械手、液压自行式仰拱栈桥、自动防水板铺挂台车、整体自行式逐窗浇筑二衬台车等机械工装，实现了隧道全工序机械化作业。

4.7 隧道地质预报及监控量测管理

隧道超前地质预报采用XR100 多功能钻机及TGP-206型隧道地质超前预报系统和LTD-2600 探地雷达+100MHz 天线长短结合物探法。预判掌子面前方地质情况，指导隧道施工过程安全、顺利进行。

隧道围岩监测采用南方测绘铁路隧道工程围岩量测信息采集系统V2.0。该系统通过全站仪蓝牙连接手机App，自动上传数据，系统自动分析，预警通过手机管理App 通知管理人员。

根据围岩监控量测数据分析结合施工情况确定安全步距，Ⅴ级围岩一般地段，在围岩稳定、监控量测数据正常、确保安全情况下，初支封闭成环距掌子面距离不大于60m。仰拱距掌子面距离不大于100m。二衬距掌子面距离不大于120m。

5 结束语

该隧道施工过程中未发生突水突泥、塌方、大变形的情况。通过隧道地表下沉、拱顶下沉、水平收敛的监控量测数据分析来看，围岩变形小，测量数据在设计及规范要求范围以内，表明了上述施工方案切实可行，从而保证了该隧道安全、顺利地穿越火山堆积层。