龔 翼， 楊 尚 鑫， 范 軍 勝

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 611700)

1 概 述

雅萬高鐵2號隧道位于印度尼西亞中爪哇省普旺加達市，進口里程為DK74+010，出口里程為DK75+062，全長1 052 m，為單洞雙線隧道，設計目標時速為300 km/h。

由于2號隧道處于丘陵區(qū)且其左右側(cè)地勢起伏大，一般相對高差為6～8 m。隧道進口右側(cè)偏壓，山體陡峭，自然坡度約為18°～25°；隧道出口等高線斜交進洞，洞口地形偏壓，高山側(cè)地勢高，自然坡度約為20°～30°。洞口表層以第四系更新統(tǒng)火山堆積層(Qos)黏土、粗圓礫土為主，且其所處地區(qū)屬熱帶雨林氣候，終年炎熱且潮濕，按降雨量大小分為旱季、雨季。11月至次年3月為雨季、西北季風期，多雨多云；4～10月為旱季、東南季風期，晴天多且雨量少，歷年平均降水量可達2 400 mm以上。

上述自然因素導致隧道進洞困難，為此，項目部技術(shù)人員對隧道進洞施工技術(shù)進行了分析與研究。

2 工程特點與難點及火山堆積層成因分析

2.1 工程特點與難點

該工程具有以下工程特點及難點：

(1)隧道洞口穿越第四系火山堆積層(Qos)的黏土、粗圓礫土，其土體疏松、含水量高、孔隙比大、自身承載力低、穩(wěn)定性差。

(2)黏土具有弱膨脹性，自由膨脹率為40%～54%。2號隧道進口洞門施工時恰逢印尼雨季末期，土體吸水飽和后易崩解、軟化，其強度明顯降低，力學性質(zhì)變差。

(3)施工進洞時，需要對原始邊仰坡進行清表、刷坡開挖。清表擾動后土石交界處易產(chǎn)生塌方，洞口邊、仰坡裸露的土層存在滑移失穩(wěn)的風險。

(4)隧道洞口處于淺埋地段，地層破碎，屬全風化～強風化且節(jié)理裂隙發(fā)育的軟弱巖層，難以形成承載拱，成洞困難，存在坍塌的風險。

(5)隧道軸線與山體走向斜交，山體對洞口形成偏壓。偏壓產(chǎn)生的側(cè)向壓力易導致隧道側(cè)向變形甚至坍塌。

2.2 火山堆積層成因分析

該地區(qū)的火山及構(gòu)造活動劇烈，加之熱帶氣候降水豐富、沖刷與搬運能力強，形成了獨特的熱帶火山堆積層，與國內(nèi)火山成因地層差別較大，其特殊的工程特性國內(nèi)罕見[1]?；鹕絿姲l(fā)出的高熱氣流攜帶著大量未經(jīng)篩選的碎屑物沿山坡沖出或噴向高空，在火山口周圍由近及遠略有分選的沉積下來，在高溫作用下其顆粒與火山灰凝結(jié)成孔隙比大、地應力高的地層；受高溫溢出巖漿及噴出火山彈影響，局部半膠結(jié)半成巖作用發(fā)育；熱帶氣候?qū)е略摰貐^(qū)降雨量充沛，受火山爆發(fā)的應力及暴雨的影響地層的組成物質(zhì)常常呈大小混雜、粗細不一，含水率高。在多種因素共同作用下形成的第四系更新統(tǒng)火山堆積地層復雜多變，規(guī)律性差，給隧道施工帶來了巨大挑戰(zhàn)[2]。其洞口施工方案的選擇成為一大難題。

3 洞口施工方案的選擇與實施

該洞口施工方案的選擇按照“早進晚出，零仰坡”的原則組織施工，提倡“零開挖”安全進洞。

“早進晚出，零仰坡”進洞即適當延長洞口和隧道的長度，保證未到山體之前先進洞而盡量遠離山體后再出洞。采取增加護拱或加長洞門等措施提前進暗洞。在2號隧道進口施工過程中，將隧道進口里程由原設計里程DK74+020調(diào)整為DK74+010，隧道向小里程延長10 m，增加了10 m護拱，護拱下方采用Φ1 500 mm的鉆孔灌注樁作為基礎樁,樁頂設置冠梁,冠梁與護拱相連，護拱厚度為1 m；在2號隧道出口施工過程中，隧道洞門由帽檐斜切式緩沖結(jié)構(gòu)洞門(28 m)變更為直切式洞門(34 m)，長度增加了6 m，洞門的加長避免了對山體的大挖。

“零開挖”安全進洞系指不開挖或少開挖隧道邊仰坡，不破壞或少破壞洞口原始地貌及生態(tài)環(huán)境，較為完整地保留了自然景觀，符合國家倡導的“綠色環(huán)保低碳”的建設理念[3]。進洞施工過程中，先根據(jù)設計圖紙定位洞口位置，再參考現(xiàn)場實際地形將刷坡路線降低到最小，僅在洞口淺埋段進行小范圍的土方開挖以便進行導向墻的施工。嚴禁對原始邊仰坡進行大面積清表、切削開挖，避免大面積清表開挖造成坡面原有生態(tài)系統(tǒng)的破壞，形成大范圍的裸露邊坡。裸露邊坡的表層結(jié)構(gòu)松散導致土壤抗蝕能力降低，加之黏土、泥巖易風化，在開挖暴露后短時間內(nèi)及干濕交替作用下風化加速，強度衰減較快，極易造成邊仰坡松弛張裂和滑坡。

3.1 邊仰坡防護技術(shù)

對洞口臨時邊仰坡及明暗分界直立面及時進行防護。所采取的邊坡防護措施為噴錨防護和打設竹錨桿等。

噴錨防護錨桿采用Φ22 mm砂漿錨桿,L=3.5 m,間距1 m×1 m,梅花形布置;噴射混凝土采用15 cm厚C25混凝土,鋼筋網(wǎng)采用Φ8 mm鋼筋 ,網(wǎng)格為20 cm×20 cm。施工時需做好噴混凝土結(jié)構(gòu)的分幅和防排水措施，以防止結(jié)構(gòu)開裂破壞。

對于暴露面較大的邊仰坡采用就地取材的方式；對于垂直坡面采用打設竹錨桿加固坡體的應急措施。竹錨桿直徑為5～15 cm，長5～8 m，間距0.6 m×0.6 m。為方便竹錨桿插入圍巖，在其前端套上2 mm厚、由鐵板制作的尖錐狀鐵靴，尾部采用8號鐵線設置箍筋，防止頂進時劈裂[4]。

3.2 洞口截排水施工技術(shù)

2號隧道進口的自然坡度為18°～25°，隧道出口的自然坡度為20°～30°，坡度較陡。而隧道洞口的地表一般被修整為較為平緩的地勢，有利于雨水的集中，加之火山堆積層(Qos)黏土遇水軟化，力學性質(zhì)變差，給隧道洞口的施工造成困難。因此，洞口施工宜避開雨季且在開挖前應先做好邊仰坡外及洞口的排水、截水處理工作。

在開挖線外5 m設截水天溝，截水天溝的坡度根據(jù)地形設置,但不應小于3%，以免淤積。截水天溝與外部土體洞口的空隙需采用黏土填充、夯實，并填出向溝內(nèi)坡度不小于2%的流水坡,避免“水不歸槽”而順槽外壁流淌。天溝的縱坡較陡時,應按要求設置基座、急流槽、消能池等。天溝應接入路基天溝或線路兩側(cè)既有的自然溝渠。

3.3 加固洞口采用的鉆孔灌注樁技術(shù)

2號隧道進出口等高線均斜交進洞導致洞口地形偏壓，高山側(cè)地勢高。為防止火山堆積體滑塌，在進口DK74+030～DK74+055段于隧道左右兩側(cè)分別設置了12根Φ1 250 mm鉆孔灌注樁,樁間距為2.5 m ,樁頂設置1.7 m×2.5 m(寬×高)的冠梁；在出口DK75+045～DK75+025段于隧道左右兩側(cè)分別設置了7根Φ1 500 mm鉆孔灌注樁,樁間距為2 m ,樁頂設置1.7 m×2.5 m(寬×高)的冠梁，鉆孔樁及冠梁均采用C35鋼筋混凝土施作?？够瑯妒┕ず?，增加了邊坡的整體穩(wěn)定性，減少了邊坡位移。2號隧道進口洞口鉆孔灌注樁施工平面位置圖見圖1，2號隧道出口洞口鉆孔灌注樁施工平面位置圖見圖2。

圖1 2號隧道進口洞口鉆孔灌注樁施工平面位置圖

圖2 2號隧道出口洞口鉆孔灌注樁施工平面位置圖

3.4 洞口大管棚超前支護技術(shù)

利用大管棚作為穿越淺埋偏壓段的超前支護，可以通過注漿將松散的土體固結(jié)起來，利用大管棚支護圍巖, 注漿體與管棚連成一個整體共同受力, 在隧道開挖輪廓線外形成一個環(huán)向的支撐體，進而有效地阻止了火山堆積體出現(xiàn)坍塌。其一次支護長度達40 m，可以減少超前支護的次數(shù)，縮短施工時間[5]。

2號隧道洞口導向墻基礎巖體為全～強風化泥巖，具有中等膨脹性，遇水易軟化、崩解導致地基承載力降低，管棚基礎具有下沉的危險。為保證其基礎穩(wěn)定性，施工時要求反鏟開挖至距拱腳標高30 cm時改由人工修整，修整到位后采用小型振動夯夯實，夯實后采用50 cm×60 cm的鋼板下墊，拱架支墊與基礎面密貼后進行大拱腳噴射混凝土施工，并在導向架拱腳增加2根6 m長的Φ89 mm鎖腳錨管。

管棚導向墻高(厚)1 m，長2 m，采用C20混凝土制作。為保證大管棚的施工精度,在導向墻內(nèi)設Ⅰ18鋼架,鋼架外緣設Φ140 mm、壁厚5 mm的導向鋼管,鋼管與鋼架焊接。管棚長度為40 m，環(huán)向間距為40 cm，在拱部140°范圍內(nèi)設置，共設置了47根鋼管，外插角為1°～3°。其布置方式為：編號為單號者采用鋼花管,雙號者采用鋼管。施工時先打設鋼花管并注漿,然后打設鋼管，以便檢查鋼花管的注漿質(zhì)量。管棚注漿采用濃水泥漿液，漿液水灰比為 1∶1(重量比)，注漿壓力為0.5～1.5 MPa。注漿結(jié)束后，使用M10水泥砂漿充填鋼管以增強管棚的強度。

為提高導管的抗彎能力,可在鋼管及鋼花管內(nèi)設置鋼筋籠,鋼筋籠由四根主筋和固定環(huán)組成,主筋直徑為22 mm，固定環(huán)采用短管節(jié),節(jié)長5 cm，將其與主筋焊接,按0.5 m間距設置。

3.5 監(jiān)控量測技術(shù)

在淺埋隧道洞口施工過程中，必須做好監(jiān)控量測工作。應對所有的開挖暴露面增加監(jiān)控量測點，對洞口淺埋段Ⅴ級圍巖邊仰坡平均按5 m×5 m、梅花型布置地表沉降觀測點；進洞后，拱頂下沉點和凈空變化測點應布置在同一斷面上，拱頂下沉測點原則上應布置在拱頂軸線附近，凈空變化量測測線按照每臺階一條水平測線、兩條斜測線布置。監(jiān)控量測斷面間距見表1。

表1 監(jiān)控量測斷面間距表

施工單位應保證日均量測次數(shù)達到 2 次，同時，項目管理人員應通過網(wǎng)絡手段及時了解和掌握量測數(shù)據(jù)，通過分析觀測數(shù)據(jù)成果，及時掌握隧道施工的動態(tài)，對隧道的穩(wěn)定狀態(tài)進行預測，并據(jù)此調(diào)整相關(guān)支護參數(shù)以保證隧道洞口的施工安全。當?shù)乇沓两邓俾? 5 mm/d或單日累計沉降值>100 mm時應暫停洞口施工，并及時分析原因，采取有針對性的處理措施[6]。

4 實施效果

在嚴格按照上述施工方案實施后，2號隧道洞口在進洞過程中未發(fā)生邊仰坡滑移、塌方冒頂、管棚基礎下沉等情況。通過對隧道地表下沉、拱頂下沉、水平收斂監(jiān)控量測數(shù)據(jù)進行分析得知：圍巖變形小，所測量的數(shù)據(jù)均在設計及規(guī)范要求的范圍以內(nèi)，說明所采取的施工方法與措施比較成功，實現(xiàn)了火山堆積層淺埋偏壓地段隧道洞口的順利進洞。

5 結(jié) 語

火山堆積層地層復雜多變，規(guī)律性差，在該地層中進行隧道進洞施工難度大且施工風險高，加之國內(nèi)尚無相關(guān)施工經(jīng)驗可循，從而給該工程的勘測施工帶來巨大挑戰(zhàn)。雅萬高鐵2號隧道采取“早進晚出、零仰坡”“洞口超前大管棚支護”“洞口截排水”等方案，有效地解決了火山堆積層淺埋偏壓地段隧道進洞施工的難題。該方案具有簡單方便，安全可靠的特點，對類似火山堆積層淺埋偏壓隧道施工具有一定的參考價值。