日本首都高速道路的隧道建设技术——多样化的大直径盾构技术

日本首都高速道路是日本首都圈、即东京都会区的都市高速道路系统，共有24条路线，分属东京线、神奈川线、埼玉线等3大子系统。总长337.8km（管理318.9km、新建18.9km），由日本首都高速道路株式会社负责对其进行建设、维护、改造和管理。

在城市用地紧张、施工条件复杂等背景下，该公司在城市道路网建设项目中开发和应用了多种创新技术，今天让我们一起回顾 多样化的大直径盾构施工技术。

① 长距离大断面盾构施工技术

中央环状新宿线 （山手隧道【3号涩谷线~5号池袋线】）的7个标段共投入使用9台盾构机，在环状第6号线（山手大道)使用2台盾构机同时施工双管双向4车道盾构隧道。盾构隧道外径为11.2 ~ 13.0m，双管隧道的间距为3 ~ 10m。其中位于最北侧的中落合隧道采用直径12m的大断面土压平衡盾构，掘进总长2020m。

中落合隧道采用的土压平衡盾构

西新宿隧道采用的泥水平衡盾构

基于中央环状新宿线的施工经验，在 中央环状品川线 (山手隧道【湾岸线~ 3号涩谷线】)工程中，从湾岸线附近的大井北竖井到3号涩谷线附近的大桥JCT总长约8km的内圈和外圈隧道各采用1台盾构机完成掘进，盾构直径12.5m，掘进总长约8km，是当时世界最大规模的长距离、大直径盾构隧道。山手隧道工程获得了2014年度日本土木学会技术奖和2016年度亚洲土木工程联盟(ACECC)项目奖。

品川线采用的土压平衡盾构

品川线盾构隧道

此后，盾构施工的核心技术也运用在 横滨环状北线 盾构隧道 (5.5km)和 西北线盾构隧道 (3.9km)工程中。横滨环状西北线工程获得了2020年度土木学会技术奖，横滨环状线项目的隧道技术获得了2021年度日本隧道技术协会功绩奖。

横滨环状北线的土压平衡盾构

横滨环状北线盾构隧道

② 盾构机U形调头技术

中央环状新宿线(山手隧道)的盾构轴线条件复杂，因此每个标段的盾构直径都不同，且标段长度较短。通常1台盾构机掘进长度在1km以内则成本较高，可通过盾构机的调头施工增加掘进长度。另外，位于中央环状新宿线最南侧的大桥盾构因用地受限，并行的2条盾构隧道分别位于上下两侧。

因此，在普通的平面调头的基础上，还进行了将盾构机上下移动的千斤顶下压作业。千斤顶下压共使用14台400t千斤顶，经过7个小时将重约2000t的盾构机向下吊放23m至竖井底部。盾构机吊放完毕后，在竖井底部进行了平面调头。

直径约13m、重量2000 ~ 3000t的盾构机调头

③ 隧道邻近施工

首都高速道路公司建设了多项斜拉桥等大型桥梁工程、采用沉管法和盾构法的隧道工程、在软弱地基进行的大深度开挖工程、以及与其他建（构）筑物和地下埋设管线等的邻近施工。在施工过程中，精细化管理建（构）筑物的质量、形状等方面的测量值，以及安全管理所需的各项测量，确保施工安全和建构筑物的质量。

在中央环状新宿线(山手隧道)施工中，以间距2~6m的超近距穿越地铁运行的区间，以毫米为单位测量和管理地铁结构物的沉降量，在不影响工程的情况下推进施工。

④ 回填盾构法

城市地下埋设管线种类繁多、结构复杂，对于新建隧道施工具有一定影响。中央环状新宿线（山手隧道）中，全长约1000m的区间内存在既有通信主干管道（φ3m）。

首都高速道路公司为了拆除这一既有管道，联合大林组、三井住友建设共同开发了一种回填盾构法，在不影响地铁等邻近建构筑物的情况下，通过非开挖方式拆除了既有盾构隧道。该工法获得了2004年度土木学会技术开发奖。

⑤ 土压平衡盾构的土舱内土体流动管理技术

为了确保土压平衡盾构的开挖面稳定性、提高施工管理精度，设置了一种装置用于测量开挖土体流动性，对测量值进行三维流体分析，能够合理控制泡沫剂注入等参数。

利用这项管理技术，能够定量掌握随着地层变化的开挖土体流动性，实现盾构机前方地层稳定。相关论文验证了实际应用工程中土体流动状态的定量评价和合理性，获得了2011年度日本土木学会论文奖。