日本隧道施工技术考察报告.docx

日本隧道施工技术考察报告htt p:// nsportati on/tra nsporttra nsit/200609/7472.html365JT摘 要：本文系作者于1994年6月赴日本考察隧道施工技术的综合报告 分为上下两篇上篇介绍正在施工的几项大型工程，下篇介绍常用施工技术与新 技术，包括多面型盾构机、盾构机产品系列化、盾构技术发展新课题等关键词：日本隧道施工技术新进展 深层海底公路地铁地下河盾 构掘进机巨臂钻掘机高效作业多面型盾构机自动化施工产品系列 化特殊新机型引言1994年6月，作者有幸参加中国地下工程赴日本考察团，考察重点是隧道及 地铁的施工技术与装备回国后，除了写成“多面型盾构隧道掘进机”、“SMW工 法地下连续墙”等专题报告早已公开发表外，本文为关于隧道施工技术的综合报 告，因故未及发表，时隔10年今日看来仍具有一定的借鉴意义和资料价值由于日本有关方面的妥善安排，此次考察虽仅两周时间，却访问了正在施工 的四项大型工程，访问了在世界盾构掘进机制造业中长期居领先地位的日立造船 株式会社及其著名的神奈川工场，以及其他若干相并单位和施工现场，使作者受 益匪浅尤其难得的是考察团在抵日次日，应邀专程赴神奈川县，与日本及其他 国家数百名同行一起，出席了世界第一台三连型盾构隧道掘进机研制成功并交付 使用的新闻发布盛会。

在此之前，日本曾于1986年制成了世界第一台二连型盾 构机于是三连型和二连型盾构机被统一命名为"多面型盾构机”，它们的问世表 明了盾构法的应用突破传统，进入了新阶段，是世界盾构隧道发展史上的一件大 事本文分为上下两篇，上篇介绍正在施工的几项大型工程，下篇介绍考察所见 的施工技术与新技术由于考察时间短暂，所见既非全面，更因作者水平有限， 学习不深不透，报道难求详尽文中如有错讹，祈识者指正上篇施工中的几项大型工程1东京湾横断道路工程图1表示东京湾及其正在紧张施工的横断道路的地理位置由图不言可知此 项工程对于沟通东京湾东西两侧交通运输和促进产业活动的重要意义这是日本 政府近年在经济建设中的最重大举措之一该工程西起川崎市川崎区，东至木更津市中岛，横跨东京湾中部，从而形成 了东京首都圈(东京都及其附近大都市之间)的大型环状道路网该工程全长15.1公里，见图2其中川崎一侧约10公里为盾构隧道它建 于海面以下约60米深处盾构外径014.14m,为当今世界最大直径盾构掘进 机为高压泥浆式，以适应大深度高水压的施工条件木更津一侧约5公里为多跨 钢架桥梁，其桥墩多数采用R、C,个别采用钢结构桥梁最高跨在海面以上约 41 米,可通2000吨级船舶。

大于此吨级的船舶在川崎一侧海面航行在隧道中 途及隧道与桥梁连接处，各设一人工岛川崎人工岛直径约0200m,由深入海 面以下114m的园筒形R.C连续墙筑成，施工时作为盾构掘进机的出发井，竣 工后成为隧道的换气塔，露出海面约5m木更津人工岛为填土式人工岛隧道 施工在川崎侧浮岛、川崎人工岛及木更津人工岛之间分两段分别双向进行，亦即： 川崎侧浮岛—川崎人工岛—木更津人工岛该工程所需主要物资，钢材约46万吨，水泥约70万吨，砂约560万立方 米，石材约570万立万米该工程自1987年7月开工，预定于1996年3月竣工计划通车量为33, 000辆/天，设计车速为80公里/小时东京湾横断道路工程集海底深层大断面长距离隧道、大型人工岛及海上特长 高架桥等高难度工程于一体，堪称当今世界各国规模最大的海洋土木工程之一 表1列出了该工程与欧洲英吉利海峡隧道二者的主要技术经济指标，从中可以看 到东京湾横断道路工程具有多项特色由于东京湾横断道路工程规模浩大，技术复杂，已在川崎区东扇岛专门建立了 一座永久性的模型展示馆，名曰“海洋之路广场”(Mari neRoad Plaza)，常年对外 开放馆内陈列的各种模型包括总体模型、分部工程模型、施工机械设备模型等， 均可借按钮自动显示其中任一局部或全部的结构构造、机械设备构造和施工细 节。

馆内并有100寸彩色电视机，参观者可自由开启播放工程情况，换言之， 模型显示和电视介绍均实行无人管理在展示馆的屋顶上，有高倍望远镜可眺望海上现场施工实况表1 东京湾横断道路工程与欧洲英吉利海峡工程主要技术经济指标比较指 标东京湾横断道路 欧洲英吉利海峡1、 工程用途 高速公路，双车道x2铁道，单线x22、 主体结构海底隧道约10km，桥梁约5km海底隧道约50km3、 隧道直径 013.9m 08.4m4、 隧道断面面积约152m2约55m25、 地质条件冲积洪积层（软弱层），覆盖土约15m白垩层（岩盘），覆盖土约30m以上6、 最大水深28m 60m7、 总造价 约85亿美元 约150亿美元8、 平均每公里造价 约5.7亿美元 约3亿美元9、 工期约8.5年约15年10、 年平均投资 约10亿美元 约10亿美元2大阪市地铁7号线工程大阪是日本第二大都市施工中的地铁7号线，其平面走向自西向东，横贯 全市该工程全长8.5公里，分东西两段11个站，全线为地下式本文引言中 提到的世界首创的三连型盾构掘进机即首先应用于该7号线的一个大站,其站名 暂定为“商务公园”站三连型盾构机突破了常规的盾构机只有一个园形掘进面的 传统，它有三个相连的园形掘进面，可使地铁上行线、下行线与车站三者同时掘 进，从而大大缩短工期，降低造价。

商务公园”是大阪市正在兴建的一个新的市中心，位于著名的观光胜地“大阪 城堡"（Osaka Castle）的东北，占地26公顷该地周边为两条河流及日（本）铁（道） 大阪环线所包围，而新车站的位置正落在“大阪松下国际市场广场”大厦的下方， 故新车站的站台标咼定在地面以下35m，建成后将是大阪市最深的地铁车站， 又是该地区最重要的交通枢纽商务公园”站站台长155m，隧道施工出发井尺寸为24mx22mx38.1m （深）， 到达井为24mx23mx38.0m（深）井坑均采用R.C地下连续墙，并为承重墙，逆 作法施工该站所用三连型盾构机为泥浆式，外径O7.8mx17.3m，长9.4m，总推力 14.400吨，单位面积推力123.1吨/平方米，切削速度0.86rpm，掘进速度 40mm/min三连型盾构机具有3个掘进面，3个切削舱，3个环片安装机，3 套形状保持装置它们既可合而成整体，又可分而各自独立工作该隧道支护系统包括：预制R.C.环片O7.5mx17m（宽），共105圈，每圈14 片；纵向上下桁梁（型钢砼结构）404m；柱O700mmx46mm（厚），每4m —根， 共52根图4为“商务公园”站的总平面及纵剖面（包括地层剖面）图。

图5为隧道标准纵 横剖面图在隧道施工期间，对隧道本身及其上部和邻近的建筑物及工程设施实 行每天24小时跟踪监测图6为监测仪表埋设位置一例3寝屋川南部地下河工程大阪市及其周围地区，河川密布由大阪市向东南的大片土地，即寝屋川南 部约200余平方公里，由于地势偏低，常受洪涝灾害日本政府的对策是兴建 一条13公里长的隧道作为地下河，使雨水以每秒50〜180m3的流量直接排入大 阪湾该地下河采取分段分期施工，当个别段已竣工而全线未开通前，先将其作 为暴雨时的集水库利用图8和图9分别为该地下河的线路平面和纵横剖面示意图该地下河已于 1986年及1991年先后建成两段，其长度分别为1.3及0.6公里，集水能量分别 为10万及4万立方米此次考察正在施工的一段，称为平野川集水库它位于 地面以下23—27m，长1.2公里，隧道直径O10.3m，坡度1/1500，盾构机外 径O11.52m，集水能量10万立方米它建成后与先前两段合计，集水总能量达 24万立方米，将成为世界最大的同类型水库之一平野川集水库工程的地质条件由上部洪积层及下部洪积层（大阪层群）组成在隧道自西掘进起始约300m,所遇主要是下部洪积层粘性土，此后向东约900m 均为上部洪积层，见图10。

下部洪积层为硬粘土，其标贯N值在10至20之间，不含砂砾上部洪积层 为混有最大粒径达20mm的砾石的砂土与粘土的互层砂土的N值在10至60 以上，性质紧密孔隙水压力在出发侧为24kPa,到达侧为17kPa该工程的难点，除隧道直径大、地质条件较差外，还在于路之上为已建 成的住宅区，并且穿越一条地铁、一条高速公路和两条电气化铁道，还有大小河 川另方面，线路带有R130m的急转弯为此，采用了屈折式盾构机，其机身 最大屈折角为2平野川集水库造价约1.8亿美元施工实行两班制每天掘进约10m由于 机械化、自动化、无人化及电脑化程度高（详见本文下篇），地面地下全部作业人 员仅24人据介绍，至1994年6月初已完成约850m，其余约350m可在一 个半月内完成而到达终点日本已建成的规模类似上述平野川集水库的工程，尚有神田川集水库它长 2.0公里，隧道内径012.5m，盾构机外径013.94m，1993年3月竣工它属 于东京环状7号线地下河的组成部分4日铁北陆新干线丸子隧道工程以上所介绍三项隧道均采用盾构法施工日（本）铁（道）北陆新干线丸子隧道 （自长野至高崎）是此次考察时的一项采用新奥工法（NATM ）及钻掘法（Short Punch Cut Method）施工的山岳岩石隧道。

主要施工机械为S200型巨臂钻掘机 （Road Header，笔者暂译名）该隧道为铁路单线行车隧道，直径约9.5m（非正园），参见图11,长2.32公 里，造价约0.5亿美元地质岩性主要为凝灰质玉石混砾岩，单轴抗压强度约 70MPa，据告，自1992年3月末开工至1994年6月初工程进度已完成约67%， 平均月进50m，计划于1995年12月完工作业人员：隧道掘进32人，废土 处理5人巨臂钻掘机，参见图12,是世界上最新的强力、高效、防尘、适合于中硬岩 盘大断面隧道的掘进机型它在我国大陆尚未闻有引进者，在台湾刚开始在北部 第二高速公路隧道中应用该机型最适合于新奥工法它在日本已形成系列产品， 其中能量最大者为S300型，为世界最大级；最小为S90型详见本文下篇丸子隧道所用S200型为系列中第二级据告，开工后在掘进至400〜700m 时，曾因岩质过硬而对钻头进行了强化，即将其中部分钻刀改换为S300型的配 件，见图13S200型机自重50吨，全长15.5m,宽3.6m,高3m；可钻掘单 轴抗压强度至100MPa的岩石；钻头迴转数，高速46/55rpm—30/60Hz,低速 23/28rpm—50/60HZ。

该工程坑内除尘通风效果甚佳，考察时即使走至掘进前沿亦未感觉到粉尘污 染这与其所采用通风排气设备有关，也与巨臂钻掘机的性能有关，因它的钻头 前端能喷出高压水（水压35MPa，水量52L/mi n）,既可迅速冷却钻头，又可防粉 尘扩散，为德日等国各种旧式岩石掘进机所不能比拟该工程支护系统包括：05x100x100mm钢格网，150mm厚喷射混凝土，022〜032mm自穿孔岩栓，防水膜，125工字钢肋条，300mm厚衬砌混凝土 在考察时看到喷射混凝土正使用“无人全自动”（Robot ）喷抢操作，包括自动转向、 移位和行走此外，为提高工效，确保坑内车辆通行安全，该工程在常规栈桥的基础上开 发了横向可移动式液压栈桥，下篇常见施工4技术与新技术1多面型盾构隧道掘进机1994年6月2日，作者应邀赴神奈川县参加世界第一台三连型盾构隧道掘 进机制造成功及交付使用新闻发布会，会后去工场参观了该盾构机（图15-0）,听 取了有关专家生动的讲解7日又在日立造船株式会社总部会见了该盾构机设计 总负责人、日立建设机械设计部参事部长。