日本首都高速道路的隧道建设新技术：出入口匝道的扩挖技术

20 世纪 80 年代后期，日本提出了“道路地下化”的概念，中央环状线、横滨环状北线、东京外环道路等地下快速路陆续建设。这些大盾构公路隧道项目的建设带动了地下快速路的技术发展。在这些工程中，日本首都高速道路陆续开发了各种出入口匝道的扩挖技术。

     

     

并行隧道的切开扩挖技术——明挖方式和管幕方式        

为了减少对地面交通和地下管线的影响，首都高速道路在山手隧道出入口匝道等施工中研发应用了一种对成型盾构隧道切开后进行扩挖的技术。        

       

根据匝道隧道的深度，分合流段具有渐变断面，形成极其复杂的结构。为了应对该问题开发的“盾构隧道切开工法”是挖掘并行的分合流段的土体，拆除一部分钢壳后通过钢筋混凝土主体结构连接主线隧道和匝道隧道。该工法率先用于中央环状线山手隧道【3号涩谷线～5号池袋线】的5个出入口和交汇口（JCT）。其中西新宿JCT北和富谷出入口采用了非开挖方式的切开工法，在几乎不影响地面交通环境的情况下完成施工。该技术推动了大深度地下隧道建设，获得2007年度日本土木学会技术开发奖。        

       

       

在富谷出入口中首次应用的“大直径曲线管幕法”，是从盾构隧道内施工弧形钢管形成曲线管幕，对钢管间土体进行冻结后，通过非开挖方式完成扩挖，无需配置用于承受土压力的挡土墙。        

采用曲线管幕法的切开扩挖

（富谷出入口）

       

       

并行隧道的切开扩挖技术——拱形管幕法          

中央环状线山手隧道五反田出入口中，由于地面交通繁忙、地下埋设管线密集，采用了拱形管幕法的非开挖方式切开扩挖。修建2条隧道中间的主体结构时，无需以往管幕法所必需的支护和支撑桩，能够进一步增大作业空间、提高施工质量。          

拱形管幕法（五反田出入口）

         

为了在道路宽度约30m的山手大道内修建4车道主线和1车道出入口，没有采用出入口一体的结构而是采用出口和入口分别建造的方式。因此，隧道切开段的主体结构为非对称式且配筋过密，对此使用了高强度钢筋。          

采用拱形管幕法的非开挖方式切开

该工法作为一项不影响地下交通运营和埋设管线、安全高效构筑城市地下大空间的技术，可灵活用于城市快速路的匝道建设，因此获得了2014年度日本土木学会技术开发奖。          

         

运营中的上下并行隧道的切开扩挖            

该工程是对已开通运营的大桥JCT上下2条盾构隧道切开后，修建山手隧道上下2层主线隧道。在山手隧道之间设置隔离墙，采用明挖方式向下开挖，然后使用结合新奥法的盾构切开扩挖法完成总长约250m的分合流段。            

           

为了减少对周边环境影响，起始开挖宽度小于主体结构宽度，从顶板开始使用新奥法进行扩幅开挖，构筑主体结构。然后采用逆作法依次构筑上、中、下3层中隔板，并自下层往上层修建侧墙，完成切开部位的结构一体化。            

施工步骤图

该工程在开挖至回填的设计和施工中正确分析掌握了隧道力学行为，获得了2015年日本地盘工学会关东分部技术奖。            

           

上下并行隧道的地下扩挖              

在中央环状线大桥JCT匝道和山手隧道主线盾构连接段中应用了一种非开挖形式的地下切开工法，对于上下2条并行隧道分别切开后连通，进一步节省地面施工场地、减少明挖范围。              

应用本工法的大桥JCT结构概要

             

             

针对隧道连接方式，最初研究了使用挡土墙的明挖法，但地面开挖设备占地大、渣土运输车辆动线复杂，因此研发了“地下扩挖工法”缩减施工范围，且施工时间仅为明挖法的一半。              

             

根据分合流段的断面变化，共采用了3种类型的扩挖断面。中央环状品川线大桥匝道工程获得了2014年度日本土木学会技术奖。              

             

             

并行隧道的地下扩挖——全周扩挖法

               

横滨环状北线马场出入口工程中应用了一种从主线盾构段进行地下扩挖的新技术：全周扩挖法。                

                     

                     

                     

                     

扩挖段施工

  扩挖完成

                     

                     

                     

                     

这项技术是使用扩大盾构机施工大直径管幕的始发与接收基地。待管幕始发接收基地完成后，采用管幕顶进方式形成扩挖段支护结构，随后进行扩挖及隧道管片拆除等工序。待扩挖结构完工后，匝道盾构机在扩挖段完成接收。                

       

                     

                     

                     

                     

用于扩挖起点段的土压式扩大盾构机

  用于管幕施工的泥水式顶管机

                     

                     

                     

                     

               

横滨环状北线隧道马场出入口分合流段工程中采用的这项新型盾构隧道扩挖技术获得了2017年度日本土木学会技术奖。                      

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