长隧道中隧道掘进机的应用

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    英吉利海峡隧道工程是人类在工程技术领域中一项杰出的创举。这条欧洲隧道已于1994年年底正式运行,成为世界上最重要的运输系统之一,为建立一个无国境的欧洲,为促进人类交往和经济文化交流,会作出不可磨灭的贡献。

    2.2  日本东京湾跨海公路隧道工程

    日本东京湾跨海公路西端连接产业区域的神奈川县川崎市,东端连接自然田园区域的叶县木更津市,全长15.1km。该工程于1966年4月开始进行环境及地质调查,1989年5月正式开工,1997年12月竣工并投入营运,与周围的海岸高速公路、外环公路等形成公路网,大幅度改善了首都圈的交通状态。

    该公路在方案比选阶段曾有3个大的方案：①大跨径吊桥案、②桥梁与沉埋隧道结合方案、③桥梁与盾构隧道结合方案。由于吊桥塔高及架设施工设备的高度对航空管制空中域有负面影响,故未采纳①方案,②方案存在对船舶航行、渔业、环境等的不良影响等,因而也未被采纳。加之盾构掘进技术在日本已相当发达,故决定按③方案实施。该工程主要由人工岛、盾构隧道及桥梁三部分构成,均在海岸上及海底内实施,因此工程技术相当复杂,是综合技术的产物。

    该公路设计车速80km／h,4车道×3.5m（随着交通量的增加,将来可拓展为6车道）。隧道长9.5km,桥梁长4.4km,为了沉放盾构掘进机并作为施工基地,在大约隧道中部设置直径195m的人工岛（隧道施工完成后作为营运通风竖井）,并在隧道两端设置人岛或通风竖井（其中一端为桥隧结合部）。全线预测交通量：投入使用时间约3.3万辆／日,20年后约6.4万辆／日。总建设费用1 004 823亿日元（约10 000亿元人民币）。

    隧道为双管道盾构隧道,外径约为14m,隧道一次衬砌环由11块管片用螺栓联结而成,每块管片厚0.65m,宽1.5m,长约4m,二次衬砌厚0.35m,为钢筋混凝土结构。

    在平均水深27.5m海底开挖隧道,结构要承受海水压600kPa（最大）的压力。为了防止海水透漏进入隧道,在管片之间,一次衬砌与二次衬砌之间、管片背面注浆、联结螺栓防腐以及管片结构材料等方面采用了若干措施,取得好的效果。

    在管片周边粘贴遇水膨胀性止水带,该止水材料要求具有耐水压性和耐久性。在管片联结螺栓周围安设充填式防水垫圈。在（管片背面）注浆孔内设置缓膨胀性止水环,在其孔口处充填止水材料。为了防止海水进入隧道内,同时考虑减少一次衬砌与二次衬砌之间的约束力,防止二次衬砌开裂,故在一次衬砌与二次衬砌之间铺设防水层。该防水层采用聚乙烯烃塑料板（EVA）,板厚0.8mm,或聚乙烯一沥青板（ECB）,其板厚1.0mm,并与厚3mm的无纺布叠合采川,防水板与无纺布呈网格状粘结（厂制）。二次衬砌不另设止水带。

    该隧道在海底要承受巨大的水压力,因此作为隧道单元的管片要求具有很高的强度和密实性,管片采用高炉矿渣水泥,矿渣掺入率为50％,从而降低了透水系数,有效控制了混凝土温度开裂,提高了管片的耐久性（长期强度）。对于加矿渣后（冬季）早期脱模强度较低和干燥收缩裂纹较多两个缺点,工程上采取了加热,旨料,用温水拌和混凝土,并采取水中养生7日以上,加湿保养管片等措施,取得较好效果（早期强度要求1500MPa）。

    隧道结构内存在若干金属件,以及海水下混凝土均应考虑防腐蚀问题。在海底土层中,金属件的腐蚀速度估计为0.03mm每年,考虑结构100年的耐用期,则钢材的防腐厚度为3mm,管片混凝土表面增加5cm（外侧）或4cm（内侧）的防腐层,二次衬砌也考虑4cm的防腐层。螺栓表面采取镀锌铬或氟化乙烯树脂油漆。

    东京湾是一个多地震地区,隧道主要在软弱粘土地层（冲积层）中通过,又多处与竖升等铅垂方向结构物相联结,抗震性能要求极高。

    该隧道进行了抗震设计。隧道横截方向用响应位移法和地震响应法分别进行了校核,表明横向联结螺栓已满足抗震要求。隧道轴向是抗震设计的重点,用动态解析法进行了校核,决定在轴向采用了高强且具有一定柔性的长螺栓（长62cm）联结管片。

  

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路基施工前，选择有代表性的路堤地段作为试验段，选择合适的机械进行压实工艺试验，确定不同填料的松铺厚度、最佳含水量、静压及振动碾压遍数、碾压速度等技术参数，报监理工程师批准后，作为施工依据。
5.3.1.1.　基底处理施工
路基施工前，清除施工范围内的灌木、树根、草皮等杂物。原地面松土厚度小于0.3m时，将原地面碾压密实后填筑路基，厚度大于0.3m时将原土翻挖，分层回填压实后再在其上进行路堤填筑；当基底土密实且地面横坡缓于1:10时清除草皮杂物后直接在天然地面上填筑；地面横坡为1:10～1:5时，将原地表土翻挖压实后再进行路堤填筑；地面横坡陡于1:5时，对原地面进行挖台阶处理，之后填筑路基；基岩上有覆盖层且覆盖层较薄时，先清除覆盖层再挖台阶，覆盖较厚且稳定时，保留覆盖层并在其上挖台阶，之后填筑路基。挖台阶自下而上进行，台阶宽度不小1.0m，台阶顶面作成2％～4％的内倾斜坡，保持台阶梯次稳定。

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路基施工前，选择有代表性的路堤地段作为试验段，选择合适的机械进行压实工艺试验，确定不同填料的松铺厚度、最佳含水量、静压及振动碾压遍数、碾压速度等技术参数，报监理工程师批准后，作为施工依据。
5.3.1.1.　基底处理施工
路基施工前，清除施工范围内的灌木、树根、草皮等杂物。原地面松土厚度小于0.3m时，将原地面碾压密实后填筑路基，厚度大于0.3m时将原土翻挖，分层回填压实后再在其上进行路堤填筑；当基底土密实且地面横坡缓于1:10时清除草皮杂物后直接在天然地面上填筑；地面横坡为1:10～1:5时，将原地表土翻挖压实后再进行路堤填筑；地面横坡陡于1:5时，对原地面进行挖台阶处理，之后填筑路基；基岩上有覆盖层且覆盖层较薄时，先清除覆盖层再挖台阶，覆盖较厚且稳定时，保留覆盖层并在其上挖台阶，之后填筑路基。挖台阶自下而上进行，台阶宽度不小1.0m，台阶顶面作成2％～4％的内倾斜坡，保持台阶梯次稳定。

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