1 前言
日本京都市中心往西北方向的干线道路国道 9 号，由于近年来交通流量增大，交通堵塞日益严重。为了缓解这一现象，改善沿线环境，规划建造了 9 号京都西立交项目，如图 1、图2 所示。
图 1 断面示意图
图 2 整体平面图、纵断图
作为项目的一部分，9 号京都西立交千代原隧道的主体工程是使用下穿通道，对堵车的主要原因——千代原六岔路口进行立交化。为减少对地面交通的影响，没有在十字路口内设置明挖部分，而是采取管棚式、世界最长的 150m 长距离大断面箱型隧道工法。
2 非开挖部分工程概况
在始发竖井与到达竖井之间（非开挖部分：L =150m）进行管棚（水平部、垂直部：共计 36 根）施工，一边进行隧道支护工序，一边进行内部的挖掘，然后建造道路构筑物。在非开挖工法中，原则上不需要管制地面道路，因此，可以在不影响道路交通的情况下施工。非开挖部分断面图如图 3 所示。
图 3 非开挖部分断面图
工程位置的地基，有含有最大约 30 ～ 40cm 左右鹅卵石的砂砾地基（Ag 层），分布于地表往下直至 9m 处，占挖掘断面的 60% 左右。
另外，地下水位在地表以下 7m 处，在施工中需要使用深井将水位降到施工地基标高以下。
而且，从地表到管棚水平部位的覆土层仅为3.5m，因此，在对管棚内部进行挖掘时，必须将支护底端的沉降、管棚的变形抑制在最小范围内。
3 非开挖隧道的施工计划
在隧道挖掘之前，为了提高放坡面的稳定性，向 Ag 层实施水平注浆。然后，以全断面挖掘工法，自始发侧与到达侧两处（2组）实施挖掘（昼夜作业）。
3.1 水平注浆工序
本次选定的 Maxperm 工法，是在尽可能不破坏土层结构的情况下，使注入材料渗透进土粒子之间的工法。注浆工序针对整个非开挖部位，总长150m，考虑到钻孔精度，从两端以及中间分 3 次进行注入，实施最大长度 55m 的水平钻孔。
注入布置是上段 5 根、下端 6 根的交错型配置（注入孔沿隧道方向，间隔 2750mm），产生的加固体直径为 2820mm，如图 4 所示。由于标准规格的浆液不能达到所需强度，因此在现场采取土样进行了试验，采用了如表 1 所示的浆液配比。
图 4 浆液注入工序配置图
表１ 浆液注入工序配比
3.2 挖掘工序
在台阶上段配置 0.45m 3 级滑臂式反铲挖掘机 1台、下段配置小型反铲挖掘机 2 台，从放坡面上部开始进行依次挖掘，如图 5 所示。为了使荷载均匀地传到支护上，挖掘会从放坡面中央部位进行。放坡面坡度为：Ag 层 1:0.74(53.4° )， Tc・Tg 层 1:0.3。每个跨距的挖掘土量为 275m 3 。找平作业使用小型反铲挖掘机以及人力进行。平面下方积存的挖掘土，使用 2 台 0.4m 3 级的轮式装载机，将竖井附近的砂土运至开口下部。
图 5 非开挖隧道纵断图
在夜间管制时间内，使用 0.7m 3 级伸缩式挖掘机，将挖掘土从砂土搬运出口运出，堆积到 10t 的自卸式卡车内，送出场外，施工现场如照片 1、照片 2、照片 3 所示。
照片 1 非开挖隧道全景 照片 2 支护工序 照片 3 挖掘工序
3.3 支护的设置、支护间距扩大工序
支护每间隔 1875mm 设置一次，支护模式分为保留部（主梁 H418×402×15×30) 和临时部（主梁2-H350×350× 12×19)。
在确认了轴向力、路面沉降等测量值的收敛之后，把临时支护的上部拆解，材料留下次使用。
最终，仅将 H418 支护作为主梁保留（支护间隔 3750mm）下来。
3.3.1 安装工序
从平台上层开始，使用 4.9t 履带式起重机，组装支护的下半部分，一直到中间水平梁的位置。支护上部使用装卸机和高空作业车，按支柱→主梁的顺序进行组装。然后，在管棚钢管与支护材料之间安装填充材料，之后，在每根中间支柱上施加980kN（等同于临时支护拆除前作用在支护上的实际荷载）的预荷载。
3.3.2 支护间距扩大工序（临时支护拆除）
在进行支护间距扩大时，为将管棚的形变抑制到最小，利用预载千斤顶，同时顶起将被撤除的跨与其前后跨共计3跨支护。然后，撤下要撤除的支护。撤除填充材料后，使用装卸机，按主梁→支柱的顺序进行撤除。撤除的材料临时设置在平台上，以便下次使用。
4 测量工序
在管棚以及支护的主要位置上配置测量仪，尽早掌握隧道挖掘带来的影响，在确保施工安全的同时，合理抑制影响。
4.1 测量项目与管理基准值
测量工序断面如图 6 所示，测量项目如表 2 所示。测量工序在隧道纵断方向的间隔基本被设为10m，主要考虑覆土层薄、地基未固结等问题。
图 6 测量断面图
表 2 测量项目
在设定管理值时，根据各种材料的弯曲应力、轴向力的管理基准值，将短期允许应力值设为管理界限值，然后将管理界限值的 80%、90% 分别设置为 1 次管理值和 2 次管理值。管理值如表 3 所示。
表 3 测量管理值
4.2 管棚位移量
管棚的最大位移量为 40mm 左右，与设计值相当。另外，有倾向显示，在掘进面（放坡面）前方3 ～ 4m 处开始产生位移，向前推进 10m 后位移开始收敛。
4.3 支护轴向力
隧道贯通后，支护的轴向力一览如表 4 所示，支护轴向力随时间变化如图 7 所示。
表 4 支护轴向力测量结果（隧道贯通后）
图 7 支护轴向力随时间变化图
4.3.1 支护间距扩大前 (a)
端部支柱以及中间水平梁轴向力的值之间有偏差，因此，平均值低于设计值。
另外，中间支柱的值均在设计值上下浮动，平均值与设计值相同。
4.3.2 上部支护间隔扩大后 (b)
对于中间支柱，由于支护间隔的扩大，预计的荷载增量有了同等（相当于每幅所负担的荷载分量的增加）的变化，对此，对于端部支柱以及中间水平梁，扩大支护间距对其影响较小，荷载的增量远小于设计值。推测这是因为在拉长间距前后，由于地基的拱效应，通过地基变形使应力再分配，本应作用在端部支柱以及中间水平梁上的荷载被地基所承受。
4.3.3 下部支护间距扩大后 (c)
通过进行下部支护的间距扩大，中间水平梁的轴向力产生了变化，与（b）相同，出现了实际值远低于设计值的情况，这可能是（b）状态下的拱形效应充分地发挥的结果。
5 降低地下水位工序
5.1 WIC 系统
伴随隧道的挖掘，掘进面会低于地下水位，因此，需要利用深井降低地下水位。希望以此防止对周边地下水的影响，削减排水处理费用。 因此，开发出了由传感器、电脑、反相器构成的、根据施工条件、地下水位条件自动控制抽水井的 WIC (Well Inverter Control) 系统，如图 8 所示。
图 8 WIC 系统基本构成
在本系统中，使用自动记录水位仪，持续观测观测井以及抽水井（深井）内的水位。另外，还利用电磁流量计对抽水井的抽水量进行持续观测。
因此，将各井的抽水量与水位下降量作为参数进行解析，计算出最适合的抽水井运转状况，既能满足必要的水位下降量，又可使抽水总流量最小化。利用反相器直接控制各个抽水泵的抽水量，使其变化流畅，在抑制水位过度低下的同时，可确保必要的水位降低量。原先的浮标运转管理，伴随水泵的开关会导致井内水位的巨大变化，因此可将抽水量抑制在最小值。
5.2 用于本工程的结果
通过使用 WIC 系统对抽水井进行控制管理，根据周边地下水位的变动，自动进行抽水流量的控制，确保安全的地下水位降低量。另外，与原先的浮标控制方法相比，可推算出工程期间的总排水量降低至原先的 2/3，确认了本系统的有效性。
6 结语
在本工程中，根据现场条件，提出了对应的设计手法，基于倾斜面稳定对策进行了支护结构设计，采用全断面挖掘工法，且使用测量工序进行了安全性确认和反馈检验。通过这些工作，在现有制约条件下，可使施工更加合理化（工期、施工费用、安全）。这些施工实绩以及所得的技术知识，可能会适用于今后的同类工程。
摘自《盾构隧道科技》