小编语：日本九州新干线谏早隧道采用了管幕法结合山岭工法施工，在交通繁忙的城市道路下成功穿越浅覆土，工程也获得了2021年度的日本“土木学会奖”技术奖。本期，小编就来带您了解工程在管幕设计与地层监测中的亮点！
九州新干线谏早隧道
参与单位：铁道建设•运输设施整备支援机构
户田建设
工程简介：谏早隧道位于九州新干线谏早至长崎区间，全长约230m。隧道所处地层是被平缓丘陵包围的标高12～30m左右的城区，地质环境复杂，下穿国道207号线，覆土厚度仅为3.5m。
隧道出入口
工程概况
隧道地处城市地区国道交叉路段，明挖法施工在经济效益和施工工期等方面较差，因此采用新奥法进行隧道开挖。为了保证浅覆土下的隧道结构与道路交通安全，开发了适用于含硬质圆砾地层、φ800mm、L=60m×15根的管幕法。
隧道线路图
地质情况
沿线地层主要由第四纪更新世京岳火山碎屑岩风化凝灰岩角砾岩（Tb）、古近系谏早岩（Tsh）与砂岩页岩交替形成的基岩组成；凝灰岩角砾岩按固结程度分为Tb1～Tb3层；Tb2、Tb3层含安山岩约10cm～100cm，含量40-50%，单轴抗压强度130N/m㎡。
管幕设计
取消接头
最初设计了一个管幕接头，防止沉积物落在管幕之间，确保开挖精度。然而，地层中的砾石在顶进时与管幕会发生碰撞，所有会产生反作用力的设备都无法安装，因此取消了这一接头。
替代方案
为了控制管幕顶进超挖的地层扰动，参考了以往工程，将开挖量设定为管幕半径+20mm；为了防止沙土掉落到钢管之间，施工方将前后管的中心距设置为850mm，使钢管之间的间隙最小化并加固；施工方从每根顶管内部补充注浆材料，填充所有空隙。补注浆孔沿行进方向间隔2m排列，相邻管道交错布置。
蓝色：壁后注浆材料 绿色：固化润滑剂
管幕精度控制
弃用原有接头后，施工方构建了一种管理和监控顶进精度的系统，利用激光经纬仪引导，每隔100mm确认顶管机尖端坐标，通过管幕三维坐标实时确定中心偏心；顶进装置也可以在垂直和水平方向上进行±1.5°的方向调整。
沉降控制
固化润滑剂
最靠近公路（顶部）的5根钢管采用固化型润滑剂（双成分混合），减少顶进超挖沉降。润滑剂在顶进之后30-60秒内凝固，填充超挖部分。
开挖土量综合管理
集中管理顶进过程中推力、扭矩、推进速度、输送和排出泥浆密度，精确控制挖土量。
钢管应力测量器
施工方在隧道顶部注浆前，在钢管上安装了应变计测量钢管应力，掌握收敛测量无法确认的隧道开挖的前期位移。
设置控制标准值
在管幕施工和隧道开挖之前设定了管理标准值，分三个阶段，第一个控制值设置为限制值的 60%，第二个控制值设置为 80%，每上升一个阶段都需要加强管理。
验证与效果
管幕施工成果
管幕作业时，顶进至固结度较高的Tb2层与砾石接触，顶管出现了较为剧烈的晃动，因此降低了顶进速度并切割砾石。通过采用以毫米为单位、监控挖掘机偏心量的精度管理系统，检测偏心行为并立即用油缸校正，确保20m内的顶进精度。预测管幕施工完成后沉降约6mm，实际道路最大沉降4mm，隧道最大沉降2mm。
隧道开挖结果
预测隧道开挖完成后最大沉降12mm，安装隧道临时顶部支撑后，隧道顶部沉降有立即停止的趋势；施工后实际道路最大沉降4mm（累计8mm），隧道最大沉降4mm（累计6mm），均在一级控制值内。
本文整理自WTC2021论文集