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由于本隧道断面巨大（衬砌环外径为13.9m）且位于海平面以下60m处的东京湾海底地层中施工，开挖长度达9.1km，所以隧道施工面临极为困难的条件。盾构掘进机是从位于浮岛、川崎人工岛和木更津人工岛的竖井中始发推出，每台盾构要推进2000～2500m的路程后，
在海底地层中两两对接接合。基于上述的施工条件，就要求采用最新的盾构技术、最牢靠的施工方法进行隧道施工。此外，由于隧道工程又是整个东京湾公路通道工程的关键，还存在着社会性质的安全施工要求，在隧道施工作业中实施标准化、提高各工序的效率和减轻人工体力劳动等一系列要求。综合上述种种情况，可以归纳成以下四方面的施工实施要点：
(1）快速施工。为了加快掘进速度，对不同的工序尽量能做到平行作业．采用预制构件；
(2）施工中的各种机械装备要采用自动化装置；
(3）在高精度的定向控制方法的基础上，进行相向推进的盾构，实施自动化对接技术；
(4）为缩短工期，除了管片拼装作业实施自动化作业外，还要求管片拼装作业和内衬（二次衬砌）浇筑混凝土作业做到同步施工。
（一）盾构掘进部分装置的改进
尽管在施工中是采用技术先进的泥水平衡式盾构，是偏于安全而无事故的隧道掘进，但要防止好出现意想不到的情况而发生重大变化时，在高压水力的作用下，盾构施工会遭遇到更大的困难条件的。因此需要反覆仔细地研究盾构隧道的施工技术，需要对盾构内各种机构装置进行开发，并能得到进一步地将某些部件作出技术变动：
1．切削刀盘装置的改进
采用了容易装卸的销钉式齿形刀头。由于掘进距离有2500m之多，一是考虑在推进途中更换的需要，外形为T字型刀头，在盾构格腔中即可方便的安装；二是考虑材料的耐磨耗性，刀头母材的淬火性能良好，硬度也不会下降，相当于SKC24钢材（见图17）。此外还在刀头上安装了磨损检测装置；
图17 切削钻头
考虑到是大直径盾构掘进，加上腔内土砂的粘附性和偏心的集中荷载作用。故刀头的支承型式采用中间文承方式。切削盘上的槽宽为300～350mm，切削槽数在切削刀盘的外同为16条，内周为8条。在软弱的天然地基中开孔率以较小为妥，但在人工地基中采用30％左右的开孔率。切削刀盘的驱动方式，是采用效率高、噪音小、温度低的电驱动方式，这样做有利于改善作业面上的工作环境。
2．设置了配合盾构在海底地层中对接接合的装置
由于在高水压下，通过冻结上体的措施，以求得面对面的盾构达到接合的目的。故此紧靠切削刀盘的外周安装了冻结管及辐射状冻结管阀等。此外，为了在盾构对接接合时，让盾构的前端尽可能地靠近，而采用了可伸绍性盾构中心刀盘的形式（缩回引程为300mm）参见图18所示。
图18 中心刀头伸缩
3．配置适应施工需要的千斤顶能量
千斤顶的推顶力是要考虑为处理高水压下的泥水压力，留有足够余量的盾构千斤顶的推力。此项推力系由盾构与地层土体表面的摩擦力、切削刀盘的刀头挤压力以及开挖面的泥水压力诸力组成。本盾构共装有每台为500t的千斤顶48台，总推力达24000t。即使在盾构机经长期搁机后，再启动推进所需的推进力也可应付自如。千斤顶的行程巳考虑到要满足K型管片块的插入所需要的长度．定为255omm。此外，为了控制盾构方向，千斤顶可任意选择使用，它是一个在运转状态下能自动控制方向、进行处理的一个系统。
4．隧道注浆系统是采用衬砌后背同步注浆方式
随着盾构的推进，为能迅速地充颂盾尾空隙部分，特为此安装了4组后背同步注浆装置（见图19）。
图19 同步后背压注装置
此注浆系统的特点是把掘进速度、注浆压力及注浆数量三项内容实行同步操作。为了不让地下水及土砂从衬砌后背的浆料倒流，是用液压千斤顶的往复运动的柱塞来止水，可配合注浆作业使其开闭。除此以外，还装备了供掘进结束、能迅速及时地清扫注浆管路的剩余浆液的清扫装置。
（二）盾构掘进
如前所述，本隧道由川崎侧长度约4．6km隧道，加上中央隧道约4．5km长度所组成。在并列方向上分别有南线和北线，共设有8个盾构推出工区。都是从各隧道的两端始发推出，而至海底仅有7．3m厚度覆盖处对接接合，该处最大水深有28m，而最高水压力在隧道下端处约有0．6MPa，出洞处和海底地层对接接合处，皆采用全断面的冻结工法施工。
从施工实际条件考虑，盾构掘进阶段是按下述步骤进行的：
l.初期掘进
(1）初期掘进长度的选择
盾构初期掘进长度，从施工管理和工程管理上讲，力求缩短，但决定于如下2个距离中的长的一种：
其一，对盾构推力的处理，是根据管片衬砌表面和土体之间的摩擦力和衬砌环的自重，算出距离L1≈100m；
其二，按后续设备收容距离排出L2＝125m。
可是在本工程中，是取决于人工岛内入口处的收容后续设备的能力，把初期掘进距离定为100m，并配合掘进状况进行一、二次工程转换，使初期掘进得以完成。
(2）冻结区域及土体改善区域的掘进
盾构未出洞前要对洞门区的连续墙进行破除。此项工作是采用大型破碎机进行的，但为不影响冻土强度，通过钻岩机冲(φ160mm）钻洞、再经控制性爆破工法破除洞门的。
掘进冻土时的泥水压力，在完成掘削冻土之前，必须上升至0．l～0．6MPa（自然水压）。在升压过程中，边实施洞门密封圈内的耐水压及漏水量的测定试验；边谨慎地向前掘进。盾构推力随着水压上升而提高（当水压为0．6）MPa时，盾构总推力为9400t),作为川崎隧道与中央隧道的交界处是有一道实体隔墙，此为川崎人工岛的竖井中隔墙，由于中隔墙两边的盾构背向而推，此墙就起到传递相互间的推力的反力作用（见图20）。若仅有一个工区单向掘进，中隔墙的强度是不足以支承住的。故在川崎侧隧道和中央隧道两台盾构，必须安排同时采用相同的泥水压力出洞才是可行的。
图20 出洞竖井断面图
由于从圆形竖井的非中间处开始掘进，故在初期掘进时，对于冻土面的直角方向，呈斜向掘进。因此在掘进时，切削刀盘就产生偏掘削冻土的状态，并成为冻土的侧向阻力。由此可以想象出，由于盾构尾部的偏压，管片也受到损伤，盾构推进方向就难以控制。当除去洞门的连续墙后，还会担心被暴露的冻土，随道温度升高而被融解。为此，为了达到防止偏向掘削和起到隔热效果，对防止薄膜内的开挖部分，用可塑性压注材料进行充填。
在通过冻土层之后．便进入上半部分经DMM工法（低强度深层混合处理工法）改良的加固区和围岩地层的区段。在经改良后的加固地段，由于水泥成分混入到泥水中，泥水损耗明显。故需要慎重地进行泥水输送及处理设备的运转和管理。特别是混入较多水泥成分的泥水，易引起压力过滤器的滤布网眼的堵塞。从而要增加滤布洗净的时间和洗净的次数。
后续的车架是随着操作空间的腾出，而逐渐顺序投入。但对管片运送装置的自动化设备，是无法一次性全部投入就位的。即使在工厂内已完全调试好的管片拼装设备，到现场要达到完整的运转状态，也还是需要一段熟练的过程。因此，在初始掘进期间内便是对管片自动化装置的试运转期间。
竖井洞口处理工序亦是掘进施工的一道必不可少的步骤．在洞口采用洞门密封和带袋型管片来作为对付水、土压力的结构。
洞门密封装置是由密封和防止倒转器组成，是作为能充分承受泥水压力之类的所定压力的橡胶压板，以发挥其功能的密封作用。
带袋型管片是附在钢管片的外侧，事先将袋子内藏，当盾构一通过，立即就使其膨胀，防止其背面的后背注浆材料窜流到前方，以达到每一环管片间的后背注浆得到足够的充填。在上述设有防水薄膜到冻结段范围内，盾构掘进时，按3＃、5＃"环顺序设置供后背注浆用的带袋型管片，通过对其注入后背浆液，遮挡了与土体间的边界连接（参见图21和图22）。
图21 带袋型管片构造图（纵断面）
图22 盾构出洞状况断面图（纵断面）
2．正式掘进
先进行始发竖井内推进设备撤除，然后把盾构施工机械和后续车架设备运至工地。此外，将海上运来的衬砌管片运到人工岛。籍助起重设备将管片运送到井下，然后进入高效率的掘进循环作业时期。盾构掘进一个循环周期的作业内容所需的时间如表4所示。
因为是密闭型盾构施工，所以无法直接观察盾构掘削面上的地层情况。必须在积累相当多、且是正确无误的数据资料后，从而进行综合性的分析判断，对掘进工作进行一体化的管理。
盾构推进平均循环时间 表4
（三）管片拼装
在盾构法施工中，管片的就位、拼装以及螺栓的连接、紧固作业，以往的习惯均靠人工操作。但在本隧道施工中，由于存在如下的诸多原因，无法按照常规作法进行管片的拼装和螺栓的连接：
(1）由于隧道直径特大，单块管片的重量已达10t，而连接的螺栓自重以及紧固螺栓的工具也相当重，无法由人工操作方式进行；
(2）紧固M36螺栓所需的紧固力矩达150kN·cm,非人力所及；
(3）由于隧道内净空大，管片拼装时升降距离很大，使操作人员疲劳度增加很多；
(4）若为提高作业效率、而增加作业人员的数量，往往因作业人员相互间联系不足．或井上和井下同时作业，将可能增加事故发生率；
(5）由于大直径、高净空，操作人员的视力受到限制，特别是要看清楚待穿的螺栓孔眼很难，由此影响作业效率。
为了提高工作效率，且能安全、可靠地进行操作，就有必要以机械化、自动化的管片拼装工艺来满足上述的种种要求。
管片拼装的自动化装置，由管片供应装置和拼装机构组成。采用自动化拼装的管片是钢筋混凝土管片。管片的结构构造设计、制作，已考虑到机械操作简单化的要求。经探讨并制定了"管片尺寸统一化"、"使用构件、工种的少量化"和"作业重复化"的三项原则。
此外，还统一了管片制作精度，螺栓手孔形状与尺寸等因素，制定了下述能进行自动拼装的管片规格：
(1）在管片内埋设了可用举重臂以能迅速、方便夹住管片的吊钟形金属埋件；
(2）设置能防止举重臂与管片间错位的方形缺口；
(3）设置能高精度检测管片位置的遥感槽；
(4）为了便于举重管能灵活地处理长螺栓手孔内的长螺栓，设置了定心装置和防止脱落用的器具；
(5）为了满足测量用度的要求，必须提高管片制作精度（从±1．0mm提高到±0．5mm）。
兼顾上述采用举重管拼装要求的特点，管片的有关构造内容可参见图23。
图23 管片构造图
至于管片自动化装置及拼装过程可参见图24，自动化拼装的内容和程序为以下几步：
(1）管片夹持
用举重任夹持装置将管片钳住。
图24 管片自动化拼装过程
(2）粗定位置
将管片运移到粗定位置处。
(3）精确定位
通过微调整装置的控制，推挤已经粗定位的管片，使之对准螺栓孔位。
(4）紧固螺栓
由螺帽提供装置送到指定位置，并把它套上已穿入螺栓孔眼的螺栓上，随即用预应力力矩紧固之。
(5）盾构千斤顶的回缩
管片就位时，盾构千斤顶开始回缩；管片就位后，再将此千斤顶伸出，并顶住拼装好的管片。
（6）回归原位
将举重臂返回到管片供应位置。
为了缩短本工程的施工期，从尽可能缩短管片拼装作业时间的必要性上，安装了可高速运转的设备。因此，可将一环管片的拼装时间的目标值仅定为110分钟，就可以缩短所有工区的拼装时间。
（四）隧道衬砌的防水工艺
1．密封材料
盾构隧道漏水的主要原因，一般来自接头部分的渗漏。因此，在组成隧道的构件中，密封材料在防水上起着极其重要的作用。
为此，在东京湾的海底盾构隧道中，实施了有关密封材料的耐久性，耐压性以及施工性试验，并规定其品质规格（参见表5密封材料的性能及规格）。
密封材料的性能及规格 表5
(1）接缝张开量
接缝张开在3mm，水压力1MPa时，瞬时不漏水。
接缝张开量根据螺栓直径与螺栓孔间隙、引起的施工误差和实绩定为3mm。水压设定,巳考虑衬砌后背注浆压力在设计水压力内,并以不允许拼装后，由材料弹性反弹力而产生的漏水为条件进行设计的。
接缝张开在5mm，水压力0．6MPa时，60天内不漏水。
将地震时产生的接驻张开量（更大为2mm）作为在最恶劣环境下的残存量，加入到一般的设定量内后再进行设定。当止水密封不能在弹性范围内追踪补偿接缝张开时，就利用止水密封的水膨胀特性来满足60天内的持久性防水（见照片1）。
照片1 敷贴管片密封条
(2）密封材料的宽度、质量、体积变化率
为了使密封材料在经过长时间后能确保耐久性和耐压性，将密封材料的宽度做成35mm以上，密封槽为50mm。
同样理由，对质量变化率和体积变化事分别定为5％以下和100％～200％范围内。
（3）缓冲材料
由于密封材料相对螺栓而言，是偏于土体侧，故可以想到螺栓紧固力是不能均匀地作用于密封材料。因此，在管片内侧设置了具有同等硬度的缓冲材料，以便压缩力能均匀地作用在密封材料上。此外，缓冲材料还兼有防止拼装时可能发生管片破损的预防作用（见图25人）。
图25 密封槽、缓冲材料槽位置
2．防水材料
盾构隧道是以管片混凝土防渗漏为主的防水方法。
但是像水隧道是处于高水压达0．6MPa之多的环境下，即使对止水措施进行了充分的考虑，也很难做到完全性的止水。为此，在管片衬砌与内衬砌之间全面地设置了引水型防水片材。
盾构隧道中采用防水片材施工的实例很少，特别是在大断面隧道中、与掘进同时并行施工的情况还没有过。为此，通过各种试验及大隧道实物模型对防水片材的摊铺方法和施工工艺进行了探讨（见照片2）。
照片2 防水片材摊铺试验
(1） 采用引水型防水片材的目的及其功能
1）它能迅速排除来自管片衬砌的漏水,防止水流全面扩散到隧道纵断方向，防止管片衬砌的老化。它能进一步降低作用在内衬砌背面上的水压力，就可能经济地决定内衬砌的指标；
2）减少管片衬砌对内衬砌的约束度，以防止内衬砌的开裂和老化；
3）延长防水片材内空间结构、机械的寿命；
4）可为隧道结构提供一个无漏水、少裂缝的舒适空间；
(2）防水片材和功能试验
1)对由于沉降或地震所产生的内外衬砌之间的错位，进行防水片材的剪切性能试验；
2)对引、排水型防水隧道，进行防水片材内衬的缓冲材料的透水试验；
3）在大隧道施工过程中，进行敷贴防水片材的工艺试验。
(3）防水片材的安装方法
隧道管片衬砌中，每一块管片有8处螺栓孔洞。为此要从摊铺防水片材方法上进行研讨。能创造适合使用螺栓手孔的盖子，以便于安装防水片材。
螺栓手孔有环与环之间和块与块之间的两种接头形式。其中环间接头形式的螺栓手孔，它的盖子底部是钩住在相应连接螺栓头位置的螺栓孔上。块与块之间接头螺栓手孔，是依靠盖子侧板部的摩擦力来固定。通过实验、对两种形式都进行安装时强度的确定。
防水片材和无纺织布要事先在工厂内把它们合在一起，用贴在管片螺栓手孔盖子面上的尼龙搭链、使其固定在管片衬砌上。由于防水片材的固定位置为螺栓手孔位置，所以纵断面方向的间隔为75mm，横断面方向为90mm，这样就能减少防水片材的松驰（见图26）。
图26 衬砌环下半部分防水片材的止水构造
(4）防水工序和内衬砌的施工程序
1）设置排水通道
2）防水片材作业（隧道底拱、下半拱形部分）
3）隧道底拱部内衬钢筋、混凝土作业
4）中板、下半拱形部内村钢筋和混凝土作业
5）车道板部分的钢筋和混凝土作业
6）防水片材作业（上半拱形部分）
7) 上半拱形部分的内衬钢筋、混凝土作业（参见照片3、4、5）。
照片3 下半部防水片材与钢筋
照片4 下半部防水片材与台车
照片5 上半部防水片材
（5）东京湾盾构隧道中的防水片材材质与形状
防水片材厚度，作为在安装部分的拉伸排钢筋以及浇筑混凝土时的骨材坠落而不易破损的材料，采用了EVA型t＝0.8mm以上，ECB型为1mm以上厚度的材料。
作为缓冲材料考虑到透水性，以及为了缓冲施工时对付钢筋、混凝土骨材等坠落的冲击，设定厚度t＝3mm以上。
（五）隧道后背注浆工序
作为盾构隧道的掘进施工，衬砌后背的注浆工序是必不可缺的环节。及时而适量的后背注浆可以使地层土体的密实度提高，减少因盾构掘进扰动土体带来的地面沉降，也可以使拼装好的衬砌环维持正圆度的良好位置。对于后背注浆材料必须具备以下的主要特性：
·不得发生材料的离析；
·不得失去浆液的流动性；
·注入地层后的材料体积收缩要小；
·进入地层的注浆材料的早期强度要超过土体强度；
·材料的水密性能良好。
根据上述条件，本工程采用了富有渗透性和止水性的、可塑状注入工法(BS工法、TGS工法和TAC工法),注浆方式是全自动的注浆工艺。为了可靠地进行后背注浆材料的充填，经选择采用并列注浆方式，即采用具有与掘进同步，并且与盾构千斤顶速度及注浆泵实行连动,能自动控制浆量和注浆压力功能的设备。由于管片拼装和内衬砌混凝土的浇筑几乎是同时进行的，故后背注浆材料运送到井下的方式，是采用了由地面的压送泵，分别将A液和B液压送到井下注浆车架槽内的方式。在此，列举TGS工法，就有关浆液的配比、特性、抗压强度等作一概述。设计浆液的配比见表6内容，而其抗压强度见表7所示。
无侧限抗压强度 表6
可塑状壁后注浆配比 表7
（例：TGS工法）1m3配比（A液：B液＝100：8体积比）
（六）泥水输送和处理设备
盾构掘进时，每天的一个工作面推进的开挖土方量约为1500m3作为川崎侧浮岛推进基地的泥水输送设备和处理设备的情况如下：
l泥水输送设备
设备的输送能力，送泥浆量约为16m3/min排泥浆量约为20m3/min。
计划送泥管一个系统(14B),排泥管一个系统(12B)。
送排泥浆用泵，因承受高泥水压力以及长时间地输送，以轴承部密封作成机械密封，把耐压性能从以往的0．4MPa提高到1MPa，同时，在接受泥浆部分使用高铬铸铁，力求提高耐磨损性。
2泥水处理设备
泥水须要处理的能力因开挖地质不同而不同，从川崎端的浮岛推进基地开挖隧道的设备规模是这样数值：
·低水头滤网（水量负荷）,约30m3/min
·一次分离机的离心处理能力约为30m3/min
·二次分离机（过滤机总容量。周期为120min）约145m3
·污水处理设备约为60m3/h
（七）掘进管理系统
由于盾构掘进于地层特性相差较大的土体中，而且有的地段处于薄层覆盖地层，为力求盾构工作的稳定，尤为需要的是一套高精度的泥水管理系统。
为维持大断面开挖面的稳定掘进、进行有效地施工，设置了连续测量盾构机械位置和方位以及控制方向的设备，同时，为掌握和控制掘进中工作面稳定状况、盾构机械的推进、弃土的运出和处理以及后背注浆等工序，特装备了可联合使用的设备，进行有效而系统性的掘进管理。以下列出主要的掘进管理装置：
1自动测量管理装置
为司职自动测量及盾构方向的自动控制；
2自动掘进管理装置
1)工作面稳定
为工作面上的水压力控制及弃土土量管理；
2）泥水输送和泥水处理
为泥水输送管理和泥水处理管理；
3）盾构机械操作
其内容较多，为盾构的方位、工作面上的水压力、盾构推力、盾构掘进距离和速度、切削刀头旋转和运转、旋转搅拌罐旋转和运转、土砂密封压力、滑动面的温度；
4）管片衬砌后背注浆
为司职压力和注浆数量的管理。
3故障测试装置
对油压以及电气机器的故障测试以及掘进状况的异常判断
为在上述各种掘进管理装置作用下保持稳定的进度，还需要有一个高度自动化的统计管理方法来计算、分析和显示计算机在各种不同情况的开挖数据，以便对下列各项内容作出正确的决定：
·最佳泥浆压力；
·决定泥浆质量的因素；
·开挖的土方量；
·满足工作面的稳定性和开挖速度的最佳标准。
（八）盾构推进基地和海上运输
本隧道以川崎侧浮岛通风亭、川崎人工岛风亭和木更津风亭三处作为盾构进洞推进基地。
1川崎测浮岛盾构基地
盾构推进的临时设备设置在陆上部分，配置了泥水处理设备、衬砌后背注浆设备、管片及其附件的堆场、混凝土搅拌工厂、弃土临时堆置场、钢筋加工场、装卸设备、土砂运出输送带设备，并设置了用于海上运输管片等器材及运出弃土的栈桥。
2川崎人工岛
临时设备设置在海上的人工岛上，配置了与川崎侧浮岛同样的设备。
临时设备的设置场，因必须同时施工人工岛内部建造的作业场地，所以把泥水处理等主要设备放在大型的车架上，有效地利用了空间。此外，从人工岛上到隧道入口约有65m的高差，预定可设置搬运4条隧道工程器材的升降设备。 此外，为了运出弃土．在南北两侧设置了钱桥。
3木更津人工岛
临时设备设置在海上的人工岛上，配置了与川崎浮勋同样的设备。
此外，材料、机器以及弃土的运输，以海上运输为主。钢材以及钢筋等器材设置场预定利用平底船，预拌混凝土利用设备船。对川崎人工岛及木更津人工岛使用的盾构机械，是采用日本国内最大的海上吊车进行投放，起重量最大吨位可达4100t。在海上运输、起吊时期，应密切注意多变的海上气象条件。
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