(57)【要約】【課題】工期の長期化及び施工費用の高騰化の抑制を図ることが可能なトンネルの構築方法を提供する。【解決手段】坑口４ａから坑口４ｂに亘って地下に設けられたトンネル１を構築する方法であって、掘削機の前端にてトンネル１を掘削すると共に、既に組み立てられたトンネル躯体の後部に推進管を接続し、トンネル躯体を前方に推進して地中管路を構築する推進工法を用いて、坑口４ａから下り勾配でトンネル１の一部１ｂを構築する工程と、掘削機の前端にてトンネル１を掘削すると共に、既に組み立てられたトンネル躯体の前部にセグメント管を接続して地中管路を構築するシールド工法を用いて、少なくとも最深部を含み、トンネル１の一部１ａより他方の坑口５ａ側のトンネル１の部分１ａ，１ｃを構築する工程とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の坑口から他方の坑口に亘って地下に設けられたトンネルを構築する方法であって、
掘削機の前端にてトンネルを掘削すると共に、既に組み立てられたトンネル躯体の後部に推進管を接続し、前記トンネル躯体を前方に推進して地中管路を構築する推進工法を用いて、前記一方の坑口から下り勾配で前記トンネルの一部を構築する工程と、
掘削機の前端にてトンネルを掘削すると共に、既に組み立てられた前記トンネル躯体の前部にセグメント管を接続して地中管路を構築するシールド工法を用いて、少なくとも最深部を含み、前記トンネルの一部より前記他方の坑口側の部分の前記トンネルを構築する工程とを備えることを特徴とするトンネルの構築方法。
【請求項２】
前記一方の坑口は発進立坑に形成され、前記他方の坑口は到達立坑に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のトンネルの構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に都市部においては、堤防などの既存構造物の杭基礎や河川などの下方を通るトンネルを構築する際、一般的には、トンネルの構築深さまで発進立坑と到達立坑を削孔し、これら立坑の間に水平なトンネルを掘削機を用いて構築している。
【０００３】
そして、水平なトンネルを構築する際、発進立坑から推進工法によって発進してトンネルを構築した後、シールド工法に切り替えてトンネルを構築するハイブリッド推進工法が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００４】
なお、特許文献３には、シールド工法の変型例として、発進立坑から下り勾配部分、水平部分及び上り勾配部分の順にシールド工法によって到達立坑までトンネルを構築することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２６９３９０４号公報
【特許文献２】特許第５８０６１８６号公報
【特許文献３】特開平２−２６９２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、立坑の長辺（円形の場合は直径）は少なくとも掘削機の全長に発進設備を追加した長さが必要であり、このような立坑を既存構築物の杭基礎の下端より深く掘削して構築する必要がある。
【０００７】
立坑が深いほど、立坑外周の土留め壁にかかる荷重（土圧、水圧）が大きくなる。そのため、深い立坑を構築する場合は、矢板やその補強部材を剛強にする必要があり、地盤の条件によってはＲＣ造の地中連続壁を設ける必要がある。そのため、深い立坑を構築すると、工期が長くなると共に施工費用がかさむという課題があった。
【０００８】
本発明は、以上の点に鑑み、工期の長期化及び施工費用の高騰化の抑制を図ることが可能なトンネルの構築方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のトンネルの構築方法は、一方の坑口から他方の坑口に亘って地下に設けられたトンネルを構築する方法であって、掘削機の前端にてトンネルを掘削すると共に、既に組み立てられたトンネル躯体の後部に推進管を接続し、前記トンネル躯体を前方に推進して地中管路を構築する推進工法を用いて、前記一方の坑口から下り勾配で前記トンネルの一部を構築する工程と、掘削機の前端にてトンネルを掘削すると共に、既に組み立てられた前記トンネル躯体の前部にセグメント管（セグメントを組み立ててできる管）を接続して地中管路を構築するシールド工法を用いて、少なくとも最深部を含み、前記トンネルの一部より前記他方の坑口側の部分の前記トンネルを構築する工程とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明のトンネルの構築方法によれば、推進工法を用いて一方の坑口から下り勾配でトンネルの一部を構築するので、上記特許文献１，２に記載された技術と比較して、前記坑口が形成される発進立坑の底面位置を浅くすることが可能となるか、又は発進立坑を形成する必要がなくなる。さらに、シールド工法を用いて他方の坑口側の部分のトンネルを上り勾配で構築するので、上記特許文献１，２に記載された技術と比較して、前記坑口が形成される到達立坑の底面位置を浅くすることが可能となるか、又は到達立坑を形成する必要がなくなる。これらによって、発進立坑及び到達立坑を形成する工期の短縮化及び施工費用の低減が可能であり、ひいては、トンネルを構築する際の全体としての工期の短縮化及び施工費用の低減を図ることが可能となる。
【００１１】
また、地下水の浸入や台車の逸走による事故などが生じ得る下り勾配の工事について、推進工法を行うことによって掘削機内を無人化することができるので、作業の安全性を高めることが可能となる。
【００１２】
本発明のトンネルの構築方法において、例えば、前記一方の坑口は発進立坑に形成され、前記他方の坑口は到達立坑に形成されていればよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係るトンネルの構築方法によって構築されるトンネルを説明する概念図。
【図２】本発明の実施形態に係るトンネルの構築方法のフローチャート。
【図３】ガス管を敷設する方法を説明する概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態に係るトンネルの構築方法について図面を参照して説明する。
【００１５】
本構築方法は、図１を参照して、例えば、都市部において、堤防や橋桁などの既存構造物の杭基礎２や河川３を下方に迂回して通るトンネル１を非開削で構築する際に適した方法である。
【００１６】
ここでは、ガス管敷設するために設けられる、大深度のトンネル１を構築する場合について説明する。トンネル１の水平方向の全長Ｌは例えば２０００ｍである。そして、トンネル１の最深部である水平部分１ａの深さＡは例えば５０ｍである。なお、図１及び図３は本実施形態を概念的に説明するための図であり、寸法はデフォルメされている。
【００１７】
本構築方法は、図２を参照して、発進立坑構築工程ＳＴＥＰ１、到達立坑構築工程ＳＴＥＰ２、下り勾配部分構築工程ＳＴＥＰ３、水平部分構築工程ＳＴＥＰ４、上り勾配部分構築工程ＳＴＥＰ５、ガス管敷設工程ＳＴＥＰ６及び埋め戻し工程ＳＴＥＰ７を備えている。
【００１８】
発進立坑構築工程ＳＴＥＰ１においては、地上に発進立坑４を構築する。到達立坑構築工程ＳＴＥＰ２においては、地上に到達立坑５を構築する。
【００１９】
発進立坑４及び到達立坑５は、従来と同様に構築すればよいので、詳しくい説明は省略する。図示しないが、発進立坑４には掘削機を支持する支持台などが、到達立杭５には掘削機を受ける受け台などが設置される。
【００２０】
発進立坑４及び到達立坑５の深さＢは、トンネル１の最深部である水平部分１ａの深さＡと比較して浅く、例えば１０ｍである。発進立坑４には、掘削機の発進時に立坑の壁が掘削されることにより、後述する下り勾配部分１ｂと同じ勾配で傾斜する坑口４ａが形成されることになり、この坑口４ａが本発明の一方の坑口に相当する。一方、到達立坑５には、掘削機の到達時に立坑の壁が掘削されることにより、後述する上り勾配部分１ｃと同じ勾配で傾斜する坑口５ａが形成されることになり、この坑口５ａが本発明の他方の坑口に相当する。なお、発進立坑４及び到達立坑５の他に、中間立坑などの立坑を設ける必要はない。
【００２１】
下り勾配部分構築工程ＳＴＥＰ３においては、発進立坑４の坑口４ａから推進工法によって発進して、坑口４ａから地下を下るトンネル１の下り勾配部分１ｂを構築する。トンネル１は、例えば上記特許文献１，２に記載されているような、推進工法からシールド工法に工法を切り替えるハイブリッド推進工法を行うことが可能な掘進機を用いて構築する。
【００２２】
掘進機は、図示しないが、下り勾配部分１ｂの軸心と前端のカッターの軸心が一致するように調整されて、発進立坑４内の上記支持台に支持されている。推進工法は、既存の方法を用いればよい。推進工法として、例えば、掘進機が前進することにより、トンネルが掘削されると共に、発進立坑４内にて作業者がトンネル躯体を延長させる。この延長は、既に組み立てたトンネル躯体の後部に推進管を接続することにより行われる。そして、推進管を接続したトンネル躯体を推進ジャッキなどからなる推進部を用いて前方に推進することによって地中管路を構築する。このとき、推進部の反力は発進立坑４の壁面にて支持される。
【００２３】
なお、下り勾配部分１ｂ及び後述する上り勾配部分１ｃの長さＬ１が短いほど、トンネル１の構築距離が短くなるので、工期の短縮化及び施工費用の低減の観点からは急勾配とすることが好ましい。ただし、図示しないが、トンネル１の構築中は、トンネル躯体に設置されたレール上などを走行し、後述するセグメントなどを運搬するための作業台車が設けられており、この作業台車が走行な勾配には限界がある。
【００２４】
そのため、これら双方を考慮して、下り勾配部分１ｂ及び上り勾配部分１ｃの勾配を定める必要があり、例えば１０％乃至４５％、好ましくは３０％（１６．４２°）程度である。勾配が３０％である場合、トンネル１の水平部分１ａの深さＡが５０ｍであるとすると、下り勾配部分１ｂ及び上り勾配部分１ｃの長さＬ１は、勾配から水平に移行する際の調整部分も含めて約１８０ｍとなる。なお、下り勾配部分１ｂと上り勾配部分１ｃとの勾配は相違していてもよい。また、下り勾配部分１ｂ又は上り勾配部分１ｃの途中で、勾配が変化していてもよい。
【００２５】
水平部分構築工程ＳＴＥＰ４においては、推進工法からシールド工法に切り替えて、下り勾配部分１ｂの深部と接続される水平部分１ａを構築する。この工法の切り替えは、下り勾配部分１ｂと水平部分１ａとの境界より上り勾配部分１ｃ側の部分にて行うことが望ましい。また、推進管とセグメント管の径が異なる場合は、上記特許文献２に開示されている断面台形状のアダプタ管を用いてもよい。
【００２６】
トンネル１の最深部と後述する上り勾配部分１ｃは、シールド工法によって構築する。これは、推進工法は発進立坑４から推進管を追加していくため、トンネルの途中で方向が変わるカーブに対応することが困難であること、トンネルの距離が長い場合には、発進立坑４に設置されたジャッキのみでは推進が困難となることなどの理由による。ただし、図１に示すように、トンネル１の最深部である水平部分１ａが長距離に亘る場合は、水平部分１ａの下り勾配部分１ｂ側の一部を推進工法によって構築してもよい。また、下り勾配１ｂの下端のカーブからシールド工法によって構築してもよい。
【００２７】
シールド工法は、既存の方法を用いればよい。シールド工法として、例えば、掘進機が前進することにより、トンネルが掘削されると共に、掘進機内にて作業者がトンネル躯体の前部にセグメントを組み立ててなるセグメント管を接続させてトンネル躯体を延長させることによって地中管路を構築する。なお、作業者は掘進機内に常駐する必要はない。
【００２８】
上り勾配部分構築工程ＳＴＥＰ５においては、水平部分１ａの奥部からシールド工法によって発進して、トンネル１の上り勾配部分１ｃを到達立坑５の坑口５ａまで構築する。上り勾配部分１ｃは全てシールド工法によって構築する。
【００２９】
以上により、トンネル１の構築が完了する。トンネル１の構築が完了したら、掘削機や作業台車などを到達立坑５から取り出す。
【００３０】
その後、ガス管敷設工程ＳＴＥＰ６において、図３を参照して、発進立坑４のトンネル１とは反対側を拡張して斜面１１を形成すると共に、この斜面１１と連続するように地上にスロープ１２を設置する。そして、ガス管１３をこれらスロープ１２及び斜面１１の上面に沿ってトンネル１内に挿入することにより、トンネル１内にガス管１３を敷設する。
【００３１】
ガス管１３を敷設した後、埋め戻し工程ＳＴＥＰ７において、地上のスロープなどの施設を除去すると共に、発進立坑４及び到達立坑５を埋め戻す。これにより、ガス管１３を敷設したトンネル１の構築が完成する。
【００３２】
以上のように、本実施形態に係るトンネルの構築方法は、既存構造物に杭基礎２などをよけて下方にトンネル１を構築する際に、地上付近から下る下り勾配部分１ｂ、水平部分１ａ、地上付近まで上る上り勾配部分１ｃの順にトンネル１を掘削する方法である。勾配部分１ｂ，１ｃを設けるので、上記特許文献１，２のように、発進立坑４及び到達立坑５は深さＢをトンネルの最深部の深さＡと同程度に深くする必要がなくなり、発進立坑４及び到達立坑５を設ける工期の短縮化及び施工費用の大幅な低減が可能であり、トンネル１全体としての工期の短縮化及び施工費用の低減を図ることが可能となる。
【００３３】
さらに、本実施形態に係るトンネルの構築方法は、トンネル１の下り勾配部分１ｂは推進工法、水平部分１ａ及び上り勾配部分１ｃはシールド工法を用いて掘削している。特に大深度のトンネル１の下り勾配部分１ｂを掘削する場合、トンネル掘削の最深部（水圧、土圧が最大になる部分）に位置する掘削機の付近にて、トンネル１内に地下水が浸入する危険性がある。また、下り勾配部分１ｂで作業台車の逸走などが生じた場合、下り勾配部分１ｂの下側に作業員が存在すると危険である。特に掘進機内は狭く、これらの危険が生じた場合、作業者が避難できない可能性がある。
【００３４】
そこで、下り勾配部分１ｂは、先端部の掘削機内に作業者を常駐させる必要のない推進工法を用いてトンネル１を構築することにより、発進立坑４内又は地上のような安全な場所で作業者は作業を行うことが可能となる。そして、水平部分１ａと上り勾配部分１ｃではシールド工法を用いてトンネル１を構築するので、作業者は掘進機内に存在することが多いが、地下水がトンネル１内に浸入した場合でも、水平部分１ａが地下水で満たされるまで時間がかかるので、その間に作業者が退避を図ることが可能となる。また、作業台車が下り勾配部分１ｂを逸走した場合でも、作業者は下り勾配部分１ｂからある程度離れた位置にいるので、作業台車と衝突するおそれの低減を図ることが可能となる。
【００３５】
なお、本発明は、上述した実施形態に具体的に記載したトンネル１の構築方法に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内であれば適宜変更することができる。
【００３６】
例えば、実施形態においては、発進立坑４及び到達立坑５を設ける場合について説明した。しかし、これに限定されず、発進立坑４又は到達立坑５を設けなくてもよい。発進立坑４を設けない場合、地面に坑口が形成されることになり、上記支持台を地上に設けると共に、反力壁を形成する必要がある。この坑口が本発明の一方の坑口に相当する。そして、到達立坑５を設けない場合、地面に坑口が形成されることになり、上記支持台を地上に設ける必要があり、この坑口から掘削機などが支持台を介して取り出されることになる。この坑口は本発明の他方の坑口に相当する。
【符号の説明】
【００３７】
１…トンネル、  １ａ…水平部分、  １ｂ…下り勾配部分、  １ｃ…上り勾配部分、  ２…既存構造物の杭基礎、  ３…河川、  ４…発進立坑、  ４ａ…坑口（一方の坑口）、  ５…到達立杭、  ５ａ…坑口（他方の坑口）、  １１…斜面、  １２…スロープ、  １３…ガス管。
【図１】
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【図２】
2020153175.tif 000004
【図３】
2020153175.tif 000005