【手続補正書】
【提出日】平成16年2月18日(2004.2.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】車線トンネル構造及びその構築方法
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路トンネルや地下鉄トンネル等をシールド工法で構築する場合において、分岐・合流部や駐車帯を有効に確保できる車線トンネル構造及びその構築方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の技術として、特許文献に記載のものとしては次の（１）〜（４）がある。
（１）特許文献１（特開２００１−３５５３８５号公報）
分岐及び合流部の前後の幹線トンネルの上下線（上り線と下り線）を、小断面シールド機にて１つの断面内に入る小断面トンネルに形成すると共に、この幹線トンネルの進行方向に向けて、予めこの幹線トンネルの上下線とこの幹線トンネルから分岐又は合流する枝線の上下線とを、大断面シールド機により１つの断面内に入る大断面トンネルに形成し、小断面トンネルを大断面トンネルにトンネル軸方向に接合した後、大断面トンネル内から分岐シールド機を発進させて枝線の上下線トンネルをそれぞれ構築する。
【０００３】
（２）特許文献２（特開２００３−１４８０８６号公報）
シールド機で切削可能なセグメントを複数のトンネルが対向する側面に配置して、円形シールド機によりそれぞれのトンネルを構築し、トンネルの坑内から分合流部を構成する鉛直方向支持部材を補強材を兼ねて構築し、路上部のランプ出入口に構築したＵ字擁壁部の一方から矩形シールド機をトンネル間に向けて掘進し、矩形シールド機によってトンネル間を掘削すると同時にトンネルの切削可能なセグメントを切削し、矩形シールド機をトンネルと並進した後に路上部の他のＵ字擁壁部へ向けて掘進し、分合流部の掘削後、一方のトンネルのセグメントと補強材を取り外し、分合流部と一方のトンネルのセグメントとの一体化を行う。
【０００４】
（３）特許文献３（特開２０００−２５７３７０号公報）
本線となる第１のシールドトンネルを構築した後、第１のシールドトンネルと離間した位置から第１のシールドトンネルに漸次接近するように地山を掘進して、第１のシールドトンネルと並設させて分岐線または合流線となる第２のシールドトンネルを構築し、これら並設された第１、第２のシールドトンネル間の壁部を除去して両者を連結する。
【０００５】
（４）特許文献４（特開平１１−３５０８９５号公報）
特に大断面に構築される本線トンネルとこの本線トンネルの上側に本線トンネルと地上とを結ぶために構築されるランプウエイとの分岐・合流部の施工方法であって、本線トンネルの内周を覆工する外殻部躯体のランプウエイとの分岐・合流部分を鋼材で構築し、その上側の地盤中に山留め壁を所定間隔に構築すると共に、その下端部を外殻部躯体に突設したせん断キーに支持させ、次に山留め壁間の地盤を外殻部躯体まで掘り下げ、次に鋼材を撤去し、山留め壁間にランプウエイの躯体を構築する。
【０００６】
この他、次のような方法が知られている。
（Ａ）シールド掘削時に、シールド機に特殊な装置を設けて延長方向に部分的に拡大する方法。
（Ｂ）シールドトンネルの構築後、地盤改良を行って一部のセグメントを撤去し、部分的に拡大する方法。
（Ｃ）立坑から特殊な拡幅型のシールド機を発進させ、必要区間に拡幅トンネルを構築し、その後、拡幅用シールド機を切り離し、本線部分のみ掘進する方法。
【０００７】
しかし、従来の方法では次のような問題があった。
（１）、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）では、施工の段取り替えなどの時間がかかるとともに、拡幅部が偏形断面となり、その覆工セグメントに応力集中が発生するので、補強対策が別途必要になる。
（２）、（Ｂ）では、地盤改良が必要になるとともに、大規模機械作業が困難で、大水圧に伴う地盤の崩壊などが懸念される。また、拡幅部が偏形断面となる。
（３）、（Ｃ）では、拡幅部の施工場所が限定され、短距離間隔で設置される非常用駐車帯などには現実的に対応できない。
（４）では、全体として特殊な工法となり、工費が高価となる。また、拡幅部を含めた全体が偏形断面となる。
【特許文献１】特開２００１−３５５３８５号公報
【特許文献２】特開２００３−１４８０８６号公報
【特許文献３】特開２０００−２５７３７０号公報
【特許文献４】特開平１１−３５０８９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、トンネルの外形断面形状を変更することなく、応力的にも有利な円形断面トンネルにより、分岐・合流部や駐車帯を有効に確保でき、しかもそのような車線トンネルを、特殊な工法や補強のための付加工法等を必要とせずに、効率よく安全かつ経済的に構築できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の形態の車線トンネル構造は、本線車路となるシールドトンネル内の一部区間に、本線車路を部分的に上下に分ける２層構造の車路が設けられ、その上層又は下層の少なくとも一方が、本線車路に対する分岐車路又は／及び合流車路となるトンネルとの接続部となっている。
【００１０】
第２の形態の車線トンネル構造は、本線車路となるシールドトンネル内の一部区間に、本線車路を部分的に上下に分ける２層構造の車路が設けられ、その上層又は下層の少なくとも一方に駐車帯が確保されている。
【００１１】
第３の形態の車線トンネル構造は、第１の形態と第２の形態とを合わせた形態、つまり本線車路となるシールドトンネル内の一部区間に、本線車路を部分的に上下に分ける２層構造の車路が設けられ、その上層又は下層の少なくとも一方が、本線車路に対する分岐車路又は／及び合流車路となるトンネルとの接続部となっているとともに、一部に駐車帯が確保されている。
【００１２】
具体的態様では、２層構造の車路は一方から延長する連絡路で連絡している。
シールドトンネルの覆工断面を上下に分ける路床がその下側の支持壁によりシールドトンネルの覆工に支持され、その路床上が上層の車路となっているとともに、支持壁によって下層の車路の車線が形成されている。
【００１３】
本発明の車線トンネルの構築方法は、本線車路となるシールドトンネル内の一部区間に、その覆工断面を上下に分ける路床を構築して、本線車路を部分的に上下に分ける２層構造の車路を設けるとともに、その上層又は下層の少なくとも一方に接続するトンネルを構築して、該トンネルにより本線車路に対する分岐車路又は／及び合流車路を設けることを特徴とする。
【００１４】
具体的形態では、本線車路となるシールドトンネルの覆工とその覆工断面を上下に分ける路床とを、シールド掘進機を掘進させながら同時に構築する。
【００１５】
本線車路に対する分岐車路又は合流車路となるトンネルを、本線車路となるシールドトンネルから、その覆工断面を上下に分ける路床の下側において分岐して構築する。
【００１６】
本線車路に対する分岐車路又は合流車路となるトンネルを、本線車路となるシールドトンネルから、その覆工断面を上下に分ける路床の上側又は下側において分岐して構築する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば次のような効果がある。
（１）従来の一般的なトンネル構造や施工法を大幅に変えることなく、分岐・合流部や駐車帯を、従来は余分であったスペースを有効利用して効率的に確保できる。
（２）分岐・合流部や駐車帯を有する２層構造のトンネルを、特殊な工法や補強のための付加工法等を必要とせずに、効率よく安全かつ経済的に構築できる。特に、大断面、大水圧中の円形トンネルでは、その効果が一層顕著となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１及び図２は本発明の実施例１の車線トンネル構造を示す。図１においてこの車線トンネル構造は、本線シールドトンネル１に対して、これよりも小断面の分岐と合流の２本のランプトンネル、つまり分岐線シールドトンネル２と合流線シールドトンネル３が接続している。
【００２０】
図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）は、図１におけるＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線、Ｅ−Ｅ線のそれぞれの位置での断面図で、本線シールドトンネル１から分岐線シールドトンネル２が分岐にするまでの各部の構造を示す。
【００２１】
図２（Ａ）は、本線シールドトンネル１の通常区間の構造で、セグメントによる円形断面の覆工４内に、水平な路床５がその下側の両端と中間２個所を垂直な支持壁６で覆工４に支持して構築され、路床５上には例えば３車線の車路７が区画されている。
【００２２】
路床５上の３車線の車路のうちの左側１車線の車路７は、図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、一部分の区間が下降傾斜する斜路（スロープ部）７ａとなって分岐線シールドトンネル２へ通じている。すなわち、下降傾斜する斜路７ａを形成しながら、路床５にて上下２層構造となっている区間の下層に至り、その下層で分岐線シールドトンネル２へ抜ける分岐出口８を形成していて、この分岐出口８からその先の合流入口（合流線シールドトンネル３からの入口）９までの区間が、路床５の一部区間にて部分的に上下に分かれる２層構造の車路となる。斜路７ａの区間には、中央の車路７との間に背を高くした分離壁１０ａが設けられている。このような車路は、本線シールドトンネル１を掘進しながらその覆工と同時に構築できるが、覆工の完成後に構築してもよい。
【００２３】
図２（Ｄ）に示すように、分岐線シールドトンネル２は、路床５の下側で本線シールドトンネル１の断面内に接続端部が包含（オーバーラップ）されるように接続されている。
【００２４】
分岐線シールドトンネル２は、本線シールドトンネル１内からその外側へ徐々に離れて、図２（Ｅ）に示すように完全に分離した後は単独のランプトンネルとなって地上又は他の本線トンネルまで延長している。
【００２５】
合流線シールドトンネル３は、本線シールドトンネル１に対し分岐線シールドトンネル２とは逆の関係となっている。すなわち、合流線シールドトンネル３は、路床５の下側で本線シールドトンネル１の断面内に接続端部が包含（オーバーラップ）されるように接続され、そこから路床５上の３車線の車路のうちの左側１車線の車路７へ至る区間は、つまり合流入口９までの区間は上昇傾斜する斜路（スロープ部）７ｂとなっている、この斜路７ｂの区間にも、中央の車路７との間に背を高くした分離壁１０ｂが設けられている。
【００２６】
なお、アプローチとなる斜路７ａ・７ｂのそれぞれの勾配は４〜６％（１００ｍ当たり４〜６ｍの傾斜）で、長さは１００ｍ程度であり、平坦部分は施設に応じて設定すればよい。
【００２７】
分岐出口８から合流入口９までの区間は、路床５により部分的に上下に分かれる２層構造の車路となるので、その上層に駐車帯１１を確保することが可能である。下層は、上記のように分岐線シールドトンネル２への分岐部及び合流線シールドトンネル３からの合流部となるが、下層のその他のスペースは、従来と同様に、吸気・排気のための換気路や排水路や非常用通路や検査路や電気・上下水道等の共同溝などに利用できる。なお、２層構造となっている区間（分岐出口８から合流入口９までの区間）の長さは、最低でも３００ｍ程度必要である。
【００２８】
分岐線シールドトンネル２及び合流線シールドトンネル３の施工に当たっては、本線シールドトンネル１内から小断面のシールド掘進機を掘進させることも可能であるが、トンネル内が錯綜することから、地上の立坑から複断面シールド機を発進させ、途中で分岐（分離）させて本線シールドトンネル１のそれぞれの接続位置に到達させることが好ましい。
【００２９】
上記のような車線トンネル構造は、例えば次のような手順で施工する。
（１）本線シールドトンネル１の掘削・覆工
（２）本線シールドトンネル１内の車線の構築と２層部分の構築
（３）アプローチトンネル（分岐線シールドトンネル２及び合流線シールドトンネル３）の施工と本線シールドトンネル１との接続
（４）舗装工事
（５）施設工事
【実施例２】
【００３０】
次に、図３〜図５に示す実施例２について説明する。
この実施例２では、本線シールドトンネル１の通常区間は実施例１と同じ構造で、路床５上に３車線の車路７を区画しているが、その３車線の車路のうちの左側１車線の車路７を部分的に上下２層構造とすることにより、その上層に駐車帯１２を確保している。
【００３１】
すなわち、図４及び図５に示すように、左側１車線の車路７は、下降傾斜する斜路７ｃを形成しながら、路床５にて上下２層構造となっている区間の下層入口１３に至り、そこから上層出口１４までは下層車路７ｄとなり、上層出口１４から元の高さの左側１車線の車路７に戻るまでは、上昇傾斜する斜路７ｅを形成している。そして、上下２層構造となっている区間の上層（路床５上の一部分）が、駐車帯１２となっている。斜路７ｃ・７ｅの区間には、中央の車路７との間に背を高くした分離壁１０ｃ・１０ｅがそれぞれ設けられている。
【００３２】
下層車路７ｄは、上層との間に必要な空頭を確保するため、図５（Ｄ）及び図６に示すように下層に入る区間を中央寄りに移行させた方がよい。この場合、図６に示すように下層に駐車帯１５を確保することが可能である。
【実施例３】
【００３３】
図７及び図８は、上下２層の車路を本線シールドトンネル１を掘進しながらその覆工と同時に効率よく構築できる実施例３を示し、図８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）は、図７におけるＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線、Ｅ−Ｅ線のそれぞれの位置での断面図である。
【００３４】
図８（Ａ）は、本線シールドトンネル１の通常区間の構造で、図２（Ａ）の場合と同様に、セグメントによる円形断面の覆工４内に、水平な路床５がその下側の両端と中間２個所を垂直な支持壁６で覆工４に支持して構築され、路床５上には例えば３車線の車路７が区画されている。
【００３５】
路床５上の３車線の車路のうちの中央１車線の車路７は、図８（Ｂ）に示すように、一部分の区間が下降傾斜する斜路（スロープ部）７ａとなって下り、図８（Ｃ）に示すように、路床５にて上下２層構造となっている区間の下層、つまり下層車路７ｄへ通じている。斜路７ａの区間には、両側の車路７との間に背を高くした分離壁１０ａが設けられている。
【００３６】
下層車路７ｄは左側に拡幅され、図８（Ｄ）に示すように、その片側（左側）が、路床５の下側から分岐する分岐線シールドトンネル２内へ通じている。
【００３７】
分岐線シールドトンネル２は、本線シールドトンネル１内からその外側へ徐々に離れて、図８（Ｅ）に示すように完全に分離した後は単独のランプトンネルとなって地上又は他の本線トンネルまで延長している。
【００３８】
上下２層構造が終わったところから先、つまり下層車路７ｄより先は、上昇傾斜する斜路７ｂとなってから、路床５上における中央１車線の車路７に戻り、図８（Ａ）と同じ構造となっている。
【００３９】
この実施例３の場合、下層車路７ｄとで２層構造となっている区間の上層（路床５上の中央部分）を駐車帯１６として利用することができる。
【００４０】
以上、実施例１から実施例３では、いずれも３車線の例を示したが、車線数は２車線以上であれば適用可能である。また、上下２層構造となる車線は、入口と出口の車線位置を従来の基準に準じて統一した例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、３車線の場合、中央車線から入って、左右どちらかの車線に出口を設けることも自由である。
【実施例４】
【００４１】
上述した実施例では、分岐線シールドトンネル２及び合流線シールドトンネル３を、本線シールドトンネル１内の下層の車路に接続したが、実施例４のように上層の車路に接続してもよい。この場合も、分岐出口８と合流入口９との間の区間が２層構造となる。覆工の応力的には下層に接続した方が有利である。
【００４２】
上述したいずれの実施例の場合も、本線シールドトンネル１の覆工断面形状を円形としたが、図１０にその断面例を示すように、本発明では（Ａ）に示す円形以外に、（Ｂ）に示す楕円形や（Ｃ）に示す馬蹄形（卵形）も好適であるが、これらに限定されるものでない。応力的には次の順序で不利になり、工事費に多大な影響を与える。
円形−馬蹄形−楕円形−面取り矩形−矩形
【００４３】
従って、大深度地下トンネルのような大水圧が作用するトンネルでは、できるだけ円形のトンネルが望ましく、また大断面になるほど、その経済的な影響が顕著になる。
【００４４】
一方、円形トンネルは、道路や鉄道の場合には余分なスペースが多くなるが、本発明は、その余分なスペースを上述のように分岐部や合流部や駐車帯として利用することで、スペースの有効利用効率を高めるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
なお、本発明では、シールド掘進機によるトンネルを対象として説明したが、近年、シールド掘進機とトンネルボーリングマシン（ＴＢＭ）機との明確な区分が難しい地下掘削機が出現している。本発明はこのような地下掘削機を用いる工法にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施例１の概要平面図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）は、図１におけるＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線、Ｅ−Ｅ線のそれぞれの位置での断面図である。
【図３】本発明の実施例２の概要平面図である。
【図４】同上のトンネル軸と平行な線に沿った断面図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）は、図３におけるＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線のそれぞれの位置での断面図である。
【図６】実施例２の変形例の概要平面図である。
【図７】本発明の実施例３の水平断面図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）は、図７におけるＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線のそれぞれの位置での断面図である。
【図９】本発明の実施例４の概要平面図である。
【図１０】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）それぞれ、本線シールドトンネルの覆工の断面例を示す。
【符号の説明】
【００４７】
１  本線シールドトンネル
２  分岐線シールドトンネル
３  合流線シールドトンネル
４  覆工
５  路床
６  支持壁
７  車路
７ａ・７ｂ・７ｃ・７ｅ  斜路
７ｄ  下層車路
８  分岐出口
９  合流入口
１０ａ・１０ｂ  分離壁
１１・１２・１５・１６  駐車帯
１３  下層入口
１４  上層出口