(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ平行に掘進される本線トンネル及び支線トンネルよりも上方及び下方のみに、前記本線トンネル及び前記支線トンネルとほぼ平行にパイロットトンネルを１本ずつ掘削し、
次に、前記パイロットトンネルから前記本線トンネル及び前記支線トンネルの上部及び下部の地盤に、不凍液が循環される凍結管をアーチ状に挿入し、
次に、前記パイロットトンネル内に充填材を充填し、
前記凍結管に不凍液を循環させることで前記本線トンネル及び前記支線トンネルの上部及び下部の地盤のみをアーチ状に凍結させ、次に、前記本線トンネル及び支線トンネルの前記覆工間の地中を掘削するとともに、前記本線トンネル及び前記支線トンネルの上下部のセグメントの外周側の地中を掘削して空洞部を形成し、
その後、前記本線トンネル及び前記支線トンネルの上部のセグメント間に上部の連結部材を架け渡すとともに、前記本線トンネル及び前記支線トンネルの下部のセグメント間に下部の連結部材を架け渡すことを特徴とする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、道路トンネル等、合流部・分岐部や非常駐車帯などのトンネル拡幅部を有するトンネルの構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、本体周面から突出可能な拡幅用カッタを備えるシールド機を用いて、トンネル断面に拡幅部を構築する技術を提案した（特許文献１参照）。
【０００３】
また、本出願人は、本線トンネルと支線トンネルとの合流部を構築する技術を提案した（特許文献２参照）。具体的には、合流部の区間において、本線トンネルと支線トンネルとを互いに寄り添うように掘進すると共に、それぞれ突起付きセグメントを上部及び下部に含むほぼ円形の覆工を組み立てる。次いで、突起付きセグメントの突起部を押し出して、本線トンネルと支線トンネルの上部及び下部に突起を形成する。そして、これらの突起部間に架け渡すように鋼殻を取り付け、この鋼殻と覆工の間の空間に充填材を充填して本線トンネルと支線トンネルの覆工を一体化させ、これら本線トンネルと支線トンネルと鋼殻とからなる覆工の断面の包絡線がほぼ円形になるように構築する。これによれば、地上から開削することなく、シールド機に工夫を必要とせず、それらのコストを削減することができる。また、合流される本線トンネルを供用しながら、シールドトンネルの合流部を構築することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−５４５２８号公報
【特許文献２】特開２００８−１４０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、本線トンネルと支線トンネルの突起部間に鋼殻を架け渡すには、本線トンネルと支線トンネルとの間の地盤を掘削する必要がある。大深度の地下では水圧が高いため、凍結工法による地盤改良が最も確実性に優れる。
【０００６】
凍結工法では、図１８に示すように、まず、本線トンネル１及び支線トンネル５の上方及び下方にパイロットトンネル１１を形成する。次に、パイロットトンネル１１から本線トンネル１及び支線トンネル５に向けて凍結管１２を地盤中に設置する。その後、凍結管１２に不凍液を循環させることで、地盤を凍結する。すると、図１８に示すように、本線トンネル１と支線トンネル５とを跨ぐように、上下にアーチ状の凍結地盤１０が造成される。凍結地盤１０をアーチ状に形成することで、土圧及び水圧に耐えることができる。このアーチ状の凍結地盤１０よりも内側の部分の地盤を掘削することで、鋼殻を設置するのに必要な空間を確保することができる。
【０００７】
しかし、パイロットトンネル１１から本線トンネル及び支線トンネルに向けて凍結管１２を地盤中に設置するので、図１８に示すように、アーチ状の凍結地盤よりも外側にパイロットトンネル１１を形成する必要がある。このため、パイロットトンネル１１により仮設構造が高さを要し、大深度地下に仮設構造を形成するために、より深い位置に本線トンネル及び支線トンネルを形成する必要が生ずる。また、パイロットトンネル１１の周囲はアーチ形を形成するのに不要であり、不要な部分を凍結するエネルギーの無駄が生じ、工費が高価となる。
【０００８】
本発明の課題は、トンネルの拡幅部や合流部を安価に形成することができるトンネルの構築方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、トンネルの構築方法であって、
ほぼ平行に掘進される本線トンネル及び支線トンネルよりも上方及び下方のみに、前記本線トンネル及び前記支線トンネルとほぼ平行にパイロットトンネルを１本ずつ掘削し、
次に、前記パイロットトンネルから前記本線トンネル及び前記支線トンネルの上部及び下部の地盤に、不凍液が循環される凍結管をアーチ状に挿入し、
次に、前記パイロットトンネル内に充填材を充填し、
前記凍結管に不凍液を循環させることで前記本線トンネル及び前記支線トンネルの上部及び下部の地盤のみをアーチ状に凍結させ、次に、前記本線トンネル及び支線トンネルの前記覆工間の地中を掘削するとともに、前記本線トンネル及び前記支線トンネルの上下部のセグメントの外周側の地中を掘削して空洞部を形成し、
その後、前記本線トンネル及び前記支線トンネルの上部のセグメント間に上部の連結部材を架け渡すとともに、前記本線トンネル及び前記支線トンネルの下部のセグメント間に下部の連結部材を架け渡すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、トンネルの拡幅部や合流部を安価に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用した一実施形態の構成を示すもので、トンネル合流部の一体化覆工を示した概略正面図である。
【図２】図１の本線トンネル側の押出セグメントを示すもので、その破断正面図（ａ）及び底面図（ｂ）と、図（ａ）の矢印Ｃ部の拡大断面図（ｃ）である。
【図３】図１の支線トンネル側の押出セグメントを示すもので、その破断正面図（ａ）及び底面図（ｂ）と、図（ａ）の矢印Ｃ部の拡大断面図（ｃ）である。
【図４】トンネルの拡幅部を構築する方法を示す説明図である。
【図５】トンネルの拡幅部を構築する方法を示す説明図である。
【図６】トンネルの拡幅部を構築する方法を示す説明図である。
【図７】トンネルの拡幅部を構築する方法を示す説明図である。
【図８】トンネルの拡幅部を構築する方法を示す説明図である。
【図９】トンネルの拡幅部を構築する方法を示す説明図である。
【図１０】トンネルの拡幅部を構築する方法を示す説明図である。
【図１１】トンネルの拡幅部を構築する方法を示す説明図である。
【図１２】トンネルの拡幅部を構築する方法を示す説明図である。
【図１３】トンネルの拡幅部を構築する方法を示す説明図である。
【図１４】トンネルの拡幅部を構築する方法を示す説明図である。
【図１５】トンネルの拡幅部を構築する方法を示す説明図である。
【図１６】トンネルの拡幅部を構築する方法を示す説明図である。
【図１７】トンネルの拡幅部を構築する方法を示す説明図である。
【図１８】従来の凍結工法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
図１は本発明を適用した一実施形態の構成としてトンネル合流部の一体化覆工を示したものである。
【００１３】
図示のように、トンネル合流部において、本線トンネル１は、ランプトンネル５に対し反対側の一般セグメント２と、上下の押出セグメント３とから覆工が構成される。
また、本線トンネル１に接近してほぼ平行に掘進される支線トンネルであるランプトンネル５は、本線トンネル１に対し反対側の一般セグメント６と、上下の押出セグメント７ととから覆工が構成される。
【００１４】
そして、本線トンネル１の上下の押出セグメント３と、ランプトンネル５の上下の押出セグメント７とには、上下の連結部材９が架け渡される。連結部材９は、図示のようにアーチ状をなすもので、具体的には、鋼製支保工９１と、その内側の合成セグメント９２とから構成される。
上下のアーチ状をなす連結部材９と、その両側方に連続する一般セグメント２、６及び押出セグメント３、７とにより、外圧に強い楕円形状のトンネル合流部が構築される。
【００１５】
本線トンネル１の押出セグメント３は鋼製で、図２に示すように、セグメント本体３１の中間部の一部に形成された四角形の開口部３２に、ボックス状突出部３３を内外周方向へ突出可能に嵌合して組み付けたものである。
ボックス状突出部３３は、上面部及び四周の側面部から構成されて、セグメント本体３１の厚みのほぼ倍の厚みを有するもので、セグメント本体３１と同様、内部に補強リブ３４を有している。このボックス状突出部３３は、セグメント本体３１と外周面をほぼ面一とした状態で、開口部３２において仮止めボルト３５を小凹部３６に突き当ててセグメント本体３１に仮組付されている。この仮組付状態において、ボックス状突出部３３のセグメント本体３１から内周側に突出した部分には、押出完了時の本組付のためのボルト孔３７が形成されている。
【００１６】
ランプトンネル５の押出セグメント７は鋼製で、図３に示すように、セグメント本体７１の中間部の一部に形成された四角形の開口部７２に、ボックス状突出部７３を内外周方向へ突出可能に嵌合して組み付けたものである。
ボックス状突出部７３は、上面部及び四周の側面部から構成されて、セグメント本体７１の厚みのほぼ倍の厚みを有するもので、セグメント本体７１と同様、内部に補強リブ７４を有している。このボックス状突出部７３は、セグメント本体７１と外周面をほぼ面一とした状態で、開口部７２において仮止めボルト７５を小凹部７６に突き当ててセグメント本体７１に仮組付されている。この仮組付状態において、ボックス状突出部７３のセグメント本体７１から内周側に突出した部分には、押出完了時の本組付のためのボルト孔７７が形成されている。
【００１７】
上下の連結部材９の外側には、施工時には凍結工法により、本線トンネル１とランプトンネル５とを跨ぐように、断面略アーチ形の凍結地盤１０、１０が形成されている。具体的には、上下の連結部材９の外側には、パイロットトンネル１１、１１が形成されている。パイロットトンネル１１、１１から本線トンネル１及びランプトンネル５の一般セグメント２・６に向けて凍結管１２が挿入されている。また、パイロットトンネル１１、１１の内部には充填材１３が充填されている。凍結管１２に不凍液を循環させ、周囲の地盤を冷却することで、断面略アーチ形の凍結地盤１０、１０が形成される。
【００１８】
次に、トンネルの拡幅部を構築する方法について図４〜図１７を用いて説明する。
まず、図４に示すように、地盤中に本線トンネル１を形成する。このとき、本線トンネルは、一般セグメント２、押出セグメント３及び切削セグメント４から形成する。一般セグメント２及び押出しセグメント３に対し、切削セグメント４は薄いものを用いてもよい。切削セグメント４は、ランプトンネル５を掘削するシールド掘削機のカッタによって掘削可能な材料からなる。
次に、押出セグメント３において、図示しない油圧ユニット等による押出装置を用いてボックス状突出部３３を外周側に押し出す。
そして、ボックス状突出部３３の押出完了後、そのボルト孔３７において、セグメント本体３１の開口部３２の周壁に対しボックス状突出部３３をボルトにより固定状態に組み付けておく。次に、上下の押出セグメント３の間に隔壁セグメント１４を設置する
【００１９】
次に、図５に示すように、隔壁セグメント１４と一般セグメント２との間の空間に内部支保工１５を設置する。次に、隔壁セグメント１４と切削セグメント４との間の空間に裏込め材１６を裏込め充填する。
【００２０】
次に、図６に示すように、地盤中にランプトンネル５を形成する。このとき、ランプトンネル５は、一般セグメント６、押出セグメント７及び撤去用セグメント８から形成する。
なお、ランプトンネル５を掘削するシールド掘削機のカッタによって切削セグメント４が切削される。
【００２１】
次に、押出セグメント７において、図示しない油圧ユニット等による押出装置を用いてボックス状突出部７３を外周側に押し出す。
なお、この押し出しに先立ち、予め仮止めボルト７５を抜き取っておく。ボックス状突出部７３の押出完了後は、そのボルト孔７７において、セグメント本体７１の開口部７２の周壁に対しボックス状突出部７３をボルトにより固定状態に組み付けておく。
【００２２】
次に、図７に示すように、ランプトンネル５からパイロットトンネル１１、１１用のシールド掘削機を発進させ、パイロットトンネル１１、１１を形成する。
次に、図８に示すように、パイロットトンネル１１，１１から本線トンネル１及びランプトンネル５の一般セグメント２・６に向けて地盤中に凍結管１２を挿入する。その後、パイロットトンネル１１、１１の内部に充填材１３を充填する。次に、凍結管１２に不凍液を循環させることで、地盤を凍結する。すると、図８に示すように、本線トンネルと支線トンネルとを跨ぐように、上下にアーチ状の凍結地盤１０が造成される。なお、パイロットトンネル１１、１１の内部に充填材１３が充填されているため、パイロットトンネル１１、１１が凍結地盤１０とともにアーチを形成する。このため、以後の工程において凍結地盤１０よりも内側の部分の地盤を掘削する際にも、土圧及び水圧に耐えることができる。以後、トンネルの拡幅部が完成するまで不凍液の循環を循環させ、地盤の冷却を継続する。
次に、ランプトンネル５の内部にも内部支保工１８を設置する。
【００２３】
次に、図９に示すように、ランプトンネル５の内部に作業構台１７を設置する。そして、上部の撤去用セグメント８の一部を撤去する。次に、図１０に示すように、本線トンネル１及びランプトンネル５の覆工間の上部の地盤を掘削し、空洞部を形成する。このとき、アーチ形の凍結地盤１０が形成されているため、素掘りで地盤を掘削することができる。なお、撤去用セグメント８を撤去した部分が空洞部への出入口となる。
【００２４】
次に、図１１に示すように、掘削された上部の空洞部の天井部において、長尺鋼管フォアパイリング施工などにより鋼製支保工９１を形成する。次に、図１２に示すように、鋼製支保工９１の下部に合成セグメント９２を取り付ける。次に、図１３に示すように、合成セグメント９２を支持する支保工１９を組み立てる。次に、合成セグメント９２とボックス状突出部３３、７３との間にコンクリート９３を打設する。
【００２５】
その後、図１４に示すように、支保工１９、撤去用セグメント８と隔壁セグメント１４との間の裏込め材１６を除去する。さらに、図１５、図１６に示すように、撤去用セグメント８と切削セグメント４との間の地盤を掘削するとともに、切削セグメントを除去する。そして、撤去用セグメント８と隔壁セグメント１４との間に内部支保工２０を設置する。
【００２６】
次に、図１７に示すように、掘削された空洞部の底部においても、長尺鋼管フォアパイリング施工などにより鋼製支保工９１を形成する。次に、鋼製支保工９１の上部に合成セグメント９２を取り付ける。次に、合成セグメント９２とボックス状突出部３３、７３との間にコンクリート９３を打設する。
【００２７】
その後、内部支保工１５、１８、２０、撤去用セグメント８及び隔壁セグメント１４を完全に撤去する。以上により、図１に示すようにトンネルの拡幅部が構築される。
以上のとおり、上下の連結部材９が形成される位置よりも外側の地盤に断面略アーチ形の凍結地盤１０を設けることで、凍結地盤１０よりも内側の部分の地盤を掘削する際に、土圧及び水圧に耐えることができる。
【００２８】
また、パイロットトンネル１１、１１の内部に充填材１３を充填し、パイロットトンネル１１、１１が凍結地盤１０とともにアーチを形成するため、仮設構造の高さを抑えることができる。さらに、アーチ形の凍結地盤１０を形成するのに不要な部分を凍結しないため、エネルギーの無駄がなく、工期を短縮でき、工費を安価に抑えることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  本線トンネル
２、６  一般セグメント
３、７  押出セグメント
４、８  撤去用セグメント
５  支線トンネル
９  連結部材
１０  凍結地盤
１１  パイロットトンネル
１２  凍結管
１３  充填材
１４  隔壁セグメント
１５、１８、１９  内部支保工
１６  裏込め材
１７  作業構台
３１、７１  セグメント本体
３２、７２  開口部
３３、７３  ボックス状突出部
３４、７４  補強リブ
３５、７５  仮止めボルト
３６、７６  小凹部
３７、７７  ボルト孔
９１  鋼製支保工
９２  合成セグメント
【図１】
0005550879.tif 000002
【図２】
0005550879.tif 000003
【図３】
0005550879.tif 000004
【図４】
0005550879.tif 000005
【図５】
0005550879.tif 000006
【図６】
0005550879.tif 000007
【図７】
0005550879.tif 000008
【図８】
0005550879.tif 000009
【図９】
0005550879.tif 000010
【図１０】
0005550879.tif 000011
【図１１】
0005550879.tif 000012
【図１２】
0005550879.tif 000013
【図１３】
0005550879.tif 000014
【図１４】
0005550879.tif 000015
【図１５】
0005550879.tif 000016
【図１６】
0005550879.tif 000017
【図１７】
0005550879.tif 000018
【図１８】
0005550879.tif 000019