(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤内の既存地中構造物の上方にトンネルを構築し、前記トンネル内に、前記既存地中構造物の浮上りを防止するとともに前記トンネルの下方の地盤の変形を防止するための押さえ構造体を構築する地盤変形防止方法であって、
前記トンネル内から前記下方の地盤に向けてアンカーを挿入して、前記アンカーと前記押さえ構造体とを接続する
ことを特徴とする地盤変形防止方法。
【請求項２】
前記アンカーは、前記押さえ構造体を構築する際に前記押さえ構造体に接続される
ことを特徴とする請求項１に記載の地盤変形防止方法。
【請求項３】
前記トンネルは、複数の小断面トンネルからなり、
隣り合う前記小断面トンネルは、互いに隣接して構築される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の地盤変形防止方法。
【請求項４】
前記小断面トンネルの断面形状は、長方形の上側の二つのコーナー部が直線状に面取りされた六角形を呈している
ことを特徴とする請求項３に記載の地盤変形防止方法。
【請求項５】
地盤内の既存地中構造物の上方に構築される新設地中構造物の構築予定位置の底部に、トンネルを構築する底部構築工程と、
前記トンネル内から前記トンネルの下方の地盤に向けてアンカーを挿入するアンカー設置工程と、
前記トンネル内に押さえ構造体を構築する押さえ構造体構築工程と、
前記押さえ構造体を、前記アンカーに接続するアンカー接続工程と、
前記トンネルの上方を掘削して、前記新設地中構造物の上部を構築する上部構築工程と、を備えた
ことを特徴とする地中構造物構築方法。
【請求項６】
前記底部構築工程では、推進工法またはシールド工法によって前記トンネルを構築し、
前記上部構築工程では、開削工法によって前記新設地中構造物の上部を構築する
ことを特徴とする請求項５に記載の地中構造物構築方法。
【請求項７】
前記トンネルの幅方向外側に形成された土留壁と、前記トンネルとの間を止水する止水工程をさらに備えた
ことを特徴とする請求項６に記載の地中構造物構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤変形防止方法およびそれを用いた地中構造物構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、開削工事等において、盤膨れと呼ばれる地盤変形が発生することがある。この盤膨れは、掘削底面の地盤が膨れ上がる現象である。盤膨れの原因としては、１．掘削による応力解放や楊圧力、２．土塊や岩塊が水に触れて崩壊したことによる体積の膨張、３．地下に埋設された地下構造物の上方の地山が掘削されて軽量化したことによる地下構造物の浮上り、４．地下水圧の上昇による地下構造物の浮上り等が考えられる。従来は、例えば、掘削底面を地盤改良して固化することで、盤膨れを防止するようになっていた（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１７１９４９号公報
【特許文献２】特開２００１−１８２０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記した従来技術では、掘削工程の前に、固化剤注入用パイプを地上から底版深さまで挿入して地盤改良を行っていた。この方法では、地上からの作業となるため、道路規制などに多くの手間と時間を要する。また、地盤改良領域の上部に既設地中構造物が埋設されて固化剤注入用パイプの挿入が困難な場合等、工事現場の種々の制限によって盤膨れ等の地盤変形を防止する領域の全体に渡って地盤改良を行うことが不可能な場合もある。そこで、従来技術に代わる新たな工法が求められている。
【０００５】
このような観点から、本発明は、地盤の変形を防止できる新たな地盤変形防止方法およびこれを用いた地中構造物構築方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記のような課題を解決するために創案された本発明は、地盤内の既存地中構造物の上方にトンネルを構築し、前記トンネル内に、前記既存地中構造物の浮上りを防止するとともに前記トンネルの下方の地盤の変形を防止するための押さえ構造体を構築する地盤変形防止方法であって、前記トンネル内から前記下方の地盤に向けてアンカーを挿入して、前記アンカーと前記押さえ構造体とを接続することを特徴とする地盤変形防止方法である。
【０００７】
このような方法によれば、トンネルの構築後にその内部に押さえ構造体を構築するので、押さえ構造体は地中の作業で構築することができ、地上からの作業を低減できるとともに、地盤変形を防止する領域の全体に渡って地盤改良を行うことが不可能な場合でも既存地中構造物の浮上りを防止しつつ盤膨れ等の地盤変形を防止することができる。
【０００８】
そして、前記アンカーは、前記押さえ構造体を構築する際に前記押さえ構造体に接続されることが好ましい。
【０００９】
また、前記トンネルは、複数の小断面トンネルからなり、隣り合う前記小断面トンネルは、互いに隣接して構築されることが好ましい。
【００１０】
さらに、前記小断面トンネルの断面形状は、長方形の上側の二つのコーナー部が直線状に面取りされた六角形を呈していることが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明は、地盤内の既存地中構造物の上方に構築される新設地中構造物の構築予定位置の底部に、トンネルを構築する底部構築工程と、前記トンネル内から前記トンネルの下方の地盤に向けてアンカーを挿入するアンカー設置工程と、前記トンネル内に押さえ構造体を構築する押さえ構造体構築工程と、前記押さえ構造体を、前記アンカーに接続するアンカー接続工程と、前記トンネルの上方を掘削して、前記新設地中構造物の上部を構築する上部構築工程と、を備えたことを特徴とする地中構造物構築方法である。
【００１２】
このような方法によれば、トンネルの構築後にその内部に押さえ構造体を構築するので、地上からの作業を低減できる。また、トンネルは断面が小さいので、押さえ構造体の構築前にトンネルを構築しても、盤膨れ等の地盤変形が発生する可能性は少ない。さらには、押さえ構造体を新設地中構造物の底版として有効利用することもできる。また、前記押さえ構造体を、その下方の地盤に埋設したアンカーに接続することで、押さえ効果の向上を図れる。或いは押さえ構造体の重量が少なくて済むので薄くすることができる。
【００１３】
さらに、前記トンネル構築工程で推進工法またはシールド工法によって前記トンネルを構築し、前記上部構築工程で開削工法によって前記新設地中構造物の上部を構築すれば、開削に先立って押さえ構造体が構築されるので、地表から地盤を掘り下げたときでも、押さえ構造体が「重し」となって、盤膨れ等の地盤変形を防止できる。
【００１４】
また、前記上部構築工程で、前記小断面トンネルの幅方向外側に形成された土留壁と、前記小断面トンネルとの間を止水すれば、施工領域への浸水を防止できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、地盤改良に代わる新たな工法によって地盤の変形を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る地盤変形防止方法および地中構造物構築方法を適用する地盤を示した断面図である。
【図２】本発明に係る地盤変形防止方法および地中構造物構築方法の実施形態において、小断面トンネルを構築した状態を示した断面図である。
【図３】掘削機を示した正面図である。
【図４】本発明に係る地盤変形防止方法および地中構造物構築方法の実施形態において、押さえ構造体を構築した状態を示した断面図である。
【図５】本発明に係る地盤変形防止方法および地中構造物構築方法の実施形態において、小断面トンネルの上方を開削した状態を示した断面図である。
【図６】本発明に係る地盤変形防止方法および地中構造物構築方法の実施形態において、小断面トンネルの上部を切除した状態を示した断面図である。
【図７】本発明に係る地盤変形防止方法および地中構造物構築方法の実施形態において、大断面トンネルの上部を構築した状態を示した断面図である。
【図８】本発明に係る地盤変形防止方法および地中構造物構築方法の実施形態において、大断面トンネルが完成した状態を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態を、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、大断面トンネルの下部を、小断面トンネルを利用して構築する場合を例に挙げて、地盤変形防止方法およびこれを用いた地中構造物構築方法を説明する。
【００１８】
地盤変形防止方法は、盤膨れ等の地盤変形を防止するための方法であって、地盤内にトンネル（後記する小断面トンネル）を構築し、トンネル内に、その下方の地盤の変形を防止するための押さえ構造体を構築することを特徴とする。
【００１９】
本実施形態に係る地中構造物構築方法は、新設地中構造物である大断面トンネル１０の下部（底版１１）を、小断面トンネル２０（請求項におけるトンネル）を利用して構築する大断面トンネルの構築方法であって、地盤内に構築される新設地中構造物の構築予定位置の底部に、トンネルを構築する底部構築工程と、大断面トンネル１０の構築予定位置１２の底部に、小断面トンネル２０を構築する底部構築工程と、小断面トンネル２０内に、押さえ構造体３０を構築する押さえ構造体構築工程と、小断面トンネル２０の上方を掘削して、大断面トンネル１０の上部１４を構築する上部構築工程と、を備えている。本実施形態に係る地中構造物構築方法は、押さえ構造体３０を、その下方に埋設したアンカー２２に接続するアンカー接続工程と、小断面トンネル１０の幅方向外側に形成された土留壁５５と、小断面トンネル１０との間を止水する止水工程と、をさらに備えている。
【００２０】
なお、本実施形態では、大断面トンネル１０の下部のみを小断面トンネル２０を利用して構築しているが、本発明に係る地中構造物構築方法は、これに限定されるものではない。つまり、大断面トンネルの少なくとも下部を、小断面トンネルを利用して構築していればよく、大断面トンネルの下部よりも上方部分までを、推進工法またはシールド工法で構築される小断面トンネルを利用して構築するようにしてもよい。
【００２１】
本実施形態では、図１に示すように、大断面トンネル１０（図８参照）を構築する地盤１内に、下水用トンネル（暗渠）２が既存地中構造物として埋設されている。下水用トンネル２は、大断面トンネル１０の延長方向に沿って二本並列して埋設されている。大断面トンネル１０は、下水用トンネル２の上方で、下水用トンネル２に沿って構築される。
【００２２】
（底部構築工程）
まず、図２に示すように、地盤１内で、下水用トンネル２の上方に小断面トンネル２０を構築する。小断面トンネル２０は、大断面トンネル１０の構築予定位置１２の底部に構築する。小断面トンネル２０は、複数並列して構築され、幅方向に隣接して直線状に配置されている（本実施形態では五列）。小断面トンネル２０の断面積は、小断面トンネル２０の断面分の地盤土砂が取り除かれても、小断面トンネル２０とその周囲の地盤土砂の重量によって下水用トンネル２の浮上りを防止できる値となるように算出する。
【００２３】
小断面トンネル２０は、推進工法やシールド工法等の公知のトンネル構築工法（本実施形態では推進工法）によって構築されている。小断面トンネル２０は、その断面形状が、長方形の上側の二つのコーナー部が直線状に面取りされた六角形を呈している。なお、小断面トンネル２０の断面形状は、六角形に限定されるものではなく、地盤の状態に応じて適宜決定される。
【００２４】
小断面トンネル２０の推進函体２１の先端には、図３に示した掘削機５０が設けられている。掘削機５０は、図示しない発進立坑から到達立坑に向かって推進する。掘削機５０は、正面にメインカッタ５１とコーナーカッタ５２を備えて構成されている。メインカッタ５１は、掘削機５０の正面の中心に軸部が配置されており、小断面トンネル２０の大部分を掘削する。コーナーカッタ５２は、正面下部の両側のコーナー部に配置されており、小断面トンネル２０の下側の二つの出隅部を掘削する。なお、地盤１に礫が多く含まれている場合において、本実施形態のように、上側のコーナー部を面取りし、コーナーカッタを省略して、コスト低減を図っている。但し、大断面トンネルの上部も小断面トンネルを利用して構築する場合は、コーナーカッタを四隅に設けて断面矩形の掘削機とする。また、地盤が比較的掘削しやすい場合も、断面矩形の掘削機としてもよい。
【００２５】
（アンカー接続工程）
次に、中央の小断面トンネル２０の底部に孔をあけて、図４に示すように、この孔から下方の地盤に向けてアンカー２２を挿入する。アンカー２２は、トンネルの長手方向に沿って所定ピッチで複数形成される。アンカー２２は、押さえ構造体３０を小断面トンネル２０内に構築する際に、押さえ構造体３０に接続される。なお、本実施形態では、アンカー２２を形成した後に、押さえ構造体３０を構築しているが、この施工順序に限定されるものではなく、押さえ構造体を構築した後にアンカーを形成するようにしてもよい。
【００２６】
（押さえ構造体構築工程）
押さえ構造体構築工程では、小断面トンネル２０内に、押さえ構造体３０を構築する。押さえ構造体３０は、鉄筋コンクリート製のスラブにて構成されている。本実施形態では、押さえ構造体３０は、小断面トンネル２０の上部を開削したときに下水用トンネル２の浮上りを防止できる重量に形成される。押さえ構造体３０を構築するに際しては、隣接する推進函体２１，２１の接触部分の鋼殻のスキンプレートを撤去し、複数の小断面トンネル２０，２０・・・の内部を連通させる。そして、連通された各小断面トンネル２０内部に、配筋を連続的に施して、所定の厚さになるようにコンクリートを打設する。コンクリートは、発進立坑または到達立坑から小断面トンネル２０内を通って供給され、小断面トンネル２０内で打設される。
【００２７】
このとき、アンカー２２の頭部の周囲にも適宜配筋が施されており、押さえ構造体３０とアンカー２２が一体化される（アンカー接続工程）。押さえ構造体３０は、小断面トンネル２０内に一体形成されたコンクリート構造体３１と、推進函体２１の下部２１ａとで構成される。このように押さえ構造体３０を、小断面トンネル２０内に構築することで、下水用トンネル２上方の重量を確保し、上から押さえることで、押さえ構造体３０が「重し」となり、下水用トンネル２の浮き上がりを防止する。
【００２８】
（上部構築工程）
次に、上部構築工程に移行する。図５乃至図７に示すように、本実施形態の上部構築工程では、開削工法によって大断面トンネル１０の上部１４を構築する。
【００２９】
まず、図５に示すように、押さえ構造体構築工程と前後あるいは並行して、並列された複数の小断面トンネル２０，２０・・・の幅方向外側に、土留壁５５を形成する。土留壁５５は、開削工程にて地盤を掘り下げる前に、大断面トンネル１０の構築予定位置の両側に形成しておく。土留壁５５は、例えば、Ｈ形鋼等からなる土留杭を複数打ち込んで、隣り合う土留杭の間に矢板をはめ込んで形成される。
【００３０】
その後、小断面トンネル２０の上方を地上から開削する。地盤１を掘り下げたら、互いに対向する土留壁５５，５５間に梁等を組み付けて山留支保工５６を形成し、開削溝の内側から土留壁５５を支持する。開削と並行して、土留壁５５と小断面トンネル２０との間を止水する（止水工程）。この止水は、土留壁５５と小断面トンネル２０との間およびその下方の地盤５７を地盤改良することで行う。地盤改良は、地盤５７内にセメントミルクや固化薬液などの注入材を注入して、透水係数を小さくする。ここで、下水用トンネル２の上方の地盤１が取り除かれることとなるが、押さえ構造体３０が下水用トンネル２を上から押さえているので、下水用トンネル２が浮き上がることはない。
【００３１】
止水工事が完了したら、図６に示すように、小断面トンネル２０の推進函体２１の上部２１ｂ（押さえ構造体３０のコンクリート構造体３１よりも上方に突出している部分）を切断して撤去する。推進函体２１は、押さえ構造体３０の上面と同等の高さで切断する。押さえ構造体３０と推進函体２１の下部２１ａとで、大断面トンネル１０の下部（底版１１）が構成される。
【００３２】
その後、底版１１の上部にアンカー筋（図示せず）を設置するとともに、型枠（図示せず）を形成する。そして、トンネル長手方向の所定長さのエリアごとに、山留支保工５６を撤去して、型枠内にコンクリートを打設し大断面トンネル１０の上部１４を構築する。所定の養生期間を経て大断面トンネル１０の強度が発現したら、大断面トンネル１０と土留壁５５間に山留支保工５６’形成する。その後、大断面トンネル１０の上部１４の構築が完了した隣のエリアで、前記工程を順次繰り返し行って、大断面トンネル１０の上部１４を構築する。このように、所定長さのエリア毎に、山留支保工５６，５６’を盛り替えていくことで、コンクリートの打設時に山留支保工５６が取り除かれる長さを短くできるので、地盤１の壁面の山留めを行うことができる。
【００３３】
大断面トンネル１０の全長に渡って上部１４の構築が完了したら、埋め戻しを行いつつ、山留支保工５６’を撤去して、トンネル構築が完了する。このとき、土留壁５５も埋設する。
【００３４】
以上説明したような地盤変形防止方法および地中構造物構築方法によれば、地盤１内に、小断面トンネル２０を構築し、その小断面トンネル２０内に、押さえ構造体３０を構築しているので、地盤１内の工事で、地盤１の変形を防止できる。特に、本実施形態では、下水用トンネル２の上方に押さえ構造体３０を形成しているので、下水用トンネル２の浮き上がりを防止することができる。また、地盤変形防止のための工事における地上からの作業を地中に形成した小断面トンネル１０の内部で行うので、地上から固化剤を注入していた従来と比較して、大幅に低減することができる。これによって、道路規制等の地上での影響を最小限にすることができる。
【００３５】
また、本実施形態のように地中で押さえ構造体３０を構築する新たな地盤変形防止方法および地中構造物構築方法によれば、従来の工法において地盤改良領域の上部に既設地中構造物が埋設されて固化剤注入用パイプの挿入が困難な場合等の、地盤変形を防止する領域の全体に渡って地盤改良を行うことが不可能な場合であっても、地盤１の変形を防止することができる。
【００３６】
さらに、本実施形態では、押さえ構造体３０は、推進函体２１の下部２１ａと合わせて、後の工程で地盤１内に構築される大断面トンネル１０の底版１１を構成するので、押さえ構造体３０を有効利用することができる。これによって、大断面トンネル１０の工期短縮とコストダウンが達成できる。言い換えれば、大断面トンネル１０の底版１１を利用して地盤の変形を防止しているので、従来の固化剤注入のような地盤変形防止のためのみの工事を行う必要がなく、その分の工期やコストを省略することができる。
【００３７】
また、本実施形態では、押さえ構造体３０を、その下方の地盤１に埋設したアンカー２２に接続しているので、地盤１の変形を防止する押さえ効果の向上を図れる。また、押さえ構造体３０をアンカー２２に接続することで、押さえ構造体３０の重量を減らすことができるので、押さえ構造体３０本体を薄くすることができる。これによって、押さえ構造体３０の構築に必要なコストおよび工期を低減することができる。
【００３８】
さらに、本実施形態では、開削工法によって大断面トンネル１０の上部を構築しているので、上部構築工程における工期短縮およびコストダウンを図ることができる。また、開削工事における土留杭５４の打ち込みを、押さえ構造体３０の構築後に行っているので、地上からの作業（土留杭５４の打ち込み）を、開削工程の日程と連続して行える。これによって、道路規制の期間を最小限に抑えることができる。
【００３９】
さらに、上部構築工程では、小断面トンネル２０の幅方向外側に形成された土留壁５５と、小断面トンネル２０との間を止水しているので、施工領域への浸水を防止でき、施工環境の向上を図れる。なお、地盤１の状態（地下水が少ない場合等）によっては、止水工事を行わなくてもよい場合もある。
【００４０】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定する趣旨ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。例えば、本実施形態では、押さえ構造体３０は、下水用トンネル２の上方に設けられ、その浮上りを防止するように構成されているがこれに限定されるものではない。下水用トンネルが埋設されていない地盤１内であっても、地盤の浮上りや変形の虞がある地盤、例えば、地下水圧が高い地盤等において、大断面トンネルを構築する場合に、その大断面トンネルの構築予定位置の底部に小断面トンネルを構築して、その小断面トンネル内に押さえ構造体を形成するようにしてもよい。また、既存地中埋設物は下水用トンネル２に限定されるものではなく、地下鉄の函体や建築物の布基礎等、地中に埋設されている構造物であっても、本発明は適用可能である。
【００４１】
さらに、本実施形態の上部構築工程では、開削工法によって大断面トンネル１０の上部１４を構築しているが、これに限定されるものではなく、上部１４も小断面トンネルを利用して構築するようにしてもよい。このようにすれば、地上からの作業をさらに低減することができる。
【００４２】
また、前記実施形態では、大断面トンネル１０が地盤１内に構築される新設地下構造物であったが、これに限定されるものではない。例えば、地下に埋設される地下タンク等の他の地下構造物であってもよい。この場合、地下タンクの下方に形成される基礎部分にトンネルを形成して、そのトンネル内に押さえ構造体を構築することとなる。これによって、基礎部分およびその下方の地盤の変形を防止することができる。
【００４３】
さらに、本発明に係る地盤変形防止方法においては、小断面トンネルの構築位置は、大断面トンネルの構築予定位置の底部に限定されるものではない。具体的には、トンネル等の地下構造物を構築する場所でなくても、例えば地下水圧の上昇等の理由によって地盤変形が発生する虞のある地盤の内部に、小断面トンネルを構築して押さえ構造体を構築するようにしてもよい。この場合においても、地上からの作業を省略できるので、道路規制等の地上への影響を低減することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１      地盤
１０    大断面トンネル（新設地中構造物）
１１    底版
１２    （大断面トンネルの）構築予定位置
１４    （大断面トンネルの）上部
２０    小断面トンネル（トンネル）
２１ａ  （小断面トンネルの）下部
２１ｂ  （小断面トンネルの）上部
２２    アンカー
３０    押さえ構造体
５５    土留壁
【図１】
0005584542.tif 000002
【図２】
0005584542.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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