(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構築しようとする地下構造物の上部両端側とその間に複数のシールド孔を並列に掘進し、次に上部両端側に位置する各シールド孔内において前記地下構造物の両側に支柱ぐいまたは連壁を構築し、次に前記シールド孔を一つの空間に連通させ、かつ当該空間に鉄筋コンクリートによる頂版部を構築し、次に前記頂版部と支柱ぐいまたは連壁とからなる門型架構を土留め構造物として前記頂版部の下側地盤の掘削、前記頂版部両側の側壁部の構築および底版部の構築をそれぞれ行うことを特徴とする地下構造物の構築工法。
【請求項２】
構築しようとする地下構造物の上部両端側とその間に複数のシールド孔を並列に掘進し、次に上部両端側に位置する各シールド孔内において前記地下構造物の両側に支柱ぐいまたは連壁を構築し、次に前記シールド孔を一つの空間に連通させ、かつ当該空間に鉄筋コンクリートによる頂版部を構築し、次に前記頂版部と支柱ぐいまたは連壁とからなる門型架構を土留め構造物として前記頂版部の下側地盤を掘削しつつ、前記頂版部の両側に側壁部を構築し、次に掘削底部に底版部を構築することを特徴とする地下構造物の構築工法。
【請求項３】
各シールド孔を矩形断面形とし、かつその天井部をアーチ状とすることを特徴とする請求項１または２記載の地下構造物の構築工法。
【請求項４】
各シールド孔の地山を鋼殻で覆工することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一に記載の地下構造物の構築工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は地下構造物の構築工法に関し、特に幅の狭い道路や限られた用地の下に地下構造物を構築する場合に適し、例えば地下道、地下鉄などの地下交通施設、電力、ガス、上下水道などのライフライン施設、さらには地下鉄の駅舎、地下街、地下駐車場などの都市施設として広く利用される地下構造物の建設に用いることができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
これまで、都市部における道路、鉄道、河川、公園などの公共施設の限られた施設内の地盤面下に地下交通施設などの地下構造物を構築する際、敷地面積が広く敷地に比較的余裕があるときは、地上から施工する開削工法で行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、掘削規模が非常に大きい場合、周囲の地山を保持する土留め壁、支持杭、支保工などの仮設工事が大規模なものとなり、また大量の掘削土と埋戻し土が発生し、その処理・取り扱いが大きな課題になっていた。
【０００４】
また、地下鉄のトンネル等のように比較的掘削断面の小さい線状地下構造物の場合はシールド工法が多く用いられているが、地下鉄でも駅舎のように掘削断面幅が非常に広い場合や掘削断面幅が途中で変化するような場合には、非常に困難な施工を強いられていた。
【０００５】
また、きわめて限られた敷地内において比較的面積が広く、しかも掘削断面幅が途中で変化するような地下構造物を開削工法で構築する場合、掘削のための土留め壁は周辺構造物に近接して施工する必要があるため、大規模掘削に伴い発生する周辺地盤の変形・沈下が周辺の近接する構造物に大きな影響を及ぼし、その影響を低減するには地盤改良などの防護工が必要であった。
【０００６】
また施工中、地上に広大な作業帯が必要になることから、地上の道路や公園などの地上施設の使用を一部制限せざるを得ず、交通渋滞を招く等して市民生活に影響を及ぼす場合もあった。
【０００７】
さらに、シールド工法は、幅の広い断面や断面幅が変化する構造物を施工するには、特殊仕様のシールド機が必要になる等してきわめて困難な施工を強いられるだけでなく、施工可能なシールド孔の断面も非常に限られたものになる等の課題があった。
【０００８】
本願発明は以上の課題を解決するためになされたもので、近隣の既存構造物への影響がきわめて少なく、かつ都市部などのきわめて限られた道路や用地の下に可能な限り大きな空間を持つ地下構造物をきわめて効率的に、かつ安全に構築できる地下構造物の構築工法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の地下構造物の構築工法は、構築しようとする地下構造物の上部両端側とその間に複数のシールド孔を並列に掘進し、次に上部両端側に位置する各シールド孔内において前記地下構造物の両側に支柱ぐいまたは連壁を構築し、次に前記シールド孔を一つの空間に連通させ、かつ当該空間に鉄筋コンクリートによる頂版部を構築し、次に前記頂版部と支柱ぐいまたは連壁とからなる門型架構を土留め構造物として前記頂版部の下側地盤の掘削、前記頂版部両側の側壁部の構築および底版部の構築をそれぞれ行うことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２記載の地下構造物の構築工法は、構築しようとする地下構造物の上部両端側とその間に複数のシールド孔を並列に掘進し、次に上部両端側に位置する各シールド孔内において前記地下構造物の両側に支柱ぐいまたは連壁を構築し、次に前記シールド孔を一つの空間に連通させ、かつ当該空間に鉄筋コンクリートによる頂版部を構築し、次に前記頂版部と支柱ぐいまたは連壁とからなる門型架構を土留め構造物として前記頂版部の下側地盤を掘削しつつ、前記頂版部の両側に側壁部を構築し、次に掘削底部に底版部を構築することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３記載の地下構造物の構築工法は、請求項１または２記載の地下構造物の構築工法において、各シールド孔を矩形断面形とし、かつその天井部をアーチ状とすることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４記載の地下構造物の構築工法は、請求項１〜３のいずれか一に記載の地下構造物の構築工法において、各シールド孔の地山を鋼殻で覆工することを特徴とするものである。
【００１３】
本願発明の地下構造物の構築工法はいずれも、小断面単体シールド機の組み合せにより、構築しようとする任意大断面形状のトンネルの外殻部を先行掘削した後、トンネル内に躯体コンクリートを打設することにより、最初に大断面トンネルの外殻部を構築し、その後外殻部の内部土砂を掘削することによって、非開削工法により超大断面トンネルを構築するＭＭＳＴ工法を採り入れたものである。
【００１４】
施工に際しては、シールド孔の掘進は先行して行うが、その後の頂版部の施工、支柱ぐいまたは連壁の施工、側壁部の施工、さらに底版部の施工は、必ずしも一つ一つ順番に行う必要はなく、複数の工事を並行して行ってもよく、むしろ、並行して行うことができる場合は、可能なかぎり複数の工事を並行して行う方が効率的な施工が図れ、かつ工期の大幅な短縮化が図れるため望ましい。
【００１５】
例えば、地下構造物の規模が小さいく、掘削幅が比較的狭い場合には、上端部のシールド孔を二列ないし三列に先行して掘進し、その後頂版部の施工と並行して支柱ぐいまたは連壁の施工を行ってもよい。
【００１６】
また逆に、地下構造物の規模が大きく、掘削幅が非常に大きい場合には、構築しようとする地下構造物の両端側にシールド孔の掘進と支柱ぐいまたは連壁の施工のみを先行して行い、その後から両端側のシールド孔間に複数のシールド孔を掘進してもよく、あるいは構築しようとする地下構造物の両端側にシールド孔のみを先行して掘進し、その後から支柱ぐいまたは連壁の施工と並行して両端側のシールド孔間に複数のシールド孔を掘進してもよい。
【００１７】
また、地下構造物の両端側にシールド孔のみを先行して掘進し、その後から支柱ぐいまたは連壁の施工と並行して両端側のシールド孔間に複数のシールド孔を掘進し、さらにその後方で頂版部の施工を開始してもよい。さらに、シールド孔を掘進しながら、そのすぐ後方で支柱ぐいまたは連壁を施工することもできる。
【００１８】
もちろん、各工事を一つ一つ順番に行ってもよく、その最も一般的な方法として、例えば、構築しようとする地下構造物の上端部に複数のシールド孔を並列にそれぞれ掘進し、次に両端側の前記シールド孔内において支柱ぐいまたは連壁をそれぞれ施工し、次に前記シールド孔間を連通させて頂版部を構築し、次に前記頂版部の下側の土砂を掘削しつつ、前記頂版部の両側に側壁部を構築し、そして最後に底版部を構築してもよい。
【００１９】
なお、構築しようとする地下構造物の規模が非常に大きく、このため隔壁によって空間を複数に仕切る場合や補強する場合があり、この場合の隔壁は連続する壁の場合のほかに所定間隔おきに配置された壁柱の場合もある。
【００２０】
また隔壁は、地下構造物の規模に応じて並列に複数構築する場合があり、その際、各隔壁の上端部に予めシールド孔を掘進し、その後各シールド孔内において予め支柱ぐいまたは連壁を施工する。
【００２１】
また、各シールド孔の掘削断面の形状は特に限定されるものではないが、シールド孔の掘削断面を矩形断面形とすると、地下空間として利用する上で無駄な空間が発生しにくいため望ましいが、ただシールド孔の天井面はアーチ形状とする方が、アーチ作用により土圧に抵抗力が増す。
【００２２】
また、シールド孔の覆工材としては、例えば鋼殻、鋼製セメント、ＲＣセメント等を用いることができるが、特に鋼殻は厚手の鋼板からシールド孔の大きさや形状に応じて任意大きさのものまで比較的容易にしかも廉価に形成することができ、また必要に応じてコンクリートを充填して補強できるので望ましい。
【００２３】
なお、頂版部、両側の側壁部および底版部はいずれも場所打ち鉄筋コンクリートで構築することができる。また、支柱ぐいとしては、Ｈ形鋼などの杭材として一般に用いられているものを用いることができ、また連壁としても土留め材として一般に用いられているものを用いることができる。
【００２４】
さらに、鋼殻の内側をコンクリートで覆工することにより、周囲の地盤状況に応じて鋼殻リングを全体的にも部分的にも補強することが可能になり、このため鋼殻リング自体の強度を一律に高める必要がなく、鋼殻をきわめて経済的に製作することができる。
【００２５】
この場合の土留め構造物が、頂版部とその両側の支柱ぐいまたは連壁とからなる門型に形成されていることで地山の安定化を図ることができ、頂版部下の土砂を掘削する際の安全性が図れる。なお、掘削断面幅が非常に大きい場合には、必要に応じて中間部に支柱ぐいまたは連壁を配置してもよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１（ａ），（ｂ）は、地下構造物の一例を示し、図１（ａ）の場合、上下方向に所定間隔をおいて頂版部１と底版部２が配置され、その両側に側壁部３，３が配置され、さらに頂版部１と底版部２との間に中間底版部４が配置されている。
【００２７】
また、図１（ｂ）の場合、両側の側壁部３，３の間に、さらに隔壁部５が配置されている。こうして、上下または上下および左右に仕切られた複数の空間ａを持つ地下構造物Ａが構築されている。
【００２８】
頂版部１、底版部２、両側の側壁部３および中間底版部４、さらに隔壁部５はいずれも鉄筋コンクリートによって構築されている。また、特に両側の側壁部３と隔壁部５内にはＨ形鋼などの鉄骨材からなる支柱ぐい１３が所定間隔おきに建て付けられ、必要に応じて支柱ぐい１３間にＨ形鋼などの鉄骨材からなる梁材（図省略）が架け渡され、側壁部３および隔壁部５の補強材になっている。
【００２９】
次に、本願発明の地下構造物の構築工法を図２（ａ）〜（ｇ）と図３（ａ）〜（ｄ）に基いて説明する。
【００３０】
１．最初に、構築しようとする地下構造物Ａの両側の上端部とその中間部に、シールド発進用の立坑７をそれぞれ構築し、かつ各立坑７内にシールドマシン（図省略）をそれぞれ配置する。
【００３１】
２．次に、各立坑７から構築しようとする地下構造物Ａの両端側の上端部と中間部にシールド孔８と９をそれぞれ掘進する。また、各シールド孔８と９の地山を例えば図５に図示するような鋼殻１０でそれぞれ覆工し、必要に応じて鋼殻１０の内側にコンクリート１１を所定の厚さに打設する。
【００３２】
なお、ここで使用する鋼殻１０は、ほぼ平行に設置された複数の主桁板１０ａ，１０ａとこの主桁板１０ａ，１０ａの端部間にそれぞれ設置された継手板１０ｂ，１０ｂと主桁板１０ａ，１０ａ間に所定間隔おきに設置された複数の縦リブ１０ｃと、これらの部材からなる軸組の地山側に設置されたスキンプレート１０ｄとから矩形板状に形成されている。
【００３３】
また、こうして形成された鋼殻１０は、各シールド孔の地山にシールド孔の周方向と軸方向にそれぞれ互いに隣接して設置されている。そして、シールド孔の周方向に隣接する鋼殻１０どうしは、双方の継手板１０ｂどうしを複数の継手ボルト１２ａで連結し、さらに主桁板１０ａの端部どうしを接合プレート１２ｂと複数の継手ボルト１２ｃで連結することにより接合され、またシールド孔の軸方向（掘進方向）に隣接する鋼殻１０どうしは、双方の主桁板１０ａどうしを複数の継手ボルト１２ｄで連結することにより接合されている。
【００３４】
３．次に、各シールド孔８と９間（双方の鋼殻１０，１０間）の土砂ｂを掘削し、かつこの部分の鋼殻１０を撤去して両側のシールド孔８，８とその間のシールド孔９とを一つの空間に連通させる。
【００３５】
また、両端側の各シールド孔８内より支柱ぐい１３を施工する。この場合の支柱ぐい１３は各シールド孔の掘進方向に所定間隔おきに打ち込み、また先端を支持地盤に到達させる。
【００３６】
なお、各シールド孔８と９間（双方の鋼殻１０，１０間）の土砂ｂを掘削する場合、周囲の地盤状況によっては、地盤改良や地下水対策などを予め講ずるのが望ましい。また、図１（ｂ）に図示するように隔壁部５を配置する場合は、シールド孔９内においても支柱ぐい１３を施工するものとする。
【００３７】
４．次に、一つの空間に連通させた両端側のシールド孔８，８とその間のシールド孔９内に鉄筋コンクリートによる頂版部１を連続して構築する。その際、頂版部１の両端を両端側の支柱ぐい１３に支持させることにより、頂版部１と両端側の支柱ぐい１３とからなる門型架構を形成し、これをその後の掘削工事の土留め構造物として利用する。こうすることで地山の安定化を図ることができる。
【００３８】
なお、支柱ぐい１３の代わりに連壁を用いれば、連壁を頂版部１の支持体として利用できると同時に、内部掘削時の地山を保持する土留め工としても利用できる。
【００３９】
５．次に、頂版部１の下側の地盤ｃを、両端側の地山を山止め工１４で保持しながら掘り下げ、かつ両側の側壁部３，３を鉄筋コンクリートで構築する。また、場合により側壁部３，３間に隔壁部５を鉄筋コンクリートで構築する。さらに、施工途中、中間部に中間底版部４を鉄筋コンクリートによって構築する。
【００４０】
なお、両端側の側壁部３と隔壁部５の施工は逆巻きコンクリートで構築することにより施工の効率化を図る。また特に、頂版部１と両端側の側壁部３の施工に際しては、周辺地盤の状況により、必要に応じてロックボルト工法などを併用することで、頂版部１および両端側の側壁部３と周辺地盤との一体化を図るものとする。
【００４１】
６．こうして両端側の側壁部３，３と中間底版部４、さらに隔壁部５の施工が完了したら底版部２を鉄筋コンクリートで構築して工事を完了する。
【００４２】
【発明の効果】
本願発明は以上説明したとおりであり、一部にＭＭＳＴ工法を用いることにより、必要な地下空間を有する地下構造物を容易に構築することができ、特に非開削工法であり、大規模な掘削が不要なことから地上施設の構造変更、供用制限は不要であり、また仮設構造物、掘削土量を最少に抑えることができ、しかも埋め戻し土量は発生せず、さらに周囲の既存構造物に対して悪影響を及ぼすことも少ない。
【００４３】
また、掘削断面を自由に変更できるため、非開削工法でありながら幅の広い断面や幅が変化する地下構造物をも、限られた用地幅、既存の埋設物で挟まれた空間を有効に利用して容易に構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （ａ），（ｂ）はともに地下構造物の一例を示す縦断面図である。
【図２】  （ａ）〜（ｇ）は、地下構造物の構築工法の工程を示す縦断面図である。
【図３】  （ａ）〜（ｄ）は、地下構造物の構築工法の工程を示す平面図である。
【図４】  シールド孔の一例を示す一部斜視図である。
【図５】  鋼殻の一例を示す一部斜視図である。
【符号の説明】
１  頂版部
２  底版部
３  側壁部
４  中間底版部
５  隔壁部
７  立坑
８  シールド孔
９  シールド孔
１０  鋼殻
１１  コンクリート
12ａ  継手ボルト
12ｂ  接合プレート
12ｃ  継手ボルト
１３  支柱ぐい
１４  山止め工
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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