(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大断面を有したトンネルが、断面略矩形状に形成されたトンネル構造体と、その内方に形成されたトンネル空間とからなり、
前記トンネル構造体が、断面視矩形の矩形シールドトンネルと、断面視円形の円形シールドトンネルとを交互に隣接配置し、かつ互いに隣接する前記矩形シールドトンネルと前記円形シールドトンネルとを、その一部を互いに重合させて一体化したものである大断面トンネルであって、
前記トンネル構造体の断面方向における辺の長さを該トンネル構造体の軸線方向に沿って漸次増加または減少させる部分で、前記円形シールドトンネルの両側に位置する前記矩形シールドトンネルどうしが漸次離間または接近し、かつ互いに隣接する前記矩形シールドトンネルと前記円形シールドトンネルとの重合寸法が漸次減少または増加していることを特徴とする大断面トンネル。
【請求項２】
請求項１記載の大断面トンネルにおいて、前記矩形シールドトンネルと前記円形シールドトンネルとの重合寸法が漸次減少または増加するにともなって、前記矩形シールドトンネルを構成するセグメントの寸法が漸次増加または減少することを特徴とする大断面トンネル。
【請求項３】
予め定めた間隔を隔てて複数の矩形シールドトンネルを先行構築した後、円形のシールドトンネルを、互いに隣接する前記矩形シールドトンネル間の地山にその一部をこれら矩形シールドトンネルに重合させて後行構築することによって、前記矩形シールドトンネルと前記円形シールドトンネルとが交互に隣接配置されてなるトンネル構造体を構築し、しかる後に、前記トンネル構造体の内方の地山を掘削してここに空間を形成することによって大断面を有したトンネルを構築する方法であって、
前記トンネル構造体の辺の長さをその軸線方向に沿って漸次増加または減少させる部分では、互いに隣接する前記矩形シールドトンネルどうしを漸次離間または接近させるよう構築しておき、この後に前記円形シールドトンネルを構築するに際して、これら矩形シールドトンネルと該円形シールドトンネルとの重合寸法を漸次減少または増加させることを特徴とする大断面トンネルの構築方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大断面を有した断面視矩形状のトンネルを構築するに際して用いて好適な大断面トンネルおよびその構築方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、トンネルの構築には、シールド掘削機で地山を掘削し、その後方においてシールド掘削機と略同径のトンネルを構築するシールド工法が多用されている。しかしながらシールド工法では、大断面のトンネルを構築しようとすると、当然のことながらそれに用いるシールド掘削機が大型化し、この結果、シールド掘削機の製作、運搬、現場組立等のあらゆる面において人手およびコストが嵩むものとなってしまう。
【０００３】
このため、近年では、大断面のトンネルの形状に沿って小径トンネルを多数構築することによって、これら小径トンネルから大断面のトンネル構造体を形成する工法が開発されている。
【０００４】
ところで、特に内部に大空間を有する大断面トンネルを構築しようとした場合、図７に示すように、断面円形のトンネル構造体１を構築し、その内方に所定寸法の空間Ｓを形成していたのでは、空間Ｓに対してトンネル構造体１が大きいために、大断面トンネルＴを構築するに要する用地が広く必要となってコストが嵩んだり、用地確保ができない場合には所定寸法の空間Ｓを形成することができないといった問題がある。
【０００５】
このため、図８に示すように、断面視矩形の大断面トンネルＴ’を構築するようにすれば、所定寸法の空間Ｓを形成するための必要最小限の用地を確保すればよく、これによりコストの低減を図れることから、このような断面視矩形の大断面トンネルＴ’の構築工法が各種開発されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の大断面トンネルおよびその構築方法には、以下のような問題が存在する。
図８に示したような断面視矩形の大断面トンネルＴ’のトンネル構造体２を構築するに際しては、トンネル構造体２の四辺を構成する水平部２ａ、鉛直部２ｂを、それぞれセグメントを断面視ロ字状に組んで構築した後、互いに隣接する水平部２ａと鉛直部２ｂどうしを、継ぎ目部Ａにおいて接続する必要がある。
これには、図９（ａ）に示すように、トンネル構造体２の水平部２ａと鉛直部２ｂとを別々に構築した後、まずこれら水平部２ａと鉛直部２ｂとの間の地盤Ｇ１を薬液注入あるいは凍結工法等を用いて地盤改良する。続いて、図９（ｂ）に示すように、水平部２ａを構築する際にその端部に組み込んでおいた接続部土留材３を鉛直部２ｂに向けて押し出す。そして、接続部土留材３を鉛直部２ｂに到達させた後、水平部２ａと鉛直部２ｂのセグメント４を撤去し、鉛直部２ｂ側に接続用ブラケット５を取り付ける。このようにして水平部２ａと鉛直部２ｂとを一体に接続した後、図９（ｃ）に示すように、その内方に鉄筋６等を配し、コンクリート７を打設することによってトンネル構造体２が完成する。
【０００７】
このような工法においては、まず、接続部土留材３を押し出すようになっているが、水平部２ａを構築するに際しては、その外周にモルタル等の裏込充填材が注入されているため、接続部土留材３の押し出しは困難である。
また、継ぎ目部Ａに止水および強度増加のために、薬液注入や凍結工法等で地盤改良するようになっているが、言うまでもなくこのような地盤改良には時間とコストがかかり、しかも完全な止水効果を得ることは困難である。
【０００８】
さらには、トンネル構造体２の幅が増加または減少等、変化する場所においては、水平部２ａ、鉛直部２ｂの間隔が大きくなるため、継ぎ目部Ａの地盤改良しなければならない区域が大幅に増加し、これによって前記問題はさらに顕著なものとなる。
【０００９】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、施工を円滑に行って工期の短縮化と低コスト化を図るとともに、完全な止水効果を有する大断面トンネルを構築することのできる大断面トンネルおよびその構築方法を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、大断面を有したトンネルが、断面略矩形状に形成されたトンネル構造体と、その内方に形成されたトンネル空間とからなり、前記トンネル構造体が、断面視矩形の矩形シールドトンネルと、断面視円形の円形シールドトンネルとを交互に隣接配置し、かつ互いに隣接する前記矩形シールドトンネルと前記円形シールドトンネルとを、その一部を互いに重合させて一体化したものである大断面トンネルであって、前記トンネル構造体の断面方向における辺の長さを該トンネル構造体の軸線方向に沿って漸次増加または減少させる部分で、前記円形シールドトンネルの両側に位置する前記矩形シールドトンネルどうしが漸次離間または接近し、かつ互いに隣接する前記矩形シールドトンネルと前記円形シールドトンネルとの重合寸法が漸次減少または増加していることを特徴としている。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の大断面トンネルにおいて、前記矩形シールドトンネルと前記円形シールドトンネルとの重合寸法が漸次減少または増加するにともなって、前記矩形シールドトンネルを構成するセグメントの寸法が漸次増加または減少することを特徴としている。
【００１２】
請求項３に係る発明は、予め定めた間隔を隔てて複数の矩形シールドトンネルを先行構築した後、円形のシールドトンネルを、互いに隣接する前記矩形シールドトンネル間の地山にその一部をこれら矩形シールドトンネルに重合させて後行構築することによって、前記矩形シールドトンネルと前記円形シールドトンネルとが交互に隣接配置されてなるトンネル構造体を構築し、しかる後に、前記トンネル構造体の内方の地山を掘削してここに空間を形成することによって大断面を有したトンネルを構築する方法であって、前記トンネル構造体の辺の長さをその軸線方向に沿って漸次増加または減少させる部分では、互いに隣接する前記矩形シールドトンネルどうしを漸次離間または接近させるよう構築しておき、この後に前記円形シールドトンネルを構築するに際して、これら矩形シールドトンネルと該円形シールドトンネルとの重合寸法を漸次減少または増加させることを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る大断面トンネルおよびその構築方法の実施の形態の一例を、図１ないし図６を参照して説明する。
【００１４】
図１に示すように、構築すべき大断面トンネル１０は、例えば地下に設けられる高速道路として用いられるもので、この大断面トンネル１０には、本線１０Ａに支線１０Ｂが合流する合流ランプＬが設けられている。
合流ランプＬには、周知のように、支線１０Ｂから走行してきた車が加速するための加速車線Ｘが設けられており、この加速車線Ｘの端部に連続して、この大断面トンネル１０の幅が本線１０Ａに向けて漸次変化するテーパ部Ｄが形成されている。
【００１５】
図２に示すものは大断面トンネル１０の例えば本線１０Ａを示すもので、この部分は、周囲の地山からの土圧に抗するための覆工体であるトンネル構造体１１と、該トンネル構造体１１の内方に形成された上下２段の内部空間１２Ａ、１２Ｂとから構成されている。
【００１６】
トンネル構造体１１は、略鉛直面内に位置する両側の側壁部１１ａ，１１ａと、これら側壁部１１ａ，１１ａの上端部，下端部間にそれぞれ設けられて略水平面内に位置する上面１１ｂ，下面１１ｃと、側壁部１１ａ，１１ａの中間部間に設けられて上下の内部空間１２Ａ，１２Ｂを仕切る仕切面１１ｄとから構成されて、全体として断面視略日字状をなしている。
【００１７】
このトンネル構造体１１は、断面視円形の円形シールドトンネル１５と、互いに平行な平面を有した平面シールドトンネル（矩形シールドトンネル）１６とが、周方向交互に配置され、これらが一体化された構成からなっている。
【００１８】
円形シールドトンネル１５は、平面シールドトンネル１６の厚さよりも大径とされている。さらに、トンネル構造体１１の四隅と、三方に平面シールドトンネル１６が接合されている部分とに配置されている円形シールドトンネル１５Ａは、他の部分のシールドトンネル１５Ｂに対して、その径寸法が大きなものが採用されている。また、トンネル構造体１１の上面１１ｂ，下面１１ｃは、それぞれ、円形シールドトンネル１５Ｂを頂点として外方に向けて凸形状をなした構成となっている。
【００１９】
このようなトンネル構造体１１内には、その全周にわたって鉄筋１８が配筋され、さらにコンクリート１９が打設充填された構成となっている。
【００２０】
そして、上記構成からなる本線１０Ａから加速車線Ｘに向けてその幅が漸次増加するテーパ部Ｄ（図１参照）においては、図３に示すように、円形シールドトンネル１５Ｂの両側に位置する平面シールドトンネル１６，１６の間隔が漸次拡大された構成となっている。さらに、これら平面シールドトンネル１６，１６の間隔の拡大にともなって、その両側に位置する円形シールドトンネル１５Ａ，１５Ａ、およびトンネル構造体１１の側壁部１１ａ，１１ａを構成する平面シールドトンネル１６，１６についても、その間隔が漸次拡大するよう構築されている。
【００２１】
次に、このような大断面トンネル１０の構築方法について説明する。ここでは、大断面トンネル１０を本線１０Ａからテーパ部Ｄに向けて施工する場合について説明する。
図２に示した大断面トンネル１０の本線１０Ａを構築するには、まず、トンネル構造体１１を構成する平面シールドトンネル１６，１６，…を形成するために、矩形シールドトンネル２０，２０，…を先行構築する。図４に示すように、各矩形シールドトンネル２０の構築には、断面視矩形のシールド掘削機（図示なし）で地盤中に矩形の孔２２を削孔していき、その後方にセグメント２３，２３，…を組み立てていく。
【００２２】
各セグメント２３は、対向する２面が平板部２３ａ，２３ａとされ、これら平板部２３ａの両側が、略円弧状の凹部２３ｂ，２３ｃとされている。各凹部２３ｂ，２３ｃは、その円弧の曲率径が、側方に構築される円形シールドトンネル１５（図２参照）の径よりも若干大となるよう形成されている。
このようなセグメント２３を組み立てた後、掘削した孔２２とセグメント２３の外周面との間に、コンクリートやモルタル、ファイバーコンクリートなどの裏込充填材２５を充填する。これにより、各孔２２内には、断面視矩形の矩形シールドトンネル２０が構築される。
【００２３】
次いで、互いに隣接する矩形シールドトンネル２０，２０間の地山を断面視円形のシールド掘削機（図示なし）を用いて円形の孔２６，２６，…を削孔していく。ここで用いるシールド掘削機（図示なし）は、その径寸法が、ここに構築すべき円形シールドトンネル１５Ａ，１５Ｂと略同径のものを用いる。このときには、矩形シールドトンネル２０，２０間の地山とともに、セグメント２３，２３の凹部２３ｂ，２３ｃの外側の裏込充填材２５，２５も同時に削られる。
【００２４】
図５に示すように、このように各孔２６を掘削しつつ、シールド掘削機（図示なし）の後方で、円形セグメント２７，２７，…を組み立てていく。そして、組み立てたセグメント２７の外側に、コンクリートやモルタル、ファイバーコンクリートなどの裏込充填材２８を充填することにより、各孔２６内に円形シールドトンネル１５Ａ，１５Ｂが構築される。
これにより、断面視円形の円形シールドトンネル１５と、平面シールドトンネル１６とが周方向交互に配置され、かつ円形シールドトンネル１５Ａ，１５Ｂと平面シールドトンネル１６とはその一部が重合した状態となり、トンネル構造体１１が形成される。
【００２５】
続いて、図２に示したように、トンネル構造体１１内に鉄筋１８を配筋し、さらにコンクリート１９を打設充填する。しかる後には、トンネル構造体１１の内方の地山を掘削し、ここに内部空間１２Ａ，１２Ｂを形成することにより、所定形状の大断面トンネル１０の本線１０Ａが構築される。
【００２６】
引き続き、本線１０Ａから加速車線Ｘに向けてその幅が漸次増加していくテーパ部Ｄ（図１参照）を構築するには、まず、本線１０Ａと同様、図６に示すように、矩形シールドトンネル２０，２０を形成するため、矩形シールド掘削機で矩形の孔２２，２２を削孔する。
このとき、このテーパ部Ｄにおいては、トンネル構造体１１の上面１１ｂ，下面１１ｃ，仕切面１１ｄを形成する部分では、矩形の孔２２，２２の間隔を掘進方向前方に行くに従い漸次拡大していく。
このようにして各孔２２を削孔しつつ、その後方でセグメント２３を組み立てるが、このときには、円形シールドトンネル１５Ｂ側の凹部２３ｂは、円形シールドトンネル１５Ｂの中心軸線に対する位置が一定となるようにする。一方、円形シールドトンネル１５Ａ側の凹部２３ｃは、孔２２の変位に応じて円形シールドトンネル１５Ｂの中心軸線から漸次離間するようにする。これにより、セグメント２３の幅は、掘進方向前方に行くに従い漸次拡大することになる。
このようにしてテーパ部Ｄのセグメント２３を組み立てた後、掘削した孔２２とセグメント２３の外周面との間に裏込充填材２５を充填する。このとき、円形シールドトンネル１５Ｂ側においては、裏込充填材２５の厚さが掘進方向前方に行くに従い、漸次薄くなることになる。
【００２７】
次いで、互いに隣接する矩形シールドトンネル２０，２０間の地山を断面視円形のシールド掘削機（図示なし）を用いて円形の孔２６，２６，…を削孔していく。このとき、円形シールドトンネル１５Ｂを形成するための孔２６は、トンネル構造体１１の中心軸線に対して断面方向に変位することなく、直線状に削孔する。これに対し、円形シールドトンネル１５Ａを形成するための孔２６は、矩形シールドトンネル２０の変位に応じて、円形シールドトンネル１５Ｂから漸次離間するよう削孔する。
このようにして、孔２６を削孔すると、矩形シールドトンネル２０，２０間の地山とともに、セグメント２３，２３の凹部２３ｂ，２３ｃの外側の裏込充填材２５，２５も同時に削られる。
【００２８】
この後は、図３に示したように、シールド掘削機（図示なし）の後方で、円形セグメント（セグメント）２７，２７，…を組み立てていく。そして、組み立てたセグメント２７の外側に裏込充填材２８を充填することにより、各孔２６内に円形シールドトンネル１５Ａ，１５Ｂが構築される。
すなわちこれにより、平面シールドトンネル１６，１６の間隔が拡大するにしたがって、これらの間に位置する円形シールドトンネル１５Ｂと、各平面シールドトンネル１６との重合寸法が漸次減少するようになっている。
【００２９】
このようにして、円形シールドトンネル１５と平面シールドトンネル１６とを構築した後、トンネル構造体１１内に鉄筋１８を配筋し、さらにコンクリート１９を打設充填する。しかる後には、トンネル構造体１１の内方の地山を掘削し、ここに内部空間１２Ａ，１２Ｂを形成することにより、所定形状の大断面トンネル１０のテーパ部Ｄの構築が完了する。
【００３０】
上述した大断面トンネル１０およびその構築方法では、大断面トンネル１０を構成するトンネル構造体１１の幅が漸次拡がるテーパ部Ｄにおいて、互いに隣り合う矩形シールドトンネル２０，２０どうしを漸次離間させるよう先行構築し、これらの間に後行構築する円形シールドトンネル１５Ｂとの重合寸法を漸次減少させてトンネル構造体１１を構築する構成とした。これにより、大断面トンネル１０のテーパ部Ｄの施工を、従来のように薬液注入などによって地盤改良することなく行うことが可能となる。したがって、従来地盤改良にかかっていたコストを抑えるとともに短工期化を図ることができる。さらには、地盤改良工法に比較して高い止水効果を得ることができるので、大断面トンネル１０の施工の安全性を大幅に向上させることができる。
【００３１】
なお、上記実施の形態において、本発明に係る大断面トンネルおよびその構築方法を、幅が漸次増加するテーパ部Ｄに適用する構成としたが、もちろん、幅が減少する場合においても適用することができる。さらには、大断面トンネル１０の幅ではなく、高さが増加又は減少する場合にも同様にして適用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る大断面トンネルによれば、トンネル構造体が、矩形シールドトンネルと円形シールドトンネルとを、その一部を重合させて交互に隣接配置したものであって、トンネル構造体の断面方向における辺の長さを漸次増加または減少させる部分では、円形シールドトンネルの両側に位置する矩形シールドトンネルどうしを漸次離間または接近し、かつ互いに隣り合う矩形シールドトンネルと円形シールドトンネルとの重合寸法を漸次減少または増加している構成となっている。また、請求項２に係る大断面トンネルによれば、矩形シールドトンネルと円形シールドトンネルとの重合寸法が漸次増加または減少するにともなって、矩形シールドトンネルを構成するセグメントの寸法を漸次減少または増加する。これにより、トンネル構造体の幅や高さが漸次増減する区間で、従来のように薬液注入などによって地盤改良することなく施工を行うことが可能となる。したがって、従来地盤改良にかかっていたコストの低減化と短工期化を図ることができ、さらには、地盤改良工法に比較して高い止水効果を得ることができるので、大断面トンネルの施工の安全性を大幅に向上させることができる。
【００３３】
請求項３に係る大断面トンネルの構築方法によれば、予め定めた間隔を隔てて複数の矩形シールドトンネルを先行構築した後、円形のシールドトンネルを互いに隣接する前記矩形シールドトンネル間にその一部をこれら矩形シールドトンネルに重合させて後行構築することでトンネル構造体を構築し、その後トンネル構造体の内方の地山を掘削して空間を形成することで、大断面トンネルを構築する方法であって、このトンネル構造体の辺の長さを漸次増加または減少させる部分では、矩形シールドトンネルどうしを漸次離間または接近させるよう先行構築して、これら矩形シールドトンネルと後行構築する円形シールドトンネルとの重合寸法を漸次減少または増加させる構成となっている。これにより、トンネル構造体の幅や高さが漸次増減する区間で、従来のように薬液注入などによって地盤改良することなく施工を行って、コストおよび工期の圧縮を図るとともに、施工の安全性を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る大断面トンネルおよびその構築方法を適用したトンネルの一例を示す平断面図である。
【図２】前記トンネルの通常の部分を示す立断面図である。
【図３】同、前記トンネルの拡幅部分を示す立断面図である。
【図４】図２に示した部分の施工途中の状態を示す立断面図である。
【図５】図４に続く状態を示す立断面図である。
【図６】図３に示した部分の施工途中の状態を示す立断面図である。
【図７】従来の大断面トンネルの一例を示す立断面図である。
【図８】従来の断面視矩形の大断面トンネルの一例を示す立断面図である。
【図９】図１１に示した大断面トンネルの構築方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１０  大断面トンネル
１１  トンネル構造体
１２Ａ，１２Ｂ  内部空間（トンネル空間）
１５  円形シールドトンネル
１６  平面シールドトンネル（矩形シールドトンネル）
２０  矩形シールドトンネル
２３  セグメント
【図１】
0003567401.tif 000002
【図２】
0003567401.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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【図９】
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