(57)【要約】【課題】従来と比較し小径の鋼管を用いてパイプルーフを構築し、効率的且つ低コストでトンネルや地下空洞などの地下空間を構築・形成することを可能にした地下空間の構築方法及び地下空間構築用の支保構造を提供する。【解決手段】先行して導坑を構築するとともに導坑から地山Ｇに鋼管３を打設してパイプルーフ４を構築し、パイプルーフ４を支保部材とし下方の地山Ｇを掘削して地下空間を構築する地下空間の構築方法において、鋼管３の内部に鋼管３と一体に芯材５を配設してパイプルーフ４を構築する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先行して導坑を構築するとともに前記導坑から地山に鋼管を打設してパイプルーフを構築し、前記パイプルーフを支保部材とし下方の地山を掘削して地下空間を構築する地下空間の構築方法において、
前記鋼管の内部に前記鋼管と一体に芯材を配設して前記パイプルーフを構築することを特徴とする地下空間の構築方法。
【請求項２】
請求項１記載の地下空間の構築方法において、
前記鋼管の内部に、前記芯材を一体に配設するとともに充填材を充填して前記パイプルーフを構築することを特徴とする地下空間の構築方法。
【請求項３】
先行して導坑を構築するとともに前記導坑から地山に鋼管を打設して構築した支保部材としてのパイプルーフを備え、前記パイプルーフの下方の地山を掘削して地下空間を構築するための地下空間構築用の支保構造であって、
前記パイプルーフが、前記鋼管の内部に前記鋼管と一体に接続して芯材を配設して構築されていることを特徴とする地下空間構築用の支保構造。
【請求項４】
請求項３記載の地下空間構築用の支保構造において、
前記パイプルーフが、前記鋼管の内部に、前記芯材を一体に配設するとともに充填材を充填して構築されていることを特徴とする地下空間構築用の支保構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルや地下空洞などの地下空間の構築方法及び地下空間構築用の支保構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、道路トンネルの分岐・合流部や鉄道トンネルの渡り線部などを構築する際には、例えば一対の導坑（２本のシールドトンネルや山岳トンネル）を横方向に間隔をあけて先行構築するとともに、これら一対の導坑の間の分岐・合流部や渡り線部などになる拡幅部を地上から全面開削し、両導坑を連通させて大断面トンネル（地下空間）を構築する開削工法が多用されている。
【０００３】
しかしながら、この開削工法においては、地上から一対の導坑の間の拡幅部を全面開削することで、地上部に広大な用地確保が必要になるとともに、地中の重要埋設物（電気・通信ケーブル、ガス・上下水道管など）に対して切り回し、防護、影響低減対策などが必要となり、多大な工期と工費を要するという問題があった。
【０００４】
このため、地上からの開削を要することなく拡幅部の地山を掘削して一対の導坑を連通させる切開き工法（全面非開削工法）を採用するケースが多くなっている。この切開き工法では、例えば２本のシールドトンネル（一対の導坑）を横方向に間隔をあけて先行構築した後に、一方のトンネルから他方のトンネルに向け両トンネルに掛け渡すように円弧状の曲線パイプルーフ（鋼管、曲管）を地山に打設し、複数の曲線パイプルーフを両トンネルのセグメント（覆工体）に一体に繋げて設置する。
【０００５】
そして、曲線パイプルーフで両トンネルの間の拡幅部の上方の地山を支持させた状態で、曲線パイプルーフの下方の地山、すなわち両トンネルの上方の地山を掘削して上部空間を形成し、この上部空間に両トンネルの覆工体の上部側同士を一体に繋げるように例えばＲＣ造の上部床版（躯体）を掛け渡して構築する。さらに、両トンネルの下方の地山を掘削し、この下部空間に両トンネルの覆工体の下部側同士を一体に繋げるように例えばＲＣ造の下部床版（躯体）を掛け渡して構築する。
【０００６】
このように拡幅部の上下に上部床版と下部床版を構築した段階で、両トンネルの側部側のセグメントを解体撤去して切開き、上部床版と下部床版の間に位置する拡幅部の地山を掘削して両トンネルを連通させる。これにより、２本のシールドトンネルを分岐・合流部や渡り部などとなる拡幅部で連通させた大きな断面のトンネルを、地上からの開削を要することなく構築できる。このため、地上部の用地確保や重要埋設物対策などが不要となりコストや工期を削減することが可能になる（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００７】
なお、大断面トンネルの頂部位置にトンネル（導坑）を先行構築し、この頂設導坑から左右方向にそれぞれ曲線パイプルーフを打設し、上記と同様に曲線パイプルーフの下方の地山を掘削することで、大きな断面のトンネルを構築する場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭４９−３４１３７号公報
【特許文献２】特開２００６−２１９９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、上記のような支保構造として曲線パイプルーフを用いた地下空間の構築方法においては、トンネルや空洞などの地下空間の規模が大きくなるほどに曲線パイプルーフを断面剛性が大きな大径の鋼管を用いて構築することが必要になる。
【００１０】
そして、鋼管の径が大きくなるほどに曲線パイプルーフの鋼管を打設する発進部における曲線掘進設備の規模が大きくなり、さらに導坑もそれに応じて大きくする必要が生じて、曲線パイプルーフの鋼管の打設に要する工期が長くなり、且つ施工コストが増大することになる。
【００１１】
また、円形の鋼管よりも断面剛性の大きな断面矩形等の異形鋼管を用い、小さな鋼管を適用できるようにすることも考えられるが、このような矩形等の異形の鋼管では、掘進が困難になる。
【００１２】
上記事情に鑑み、本発明は、従来と比較し小径の鋼管を用いてパイプルーフを構築し、効率的且つ低コストでトンネルや地下空洞などの地下空間を構築・形成することを可能にした地下空間の構築方法及び地下空間構築用の支保構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【００１４】
本発明の地下空間の構築方法は、先行して導坑を構築するとともに前記導坑から地山に鋼管を打設してパイプルーフを構築し、前記パイプルーフを支保部材とし下方の地山を掘削して地下空間を構築する地下空間の構築方法において、前記鋼管の内部に前記鋼管と一体に芯材を配設して前記パイプルーフを構築することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の地下空間の構築方法においては、前記鋼管の内部に、前記芯材を一体に配設するとともに充填材を充填して前記パイプルーフを構築することが望ましい。
【００１６】
本発明の地下空間構築用の支保構造は、先行して導坑を構築するとともに前記導坑から地山に鋼管を打設して構築した支保部材としてのパイプルーフを備え、前記パイプルーフの下方の地山を掘削して地下空間を構築するための地下空間構築用の支保構造であって、前記パイプルーフが、前記鋼管の内部に前記鋼管と一体に接続して芯材を配設して構築されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の地下空間構築用の支保構造においては、前記パイプルーフが、前記鋼管の内部に、前記芯材を一体に配設するとともに充填材を充填して構築されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の地下空間の構築方法及び地下空間構築用の支保構造においては、鋼管の内部に芯材を一体に接続して配設してパイプルーフを構築する。このため、芯材によって支保部材としての鋼管（鋼管と芯材の複合構造）の軸剛性を高めることができる。
【００１９】
これにより、大径の鋼管からなる従来のパイプルーフと同等の地山変位の抑制効果、すなわち支保性能を小径の鋼管を用いて得ることが可能になる。
【００２０】
また、小径の鋼管を用いて所望の支保性能が得られるため、鋼管を地山に打設する際の掘進設備（曲線掘進設備）の規模を小さくでき、ひいては導坑の断面積を小さくすることができる。よって、従来と比較し、確実且つ効果的に、工期の短縮、施工コストの低減を図ることが可能になる。
【００２１】
さらに、鋼管の内部に、芯材を配設するとともにコンクリート等の充填材を充填することで、さらに支保部材としての鋼管（鋼管と芯材と充填材の複合構造）の軸剛性を高めることが可能になる。これにより、さらに優れた支保性能を小径の鋼管を用いて得ることができ、且つさらなる工期の短縮、施工コストの低減を図ることが可能になる。
特に頂設導坑からパイプルーフを施工する場合には、鋼管の打設、芯材の設置、充填材の充填が容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る地下空間構築用の支保構造（及び地下空間の構築方法）（トンネル構築用の支保構造（及びトンネルの構築方法））を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る地下空間構築用の支保構造（及び地下空間の構築方法）（トンネル構築用の支保構造（及びトンネルの構築方法））を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る地下空間構築用の支保構造（及び地下空間の構築方法）において、鋼管の内部に芯材を設置した状態を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る地下空間構築用の支保構造（及び地下空間の構築方法）において、鋼管の内部に芯材を設置する際に用いるスペーサの一例を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る地下空間構築用の支保構造（及び地下空間の構築方法）において、鋼管の内部に芯材を設置した状態を示す図であり、芯材として角鋼管を用いた場合の図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る地下空間構築用の支保構造（及び地下空間の構築方法）において、鋼管の内部に芯材を設置した状態を示す図であり、芯材としてＨ形鋼を用いた場合の図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る地下空間構築用の支保構造（及び地下空間の構築方法）において、鋼管の内部に芯材を設置した状態を示す図であり、芯材として円形鋼管を用いた場合の図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る地下空間構築用の支保構造（及び地下空間の構築方法）（トンネル構築用の支保構造（及びトンネルの構築方法））において、頂設導坑から鋼管を打設してパイプルーフを構築した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図１から図８を参照し、本発明の一実施形態に係る地下空間の構築方法及び地下空間構築用の支保構造について説明する。
【００２４】
ここで、本実施形態は、地下空間がトンネルであるものとし、さらに、本発明の地下空間の構築方法及び地下空間構築用の支保構造が道路トンネルの分岐・合流部や鉄道トンネルの渡り線部などを構築する方法、及びこのトンネル構築用の支保構造であるものとして説明を行う。
【００２５】
具体的に、本実施形態のトンネル（地下空間）Ｔの構築方法では、図１及び図２に示すように、例えば横方向Ｓ１に間隔をあけて２本のシールドトンネル（一対の導坑）１、２を先行掘削して構築する。そして、一方のシールドトンネル１のセグメントリングなどの覆工体に形成した発進口を通じて、曲線掘進設備によって円弧状の鋼管（曲管、パイプルーフ）３をこの一方のシールドトンネル１内から他方のシールドトンネル２に向けて上方に凸円弧となるように掘進させ、地山Ｇに打設する。また、このとき、鋼管３の先端を他方のシールドトンネル２に到達させるように鋼管３を打設する。
【００２６】
さらに、支保部材としての鋼管３は、一対のシールドトンネル１、２を連通させるトンネル軸Ｏ１方向Ｓ２の拡幅区間（大断面トンネル構築区間）に設置される。このようにして複数の鋼管３を設置することにより、所望の拡幅区間に曲線パイプルーフ（支保構造）４が構築される。
【００２７】
一方、本実施形態のトンネルの構築方法及び支保構造（地下空間の構築方法及び地下空間構築用の支保構造）においては、図３、図５から図７に示すように、鋼管３を打設するとともに、鋼管３の内部に鋼管３と一体に接続した芯材５を配設して曲線パイプルーフ４を構築する。
【００２８】
さらに、鋼管３の内部に、芯材５を一体に配設するとともにコンクリートなどの充填材６を充填して曲線パイプルーフ４を構築する。
【００２９】
また、芯材５としては、角鋼管、Ｈ形鋼、円形鋼管などの鋼材が用いられ、スペーサ７を介して鋼管３と互いの中心軸Ｏ２が同軸上に配されるように芯材５を設置する。さらに、本実施形態では、スペーサ７を介して芯材５が鋼管３に一体に接続され、且つこのスペーサ７に加え、充填材６を介して芯材５が鋼管３に一体に接続される。
【００３０】
ここで、アーチ形状のトンネルＴを掘削するときの地山変位（地表面沈下）を確実に抑制することを考えた場合、支保構造（鋼管３）の軸剛性（Ｅ・Ａ）は影響するが、曲げ剛性（Ｅ・Ｉ）はほとんど影響しない。なお、Ｅ：鋼材のヤング係数、Ａ：鋼材の断面積、Ｉ：鋼材の断面２次モーメントを示す。
【００３１】
これに対し、本実施形態のトンネルの構築方法及び支保構造においては、従来の例えばφ８１２．８ｍｍの大径の鋼管に替えて、例えばφ５０８ｍｍの小径の鋼管３を用い、この小径の鋼管３の内部に例えば□３００ｍｍの角鋼管、Ｈ−３００ｍｍのＨ形鋼、φ３５５．６ｍｍの円形鋼管などの芯材５を配置して複合支保構造を構成することによって、大径の鋼管とほぼ同等の軸剛性を得ることができる。
【００３２】
また、本実施形態のトンネルの構築方法及び支保構造では、芯材５の下側になる部分にスペーサ７を取り付けて鋼管３と芯材５の中心軸Ｏ２が同軸になるように配設し、これにより、曲げモーメントを曲げ剛性（Ｅ・Ｉ）の比率で分担できる複合支保構造としている。
【００３３】
なお、スペーサ７は、特にその材質、形状を限定する必要はないが、芯材５の挿入や充填材６の充填に支障がない形状の鋼材を用いることが好ましい。そして、本実施形態のスペーサ７は、例えば図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すような形状で形成されている。また、施工手順は、鋼管３の打設、芯材５の挿入設置、充填材６の充填の順であることが好ましいが、適宜現場の状況などに応じて決めればよい。
【００３４】
そして、上記のように構成した本実施形態のトンネルの構築方法及び支保構造（地下空間の構築方法及び地下空間構築用の支保構造）においては、鋼管３の内部に芯材５を一体に接続して配設し、パイプルーフ４が構築される。このため、芯材５によって支保部材としての鋼管（鋼管３と芯材５の複合構造）の軸剛性を高めることができる。
【００３５】
これにより、大径の鋼管からなる従来のパイプルーフと同等の地山変位の抑制効果、すなわち支保性能を小径の鋼管３を用いて得ることが可能になる。
【００３６】
また、このように小径の鋼管３を用いて所望の支保性能が得られるため、鋼管３を地山Ｇに打設する際の掘進設備（曲線掘進設備）の規模を小さくでき、ひいては導坑１、２の断面積を小さくすることができる。よって、従来と比較し、確実且つ効果的に、工期の短縮、施工コストの低減を図ることが可能になる。
【００３７】
さらに、鋼管３の内部に、芯材５を配設するとともにコンクリート等の充填材６を充填することで、さらに支保部材としての鋼管（鋼管３と芯材５と充填材６の複合構造）の軸剛性を高めることが可能になる。これにより、さらに優れた支保性能を小径の鋼管３を用いて得ることができ、且つさらなる工期の短縮、施工コストの低減を図ることが可能になる。
【００３８】
また、特に、図８に示すように頂設導坑８からパイプルーフ４を施工する場合には、本実施形態よりも鋼管３の打設、芯材５の設置、充填材６の充填が容易に行える。
【００３９】
以上、本発明に係る地下空間の構築方法及び地下空間構築用の支保構造の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００４０】
例えば、本実施形態では、地下空間がトンネルであるものとして説明を行ったが、本発明に係る地下空間は、必ずしもトンネルに限定しなくてもよく、地下空洞など他の形態の地下空間であってもよい。
【００４１】
また、本実施形態では、パイプルーフ４が曲線パイプルーフであるものとしたが、本発明は、直線状のパイプルーフを備えて支保構造を構成する場合にも勿論適用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１    導坑（一方のシールドトンネル）
２    導坑（他方のシールドトンネル）
３    鋼管（曲管、パイプルーフ）
４    パイプルーフ
５    芯材
６    充填材
７    スペーサ
８    頂設導坑
Ｇ    地山
Ｏ１  トンネル軸
Ｏ２  鋼管の中心軸
Ｓ１  横方向
Ｓ２  トンネル軸方向
Ｔ    トンネル（地下空間）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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