(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
施工予定の地中空洞の外側周囲にその軸方向に沿う複数の先行トンネルを所定間隔で配列した状態で先行施工し、この先行トンネル間の地山を改良して本体覆工壁施工予定領域を取り囲む改良ゾーンを形成した後、本体覆工壁施工予定領域を掘削して本体覆工壁を構築し、この本体覆工壁の内側の地山を掘削して地中空洞を施工する際に、その軸方向の端部に褄壁を施工する方法であって、
本体覆工壁の内側の地山に対する掘削に先立って、本体覆工壁の軸方向の端部の地山に凍結管を打設して施工領域の端部の位置にその横断面に沿う褄部凍結ゾーンを形成する一方、先行トンネルの内側または外側に設けた凍結管によりその外部の地山を凍結させることによって、褄部凍結ゾーンと褄壁施工予定領域の間に残される未凍結地山を取り囲む周部凍結ゾーンを褄部凍結ゾーンと一体に形成するとともに、この周部凍結ゾーンを先行トンネルの外面に付着させた状態で形成する凍結ゾーン形成工程と、
未凍結地山の地山強度を増大させる地山改良工程と、
凍結ゾーン形成工程および地山改良工程の後、褄部凍結ゾーン、周部凍結ゾーンおよび未凍結地山を残して本体覆工壁の内側の地山を掘削して地中空洞を施工し、未凍結地山の前面側の褄壁施工予定領域に褄壁を施工する褄壁施工工程とを備えることを特徴とする褄壁の施工方法。
【請求項２】
褄壁施工工程において、未凍結地山の掘削法面に法面保護工を設けた後、褄壁を施工することを特徴とする請求項１に記載の褄壁の施工方法。
【請求項３】
先行トンネルは、未凍結地山が周辺地山からの土圧および水圧に抵抗可能な長さまで先行施工されていることを特徴とする請求項１または２に記載の褄壁の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば道路トンネルの分岐合流部などの大断面の地中空洞を施工する際に、地中空洞の端部などに設置される褄壁の施工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、未固結地盤の都市圏における道路トンネルの施工に際しては、地表および地中の既存構造物に対する悪影響を回避するべく地山に対する高度の支保性能が要求され、また施工中および完成後の止水性能と地下水保全性能が高度に要求されることから、一般にシールド工法が採用されている。
【０００３】
道路トンネルをシールド工法により施工する場合、本線トンネルの他にランプトンネルを設け、それら双方のトンネルを要所にて接合して分岐合流部を施工する必要があるが、そのような分岐合流部の施工は必ずしも容易ではない。すなわち、本線トンネルおよびランプトンネルはそれぞれ在来のシールド工法により地山を安定に支保し、また止水性を確保しつつ支障なく施工できるが、分岐合流部では断面を漸次変化させつつ双方のシールドトンネルどうしを接合する必要があることから、分岐合流部の施工に際しては在来のシールド工法をそのまま適用できるものではなく、何らかの補助工法の採用が不可欠である。
【０００４】
そのため、大規模な道路トンネルにおける分岐合流部の施工に適用して好適な工法として、例えば特許文献１〜３に示されるトンネル工法が提案されている。例えば特許文献１は、施工するべき分岐合流部の外側に複数のルーフシールドトンネルを所定間隔で先行施工してシールドルーフ先受工を構築するとともに、それらルーフシールドトンネル間および施工領域の端部の地山に対して凍結工法あるいは薬液注入工法による改良ゾーンを形成して施工領域全体を改良ゾーンにより取り囲んだ後に、その内側を掘削して分岐合流部を施工するというものである。
【０００５】
例えば特許文献１のトンネル工法では、施工領域全体をシールドルーフ先受工と改良ゾーン地山により取り囲むことによって充分な支保性能や止水性能を確保しつつ大断面の分岐合流部を効率的にかつ安全に施工することが可能ではあるが、施工領域の端部に対する改良ゾーンの形成手法については改良の余地を残している。
【０００６】
すなわち、上記工法においては改良ゾーンの形成を凍結工法により行うことが好適であるとされ、ルーフシールドトンネル間にそれらを連結するように環状の凍結ゾーンを形成することは特に支障なく行い得るが、施工領域の端部に対してその横断面に沿うように凍結ゾーンを施工することは必ずしも容易ではない。
【０００７】
つまり、そのような凍結ゾーンを形成するためには、ルーフシールドトンネル内からその内側の地山に凍結管を打ち込んで施工領域の端部を閉塞し得る大断面の凍土壁を形成することになるが、地山の状況によってはそのような凍土壁の所要壁厚は数ｍないし１０ｍにも及ぶことが想定されることからそのために多大な手間と費用を要するばかりではなく、土質によってはその施工の際に過度の凍結膨張が生じることも想定され、それに起因して地山が凍結時に隆起したり解凍時に沈下する等の問題を生じる懸念もある。
【０００８】
例えば、図６に示すように、道路トンネル１の分岐合流部２の端部に褄壁３を施工するために、外殻をなす先行トンネル４および道路トンネル１から内側の地山に凍結管５を打ち込んで凍土壁６を施工する。このとき、地山の安定性を確保するため、高水圧下、大断面といった条件下では凍土壁６の所要壁厚Ｂが１０ｍにも及ぶことがある。この場合、凍結膨張圧に対する対処方法が大規模となり、経済性に劣るといった問題がある。
【０００９】
このような問題を解決するための技術として、例えば特許文献４に示される施工工法が知られている。この施工方法は、施工領域の周囲に先行トンネル（ルーフシールドトンネル）を配列して施工領域を取り囲む改良ゾーンを形成するとともに、施工領域の端部の位置にその横断面に沿う褄部凍結ゾーンを形成する。その褄部凍結ゾーンを施工領域の軸方向に間隔をおいて多重に形成してそれらの間に未凍結地山を残す。多重の褄部凍結ゾーンの間に残される未凍結地山を取り囲む周部凍結ゾーンを褄部凍結ゾーンと一体に形成するとともに、この周部凍結ゾーンを先行トンネルの外面に付着させた状態で形成するというものである。
【００１０】
この施工方法によれば、褄部凍結ゾーンを多重に形成してそれらの間に未凍結地山を残すことにより、それら多重の褄部凍結ゾーンの全体で安定かつ頑強な凍土壁を形成でき、個々の褄部凍結ゾーンに生じる凍結膨張はそれらの内側に残される未凍結地山により吸収されてしまうから、それらの全体を単なる１枚の凍土壁として形成する場合に比べて自ずと凍結膨張が生じ難いものとなり、過度の凍結膨張に起因する地山の隆起や解凍時の沈下といった悪影響を効果的に防止することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−７０５３０号公報
【特許文献２】特開２００７−２１７９１１号公報
【特許文献３】特開２０１４−４３７３８号公報
【特許文献４】特開２００８−１５６９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記の特許文献４の施工方法では、多重の褄部凍結ゾーンにより安定かつ頑強な凍土壁を形成できることから、全体を１枚の凍土壁の形態で形成する場合に比べて個々の褄部凍結ゾーンの所要厚を小さくできて凍結膨張が生じ難いものとなり、その施工に際してはコスト削減と工期短縮を図ることが可能であるが、形成する凍土壁の数量については改良の余地を残していた。
【００１３】
このため、大規模な改良ゾーンの施工を伴う地中空洞の端部などに設置される褄壁の施工に際して、凍土量を減らせる合理的な施工方法が求められていた。
【００１４】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、地中空洞の端部に設置される褄壁をより合理的に施工することのできる褄壁の施工方法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】
【００１５】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る褄壁の施工方法は、施工予定の地中空洞の外側周囲にその軸方向に沿う複数の先行トンネルを所定間隔で配列した状態で先行施工し、この先行トンネル間の地山を改良して本体覆工壁施工予定領域を取り囲む改良ゾーンを形成した後、本体覆工壁施工予定領域を掘削して本体覆工壁を構築し、この本体覆工壁の内側の地山を掘削して地中空洞を施工する際に、その軸方向の端部に褄壁を施工する方法であって、本体覆工壁の内側の地山に対する掘削に先立って、本体覆工壁の軸方向の端部の地山に凍結管を打設して施工領域の端部の位置にその横断面に沿う褄部凍結ゾーンを形成する一方、先行トンネルの内側または外側に設けた凍結管によりその外部の地山を凍結させることによって、褄部凍結ゾーンと褄壁施工予定領域の間に残される未凍結地山を取り囲む周部凍結ゾーンを褄部凍結ゾーンと一体に形成するとともに、この周部凍結ゾーンを先行トンネルの外面に付着させた状態で形成する凍結ゾーン形成工程と、未凍結地山の地山強度を増大させる地山改良工程と、凍結ゾーン形成工程および地山改良工程の後、褄部凍結ゾーン、周部凍結ゾーンおよび未凍結地山を残して本体覆工壁の内側の地山を掘削して地中空洞を施工し、未凍結地山の前面側の褄壁施工予定領域に褄壁を施工する褄壁施工工程とを備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る他の褄壁の施工方法は、上述した発明において、褄壁施工工程において、未凍結地山の掘削法面に法面保護工を設けた後、褄壁を施工することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る他の褄壁の施工方法は、上述した発明において、先行トンネルは、未凍結地山が周辺地山からの土圧および水圧に抵抗可能な長さまで先行施工されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る褄壁の施工方法によれば、施工予定の地中空洞の外側周囲にその軸方向に沿う複数の先行トンネルを所定間隔で配列した状態で先行施工し、この先行トンネル間の地山を改良して本体覆工壁施工予定領域を取り囲む改良ゾーンを形成した後、本体覆工壁施工予定領域を掘削して本体覆工壁を構築し、この本体覆工壁の内側の地山を掘削して地中空洞を施工する際に、その軸方向の端部に褄壁を施工する方法であって、本体覆工壁の内側の地山に対する掘削に先立って、本体覆工壁の軸方向の端部の地山に凍結管を打設して施工領域の端部の位置にその横断面に沿う褄部凍結ゾーンを形成する一方、先行トンネルの内側または外側に設けた凍結管によりその外部の地山を凍結させることによって、褄部凍結ゾーンと褄壁施工予定領域の間に残される未凍結地山を取り囲む周部凍結ゾーンを褄部凍結ゾーンと一体に形成するとともに、この周部凍結ゾーンを先行トンネルの外面に付着させた状態で形成する凍結ゾーン形成工程と、未凍結地山の地山強度を増大させる地山改良工程と、凍結ゾーン形成工程および地山改良工程の後、褄部凍結ゾーン、周部凍結ゾーンおよび未凍結地山を残して本体覆工壁の内側の地山を掘削して地中空洞を施工し、未凍結地山の前面側の褄壁施工予定領域に褄壁を施工する褄壁施工工程とを備えるので、周辺地山から作用する土圧および水圧に対しては、強度が増大した未凍結地山と、先行トンネルと未凍結地山の間の周面摩擦力により抵抗する一方、褄部凍結ゾーンおよび周部凍結ゾーンにより止水性を確保する。このため、強度が増大した未凍結地山により自立性および安定性を確保することができる。また、褄部凍結ゾーンおよび周部凍結ゾーンは止水性の確保に必要な厚さとすることができ、凍土量を大幅に低減できる。したがって、褄壁をより合理的に施工でき、施工コスト削減と工期短縮を図ることができるという効果を奏する。
【００１９】
また、本発明に係る他の褄壁の施工方法によれば、褄壁施工工程において、未凍結地山の掘削法面に法面保護工を設けた後、褄壁を施工するので、掘り残し時の未凍結地山の安定を強化することができるという効果を奏する。
【００２０】
また、本発明に係る他の褄壁の施工方法によれば、先行トンネルは、未凍結地山が周辺地山からの土圧および水圧に抵抗可能な長さまで先行施工されているので、後続の凍結ゾーン形成工程および地山改良工程を効率的に実施することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、分岐合流部の施工方法を示す概略斜視図である。
【図２】図２は、分岐合流部の施工方法を示す概略横断面図である。
【図３】図３は、分岐合流部の端部の横断面図である。
【図４】図４は、本発明に係る褄壁の施工方法の実施の形態を示す側断面図である。
【図５】図５は、本発明に係る褄壁の施工方法の実施の形態を示す透視斜視図である。
【図６】図６は、従来の褄壁の施工方法の一例を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明に係る褄壁の施工方法の実施の形態について、シールド工法により施工される道路トンネルの分岐合流部の端部に設けられる褄壁の場合を例に取り、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２３】
図１に示すように、まず、本線シールドトンネル１０を在来のシールド工法により地山を安定に支保し、止水性を確保しつつ施工する。同様に、本線シールドトンネル１０の隣にランプシールドトンネル１２を在来のシールド工法により施工する。続いて、施工予定の分岐合流部１４（地中空洞）の軸方向（本線シールドトンネル１０が延在するトンネル軸方向と平行な方向）の後端部となる本線シールドトンネル１０の外周に大径の地中発進基地１６を構築する。地中発進基地１６は、分岐合流部１４の外殻覆工をなす外殻シールドトンネル１８（先行トンネル）を掘進する小口径シールドを発進するための基地である。なお、本実施の形態では本線シールドトンネル１０の直径が例えば１６ｍ程度、ランプシールドトンネル１２の直径が例えば１１ｍ程度、分岐合流部１４の直径が３２ｍ程度であることを想定している。
【００２４】
次に、地中発進基地１６から小口径シールドを発進させ、施工予定の分岐合流部１４の外側周囲にその軸方向に沿う複数の小径（例えば直径４ｍ程度）の外殻シールドトンネル１８を所定間隔で配列した状態で施工する。本実施の形態では１６本の外殻シールドトンネル１８を分岐合流部１４の輪郭に沿って充分に密に配列している。この外殻シールドトンネル１８は、分岐合流部１４の軸方向の前端部に設けられる褄部２０の未凍結地山が、周辺地山からの土圧および水圧に抵抗可能な長さまで施工することが望ましい。このようにすれば、後続の凍結ゾーン形成工程および地山改良工程を効率的に実施することができる。
【００２５】
次に、図２（１）および（２）に示すように、この外殻シールドトンネル１８間の地山を凍結工法や薬液注入工法などにより改良して本体覆工壁２２の施工予定領域を取り囲む改良ゾーン２３を形成した後、図２（３）に示すように、本体覆工壁２２の施工予定領域を掘削して本体覆工壁２２を構築する。本体覆工壁２２は、例えば鉄筋コンクリートや鋼殻コンクリート等で形成することができる。そして、図２（４）に示すように、この本体覆工壁２２の内側の地山を掘削して図示しない分岐合流部１４を施工する。また、改良ゾーン２３については凍結工法で形成した場合には凍結を停止する。なお、分岐合流部１４の端部（本体覆工壁２２の軸方向の前端部）については、図２（５）に示すような態様となる。
【００２６】
ここで、褄部２０に設けられる褄部凍結ゾーンは、大きな土水圧を受けることからその所要厚はかなり大きくなることが通常であり、例えば５ｍ〜１０ｍ程度となることが想定されるので、上述したようにその施工に際しては過度の凍結膨張とそれに起因する地山の隆起や沈下といった問題を防止する必要がある。そのため、本実施の形態では、凍結工法と地盤改良工法を併用し、凍結工法により形成した凍結ゾーンにより確実な止水を行い、地盤改良工法により増強した未凍結地山によりその自立性および安定性を確保した後、褄壁を施工することとしている。
【００２７】
より具体的には、図３および図４に示すように、本体覆工壁２２の内側の地山に対する掘削に先立って、本体覆工壁２２の軸方向の前端部の地山に凍結管２４を打設して施工領域の端部の位置にその横断面に沿う褄部凍結ゾーン２６を形成する。この褄部凍結ゾーン２６は、外殻シールドトンネル１８、本線シールドトンネル１０、ランプシールドトンネル１２の少なくとも１つから地山に凍結管２４を打設して形成してもよい。一方、外殻シールドトンネル１８内に設けた凍結管２８によりその外部の地山を凍結させることによって、褄部凍結ゾーン２６と褄壁３０の施工予定領域の間に残される未凍結地山３２を取り囲む周部凍結ゾーン３４を褄部凍結ゾーン２６と一体に形成するとともに、この周部凍結ゾーン３４を外殻シールドトンネル１８の外面に付着させた状態で形成する（凍結ゾーン形成工程）。こうして形成される褄部凍結ゾーン２６および周部凍結ゾーン３４は、主に止水性を確保するためのものである。また、上述したように、外殻シールドトンネル１８は外力抵抗に必要な未凍結地山３２の軸方向の長さ（例えば１０ｍ程度）を確保可能なように褄壁３０の施工予定箇所よりもさらに前方まで延伸施工しておくことが望ましい。
【００２８】
一方、未凍結地山３２に薬液を注入してその地山強度を増大させる（地山改良工程）。この薬液注入作業は、上記の凍結ゾーン形成工程と並行して、または相前後して、近隣の外殻シールドトンネル１８、本線シールドトンネル１０、ランプシールドトンネル１２の少なくとも１つから内側の地山に薬液注入管を打ち込んで実施してもよい。薬液としては、例えば地山改良用として周知の水ガラス系の薬液を用いることができる。
【００２９】
次に、上記の凍結ゾーン形成工程および地山改良工程の後、褄部凍結ゾーン２６、周部凍結ゾーン３４および未凍結地山３２を残して本体覆工壁２２および改良ゾーン２３の内側の地山を掘削して分岐合流部１４を施工する。ここで、褄壁３０の施工予定領域については、本体覆工壁２２の内側の地山を掘削することにより形成し、未凍結地山３２については、改良ゾーン２３の内側の地山を掘削することにより形成する。その掘削は、分岐合流部１４の内側を通過している本線シールドトンネル１０の図示しないセグメントを解体してその周囲を拡幅していくことで行えばよい。また、掘り残し時の未凍結地山３２の掘削法面３６の勾配は土質条件や安定条件等に応じて適宜設定する。未凍結地山３２の掘削法面３６には、図４または図５に示すように、吹付けコンクリート３８およびロックボルト４０などの法面保護工を設けることが望ましい。このようにすれば、掘り残し時の未凍結地山３２の安定を強化し、肌落ち防止を図ることができる。この後、図４に示すように、未凍結地山３２の前面側の褄壁３０の施工予定領域に鉄筋コンクリートを打設して褄壁３０を施工する（褄壁施工工程）。この場合、打設する褄壁３０の背面と未凍結地山３２の前面との間に掘削土４２を埋め戻しながら下側より順に施工する。
【００３０】
なお、本体覆工壁２２の内側の地山全体を掘削して大断面の分岐合流部１４を完成させた後、最終的に分岐合流部１４の両端部に上述した施工手順により覆工壁である褄壁３０をそれぞれ設け、前端部側の褄壁３０に本線シールドトンネル１０とランプシールドトンネル１２とを接合し、後端部側の褄壁３０に本線シールドトンネル１０を接合すれば、分岐合流部１４の覆工全体の完成となる。
【００３１】
このように、本実施の形態によれば、周辺地山から作用する土圧および水圧に対しては、強度が増大した未凍結地山３２と、外殻シールドトンネル１８の改良ゾーン２３と未凍結地山３２の間の周面摩擦力により抵抗する一方、褄部凍結ゾーン２６および周部凍結ゾーン３４により確実な止水性を確保する。このため、強度が増大した未凍結地山３２により自立性および安定性を確保することができる。また、褄部凍結ゾーン２６および周部凍結ゾーン３４は止水性の確保に必要な厚さとすることができ、凍土量を大幅に低減できる。したがって、褄壁３０をより合理的に施工でき、施工コスト削減と工期短縮を図ることができる。
【００３２】
なお、上記の実施の形態において、未凍結地山３２の地盤改良は薬液注入に限るものではなく、例えば機械攪拌、噴射攪拌、噴射置換やそれらの併用で行ってもよい。また、周部凍結ゾーン３４の形成は外殻シールドトンネル１８の外部に凍結管を打設して行ってもよい。
【００３３】
以上説明したように、本発明に係る褄壁の施工方法によれば、施工予定の地中空洞の外側周囲にその軸方向に沿う複数の先行トンネルを所定間隔で配列した状態で先行施工し、この先行トンネル間の地山を改良して本体覆工壁施工予定領域を取り囲む改良ゾーンを形成した後、本体覆工壁施工予定領域を掘削して本体覆工壁を構築し、この本体覆工壁の内側の地山を掘削して地中空洞を施工する際に、その軸方向の端部に褄壁を施工する方法であって、本体覆工壁の内側の地山に対する掘削に先立って、本体覆工壁の軸方向の端部の地山に凍結管を打設して施工領域の端部の位置にその横断面に沿う褄部凍結ゾーンを形成する一方、先行トンネルの内側または外側に設けた凍結管によりその外部の地山を凍結させることによって、褄部凍結ゾーンと褄壁施工予定領域の間に残される未凍結地山を取り囲む周部凍結ゾーンを褄部凍結ゾーンと一体に形成するとともに、この周部凍結ゾーンを先行トンネルの外面に付着させた状態で形成する凍結ゾーン形成工程と、未凍結地山の地山強度を増大させる地山改良工程と、凍結ゾーン形成工程および地山改良工程の後、褄部凍結ゾーン、周部凍結ゾーンおよび未凍結地山を残して本体覆工壁の内側の地山を掘削して地中空洞を施工し、未凍結地山の前面側の褄壁施工予定領域に褄壁を施工する褄壁施工工程とを備えるので、周辺地山から作用する土圧および水圧に対しては、強度が増大した未凍結地山と、先行トンネルと未凍結地山の間の周面摩擦力により抵抗する一方、褄部凍結ゾーンおよび周部凍結ゾーンにより止水性を確保する。このため、強度が増大した未凍結地山により自立性および安定性を確保することができる。また、褄部凍結ゾーンおよび周部凍結ゾーンは止水性の確保に必要な厚さとすることができ、凍土量を大幅に低減できる。したがって、褄壁をより合理的に施工でき、施工コスト削減と工期短縮を図ることができる。
【００３４】
また、本発明に係る他の褄壁の施工方法によれば、褄壁施工工程において、未凍結地山の掘削法面に法面保護工を設けた後、褄壁を施工するので、掘り残し時の未凍結地山の安定を強化することができる。
【００３５】
また、本発明に係る他の褄壁の施工方法によれば、先行トンネルは、未凍結地山が周辺地山からの土圧および水圧に抵抗可能な長さまで先行施工されているので、後続の凍結ゾーン形成工程および地山改良工程を効率的に実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、本発明に係る褄壁の施工方法は、地中空洞の端部などに設置される褄壁の施工方法に有用であり、特に、道路トンネルの分岐合流部などの端部に設置される褄壁を施工するのに適している。
【符号の説明】
【００３７】
１０  本線シールドトンネル
１２  ランプシールドトンネル
１４  分岐合流部（地中空洞）
１６  地中発進基地
１８  外殻シールドトンネル（先行トンネル）
２０  褄部
２２  本体覆工壁
２３  改良ゾーン
２４，２８  凍結管
２６  褄部凍結ゾーン
３０  褄壁
３２  未凍結地山
３４  周部凍結ゾーン
３６  掘削法面
３８  吹付けコンクリート
４０  ロックボルト
４２  掘削土
【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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