(57)【要約】【課題】拡幅部を有する複雑な形態のトンネルを合理的に施工し得る有効適切なこうぞうと工法を提供する。【解決手段】複数のトンネル（シールドトンネル１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂ）を上下方向および横方向に間隔をおいて並べて多連多段に構築し、各段のトンネルどうしの間を拡幅してそこに拡幅部５Ａ，５Ｂをそれぞれ設ける。各段の拡幅部の間を掘削してそこに上下の拡幅部どうしを連結する支保構造体１０を構築する。支保構造体は、上段の拡幅部５Ａの下部床版４Ａと、下段の拡幅部５Ｂの上部床版３Ｂと、それらを一体に連結する補強壁版からなり、その支保構造体を上下の拡幅部の施工に先立って先行構築する。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のトンネルが上下方向および横方向に間隔をおいて並べられて多段多連に構築され、
それら多段多連のトンネルの間が掘削されてそこに支保構造体が構築され、
各段のトンネルの間が掘削されてそこに拡幅部がそれぞれ構築されるとともに、各段の拡幅部が前記支保構造体を介して一体に連結されてなることを特徴とするトンネル構造。
【請求項２】
請求項１記載のトンネル構造であって、
分岐合流部トンネルとしての２本のトンネルが上下方向に間隔をおいて２段に構築されるとともに、それらトンネルの側方に間隔をおいて本線トンネルとしての２本のトンネルがそれぞれ構築され、
それら２段２連のトンネルの間が掘削されて、上段の拡幅部の下部床版と下段の拡幅部の上部床版とそれらを一体に連結する補強壁版からなる支保構造体が構築され、
各段の２連のトンネルどうしの間が拡幅されて上段の拡幅部の上部床版と下段の拡幅部の下部床版が施工されて各段の拡幅部が構築されてなることを特徴とするトンネル構造。
【請求項３】
複数のトンネルを上下方向および横方向に間隔をおいて並べて多段多連に構築し、
それら多段多連のトンネルの間を掘削してそこに支保構造体を先行構築した後、
各段のトンネルの間を掘削してそこに拡幅部をそれぞれ構築するとともに、各段の拡幅部を前記支保構造体を介して一体に連結することを特徴とするトンネル工法。
【請求項４】
請求項３記載のトンネル工法であって、
分岐合流部トンネルとしての２本のトンネルを上下方向に間隔をおいて２段に構築するとともに、それらトンネルの側方に間隔をおいて本線トンネルとしての２本のトンネルをそれぞれ構築し、
それら２段２連のトンネルの間を掘削して、上段の拡幅部の下部床版と下段の拡幅部の上部床版とそれらを一体に連結する補強壁版からなる支保構造体を先行構築した後、
各段の２連のトンネルどうしの間を拡幅して上段の拡幅部の上部床版と下段の拡幅部の下部床版を施工して各段の拡幅部を構築することを特徴とするトンネル工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のトンネルを上下方向および横方向に間隔をおいて並べて多段多連に構築することを基本とするトンネルの構造およびその工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大規模な道路トンネルにおいては、上り線および下り線を上下２段に設けるとともに、各線のそれぞれにおいて本線トンネルに対してランプトンネルを分岐合流させる場合があり、そのような大規模かつ複雑な形態のトンネルを構築するためには図１１に示すような工法が最も一般的であると考えられる。
なお、以下の説明においては上段および下段に共通する構成要素には同一符号を付すが、特に区別する必要がある場合には上段に係わる構成要素についてはＡの添字を付し、下段に係わる構成要素にはＢの添字を付す。
【０００３】
すなわち、まず図１１（ａ）に示すように本線トンネルとなる各段の２本のシールドトンネル１（１Ａ，１Ｂ）と、ランプトンネルとなる各段の２本のシールドトンネル２（２Ａ，２Ｂ）とを上下方向および横方向に間隔をおいて２段２連に設けた後、（ｂ）に示すように各段のシールドトンネル１，２の間をそれぞれ拡幅してその上下に上部床版３（３Ａ，３Ｂ）と下部床版４（４Ａ，４Ｂ）とを施工することによって各段に分岐合流部となる拡幅部５（５Ａ，５Ｂ）を設け、最終的にはそれぞれ断面形状が横長の２本の道路トンネルを２段にわたって構築するのである。
しかし、上記のような従来一般的な工法では各段の拡幅部５の施工に際して大がかりな支保工が不可欠であるし、上部床版３と下部床版４のいずれにも過大な断面力が作用するのでその所要強度および版厚は大きなものとならざるを得ない。
【０００４】
そのため、このような形態のトンネルをより合理的に構築可能な工法としてたとえば特許文献１や特許文献２に示される工法も提案されている。
特許文献１に示される工法は、２本のシールドトンネルを横方向に２連に先行構築する際にその側面のセグメントを切削可能なものとしておいて、後段において矩形シールドによってそのセグメントを切削しながら２本のシールドトンネル間を掘削して拡幅部を施工するというものであり、この工法によって上下２段のトンネルを構築することにより図１１（ｂ）に示すものとほぼ同様の形態のトンネルを構築することができる。
特許文献２に示される工法は、２段２連の４本のシールドトンネルを構築することに代えて２本のシールドトンネルを上下方向に２段に設けるのみとして、その側方に地中壁を設け、各段のシールドトンネルと地中壁との間を拡幅することによってほぼ同様の形態のトンネルを構築するものである。この工法においては、特にシールドトンネルの覆工を鋼製セグメントによるものとして、拡幅部の上下に設ける鉄筋コンクリート造の床版をその鋼製セグメントに対して接合することにより、それらを構造的に確実に一体化させ得るとともに施工性を改善できるという利点もある。
【特許文献１】特開２００３−１４８０８６号公報
【特許文献２】特開２００６−９７３１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１や特許文献２に示される工法では、図１１に示したようにシールドトンネル間を単に拡幅する場合に比較すれば施工の合理化を図ることができると考えられるが、前者は特殊な矩形シールドを使用する極めて特殊な工法であるし、後者は大規模な地中壁を構築するものであるから開削工法の場合と同様に地表部での用地確保とそこでの作業が必要であり、いずれも広く一般に採用できるものではない。
【０００６】
以上のように、上記で例示したような大規模で複雑な形態のトンネルを合理的に施工し得る工法は未だ確立されていないのが実情であり、本発明はそれを可能とする有効適切なトンネル構造とトンネル工法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明のトンネル構造は、複数のトンネルが上下方向および横方向に間隔をおいて並べられて多段多連に構築され、それら多段多連のトンネルの間が掘削されてそこに支保構造体が構築され、各段のトンネルの間が掘削されてそこに拡幅部がそれぞれ構築されるとともに、各段の拡幅部が前記支保構造体を介して一体に連結されてなることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明のトンネル構造は、請求項１記載の発明のトンネル構造において、分岐合流部トンネルとしての２本のトンネルが上下方向に間隔をおいて２段に構築されるとともに、それらトンネルの側方に間隔をおいて本線トンネルとしての２本のトンネルがそれぞれ構築され、それら２段２連のトンネルの間が掘削されて、上段の拡幅部の下部床版と下段の拡幅部の上部床版とそれらを一体に連結する補強壁版からなる支保構造体が構築され、各段の２連のトンネルどうしの間が拡幅されて上段の拡幅部の上部床版と下段の拡幅部の下部床版が施工されて各段の拡幅部が構築されてなることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明のトンネル工法は、複数のトンネルを上下方向および横方向に間隔をおいて並べて多段多連に構築し、それら多段多連のトンネルの間を掘削してそこに支保構造体を先行構築した後、各段のトンネルの間を掘削してそこに拡幅部をそれぞれ構築するとともに、各段の拡幅部を前記支保構造体を介して一体に連結することを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明のトンネル工法は、請求項３記載の発明のトンネル工法において、分岐合流部トンネルとしての２本のトンネルを上下方向に間隔をおいて２段に構築するとともに、それらトンネルの側方に間隔をおいて本線トンネルとしての２本のトンネルをそれぞれ構築し、それら２段２連のトンネルの間を掘削して、上段の拡幅部の下部床版と下段の拡幅部の上部床版とそれらを一体に連結する補強壁版からなる支保構造体を先行構築した後、各段の２連のトンネルどうしの間を拡幅して上段の拡幅部の上部床版と下段の拡幅部の下部床版を施工して各段の拡幅部を構築することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のトンネル構造によれば、各段の拡幅部が支保構造体を介して構造的に一体に連結されて補強されるので、拡幅部に覆工体として設ける下部床版や上部床版に発生する断面力およびそれらとトンネル覆工体との接合部における断面力を大幅に改善することが可能であり、したがって拡幅部に設ける覆工体の版厚や所要鉄筋量を充分に削減することが可能であるし、トンネル内の有効空間を拡大することも可能となる。
【００１２】
本発明のトンネル工法によれば、各段の拡幅部の施工に先立ってそれらの間に支保構造体を先行構築するので、その支保構造体によって各トンネルの全体を安定に支保でき、それ以降の施工を安全かつ精度良く行うことが可能である。また、支保構造体を先行構築することからその下段側に拡幅部を施工するに際しては大がかりな支保工を省略することが可能であり、したがって全体として施工効率を充分に向上させることができ、工費削減と工期短縮に寄与し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明のトンネル構造およびトンネル工法の一実施形態を図１〜図１０を参照して説明する。
本実施形態では、基本的には図１１に示した従来一般の工法と同様に、まず４本のシールドトンネル１，２（１Ａ，２Ａ，１Ｂ，２Ｂ）を２段２連に構築し、各段の２本のシールドトンネル１，２間を拡幅してそこに分岐合流部となる拡幅部５（５Ａ，５Ｂ）を設けて最終的には横長断面の２本の道路トンネルを上下２段に設けるのであるが、本実施形態では各段に拡幅部５を施工するに先立って各シールドトンネル間に支保構造体１０（図５参照）を先行構築することを主眼とする。
【００１４】
すなわち、図１に示すように、まずランプトンネルのように本線トンネルに対して分岐合流する分岐合流部トンネルとなる２本のシールドトンネル２（２Ａ，２Ｂ）を上下に間隔をおいて２段に設けるとともに、図２に示すようにその側方にそれぞれ間隔をおいて本線トンネルとなる２本のシールドトンネル１（１Ａ，１Ｂ）を設けることにより、それら全４本のシールドトンネル２Ａ，２Ｂ，１Ａ，１Ｂを上下方向および横方向に間隔をおいて並べて２段２連に構築する。
なお、以下の説明では、適宜、分岐合流部トンネルとなるシールドトンネル２Ａ，２Ｂを分岐合流部トンネル２Ａ，２Ｂと言い換え、本線トンネルとなるシールドトンネル１Ａ，１Ｂを本線トンネル１Ａ，１Ｂと言い換える。
【００１５】
図２に示すように拡幅部５の施工開始地点において、上段の分岐合流部トンネル２Ａから（あるいは本線トンネル１Ａ内からでも良い）、拡幅部５の上方に曲線パイプルーフ１１を施工し、また、上下の分岐合流部トンネル２Ａ，２Ｂ間に土留め壁１２を施工し、図３に示すように上下の本線トンネル１Ａ，１Ｂ間にも同様に土留め壁１３を施工する。
【００１６】
図４に示すように、上段の分岐合流部トンネル２Ａ内から（あるいは本線トンネル１Ａ内からでも良い）、両土留め壁１２，１３の間を掘削していき、図５に示すようにそこに鉄筋コンクリート造の支保構造体１０を先行構築する。
支保構造体１０は上壁部と下壁部と左右の側壁部とによる矩形断面とされて実質的にそれ自体がトンネルとして機能するものであるが、その上壁部は後段で施工する上段側の拡幅部５Ａの下部床版４Ａとなり、下壁部は同じく下段側の拡幅部５Ｂの上部床版３Ｂとなるものであり、左右の側壁部はそれら下部床版４Ａと上部床版３Ｂとを構造的に連結してそれらを補強する２枚の補強壁版１５として機能するものである。
【００１７】
上記の支保構造体１０を先行構築した後、図６に示すように上段の分岐合流部トンネル２Ａ内から曲線パイプルーフ１１の下方に対する掘削を開始して本線トンネル１Ａ側に拡幅していく（あるいは本線トンネル１Ａ内から分岐合流部トンネル２Ａ側に拡幅していくことでも良い）。そして、図７に示すように施工するべき拡幅部５Ａの施工区間全体にわたってその上部斜め前方に向けて適宜の先受け工１６を施工しつつ、かつ分岐合流部トンネル２Ａと本線トンネル１Ａ内に適宜の支保工１７を設置しながら、拡幅部５Ａの上方を掘削して図８に示すようにそこに上部床版３Ａを施工し、必要に応じて所望位置に側壁１８（１８Ａ）を施工する。
【００１８】
また、同じく図８に示すように下段の分岐合流部トンネル２Ｂ内からその下方を掘削して本線トンネル１Ｂ側に拡幅していき（あるいは本線トンネル１Ｂ内から分岐合流部トンネル２Ｂ側に拡幅していくことでも良い）、図９に示すようにそこに下部床版４Ｂを施工して拡幅部５Ｂを施工し、所望位置に側壁１８（１８Ｂ）を施工する。
【００１９】
以上により上下の拡幅部５Ａ，５Ｂの上部床版３Ａ，３Ｂおよび下部床版４Ａ，４Ｂの全てが施工されたので、図１０に示すように各段の分岐合流部トンネル２と本線トンネル１の間のセグメントを解体撤去し、適宜の仕上げ工事や設備工事を行って拡幅部５Ａ，５Ｂおよびトンネル全体を完成させる。
【００２０】
以上の工法によれば、上下の拡幅部５Ａ，５Ｂの施工に先立ってそれらの間に支保構造体１０を先行構築するので、その支保構造体１０によって４本のシールドトンネル１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂの全体を安定に支保でき、それ以降の施工を安全かつ精度良く行うことが可能となる。
また、支保構造体１０はその上下に構築される拡幅部５Ａ，５Ｂの下部床版４Ａと上部床版３Ｂとを構造的に一体に連結して補強するものであるので、それら下部床版４Ａと上部床版３Ｂに発生する断面力や、それらとトンネル覆工体との接合部における断面力を大幅に改善することができ、したがってそれらの版厚や所要鉄筋量を充分に削減することが可能であるし、ひいてはトンネル内の有効空間の拡大に寄与し得て道路標識の設置空間や換気ダクト類の設置スペース等を確保し易くなる利点も得られる。
しかも、支保構造体１０は施工時はもとより完成後においてもそれ自体が実質的にトンネルとして機能するので、必要に応じてこの支保構造体１０を換気ダクトやパイプスペース、あるいは保守通路や避難通路、共同溝といった様々な用途に有効活用することが可能である。
【００２１】
また、従来のように各段の施工をそれぞれ独立に行うのではなく上記のように各段の施工を有機的に関連づけて施工することにより施工全体の合理化を図ることができるし、特に下段側の拡幅部５Ｂの施工に際してはその上部に支保構造体１０が既に構築されているのでそれ以外には大がかりな支保工を省略することが可能であり、したがって全体として施工効率を充分に向上させることができる。
勿論、支保構造体１０の先行構築はいずれかのシールドトンネル内からの作業により適宜の在来工法によって支障なく容易に行い得るし、特許文献１に示される工法のように特殊なシールド機を用いたり、特許文献２に示される工法のように地表部からの工事を必要とするものでもないから、従来工法に比べて充分に工費削減と工期短縮を図ることができる。
【００２２】
なお、上部床版３と下部床版４およびその一部として機能する支保構造体１０の構造としては、基本的には鉄筋コンクリート造とすれば良いが、たとえば鋼板を型枠および構造材として使用してその内部にコンクリートを充填する構造の鋼殻コンクリート造とすることも考えられる。
また、それらを鉄筋コンクリート造とする場合においては、特許文献２に示されているように、各シールドトンネル１，２のセグメントとして鋼製セグメントを使用して、その鋼製セグメントに対して上部床版３や下部床版４のみならず支保構造体１０を構成する鉄筋をワンタッチ継手により機械的に接合することが好ましい。そのようにすれば、上部床版３や下部床版４および支保構造体１０全体の施工を効率的に実施できるし、それらとセグメントとの構造的な一体化を確実かつ充分に図ることができ、したがって上部床版３や下部床版４およびその機能を兼ねる支保保構造体１０の断面力をさらに改善することが可能となる。
【００２３】
以上で本発明の一実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで好適な一例に過ぎず、本発明は上記実施形態に限定されることなく様々な応用や設計的変更が可能である。
たとえば上記実施形態は２段２連の４本のシールドトンネルによる上下２段の道路トンネルに対し分岐合流部となる拡幅部を構築する場合の適用例であるが、本発明はさらに多数のトンネルを多連多段に設ける場合にも同様に適用できるものであって、いずれにしても各トンネル間に支保構造体を先行構築してその支保構造体を介して各段の拡幅部どうしを構造的に一体化することにより同様の効果が得られる。
また、支保構造体はその周囲の各トンネルを支保するものであれば良く、その限りにおいて支保構造体の設置形態や断面形状は任意であって、必ずしも上記実施形態のようにそれ自体がトンネルとして機能するものとする必要はない。
勿論、各トンネルの構造や断面形状、寸法は任意であって、必ずしもシールド工法によるシールドトンネルに限るものではなく他の工法によるトンネルであっても良いし、それらのトンネルは全体として上下方向および横方向に配置されていれば良いのであって必ずしも水平方向や鉛直方向に並べる必要はなく、水平や鉛直に対して斜め方向に並べることでも良い。
また、本発明は道路トンネルに限らず鉄道トンネルをはじめとする各種用途のトンネルや、さらには同様の形態のトンネル状の地下構造物の施工に際しても適用できることは当然であり、したがって拡幅部の構造や形状もその用途や目的に応じて適宜変更すれば良い。
いずれにしても、各トンネル間にそれらを構造的に連結して支保するための支保構造体を先行構築してから各段を拡幅して拡幅部を施工するという本発明工法の要旨を逸脱しない範囲内であれば、トンネル全体の形態や断面形状、具体的な施工手順や補助工法その他細部の具体的な要件については，各トンネルの構造や大きさ、トンネル全体の形態や規模、用途等を考慮して最適設計すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態であるトンネル構造およびトンネル工法の施工手順を示す図であって、２本の分岐合流部トンネルを施工した状態を示す図である。
【図２】同、２本の本線トンネルと曲線パイプルーフとを施工した状態を示す図である。
【図３】同、支保構造体の施工のための土留め壁を施工した状態を示す図である。
【図４】同、支保構造体の施工のための掘削工事を実施している状態を示す図である。
【図５】同、支保構造体を構築した状態を示す図である。
【図６】同、上段の拡幅部の上部を拡幅する状態を示す図である。
【図７】同、上段の拡幅部の上部を拡幅している状態を示す図である。
【図８】同、上段の拡幅部の上部床版を施工し、下段の拡幅部の下部を拡幅している状態を示す図である。
【図９】同、下段の拡幅部の下部床版を施工した状態を示す図である。
【図１０】同、各段の拡幅部を拡幅した完成状態を示す図である。
【図１１】従来一般の拡幅部の施工手法を示す概要図である。
【符号の説明】
【００２５】
１（１Ａ，１Ｂ）  シールドトンネル（トンネル、本線トンネル）
２（２Ａ，２Ｂ）  シールドトンネル（トンネル、分岐合流部トンネル）
３（３Ａ，３Ｂ）  上部床版
４（４Ａ，４Ｂ）  下部床版
５（５Ａ，５Ｂ）  拡幅部（分岐合流部）
１０  支保構造体
１１  曲線パイプルーフ
１２，１３  土留め壁
１５  補強壁版
１６  先受け工
１７  支保工
１８側壁
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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