(57)【要約】【課題】手堀式掘削作業における作業性を改善し、作業効率を向上させて、短い工期で経済的にトンネルを構築するトンネル構築工法を提供する。【解決手段】地盤Ｇに対し、覆工断面と略直交する方向に、複数の中空箱形のエレメントをトンネルの輪郭に沿って配列するように貫入して、ボックス型のエレメント連結体を構成するトンネル構築工法において、上床エレメント１Ａの前端側に、桁高ｈを上床エレメントの桁高ｈ１よりも高く設定した中空箱形のエレメントヘッド２を取り付け、エレメントヘッド２で地盤Ｇ内を掘進して上床エレメント１Ａを順次貫入していくとともに、桁高の差ｈ２によりエレメントヘッド２の後方側に生じる空隙部Ｃに掘削土砂Ｍを順次充填していき、エレメント連結体の構成後に、充填された掘削土砂Ｍを掘削除去するようにした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルを構築すべき地盤に対し、覆工断面と略直交する方向に、複数の中空箱形のエレメントを前記トンネルの輪郭に沿って配列するように貫入して、エレメント連結体を構成し、前記エレメントの内部及び隣接するエレメントとの継手部空間にコンクリートを充填打設し、該コンクリートが固化した後に、前記エレメント連結体の内側の土砂を掘削除去してトンネルを構築する工法において、
前記エレメントの前端側に、桁高を前記エレメントの桁高よりも高く設定した中空箱形のエレメントヘッドを取り付け、該エレメントヘッドで前記地盤内を掘進して前記エレメントを順次貫入していくとともに、前記エレメントと前記エレメントヘッドとの桁高の差により前記エレメントヘッドの後方側に生じる空隙部に、掘削した土砂を順次充填していき、前記エレメント連結体の構成後に、該充填された土砂を掘削除去することを特徴とするトンネルの構築工法。
【請求項２】
トンネルを構築すべき地盤に対し、覆工断面と略直交する方向に、複数の中空箱形のエレメントを前記トンネルの輪郭に沿って配列するように貫入して、エレメント連結体を構成し、前記エレメントの内部及び隣接するエレメントとの継手部空間にコンクリートを充填打設し、該コンクリートが固化した後に、前記エレメント連結体の内側の土砂を掘削除去してトンネルを構築する工法において、
前記エレメントの前端側に、桁高を前記エレメントの桁高よりも高く設定した中空箱形のエレメントヘッドを予め取り付けるとともに、前記エレメントの外部に、前記エレメントの桁高をかさ上げして前記エレメントヘッドの桁高と合わせるためのかさ上げ部材を取り付け、前記エレメントヘッドで前記地盤内を掘進して前記エレメントを順次貫入し、前記エレメント連結体の構成後に、前記かさ上げ部材を前記エレメントから取り外すことを特徴とするトンネルの構築工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道線路や道路等の下に立体交差するトンネルを構築する工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道線路や道路等の下に立体交差するトンネルを構築する工法として、従来からの現場打設コンクリートによる覆工体の構築工法に替えて、ＵＲＴ（Ｕｎｄｅｒ  Ｒａｉｌｗａｙ／Ｒｏａｄ  Ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇ）工法あるいは角形鋼管横締め工法と称される工法等が、最近用いられてきている。こうした工法は、中空箱形のトンネル覆工用のエレメントを地盤に対して順次貫入することにより、複数のエレメントをトンネルの輪郭に沿って地盤内に配列し、各エレメント同士を相互に連結して、略門型、ボックス型或いはトンネル型等のエレメント連結体を構成した後に、このエレメント連結体の内側の土砂を掘削除去してトンネルを構築する工法である。こうした工法は、地盤を乱すおそれが少ないために上側の鉄道線路や道路等に殆ど悪影響を与えない、また、工程が少ないので工期を短縮することができる、といった利点がある。
【０００３】
図６には、鉄道線路Ｒの下に立体交差するトンネルを、ＵＲＴ工法により構築する場合の概略を示す。この図に示すように、地盤Ｇに対し、覆工断面と略直交する方向に、長尺状をなす中空箱形の鋼製エレメントが貫入され、ボックス型のエレメント連結体１００が構成されている。各エレメントは、トンネルの輪郭に沿って配列されており、その部位に応じて、形状や機能等が各々異なった複数種類のものが用いられている。すなわち、上側水平部を形成する上床エレメント１０１Ａ、下側水平部を形成する下床エレメント１０１Ｂ、これら上下の水平部を左右両側から結ぶ鉛直部を形成する側壁エレメント１０１Ｃ、水平部と鉛直部とのコーナーを形成するコーナーエレメント１０１Ｄ、及び作業を行うための作業エレメント１０１Ｅによって、エレメント連結体１００が構成されている。
【０００４】
各エレメントの貫入に際しては、断面の形状及び大きさが各エレメントの断面と略同一であって内部に掘削装置を備えたエレメントヘッド（図示省略）を、各エレメントの前端側に取り付けておき、このエレメントを、入側（坑口側）から推進装置（図示省略）によって推進させていく。すなわち、エレメントヘッドで地盤Ｇ内を掘進しながら、エレメントの内部及び隣接するエレメントとの継手部空間に位置する土砂を後方側に搬送して排土していき、エレメントを地盤Ｇ内に順次貫入していく。新たに貫入されたエレメントは、隣接する既に貫入されたエレメントと、継手部によって連結される。なお、エレメントヘッド及び推進装置は、エレメント貫入後に取り外す。
【０００５】
全エレメントの貫入が終了して、ボックス型のエレメント連結体１００が構成されたら、周囲の土圧に抗するように、水平部及び鉛直部にプレストレスを導入する。すなわち、各エレメントの継手部側に複数形成された孔（図示省略）に高張力鋼線Ｗを順次挿通し、水平部及び鉛直部にわたって予め貫通させておく。こうしておいて、エレメントの内部及び隣接するエレメントとの継手部空間にコンクリート（図示省略）を充填打設し、コンクリートが固化した後に、高張力鋼線Ｗを端部側から緊張することで、プレストレスを導入する。この作業は、作業エレメント１０１Ｅ内に作業者が入って行う。
【０００６】
その後、エレメント連結体１００の内側の土砂を掘削除去する。こうすることで、プレストレストコンクリート部材とされたエレメント連結体１００の内側に、トンネルが構築される。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−２８０４９７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
地盤内へのエレメントの貫入に際しては、上記のように、エレメントヘッド内に掘削装置を設けて機械式掘削を行う場合が多いが、機械式掘削を行い難い場合には、例えば特許文献１に記載されているように、中空とされたエレメントヘッド内に掘削作業者が入って、手堀式掘削を行わなければならない。機械式掘削を行い難い場合とは、例えば、地盤内に大きな礫が多量に存在することや、杭等が未除去のまま埋設されていること等が、予め判っている場合である。こうした場合に掘削装置を用いると、先端のカッタービット等が損傷してしまうおそれがある。
【０００９】
ところで、エレメントの桁高、特に上記の上床エレメント１０１Ａや下床エレメント１０１Ｂの桁高は、トンネルの構造如何によって、極めて低く抑えなければならないことがある。例えば、鉄道線路Ｒ等の下側に掘削可能なスペースを広くとれないにも関わらず、トンネル内の断面積を大きくとる必要がある場合等には、上床エレメント１０１Ａや下床エレメント１０１Ｂの桁高は、必要な強度等が確保できる範囲内で最小限に抑制することが要求される。エレメントヘッドの桁高も、通常はエレメントの桁高に合わせなくてはならないので、エレメントの桁高があまりに低いと、掘削作業者は無理な姿勢で掘削を行わうことを余儀なくされ、極めて困難な作業を強いられることとなってしまう。こうしたことから、手堀式掘削作業における作業性の改善及び作業効率の向上が求められていた。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、手堀式掘削作業における作業性を改善し、作業効率を向上させて、短い工期で経済的にトンネルを構築することのできるトンネル構築工法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、トンネルを構築すべき地盤に対し、覆工断面と略直交する方向に、複数の中空箱形のエレメントを前記トンネルの輪郭に沿って配列するように貫入して、エレメント連結体を構成し、前記エレメントの内部及び隣接するエレメントとの継手部空間にコンクリートを充填打設し、該コンクリートが固化した後に、前記エレメント連結体の内側の土砂を掘削除去してトンネルを構築する工法において、前記エレメントの前端側に、桁高を前記エレメントの桁高よりも高く設定した中空箱形のエレメントヘッドを取り付け、該エレメントヘッドで前記地盤内を掘進して前記エレメントを順次貫入していくとともに、前記エレメントと前記エレメントヘッドとの桁高の差により前記エレメントヘッドの後方側に生じる空隙部に、掘削した土砂を順次充填していき、前記エレメント連結体の構成後に、該充填された土砂を掘削除去することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、トンネルを構築すべき地盤に対し、覆工断面と略直交する方向に、複数の中空箱形のエレメントを前記トンネルの輪郭に沿って配列するように貫入して、エレメント連結体を構成し、前記エレメントの内部及び隣接するエレメントとの継手部空間にコンクリートを充填打設し、該コンクリートが固化した後に、前記エレメント連結体の内側の土砂を掘削除去してトンネルを構築する工法において、前記エレメントの前端側に、桁高を前記エレメントの桁高よりも高く設定した中空箱形のエレメントヘッドを予め取り付けるとともに、前記エレメントの外部に、前記エレメントの桁高をかさ上げして前記エレメントヘッドの桁高と合わせるためのかさ上げ部材を取り付け、前記エレメントヘッドで前記地盤内を掘進して前記エレメントを順次貫入し、前記エレメント連結体の構成後に、前記かさ上げ部材を前記エレメントから取り外すことを特徴とする。
【００１３】
このように、エレメントヘッドの桁高をエレメントの桁高よりも高く設定するようにして、その桁高の差を埋め合わせるようにエレメントをかさ上げするようにしているので、エレメントの桁高が極めて低い場合であっても、エレメントヘッドの内部空間を、掘削作業者が作業し易い、手堀式掘削作業に適した高さに設定することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るトンネル構築工法の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１５】
［第１の実施形態］
先ず、第１の実施形態について、図１を用いて説明する。
このトンネルの構築工法においては、鉄道線路等の下に立体交差するトンネルをＵＲＴ工法により構築する場合に、手堀式掘削によって各エレメントを地盤内に貫入して、従来例におけると同様のボックス型のエレメント連結体（図示省略）を構成する。
【００１６】
図１に示す上床エレメント（エレメント）１Ａは、上記従来例において示した上床エレメント１０１Ａとほぼ同一の構成となっており、ボックス型あるいは略門型をなすエレメント連結体における上側水平部を形成するための、矩形断面の長尺状をなす中空箱形のエレメントである。この上床エレメント１Ａは、図１（ｂ）に示すように、各々の厚さが１０〜３０ｍｍ程度の上面鋼板１１ａと下面鋼板１１ｂと左右側面鋼板１１ｃとを、矩形に組んで一体化したものであり、内部空間Ｓ１が形成されている。上面鋼板１１ａと下面鋼板１１ｂの幅方向端部側、つまり上床エレメント１Ａの側部には、継手部１２が形成されており、この継手部１２によって、隣接する上床エレメント１Ａやコーナーエレメント等と連結可能となっている。なお、エレメント１Ａの桁高ｈ１は、手堀式掘削作業に適しない高さとされており、例えば６００ｍｍ以下とされている。
【００１７】
図１（ａ）に示すように、上床エレメント１Ａの前端側には、地盤Ｇ内を掘進して上床エレメント１Ａを地盤Ｇ内に貫入していくための、先端側が略楔形状をなす矩形断面の中空箱形のエレメントヘッド２が取り付けられている。このエレメントヘッド２は、各々の厚さが１０〜３０ｍｍ程度の上面鋼板２１ａと下面鋼板２１ｂと左右側面鋼板（図示省略）とを矩形に組んで一体化したものであり、内部空間Ｓ３が形成されている。
【００１８】
このエレメントヘッド２における、幅方向の長さは、上床エレメント１Ａと略同一とされているが、桁高は、上床エレメント１Ａの桁高ｈ１よりも高く設定されている。すなわち、内部空間Ｓ３内の掘削作業者が座って作業できるような、手堀式掘削作業に適した高さとされており、例えば８００〜８５０ｍｍ程度とされている。そして、上面鋼板２１ａと上面鋼板１１ａとが高さ方向に同一位置となるようにして、エレメントヘッド２は上床エレメント１Ａに取り付けられているので、エレメントヘッド２の下面側は、桁高の差、つまり高さｈ２（＝ｈ−ｈ１）だけ、エレメント１Ａの下面の位置から下側に向けて突出している。
【００１９】
上床エレメント１Ａの地盤Ｇ内への貫入に際しては、掘削作業者は、このエレメントヘッド２の内部空間Ｓ３に入り、手堀式作業で地盤Ｇを掘削する。すなわち、上床エレメント１Ａの内部空間Ｓ１及び隣接する上床エレメント１Ａ等との継手部空間Ｓ２に位置する土砂を掘削する。図１における符号Ｍは、掘削された後の土砂（掘削土砂）である。このとき、上床エレメント１Ａの入側（坑口側）に設けた推進装置（図示省略）によって、エレメントヘッド２及び上床エレメント１Ａを、掘削作業者の掘削速度に合わせて順次推進させる。すなわち、掘削作業者はエレメントヘッド２とともに移動しながら地盤Ｇを徐々に掘削していくので、エレメントヘッド２で地盤Ｇ内を順次掘進していくことができる。
【００２０】
掘進に伴い、エレメント１の桁高ｈ１とエレメントヘッド２の桁高ｈとの差ｈ２（＝ｈ−ｈ１）の分だけ、掘進方向に対する後方側下部、つまり上床エレメント１Ａの下側には、空隙部Ｃが生ずる。この空隙部Ｃをそのままにしておくと、空隙部Ｃに上床エレメント１が落下してしまうので、上床エレメント１Ａを所定位置に配列することができない。そのため、エレメント連結体が構成されるまでの間は、空隙部Ｃに何らかの充填材を充填し、上床エレメント１Ａをかさ上げする必要がある。ここでは、エレメントヘッド２が掘進されたことによる掘削土砂Ｍの一部を充填材として利用し、空隙部Ｃに順次充填して上床エレメント１Ａをかさ上げする。
【００２１】
掘削作業者は、発生した掘削土砂Ｍを空隙部Ｃに順次充填していく。なお、上床エレメント１Ａの下面鋼板１１ｂの先端側には、掘削作業者が掘削土砂Ｍを空隙部Ｃに容易に充填することができるように、開口部（図示省略）が予め形成されていることが好ましいが、少なくともエレメントヘッド２の後端側であって下面鋼板１１ｂよりも下側が開口しておればよい。一部を空隙部Ｃに充填した余剰の掘削土砂Ｍは、残土バケットＢを用いて坑口側まで搬送し、上床エレメント１Ａ外へと順次排土していく。
【００２２】
この上床エレメント１Ａの他に、上記従来例におけると同様の下床エレメント、側壁エレメント、コーナーエレメント及び作業エレメント（全て図示省略）を順次地盤Ｇ内に貫入していき、ボックス型のエレメント連結体を構成する。そして、エレメント連結体の水平部及び鉛直部わたって、ＰＣ鋼材等からなる高張力鋼線（図示省略）を予め貫通させておき、各エレメントの内部及び隣接するエレメントとの継手部空間にコンクリート（図示省略）を充填打設する。そしてコンクリートが固化した後に、高張力鋼線を作業エレメント側から緊張して、エレメント連結体の水平部及び鉛直部にプレストレスを導入する。その後、エレメント連結体の内側の土砂を掘削除去する。このとき、空隙部Ｍに充填した掘削土砂Ｍもエレメント連結体の内側に位置しているので、ともに掘削除去する。こうすることで、プレストレストコンクリート部材とされたエレメント連結体の内側に、トンネルが構築される。
【００２３】
本実施形態に係るトンネルの構築工法においては、上床エレメント１Ａの前端側に、上床エレメント１Ａの桁高ｈ１よりも高い桁高ｈに設定した中空箱形のエレメントヘッド２を取り付け、エレメントヘッド２で地盤Ｇ内を掘進して上床エレメント１Ａを順次貫入していくとともに、上床エレメント１Ａとエレメントヘッド２との桁高の差ｈ２によりエレメントヘッド２の後方側に生じる空隙部Ｃに掘削土砂Ｍを順次充填していき、エレメント連結体の構成後に、充填された掘削土砂Ｍを掘削除去するようにしている。このように、エレメントヘッド２の桁高ｈを上床エレメント１Ａの桁高ｈ１よりも高く設定するようにして、その桁高の差ｈ２を掘削土砂Ｍで埋め合わせて上床エレメント１Ａをかさ上げするようにしているので、上床エレメント１Ａの桁高が極めて低い場合であっても、エレメントヘッド２の内部空間Ｓ３内を、掘削作業者が作業し易い、手堀式掘削作業に適した高さに設定することができる。これにより、手堀式掘削作業における作業性を改善し、作業効率を向上させて、短い工期で経済的にトンネルを構築することができる。
【００２４】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について、図２及び図３を用いて説明する。
なお、本実施形態においては、上記第１の実施形態と比較して、掘削土砂を空隙部に充填する替わりに、かさ上げ部材を用いる点が異なっており、他の構成要素は同一である。そのため、上記第１の実施形態におけると同一の構成要素については同一の符号を付して、その詳しい説明は省略することとする。
【００２５】
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、かさ上げ部材３Ａは、Ｈ型鋼３１ａ、底鋼板３１ｂ、側鋼板３１ｃ等により構成されているもので、上床エレメント１Ａの下側つまり下面鋼板１１ｂに、ボルト締めあるいは溶接等により取り付けられている。このかさ上げ部材３Ａは、幅方向及び長さ方向の長さは、ともに上床エレメント１Ａの長さと略同一とされているとともに、高さはｈ２に設定されている。すなわち、上記第１の実施形態における空隙部Ｃが生じないようにされている。
【００２６】
上床エレメント１Ａの地盤Ｇ内への貫入に際しては、掘削作業者が、エレメントヘッド２の内部空間Ｓ３に入り、手堀式作業で地盤Ｇを掘削する。このとき、上床エレメント１Ａの坑口側に設けた推進装置（図示省略）によって、一体とされているエレメントヘッド２、上床エレメント１Ａ及びかさ上げ部材３を、掘削作業者の掘削速度に合わせて順次推進させる。なおここでは、掘削土砂Ｍは不要であるので、ほぼ全ての掘削土砂Ｍを残土バケットＢを用いて坑口側まで搬送し、上床エレメント１Ａ外へと順次排土していく。
【００２７】
ここで、図３に、このかさ上げ部材３Ａが取り付けられている上床エレメント１Ａを用いて構成した、ボックス型のエレメント連結体Ｕを示す。この図においては、下床エレメント１Ｂの上側にも、かさ下げ部材３Ｂが取り付けられている。下床エレメント１Ｂは、上床エレメント１Ａと略同一の構成とされており、またかさ上げ部材３Ｂは、かさ上げ部材３Ａと上下が逆となっているだけで、構成は略同一とされている。下床エレメント１Ｂを地盤Ｇ内に貫入するに際しては、下床エレメント１Ｂの下面鋼板（符号省略）とエレメントヘッド２の上面鋼板２１ｂとが高さ方向に同一位置となるようにして、エレメントヘッド２を下床エレメント１Ｂに取り付けておき、下床エレメント１Ｂの上面鋼板（符号省略）に、ボルト締めあるいは溶接等により、かさ上げ部材３Ｂを取り付けておく。すなわち、上床エレメント１Ａ及びかさ上げ部材３Ａと、下床エレメント１Ｂ及びかさ上げ部材３Ｂとは、各々上下が逆とされている。
【００２８】
これら上床エレメント１Ａ及び下床エレメント１Ｂの他に、上記従来例におけると同様の構成である側壁エレメント１Ｃ、コーナーエレメント１Ｄ及び作業エレメント１Ｅを順次地盤Ｇ内に貫入していき、図４に示すように、エレメント連結体Ｕを構成する。そして、エレメント連結体Ｕの水平部及び鉛直部わたって、ＰＣ鋼材等からなる高張力鋼線Ｗを予め貫通させておき、各エレメントの内部及び隣接するエレメントとの継手部空間にコンクリート（図示省略）を充填打設する。そしてコンクリートが固化した後に、高張力鋼線Ｗを作業エレメント１Ｅ側から緊張して、エレメント連結体の水平部及び鉛直部にプレストレスを導入する。その後、エレメント連結体Ｕの内側の土砂を掘削除去する。
【００２９】
土砂を掘削除去すると、エレメント連結体Ｕの内側にはかさ上げ部材３Ａ，３Ｂが露出されるので、各々を上床エレメント１Ａ及び下床エレメント１Ｂから取り外す。こうすることで、図５に示すように、プレストレストコンクリート部材とされたエレメント連結体Ｕの内側に、トンネルが構築される。
【００３０】
本実施形態に係るトンネルの構築工法においては、上床エレメント１Ａ及び下床エレメント１Ｂの前端側に、桁高をこれらエレメントの桁高ｈ１よりも高く設定した中空箱形のエレメントヘッド２を予め取り付けるとともに、これらエレメントの上側あるいは下側の外部に、桁高をエレメントヘッド２の桁高ｈと合わせるためのかさ上げ部材３Ａ，３Ｂを取り付け、エレメントヘッド２で地盤Ｇ内を掘進してこれらエレメントを順次貫入し、エレメント連結体Ｕの構成後に、かさ上げ部材３Ａ，３Ｂを取り外すようにしている。このため、エレメントの桁高が極めて低い場合であっても、エレメントヘッド２の内部空間Ｓ３内を、掘削作業者が作業し易い、手堀式掘削作業に適した高さに設定することができる。また、掘進途中に桁高の差による空隙部が生じないので、掘削作業者の作業負担を著しく低減させることができる。これにより、手堀式掘削作業における作業効率をより一層向上させて、更に短い工期で経済的にトンネルを構築することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るトンネルの構築工法によれば、上記の如き構成を採用しているので、手堀式掘削作業における作業性を改善し、作業効率を向上させて、短い工期で経済的にトンネルを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図であって、（ａ）は掘進途中のエレメントの側断面図、（ｂ）は（ａ）を坑口側から見た背面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す図であって、（ａ）は掘進途中のエレメントの側断面図、（ｂ）は（ａ）を坑口側から見た背面図である。
【図３】図２に示したエレメントを用いて構成されたエレメント連結体の正面図である。
【図４】図３に示したエレメント連結体が地盤内に構成された状態を示す概略斜視図である。
【図５】図４に示したエレメント連結体によってトンネルが構築された状態を示す概略斜視図である。
【図６】従来のエレメント連結体が地盤内に構成された状態の一例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１Ａ  上床エレメント（エレメント）
１Ｂ  下床エレメント（エレメント）
２  エレメントヘッド
３Ａ，３Ｂ  かさ上げ部材
Ｃ  空隙部
Ｇ  地盤
Ｍ  掘削土砂
【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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