(57)【要約】【課題】  所定の間隔を隔てた一対のトンネル間に、完成時に断面力の局所的な集中がない安定した構造形を有し、躯体の部材厚を比較的小さくすることが可能であり、柱のない大地下空間を有するトンネル複合構造を構築することである。【解決手段】  所定の間隔を隔ててほぼ平行に設けられた第一及び第二のシールドトンネルとが連通するように形成したトンネル複合構造であって、両シールドトンネルの相互に対向する所定箇所はセグメントが取り除かれて連結部躯体が設けられ、連結部躯体が、第一のシールドトンネル内の上下で延びる水平版体と、上下の水平版体から第二のシールドトンネル内へ延びる楕円形曲面体とから構成され、連結部躯体は鋼殻体内にコンクリートが充填されて形成されたものであり、連結部躯体の楕円形曲面体と第一のシールドトンネルとの接合部が結合されたものである。【選択図】  図２
2007009430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔を隔ててほぼ平行に設けられた第一のシールドトンネルと第二のシールドトンネルとが連通するように形成したトンネル複合構造であって、
両シールドトンネルの相互に対向する所定箇所はセグメントが取り除かれて連結部躯体が設けられ、
該連結部躯体が、前記第一のシールドトンネル内の上下で延びる水平版体と、該上下の水平版体から前記第二のシールドトンネル内へ延びる楕円形曲面体とから構成され、前記連結部躯体の楕円形曲面体と前記第一のシールドトンネルとが交差部分で結合されたものであるトンネル複合構造。
【請求項２】
前記上下の水平版体と前記第一のシールドトンネルとの間には、それぞれ連結部材が設けられて結合されたものである請求項１に記載のトンネル複合構造。
【請求項３】
所定の間隔を隔ててほぼ平行に設けられた第一のシールドトンネルと第二のシールドトンネルとが連結するトンネル複合構造の構築方法であって、両シールドトンネルを連通させて施工空間を形成し、その後に両シールドトンネルの連結部の躯体を構築するため、
前記第一のシールドトンネル内の上下に複数の鋼製パネルユニットをほぼ水平方向に連結して水平方向の鋼殻体をそれぞれ形成する工程と、該水平方向の鋼殻体に連続させて複数の鋼製パネルユニットを連結して前記第二のシールドトンネル内へ延びる楕円形曲面の鋼殻体を形成する工程と、前記水平方向の鋼殻体内の空洞部にコンクリートを打設する工程と、前記楕円形曲面の鋼殻体内の空洞部にコンクリートを打設する工程とを行うことを特徴とするトンネル複合構造の構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の間隔を隔ててほぼ平行に設けられた第一のシールドトンネルと第二のシールドトンネルとを連通させたトンネル複合構造及びその構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市内における高速道路の整備事業では、住居地域などの周辺環境の保全、地上の用地取得の制約などの理由からトンネルで建設されることが多くなると共に、既存の地下構造物やライフラインなどが輻輳する地下中浅部の利用制約上、トンネルの深度は深くなる傾向がある。そのような道路トンネルをシールド工法で建設する場合には、ランプ接続部における拡幅工法の技術開発が最重要課題の一つとして挙げられる。
【０００３】
特に、都市内の住宅地下を通る道路シールドトンネルでは、開削工法や立坑が利用できず、非開削の厳しい施工条件下で、サイドランプ方式の分合流拡幅部を建設しなければならない。このような厳しい施工条件下において、本線トンネルをシールド工法で構築する場合、ランプ分合流拡幅部は、下記のような３通りの施工手順が考えられる。
（Ａ）本線シールドトンネルに先行してランプ接続部を開削工法等で拡幅しておく。
（Ｂ）本線シールドトンネルの完成後に、ランプ接続部を非開削工法で拡幅する。
（Ｃ）本線シールドトンネルの施工時又は完成後に、拡大シールドなどで拡幅する。
上記３通りの施工手順のうち、（Ａ）は分合流拡幅部で本線シールドを通過させるため、拡幅断面がさらに大きくなる点で不利である。（Ｃ）の拡大シールドなどの特殊機械による掘削方法は、大断面の施工実績がないため現状においては実現性が低い。したがって、（Ｂ）の施工手順が、工費、工期、実現性の点で最も有利と考えられる。
【０００４】
このときの分合流拡幅部の施工方法としては、本線シールドトンネルの施工後に、ランプのシールドトンネルを分合流拡幅部の端部付近まで延伸し、その後、本線トンネルとランプトンネルを接続する方法がある。
このように、所定の間隔を隔ててほぼ平行に設けられる一対のトンネル間の接続方法として、下記のような２通りの施工法が考えられる。
（１）かんざし桁と止水改良による施工法
図７（ａ）に示したように、本線シールドトンネル６１とランプのシールドトンネル６２との並行する部分に、かんざし桁６３を設けて拡幅する方法であり、地下鉄駅部分などにおいて実施されている方法である。しかしながら、仮設時のかんざし桁６３には、拡幅接合部にかかる土圧や水圧を受け持たせるため、部材が大きくなり、その結果として、ランプトンネル６２の直径も大きくなる。またかんざし桁６３のように大きな部材では、トンネル坑内の狭隘な箇所からの施工となるため、施工が困難である。さらに、水平高圧噴射により改良体６４を造成する止水対策は、地盤が泥岩層と砂層の互層である場合には、均一な改良体の造成が困難であり、確実な止水は期待できないものである。
（２）曲線凍結による施工法
図７（ｂ）に示したように、本線シールドトンネル６１とランプのシールドトンネル６２との並行する部分に、凍結管６５を設けてアーチ状の凍土６６を造成し、拡幅接合部にかかる土圧・水圧を受け持たせる方法である。したがって、かんざし桁の部材を小さくすることが可能である。また凍結工法により確実な止水が期待できる。しかしながら、凍土に仮設時の構造部材の機能を持たせるため、凍土が厚くなることから、セグメントへの凍結膨張圧の作用、周辺地盤の凍上隆起および解凍沈下の影響が懸念される。
【０００５】
上記（１）（２）の施工法により構築される拡幅接合部は、躯体コンクリート部６７が図７（ｃ）に示したような断面形状となり、ランプトンネル側の余裕空間に柱６８が設置される。したがって、完成時の覆工構造や躯体構造の安定性は向上するものの、断面の非対称性が大きくなり、バランスが余り良くないという課題が残される。
【０００６】
なお、所定の間隔を隔てた一対のトンネルを連通させる技術に関して先行文献を調査した結果、特開２００５−６８８６１号公報（特許文献１）が見い出された。
特許文献１は、一対のトンネル間に、上版と底版とを備える連結部を形成し、トンネルと連結部との間には、これらを連続した状態で周回するようにＰＣ鋼線が設置され、張力を導入した状態で定着して成るトンネル構造が記載されている。
【特許文献１】特開２００５−６８８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、所定の間隔を隔てた一対のトンネル間を連結する構造物において、完成時に断面力の局所的な集中がない安定した構造形を有し、躯体の部材厚を比較的小さくすることが可能であり、柱のない大地下空間を有するトンネル複合構造を提供することである。
【０００８】
本発明の別の課題は、所定の間隔を隔てた一対のトンネル間を連結する構造物において、トンネルを構成するセグメントにかかる曲げモーメントを抑制することが可能なトンネル複合構造を提供することである。
【０００９】
また本発明の別の課題は、所定の間隔を隔てた一対のトンネルを連通させる際に、全て非開削でトンネルを拡幅することが可能であり、しかも、施工性が良好であり、施工品質の確保が可能であり、確実な止水ができて、且つ周辺地盤への隆起及び沈下の影響を抑制することができるトンネル複合構造の構築方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、所定の間隔を隔ててほぼ平行に設けられた第一のシールドトンネルと第二のシールドトンネルとが連通するように形成したトンネル複合構造であって、両シールドトンネルの相互に対向する所定箇所はセグメントが取り除かれて連結部躯体が設けられ、該連結部躯体が、前記第一のシールドトンネル内の上下で延びる水平版体と、該上下の水平版体から前記第二のシールドトンネル内へ延びる楕円形曲面体とから構成され、前記連結部躯体の楕円形曲面体と前記第一のシールドトンネルとが交差部分で結合されたものであるトンネル複合構造が提供される。
本発明は、連結部躯体と第一のシールドトンネルとが複合されてなるトンネル複合構造であって、連結部躯体が、第一のシールドトンネル内の上下で延びる水平版体と、これらの水平版体から第二のシールドトンネル内へ延びる楕円形曲面体とから構成されるので、完成時に断面力の局所的な集中がない安定した構造形にすることができて、柱のない大地下空間の構築が可能になる。
【００１１】
本発明のトンネル複合構造では、前記上下の水平版体と前記第一のシールドトンネルとの間に、それぞれを結合するように連結部材を設けることができる。このように連結部躯体と上下の水平版体とを連結部材により結合することにより、第一のシールドトンネルを構成するセグメントにかかる曲げモーメントを抑制することが可能になる。
【００１２】
本発明のトンネル複合構造において、前記連結部躯体としては、鋼殻体内にコンクリートが充填されて形成されたものを使用することが可能である。ここで、鋼殻体は、内部にコンクリート充填用の空洞を有するように複数の鋼製パネルユニットを連結して形成することが可能であり、該各鋼製パネルユニットは、ウェブ鋼板の上下にフランジ鋼板が一体に設けられ、前記ウェブ鋼板に貫通孔が設けられたものとすることができる。このように、複数の鋼製パネルユニットを連結して成る鋼殻体を用いれば、躯体の部材厚を比較的小さくすることができて、施工性が良好で、施工品質の確保が可能になる。
なお、前記連結部躯体は、鋼殻体とコンクリート以外によっても構築可能であって、例えば、プレストレスコンクリート、鉄筋コンクリート、鉄筋鉄骨コンクリート、プレキャストコンクリート等の他の構造によっても形成することができる。
【００１３】
また本発明では、所定の間隔を隔ててほぼ平行に設けられた第一のシールドトンネルと第二のシールドトンネルとが連結するトンネル複合構造の構築方法であって、両シールドトンネルを連通させて施工空間を形成し、その後に両シールドトンネルの連結部の躯体を構築するため、前記第一のシールドトンネル内の上下に複数の鋼製パネルユニットをほぼ水平方向に連結して水平方向の鋼殻体をそれぞれ形成する工程と、該水平方向の鋼殻体に連続させて複数の鋼製パネルユニットを連結して前記第二のシールドトンネル内へ延びる楕円形曲面の鋼殻体を形成する工程と、前記水平方向の鋼殻体内の空洞部にコンクリートを打設する工程と、前記楕円形曲面の鋼殻体内の空洞部にコンクリートを打設する工程とを行うことを特徴とするトンネル複合構造の構築方法が提供される。
本発明は、トンネル坑内において複数の鋼製パネルユニットを連結して鋼殻体を形成し、この鋼殻体内の空洞部にコンクリートを打設することにより、連結部の躯体を構築する方法を採用しているので、たとえ、トンネル坑内の狭隘な箇所における施工であっても、良好な施工性と施工品質の確保が可能になった。
【００１４】
本発明のトンネル複合構造の構築方法において、前記両シールドトンネルを連通させて施工空間を形成する工程は、両シールドトンネルの一方から他方に向けて複数の曲線パイプルーフを上下に形成する工程と、前記複数の曲線パイプルーフ間の土砂を凍結して止水する工程と、前記上下の曲線パイプルーフに挟まれた両シールドトンネルの所定箇所のセグメントを取り除く工程と、前記上下の曲線パイプルーフに挟まれた両シールドトンネル間の土砂を掘削する工程とを含むように構成することが可能である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のトンネル複合構造では、所定の間隔を隔てた一対のトンネルにおいて、完成時に断面力の局所的な集中がない安定した構造形を有し、躯体の部材厚を比較的薄くすることが可能であり、柱のない大地下空間を有するトンネル複合構造を提供することができる。
また本発明のトンネル複合構造の構築方法では、所定の間隔を隔てた一対のトンネルを連通させる際に、全て非開削でトンネルを拡幅することが可能であり、しかも、トンネル坑内の狭隘な箇所においても、施工性が良好であり、施工品質の確保が可能であり、確実な止水ができて、且つ周辺地盤への隆起及び沈下の影響を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１７】
本発明は、所定の間隔を隔ててほぼ平行に設けられた第一のシールドトンネルと第二のシールドトンネルとを連結させて成るトンネル複合構造及びその構築方法に関するものであり、道路や地下鉄等の多種多様な用途のトンネルに適用可能なものであるが、以下、実施の形態では、道路シールドトンネルにおけるランプ分合流拡幅部の構造及びその構築方法について説明する。
【００１８】
[ランプ分合流拡幅部の構造]
図１は道路シールドトンネルにおけるランプトンネルの分合流拡幅部１０の平面配置であり、一方のＯＮランプのトンネル１１では車両が本線トンネル１２に合流し、他方のＯＦＦランプのトンネル１３では車両が本線トンネル１４から分流するものである。このランプ分合流拡幅部では、道路線形に沿って必要内空が変化することから、ノーズ付近の区間（I区間）が最大断面となり、加減速区間（II区間）とテーパー区間（III区間）とはトンネル拡幅断面がコンパクト化される。
【００１９】
図２はランプ分合流拡幅部の最大断面であるI区間の断面であって、図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。ランプ分合流拡幅部のI区間では、ランプトンネル１１と本線トンネル１２の相互に対向する所定箇所のセグメント１１ａ，１２ａ（点線で図示した箇所）が取り除かれて連結部躯体１５が設けられる。この連結部躯体１５は、本線トンネル１２の上下に延びる水平版体１６，１７と、これら上下の水平版体１６，１７からランプトンネル１１内へ延びる楕円形曲面体１８とから構成される。
ここで、図３は、図２の断面において構造躯体として機能する部分を実線で示し、構造体躯体として機能していないランプトンネルのシールド部分を点線で示したものである。図３において、楕円形曲面体１８と本線トンネル１２との上下接合部１９，２０は結合され、さらに、本線トンネル１２と上下の水平版体１６，１７との間には連結部材２１が設けられ、各連結部材２１の上下端はそれぞれ本線トンネル１２と水平版体１６，１７に結合される。本線トンネル１２の覆工は鋼製セグメントから構築され、一方、いわゆる瓢箪のような断面形状の連結部躯体１５は、鋼殻体内にコンクリートが充填された合成構造で形成される。
このように、本発明のトンネル複合構造における構造躯体として機能する部分は、円形及び楕円形を基本とした多心円形に形成されるため、曲げモーメントや軸力が局所的に集中せず、安定した構造物を構成することができる。また連結部材２１を設けたことにより、本線トンネル１２に作用する曲げモーメントを抑制することが可能になる。さらに、楕円形曲面体１８と本線トンネル１２との上下接合部１９，２０も結合されるので、これら接合部１９，２０における曲げモーメントも抑制される。
【００２０】
次に、図４及び図５を参照してランプ分合流拡幅部の構築方法について説明する。
［シールドトンネルの構築］
ランプのシールドトンネル１１を地上から発進させて、分合流拡幅部の端部付近まで延伸し、図４（ａ）に示したように、本線のシールドトンネル１２にほぼ平行になるように施工する。本線トンネル１２の覆工は鋼製セグメントから構築する。
【００２１】
［パイプルーフの造成］
次に、図４（ｂ）に示したように、本線シールドトンネル１２とランプシールドトンネル１１のセグメント開口箇所にエントランス金物２２を取り付けて、ここから鏡切り防護の低圧浸透注入２３を行い、図４（ｃ）に示したように、本線シールドトンネル１２のパイプルーフ鋼管２４を掘進させて、両シールドトンネル１１,１２間の地盤２５を上下から挟むパイプルーフを構築する。これら曲線パイプルーフ鋼管２４は、例えば、直径８００ｍｍ程度の鋼管をリング方向に所定間隔で設置すれば良いものである。
その後、各パイプルーフ鋼管２４内には、地盤２５に対向する側（掘削側）に超低温の凍結制御管を挿入し、地山側に低温の凍結制御管を挿入する。これら凍結制御管の挿入後に、各パイプルーフ鋼管２４内にコンクリート２６（図４（ｄ）参照）を充填する。
【００２２】
［支保工の設置、止水凍土の造成］
パイプルーフ鋼管２４内にコンクリート２６を充填した後、図４（ｅ）に示したように、本線シールドトンネル１２とランプシールドトンネル１１のセグメントにそれぞれ台座２７を設置し、これら台座２７間に支保工２８を架設する。先行する工程で鋼管内に挿入した凍結制御管により土砂を凍結させて、パイプルーフ間（リング方向の間隙）に止水凍土２９（図４（ｆ）参照）を造成する。
【００２３】
［シールド間の掘削］
図５（ｇ）に示したように、本線シールドトンネル１２とランプシールドトンネル１１の上部セグメントを撤去しながら、両シールドトンネル１１，１２間の土砂を掘削し、引き続き、下部セグメントを撤去しながら下半を掘削すると、両シールドトンネル１１，１２間には、図５（ｈ）に示したように、上下のパイプルーフ鋼管２４で挟まれた空間３０が形成される。この空間３０は、後の工程で施工スペースとして使用される。
【００２４】
［連結部躯体の構築］
掘削完了後、図５（ｉ）に示したように、本線トンネル１２の下部に延びる水平版体１７と、この水平版体１７から下部パイプルーフに沿ってランプトンネル１１内へ延びる楕円形曲面体１８ａとからなる底版１５Ａを造成し、ランプトンネル１１と底版１５Ａとの間にコンクリート３１などを打設して埋め戻しを行う。この後、楕円形曲面体１８ａに連続する側壁１８ｂを構築し、同様に、ランプトンネル１１のシールドとの間を埋め戻す。さらに、本線トンネル１２の上部に延びる水平版体１６と、この水平版体１６から上部パイプルーフに沿ってランプトンネル１１内へ延びる楕円形曲面体１８ｃとからなる頂版１５Ｂを造成すれば、図５（ｊ）に示したように、連結部躯体１５の構築が終了する。なお、連結部躯体１５は最大の必要内空を満足する断面とする。
さらに詳細に説明すれば、連結部躯体１５は、図６に示したように、複数の鋼製パネルユニット３３，３４を円周方向に継手３５で連結すると共に、リング方向にもそれぞれ連結して鋼殻体３６を形成し、この内部の空洞部分にコンクリートを充填して形成する。各鋼製パネルユニット３３，３４は、ウェブ鋼板３３ａ，３４ａの上下にフランジ鋼板３３ｂ，３４ｂが一体に設けられたものであり、ウェブ鋼板３３ａ，３４ａには貫通孔３３ｃ，３４ｃが設けられている。なお、図示はしていないが、各鋼製パネルユニット３３，３４には、リング方向に連結するための継手が上下のフランジ鋼板３３ｂ，３４ｂにそれぞれ設けられている。
【００２５】
［支保工の撤去］
連結部躯体１５の構築と埋め戻しが完了したら、支保工２８を撤去し、車両走行面を舗装し、天井や壁面に仕上げ材などを設けて、図５（ｋ）に示したように、ランプ分合流拡幅部を完成させる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】道路トンネルにおけるランプトンネルの分合流拡幅部の平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】図２における構造体躯体部分を説明するための図である。
【図４】ランプ分合流拡幅部の構築方法について説明するための簡略図である。
【図５】図４の工程に引き続く各工程を示した簡略図である。
【図６】連結部躯体を構成する鋼殻体を示した斜視図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は従来工法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  分合流拡幅部
１１  ランプトンネル
１２  本線トンネル
１３  ランプトンネル
１４  本線トンネル
１５  連結部躯体
１６  水平版体
１７  水平版体
１８  楕円形曲面体
２１  連結部材
３３，３４  鋼製パネルユニット
３３ａ，３４ａ  ウェブ鋼板
３３ｂ，３４ｂ  フランジ鋼板
３３ｃ，３４ｃ  貫通孔
３６  鋼殻体
【図１】
2007009430.tif 000003
【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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