(57)【要約】【課題】地中空洞やトンネルにおける分岐合流部を効率的に施工する。【解決手段】地中空洞を施工するに際し、その施工予定位置を取り囲むように縦梁３と横梁４とによる籠状の支保構造体５を予め構築する。支保構造体の縦梁となる複数のルーフシールドトンネル６を所定間隔で配列した状態で施工するとともに、その外側を地盤改良した後、隣合うルーフシールドトンネル間に横梁を所定間隔で施工する。支保構造体の内部を掘削して、該支保構造体の内側に地中空洞の覆工壁１３を施工する。道路トンネルにおける分岐合流部となる地中空洞を上記工法により施工する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中空洞を施工するに際し、その施工予定位置を取り囲むように縦梁と横梁とによる籠状の支保構造体を予め構築する地中空洞の施工方法であって、
前記支保構造体の縦梁となる複数のルーフシールドトンネルを所定間隔で配列した状態で施工するとともに、その外側を地盤改良して隣合うルーフシールドトンネル間に前記支保構造体の横梁を所定間隔で施工し、
前記支保構造体の内部を掘削して、該支保構造体の内側に地中空洞の覆工壁を施工することを特徴とする地中空洞の施工方法。
【請求項２】
シールド工法により施工する複数のシールドトンネルどうしの分岐合流部を施工するに際し、その施工予定位置を取り囲むように縦梁と横梁とによる籠状の支保構造体を予め構築するトンネル工法であって、
前記支保構造体の縦梁となる複数のルーフシールドトンネルを分岐合流部の外側にその延長方向に沿わせて所定間隔で配列した状態で施工するとともに、その外側を地盤改良して隣合うルーフシールドトンネル間に前記支保構造体の横梁を所定間隔で施工し、
前記支保構造体の内部を掘削して、該支保構造体の内側に分岐合流部の覆工壁を施工することを特徴とするトンネル工法。
【請求項３】
シールド工法により施工する本線シールドトンネルとランプシールドトンネルどうしの分岐合流部を施工するに際し、施工予定位置を取り囲むように縦梁と横梁とによる籠状の支保構造体を予め構築するトンネル工法であって、
本線シールドトンネルよりもランプシールドトンネルを先行掘進して、ランプシールドトンネルが分岐合流部の施工予定位置に少なくとも達するまで掘進して停止させ、
該ランプシールドトンネルの先端部付近から前記支保構造体の縦梁となるルーフシールドトンネルを掘削するためのルーフシールド機を発進させて、施工するべき分岐合流部の外側にその延長方向に沿う多数のルーフシールドトンネルを分岐合流部の輪郭に沿って所定間隔で配列した状態で施工するとともに、
前記ルーフシールドトンネル内からその外側の地盤に対して止水剤注入による地盤改良を行って改良ゾーンを形成し、
前記ルーフシールドトンネルの内側から隣り合うルーフシールドトンネル間を掘削して前記支保構造体の横梁を隣合うルーフシールドトンネル間に所定間隔で施工した後、
前記支保構造体の内部を掘削し、該支保構造体の内側に分岐合流部の覆工壁を該支保構造体と一体に施工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】
本発明は地中に空洞やトンネルを施工するための工法に係わり、特にたとえば大深度・大断面の道路トンネルの構築に際してその分岐合流部を施工するために適用して好適な工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、トンネルを構築するためのトンネル工法としてはＮＡＴＭ（New Austrian Tunneling Method）あるいはシールド工法が代表的であるが、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、シールド工法の採用が最も一般的である。
また、近年においては様々な新工法も提案され、たとえば特許文献１には本坑掘削に先立って導坑から人工地山アーチを先行施工するという鯨骨工法（ＷＢＲ工法）が提案されている。
【特許文献１】特開平１１−１５９２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、道路トンネルをシールド工法により施工するに際しては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、分岐合流部の施工に際してたとえば特許文献１に示される鯨骨工法を適用することも考えられるが、その鯨骨工法のようにセメント系注入材による人工地山アーチを単に分岐合流部の施工予定位置の上方に造成することのみでは、必ずしも万全の支保効果が得られないことも想定される。
なお、以上のことは道路トンネルにおける分岐合流部の施工に際してのみならず、各種用途の大規模な地中空洞を未固結地盤に対して設ける場合全般に共通する課題でもある。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明はシールド工法によるトンネル施工に際してその分岐合流部を効率的に施工することが可能であり、併せて各種用途の大規模な地中空洞を施工する場合一般に広く適用することが可能な有効適切な工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】
【０００６】
請求項１の発明は、地中空洞を施工するに際し、その施工予定位置を取り囲むように縦梁と横梁とによる籠状の支保構造体を予め構築する地中空洞の施工方法であって、前記支保構造体の縦梁となる複数のルーフシールドトンネルを所定間隔で配列した状態で施工するとともに、その外側を地盤改良して隣合うルーフシールドトンネル間に前記支保構造体の横梁を所定間隔で施工し、前記支保構造体の内部を掘削して、該支保構造体の内側に地中空洞の覆工壁を施工することを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、シールド工法により施工する複数のシールドトンネルどうしの分岐合流部を施工するに際し、その施工予定位置を取り囲むように縦梁と横梁とによる籠状の支保構造体を予め構築するトンネル工法であって、前記支保構造体の縦梁となる複数のルーフシールドトンネルを分岐合流部の外側にその延長方向に沿わせて所定間隔で配列した状態で施工するとともに、その外側を地盤改良して隣合うルーフシールドトンネル間に前記支保構造体の横梁を所定間隔で施工し、前記支保構造体の内部を掘削して、該支保構造体の内側に分岐合流部の覆工壁を施工することを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、シールド工法により施工する本線シールドトンネルとランプシールドトンネルどうしの分岐合流部を施工するに際し、施工予定位置を取り囲むように縦梁と横梁とによる籠状の支保構造体を予め構築するトンネル工法であって、本線シールドトンネルよりもランプシールドトンネルを先行掘進して、ランプシールドトンネルが分岐合流部の施工予定位置に少なくとも達するまで掘進して停止させ、該ランプシールドトンネルの先端部付近から前記支保構造体の縦梁となるルーフシールドトンネルを掘削するためのルーフシールド機を発進させて、施工するべき分岐合流部の外側にその延長方向に沿う多数のルーフシールドトンネルを分岐合流部の輪郭に沿って所定間隔で配列した状態で施工するとともに、前記ルーフシールドトンネル内からその外側の地盤に対して止水剤注入による地盤改良を行って改良ゾーンを形成し、前記ルーフシールドトンネルの内側から隣り合うルーフシールドトンネル間を掘削して前記支保構造体の横梁を隣合うルーフシールドトンネル間に所定間隔で施工した後、前記支保構造体の内部を掘削し、該支保構造体の内側に分岐合流部の覆工壁を該支保構造体と一体に施工することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明の地中空洞の施工方法によれば、地中空洞の掘削に先だってその施工予定位置を横梁と縦梁とによる大規模な支保構造体で取り囲むとともにその外側を地盤改良し、その上で先行覆工壁の内側を掘削して覆工壁を施工するので、地山に対する充分な支保性能や止水性能を確保しつつ地中空洞を安全かつ効率的に掘削し施工することが可能であり、地表あるいは地中の既存構造物に対する万全な沈下防止と周辺の地下水保全を図ることができる。
特に、支保構造体は所定間隔で配列した複数のルーフシールドトンネルを縦梁としてそれらルーフシールドトンネルどうしを多数の横梁により連結した籠状の構造であるので、大規模な先受工としての所望剛性を充分に確保できることはもとより、その施工は在来のシールド工法および地中掘削工法により容易にかつ精度良く施工できるものであるし、施工するべき地中空洞の形態や規模に応じて縦梁としてのルーフシールドトンネルおよび横梁の本数やその配列、相互間隔を設定することによって、最適な形態、構造の支保構造体を自由に構築することができる。
しかも、支保構造体の縦梁となるルーフシールドトンネル内からその外側を地盤改良するので支保構造体の横梁の施工を支障なく行い得るし、支保構造体の内側の掘削と本設覆工壁の施工に際しては支保構造体と地盤改良ゾーンとによる万全の支保効果が得られる。
【００１０】
請求項２の発明のトンネル工法によれば、上記の施工方法をトンネルの分岐合流部としての地中空洞を施工する場合に適用し、上記と同様に分岐合流部の予定位置を取り囲むように支保構造体を形成するとともにその外側を地盤改良したうえで内部掘削を行って覆工壁を施工するので、分岐合流部の施工に際して万全の支保性能や止水性能を確保でき、分岐合流部を安全かつ効率的に施工することが可能である。
【００１１】
請求項３の発明のトンネル工法によれば、上記のトンネル工法を道路トンネルの施工に適用するに際して、ランプシールドトンネルを本線シールドトンネルに先行させ、ランプシールドトンネルが分岐合流部の施工予定位置に達した時点でそこからシールドルーフ機を発進させて支保構造体の構築に着手することにより、それとの並行作業により本線シールドトンネルの掘進を行うこともできるので最も効率的な施工が可能である。
また、支保構造体の外側に止水剤の注入により地盤改良を行って改良ゾーンを形成するので地盤改良品質が安定向上し、したがって改良範囲を小さくできてコスト削減や工期短縮に寄与でき、さらに支保構造体および改良ゾーンを本設の覆工壁の一部として利用できるので合理的でもある。
以上のことから請求項３の発明は、分岐合流部の施工に関わる全体工期の短縮と工費軽減を充分に図ることができ、特に都市圏における大深度・大断面トンネルの施工に適用して最適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のトンネル工法を未固結地盤の都市圏における大深度・大断面の道路トンネルの施工に適用する場合の一実施形態を図１〜図１１を参照して説明する。
本実施形態では、図１〜図３にその概要を示すように、本線シールドトンネル１とランプシールドトンネル２とをいずれも在来のシールド工法により施工するとともに、それらの分岐合流部には縦梁３と横梁４とによる籠状の大規模な頑強な支保構造体５を予め施工し、その内側を掘削することで分岐合流部となる地中空洞を掘削することを主眼とするものである。上記の支保構造体５における縦梁３は、分岐合流部の軸方向に沿う方向の梁として機能するものであり、横梁４は同じく周方向に沿う梁として機能するものである。
なお、本実施形態では本線シールドトンネル１の直径がたとえば１６ｍ程度、ランプシールドトンネル２の直径がたとえば１２ｍ程度であることを想定している。また、本実施形態における分岐合流部の全体の断面形状は、図２〜図３に示されるように手前側（図３（ｃ）参照）から前方側（図３（ａ）参照）に向かって漸次縮小するような横長楕円形状とされ、上述のように本実施形態ではそのような分岐合流部の断面形状に合致する支保構造体５を予め施工することを主眼とするものである。
【００１３】
本実施形態の具体的な施工手順を図４〜図１１を参照して説明する。
本実施形態においては、本線シールドトンネル１よりもランプシールドトンネル２を先行掘進し、図４に示すようにランプシールドトンネル２が分岐合流部の施工予定位置に達した時点で（あるいは分岐合流部に所定距離進入した時点で）掘進を停止させる。
【００１４】
そして、図５に示すようにランプシールドトンネル２の先端部付近の側壁部から小径のルーフシールド機（図示せず）を発進させることによって、支保構造体５の縦梁３となる複数のルーフシールドトンネル６を分岐合流部の軸線方向に沿ってその施工予定位置の外側に施工する。
それらルーフシールドトンネル６の間隔とその配列は、後工程においてその外側に止水剤注入により形成する改良ゾーン７（図６（ａ）参照）が、隣り合うルーフシールドトンネル６間で周辺地山に対する支保機能および止水機能を有効に発揮し得るように地盤条件等を勘案して設定するものであり、本実施形態では図３に示したように全１２本のルーフシールドトンネル６を分岐合流部の輪郭に沿って充分に密に配列している。
各ルーフシールドトンネル６は、小径（たとえば直径５ｍ程度）のルーフシールド機を図２に示すようにランプシールドトンネル２の先端部付近のトンネル側壁部から発進させた後に、前方に向けて旋回させて分岐合流部の延長方向（トンネル軸方向）に沿うように施工されるものであるが、本実施形態では上述のように分岐合流部は前方に向かって漸次断面形状が縮小されていくことから、図２〜図３に示したように分岐合流部の断面形状に対応して各ルーフシールドトンネル６の相互間隔も前方にいくほど狭めていって、支保構造体５の全体形状を全体として先細り形状としている。
【００１５】
なお、各ルーフシールドトンネル６の施工に際しては、ルーフシールド機を１台ないし数台程度用意し、それをランプシールドトンネル２から順次発進させていき、分岐合流部の先端部に達したらスキンプレートおよびカッター装置等の外殻装置を残置して内部装置のみを回収し、回収した内部装置をランプシールドトンネル２内、もしくは地上ヤードにおいて新たな外殻装置に組み込むことで新たなルーフシールド機を組み立て、それを再び発進させれば良い。たとえば、本実施形態では全１２本のルーフシールドトンネル６を設けることから、４台のルーフシールド機を用意してそれぞれ３回ずつ転用することが考えられる。
勿論、可能であれば全てのルーフシールドトンネル６をそれぞれ独立のルーフシールド機により同時に施工することでも良いし、あるいは、分岐合流部の先端部に達したルーフシールド機をそこからＵターンさせて他のルーフシールドトンネル６を逆方向に連続的に施工することも考えられる。
また、ランプシールドトンネル２の側壁部からルーフシールド機を発進させるための手法としては、在来のシールドトンネルの側壁部からのシールド機の発進手法、および在来のシールドトンネルどうしのＴ字接合技術をそのまま採用可能である。
【００１６】
次に、各ルーフシールドトンネル６内からその外側の地山に対して止水剤を注入して地盤改良を行い、図６（ａ）に示すようにルーフシールドトンネル６の外側に改良ゾーン７を形成するとともに、分岐合流部の前後の妻部にも（ｂ）に示すように同様の改良ゾーン８を施工する。
【００１７】
続いて、図７〜図８に示すように、隣合うルーフシールドトンネル６間に支保構造体５の横梁４を施工する。それには、図７（ａ）に示すように最頂部および最底部のルーフシールドトンネル６内からその両側に隣合っている他のルーフシールドトンネル６に向かってＮＡＴＭ工法による掘削を行って、たとえば（ｂ）に示すような矩形の空洞を形成した後、その空洞壁面に型枠を兼ねる補強材９を取り付け、その内部に配筋を行ってコンクリートを打設充填すれば良く、それにより図１０（ｂ）に示すような頑強な鉄筋コンクリート造の横梁４を効率的に施工することができる。
なお、横梁４の断面形状や寸法は適宜設定すれば良いが、上述のようにルーフシールドトンネル６の径が５ｍの場合における一例としては、横梁４の幅を３〜４ｍ程度、高さを３〜３．５ｍ程度とし、それらの相互間隔は５〜６ｍ程度とすることが良い。勿論、横梁４を円形断面とすることも可能である。
また、型枠を兼ねる補強材９の強度を見込んで横梁４を鉄骨鉄筋コンクリート造とすることもできる。さらに、縦梁３については、ルーフシールドトンネル６自体をそのまま縦梁３として機能し得るものとすることも可能であるが、必要に応じて横梁４の施工後に図８（ｂ）に示すようにルーフシールドトンネル６内に無筋コンクリートを充填することによって無筋コンクリート造の縦梁３としたり、あるいは鉄筋を配筋したうえでコンクリートを充填して鉄筋コンクリート造の縦梁３とすることも勿論可能である。
【００１８】
以の工程による支保構造体５の施工に並行して本線シールドトンネル１の掘進を行い、支保構造体５の施工が完了し、かつその内部を本線シールドトンネル１が貫通したら、支保構造体５の内部全体を掘削して分岐合流部の施工を行う。
その掘削は、図９に示すように分岐合流部の内側を通過している本線シールドトンネル１内に足場を組んでセグメントを解体し、その周囲を拡幅していくことで行えば良い。その際には細かな加背割を行う必要はないので大型の重機１０を支障なく使用して効率的な掘削作業を行うことができる。勿論、その掘削は、既に完成している支保構造体５および改良ゾーン７、８の内側において行うので、それらによる安定な支保のもとで安全かつ効率的に行うことができる。
【００１９】
そして、分岐合流部の両端部に対して妻壁１１，１２（図２参照）をそれぞれ設け、図１０に示すように手前側の妻壁１１には本線シールドトンネル１とランプシールドトンネル２とを接合し、前方側の妻壁１２には本線シールドトンネル１を接合し、相前後して図１１に示すように支保構造体５の内側に鉄筋コンクリート造の覆工壁１３を支保構造体５および妻壁１１，１２と一体に施工すれば分岐合流部の完成となる。なお、妻壁１１，１２の内側にも同の覆工壁１３を仕上げコンクリートとして形成すれば良い（図１１参照）。
【００２０】
本実施形態の工法によれば、分岐合流部の施工に際してその予定位置を取り囲むように支保構造体５と改良ゾーン７，８を先行構築するので、分岐合流部の施工に際しては地山に対する充分な支保性能と止水性能を確保でき、地表あるいは地中の既存構造物に対する万全な沈下防止と、万全な地下水保全を図ることができる。
【００２１】
特に、支保構造体５を、密に配列した複数のルーフシールドトンネル６を縦梁３としてそれら縦梁３の間に多数の横梁４を設けた籠状の構造としたので、頑強かつ大規模な支保構造体５を在来の工法のみで効率的に施工できるし、施工するべき分岐合流部の形状や規模に対応させて最適な支保構造体５を高精度で施工することができる。
【００２２】
また、本実施形態では、ランプシールドトンネル２を本線シールドトンネル１に先行させ、ランプシールドトンネル２の先端部からルーフシールド機を発進させるので、支保構造体５の施工に早期着手できるとともに、それとの並行作業により本線シールドトンネル１の掘進が可能であるので、最も効率的な施工が可能であり、全体工期の短縮を充分に図ることができる。
【００２３】
さらに、本実施形態のトンネル工法は、基本的にはいずれも多くの実績のある在来のシールド工法や地盤改良工法、地中掘削工法を有機的に組み合わせるものであるから、安全性や信頼性に優れるばかりでなく、比較的低コストでの施工が可能であり、特に都市圏における大深度・大断面の道路トンネルを施工する際に適用して最適な工法であるといえる。
【００２４】
なお、上記実施形態は未固結地盤の都市圏における大深度・大断面の道路トンネルへの適用例であるが、本発明のトンネル工法は分岐合流部を有するものであれば様々な規模、用途、形態のトンネルを施工する場合全般に広く適用できるものであるし、施工対象のトンネルにおける分岐合流部の規模や形態に応じて、また周辺環境等の諸条件を考慮して、様々な設計的変更が可能である。
たとえば、支保構造体５の規模や形態は所望の先受効果を確保できる範囲で適宜変更すれば良いし、その施工方法や各工程の細部についても、本発明の要旨を逸脱しない範囲で最適設計すれば良く、必要に応じて適宜の補助工法を採用しても勿論良い。
【００２５】
また、支保構造体５の外側に形成する改良ゾーン７，８の範囲やその施工方法も、上記実施形態のように止水剤注入による地盤改良工法によることに限らず、たとえば凍結工法により改良ゾーン７，８を施工することも可能である。
【００２６】
さらに、上記実施形態では、支保構造体５の縦梁３となるルーフシールドトンネル６を施工するためのルーフシールド機をランプシールドトンネル２から発進するようにしたが、それに代えてルーフシールド機を本線シールドトンネル１から発進させることとし、その他は上記実施形態と同じようにしても良い。この場合は、本線シールドトンネル１が分岐合流部の拡幅区間付近に達したら、その後方において本線シールドトンネル１の側壁部からルーフシールド機を発進させるとともに、それに並行して本線シールドトンネル１をそのまま掘進を進めれば良い。そして、支保構造体５を構築するとともにその外側や両端部に改良ゾーン７，８を形成し、ランプシールドトンネル２のシールド機が到達してからその内部を掘削して分岐合流部を施工すれば良い。
勿論、本線シールドトンネル１とランプシールドトンネル２の双方からルーフシールド機を発進させるようにしても良い。
あるいは、ルーフシールド機をランプシールドトンネル２や本線シールドトンネル１から発進させることに代えて、可能であれば別途設けた立坑から発進させたり、あるいはルーフシールド機を発進させるための発進室を地中に設けて、そこからルーフシールド機５を発進させることも考えられる。
【００２７】
さらになお、上記実施形態はトンネル施工に際してその分岐合流部としての地中空洞を施工する場合の適用例であるが、本発明の地中空洞の施工方法はトンネルの分岐合流部の施工のみならず、たとえば大規模な地中タンク、地下鉄の駅舎部をはじめとする各種の地中構造物の施工に際して所望の形態、規模の地中空洞を施工する場合全般に広く適用できるものであり、いずれにしても支保構造体５や改良ゾーン７，８の施工方法については、施工すべき地中空洞の規模や形態、地山状況、その他の状況に応じて最適に設計すれば良いことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態であるトンネル工法の概要を示す図である。
【図２】同、分岐合流部の平面図である。
【図３】同、分岐合流部の各部の断面図であり、（ａ）は図２におけるIIIａ−IIIａ部矢視図、（ｂ）は図２におけるIIIｂ−IIIｂ部矢視図である。
【図４】同、施工手順を示すもので、分岐合流部にランプシールドトンネルが到達した状態を示す図である。
【図５】同、支保構造体の縦梁となるルーフシールドトンネルをの施工状況を示す図である。
【図６】同、改良ゾーンの施工状況を示す図である。
【図７】同、支保構造体の横梁の施工状況を示す図である。
【図８】同、支保構造体の断面形状を示す図である。
【図９】同、支保構造体の内部を掘削している施工状況を示す図である。
【図１０】同、妻壁の施工状況を示す図である。
【図１１】同、覆工壁を施工した状況を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  本線シールドトンネル
２  ランプシールドトンネル
３  縦梁
４  横梁
５  支保構造体
６  ルーフシールドトンネル（縦梁）
７，８  改良ゾーン
９  補強材
１０  重機
１１，１２  妻壁
１３  覆工壁
【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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