(57)【要約】【課題】周辺の地下水環境への影響を可及的に低減することができる防水トンネルの施工方法を提供する。【解決手段】この防水トンネルの施工方法は、地山１２を所定長掘削して形成される上部断面掘削領域２１に１次覆工２２を設けることを数回繰り返す上部１次覆工工程と、上部断面掘削領域２１の下部に位置するインバート２０を所定長掘削して形成されるインバート断面掘削領域２５にインバート１次覆工２６を設けてトンネルを閉合するインバート１次覆工工程と、インバート１次覆工２６の内面に防水シート１４ｂを敷設し、急結剤２８ｂを含むコンクリートを吹き付けてインバート２次覆工２８を設けるインバート２次覆工工程と、インバート２次覆工２８を設けたインバート２０上部の上部断面掘削領域２１の１次覆工２２の内面に防水シート１４ａを敷設し、２次覆工２４を設けることで防水トンネル１０を施工する上部２次覆工工程を有する。【選択図】図１
2013002164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地山を所定長ずつ掘削したトンネル内面に防水部材を敷設しながら防水トンネルを施工する防水トンネルの施工方法であって、
地山を所定長掘削した後、該掘削によって形成される上部断面掘削領域の地山内面に１次覆工を設ける上部１次覆工工程と、
前記１次覆工を設けた上部断面掘削領域の下部に位置するインバートを所定長掘削した後、該掘削によって形成されるインバート断面掘削領域の地山内面にインバート１次覆工を設けてトンネルを閉合するインバート１次覆工工程と、
前記インバート１次覆工の内面に防水部材を敷設し、該防水部材の内面に急硬作用を持つ薬剤を含むコンクリートを吹き付けてインバート２次覆工を設けるインバート２次覆工工程と、
前記インバート２次覆工を設けたインバート上部の上部断面掘削領域に設けられている１次覆工の内面に防水部材を敷設し、該防水部材の内面に２次覆工を設ける上部２次覆工工程と、
を有することを特徴とする防水トンネルの施工方法。
【請求項２】
請求項１記載の防水トンネルの施工方法において、
前記インバート１次覆工及び前記インバート２次覆工は、前記上部断面掘削領域に対する地山の掘削を停止した状態で施工することを特徴とする防水トンネルの施工方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の防水トンネルの施工方法において、
前記上部２次覆工における工程の少なくとも一部は、前記上部断面掘削領域に対する地山の掘削中に行われることを特徴とする防水トンネルの施工方法。
【請求項４】
請求項１記載の防水トンネルの施工方法において、
前記上部断面掘削領域に対する地山の掘削前に、掘削方向に沿って地山内へと先行する先進ボーリングを行うことにより、掘削方向にある地山の地下水環境を調査し、その調査結果に応じて前記防水トンネルの設計条件を当初計画から再設定する工程を有することを特徴とする防水トンネルの施工方法。
【請求項５】
請求項４記載の防水トンネルの施工方法において、
前記再設定する工程では、前記インバートの設計条件を再設定することを特徴とする防水トンネルの施工方法。
【請求項６】
請求項５記載の防水トンネルの施工方法において、
前記インバートの設計条件として、前記上部２次覆工の断面半径である上部半径と、前記インバート２次覆工の断面半径であるインバート半径との比率を用いることを特徴とする防水トンネルの施工方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載の防水トンネルの施工方法において、
前記インバートの設計条件として、前記インバート２次覆工の圧縮強度を用いることを特徴とする防水トンネルの施工方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の防水トンネルの施工方法において、
前記上部断面掘削領域に対する地山の掘削前に、掘削方向に沿って地山内へと先行する先進ボーリングを行うことにより、掘削方向にある地山の地下水環境を調査し、その調査結果に応じて、掘削方向前方の地山に対して透水性を小さくする作用を持つ薬剤を注入する工程を有することを特徴とする防水トンネルの施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地山を所定長ずつ掘削したトンネル内面に防水部材を敷設しながら防水トンネルを施工する防水トンネルの施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、軟弱で低強度の地山に対する山岳トンネル等の施工では、地山掘削後にトンネル断面の過大な縮小や、切羽の自立性の低下を生じることがある。そこで、この種の地山の掘削では、上半部（又は上下半部）をトンネル全断面の掘削に先行して施工し、続いて下半部（又はインバート）を施工する方法を採用することがある（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１記載の施工方法は、トンネル断面の上半部を先行して掘削すると共に該上半部に支保工（１次覆工）を設けた後に下半部への掘削を行い、その後、全断面への支保工を行うことにより、トンネルの安定性を確保しようとするものである。
【０００３】
ところで、上記のような山岳トンネル等の施工では、地山が多量の地下水を含有していることがある。このため、特許文献１記載の施工方法等を用いた場合には、切羽からトンネル内へと水が漏出することがあり、一般的にはトンネル内に漏出した水を排水しながら掘削及び構造体の施工を行っている。
【０００４】
地下水を排水しながらトンネルを施工する場合には、地下水の水位低下を生じるため、周辺の水環境への影響が問題になることがある。そこで、トンネル内部への地下水の漏水を回避するため、掘削したトンネルの内面に防水構造を備えた構造体を設けた防水トンネルが提案されている。
【０００５】
一般に、防水トンネルでは、トンネル内面の地山内面に形成する支保構造の１次覆工と、該１次覆工の内面に形成する覆工構造の２次覆工との間に、例えば防水シートを介在させる。この防水トンネルでは、防水シートによって水漏れを防止すると共に、２次覆工で形成されるコンクリート構造物によって水圧を受け止めることができる（例えば、特許文献２、３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−４９３９７号公報
【特許文献２】特許第３９２３４６１号公報
【特許文献３】特開２０１０−２４６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記のような軟弱で低強度の地山に防水トンネルを施工する場合には、例えば、上下半部への掘削及び１次覆工に続いて、インバートに対する掘削と１次覆工と防水シートを敷設した２次覆工とを行い、その後、上下半部に対して防水シートを敷設した２次覆工を行う施工方法が考えられる。
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１〜３に記載されているように、従来のトンネルの施工方法では、上下半部及びインバートに対する２次覆工をコンクリートの打設によって行っている。従って、上下半部の１次覆工に続いてインバートを施工する際には、コンクリートの打設を考慮した十分な施工スペースを確保する必要がある。仮に、インバートに対して掘削と１次覆工と２次覆工とを行う１回の施工長が、１０．５ｍ〜１２．５ｍ程度としても、移動型枠の設置スペースや打設に要する他の機器等のスペースを含めると、トンネルの掘削方向で３０ｍ〜４０ｍのスペースが必要となる。しかも、掘削による飛石等を避けるための退避スペースや、防水シートの張り付け用台車、移動型枠の設置スペース等を考慮すると、インバート施工後の上下半部への２次覆工は、掘削先端の切羽から相当な距離を離れて施工されることになる。
【０００９】
このように、トンネル全断面が防水されるまでには、切羽から相当な距離（例えば、１００ｍ程度）を必要とする。しかも、打設用のコンクリートには急結剤等の急硬作用を持つ薬剤を混入させることが困難であるため、インバートに打設したコンクリートが硬化するまでに相当な時間（例えば、１月程度）を必要とすることになり、この間、防水されていない支保工部分から漏水が発生し、結局、周辺の水環境に影響を及ぼしてしまう可能性がある。
【００１０】
本発明は上記従来の課題を考慮してなされたものであり、周辺の地下水環境への影響を可及的に低減することができる防水トンネル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】
【００１１】
本発明に係る防水トンネルの施工方法は、地山を所定長ずつ掘削したトンネル内面に防水部材を敷設しながら防水トンネルを施工する防水トンネルの施工方法であって、地山を所定長掘削した後、該掘削によって形成される上部断面掘削領域の地山内面に１次覆工を設ける上部１次覆工工程と、前記１次覆工を設けた上部断面掘削領域の下部に位置するインバートを所定長掘削した後、該掘削によって形成されるインバート断面掘削領域の地山内面にインバート１次覆工を設けてトンネルを閉合するインバート１次覆工工程と、前記インバート１次覆工の内面に防水部材を敷設し、該防水部材の内面に急硬作用を持つ薬剤を含むコンクリートを吹き付けてインバート２次覆工を設けるインバート２次覆工工程と、前記インバート２次覆工を設けたインバート上部の上部断面掘削領域に設けられている１次覆工の内面に防水部材を敷設し、該防水部材の内面に２次覆工を設ける上部２次覆工工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
このような方法によれば、急硬作用を持つ薬剤、例えば急結剤を含むコンクリートを吹付けてインバート２次覆工を構築することにより、インバート２次覆工をコンクリートの打設によって構築する場合と比べて、迅速にインバートを覆工して工期を短縮することができ、しかも移動型枠等のスペースが不要となることから施工スペースも低減することができる。従って、インバート２次覆工の次工程である上部断面掘削領域への防水シートを敷設した上部２次覆工を、トンネル先端の切羽から比較的近い距離（例えば、５０ｍ以内）で、且つ、掘削から所定の短期間（例えば、０．５月〜０．６月）で施工することができる。このため、掘削から早期に防水構造を持った防水トンネルを構築でき、切羽からの地下水の漏出を最小限に抑え、周辺の地下水環境への影響を可及的に低減することができる。
【００１３】
前記インバート１次覆工及び前記インバート２次覆工は、前記上部断面掘削領域に対する地山の掘削を停止した状態で施工すると、該掘削の影響がインバートでの施工工程に及ぶことを防止でき、それぞれの工程を円滑に行うことができる。
【００１４】
また、前記上部２次覆工における工程の少なくとも一部は、前記上部断面掘削領域に対する地山の掘削中に行われると、全体の工期を一層短縮し、コストを一層削減することができる。
【００１５】
前記上部断面掘削領域に対する地山の掘削前に、掘削方向に沿って地山内へと先行する先進ボーリングを行うことにより、掘削方向にある地山の地下水環境を調査し、その調査結果に応じて前記防水トンネルの設計条件を当初計画から再設定する工程を有してもよい。このように防水トンネルの施工中に、地山の地下水環境の状態に応じて設計条件を見直すことにより、当初計画では把握できなかった実際の地山の性状により適した防水トンネルの施工が可能となり、コスト低減や工期短縮が可能となる。
【００１６】
前記再設定する工程では、前記インバートの設計条件を再設定することが好ましい。インバートは、防水トンネル施工後、所定の埋め戻しや舗装等が施される部分であることから、所定の耐力（強度や軸力）が確保できれば、その形状等は特に限定されるものではなく、設計変更も比較的柔軟に行うことができるからである。
【００１７】
この場合、前記インバートの設計条件として、前記上部２次覆工の断面半径である上部半径と、前記インバート２次覆工の断面半径であるインバート半径との比率を用いると、例えば地下水圧の値によって、インバート半径を変更してその耐圧設計を必要十分なものに変更して、より一層のコスト低減や工期短縮が可能となる。なお、前記インバートの設計条件として、前記インバート２次覆工の圧縮強度を用いてもよい。
【００１８】
前記上部断面掘削領域に対する地山の掘削前に、掘削方向に沿って地山内へと先行する先進ボーリングを行うことにより、掘削方向にある地山の地下水環境を調査し、その調査結果に応じて、掘削方向前方の地山に対して透水性を小さくする作用を持つ薬剤を注入する工程を有してもよい。これにより、先進ボーリングによって得られた実際の地山の地下水環境の性状に基づき、掘削や覆工の各工程時での漏水等を一層低減させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、急硬作用を持つ薬剤を含むコンクリートを吹付けてインバート２次覆工を構築することにより、インバート２次覆工をコンクリートの打設によって構築する場合と比べて、迅速にインバートを覆工して工期を短縮することができ、しかも移動型枠等のスペースが不要となることから施工スペースも低減することができる。従って、インバート２次覆工の次工程である上部断面掘削領域への防水シートを敷設した上部２次覆工を、トンネル先端の切羽から比較的近い距離で、且つ、掘削から所定の短期間で施工することが可能となり、切羽からの地下水の漏出を最小限に抑え、周辺の地下水環境への影響を可及的に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る防水トンネルの施工方法によって防水トンネルを施工している状態を示す側面断面図である。
【図２】図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る防水トンネルの施工方法によって防水トンネルを施工する手順の一例の前半部を示す説明図であり、図３（Ａ）は、防水トンネルの所定位置での２次覆工が完了した状態での側面断面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す状態から上下半部への掘削及び１次覆工を施工している状態での側面断面図であり、図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）に示す状態からインバートへの掘削及びインバート１次覆工を施工している状態での側面断面図であり、図３（Ｄ）は、図３（Ｃ）に示す状態からインバート１次覆工の内面に防水シートを敷設し、インバート２次覆工を施工している状態での側面断面図である。
【図４】図４は、図３に示す施工手順の一例の後半部を示す説明図であり、図４（Ａ）は、図３（Ｄ）に示す状態から図３（Ｂ）から図３（Ｄ）の工程をさらに４回繰り返した状態での側面断面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す状態から上下半部の１次覆工の内面に防水シートを敷設した後、シート張り台車及び移動型枠を前進させて２次覆工を施工しようとしている状態での側面断面図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る防水トンネルの施工方法を適用する場合の施工計画の一例を示す表である。
【図６】図６は、防水トンネルの施工前に行う鉛直ボーリングと施工中に行う先進ボーリングを説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る防水トンネルの施工方法について、この方法によって施工される防水トンネルとの関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態に係る防水トンネルの施工方法によって防水トンネル１０を施工している状態を示す側面断面図である。図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図であり、地山１２の掘削方向（図１では右方向）に直交する方向での断面図である。
【００２３】
本実施形態に係る防水トンネルの施工方法（以下、単に「施工方法」ともいう）は、地山１２を所定長ずつ掘削したトンネル内面に防水シート（防水部材）１４を敷設しながらコンクリート構造物１６を所定長ずつ構築することにより、防水トンネル１０を施工する工法であり、例えば、軟弱且つ低強度であると共に相当量の地下水を含む地山１２に対する山岳トンネルの施工に適用される。勿論、この防水トンネルの施工方法は、軟弱で低強度な地山以外の地山や、山岳トンネル以外のトンネルに対して適用することもできる。
【００２４】
図１及び図２に示すように、当該施工方法では、トンネル断面を、上半部１８ａ及び下半部１８ｂからなるアーチ状の上下半部（上部領域）１８と、上下半部１８の下部であってトンネル底部となるインバート（底部領域）２０とに区分し、各区分についてそれぞれ掘削、１次覆工（支保）及び２次覆工を施工することでコンクリート構造物１６を構築し、防水トンネル１０を施工する。図２中、１点鎖線の水平線で示す境界線Ｓ１は上下半部１８とインバート２０との境界を例示し、境界線Ｓ２は上半部１８ａと下半部１８ｂとの境界を例示している。
【００２５】
先ず、本実施形態に係る施工方法の説明に先立ち、この施工方法によって構築されるコンクリート構造物１６の構成例について説明する。
【００２６】
コンクリート構造物１６の上下半部１８では、掘削した地山１２内面に形成される上部断面掘削領域２１に１次覆工（上部１次覆工）２２が設けられ、該１次覆工２２の内面に防水シート１４ａを敷設した状態で２次覆工（上部２次覆工）２４が設けられる。略同様に、インバート２０では、掘削した地山１２内面に形成されるインバート断面掘削領域（底部断面掘削領域）２５にインバート１次覆工（インバート支保）２６が設けられ、該インバート１次覆工２６の内面に防水シート１４ｂを敷設した状態でインバート２次覆工（インバート覆工）２８が設けられ、インバート２次覆工２８の内面（上面）に仮埋戻し土３０が設けられる。防水シート１４ａ及び防水シート１４ｂは、それぞれ上下半部１８及びインバート２０に敷設されると共に、端部同士が接合されることにより、防水トンネル１０の断面全周を囲繞する防水シート１４を構成する。
【００２７】
防水シート１４（１４ａ、１４ｂ）は、例えば、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）等の樹脂製材料や不織布等によって形成される厚さ２ｍｍ程度の薄いシートであり、十分な防水性と柔軟性を有する。なお、防水トンネル１０に防水構造を付与する防水部材としては、防水シート１４以外であってもよく、例えば所定の硬化剤等を塗布することによって防水層を形成してもよい。
【００２８】
上下半部１８において、１次覆工２２は、公知のトンネル支保構造と同様に、例えば吹付けコンクリート２２ａ及び鋼製アーチ状支保工（図示せず）で構成され、掘削から２次覆工２４の施工完了までの間、上部断面掘削領域２１での地山１２からの荷重を受け止め、該地山１２の崩落や肌落ちを防止するためのものである。１次覆工２２は、上下半部１８への所定長の掘削後すぐに地山１２内面にコンクリートを吹き付け、前記鋼製アーチ状支保工と共に、地山１２の内面に密着するように施工される。
【００２９】
このような１次覆工２２の施工直前、つまり地山１２の掘削直後、掘削したトンネル天面周辺の切羽３２を長尺鋼管フォアパイリング工等による先受工３４で安定させておくと、１時覆工２２をより安定して円滑に施工することが可能となる。さらに、１次覆工２２の施工後に、トンネル両側部の１次覆工２２に対してロックボルト３６を複数設置することにより、１次覆工２２を一層安定化させてもよい。これら先受工３４及びロックボルト３６は、トンネル断面の放射方向に延び、周方向に所定間隔で複数配列するとよい。なお、図１では、図面の簡単のため、先受工３４及びロックボルト３６の図示を省略している。
【００３０】
２次覆工２４は、上下半部１８への掘削先端にある切羽３２から所定の距離Ｌ（例えば、５０ｍ）以内の位置において、公知の覆工構造と同様にコンクリート２４ａの打設によって構成され、完成した防水トンネル１０の内壁面を構成する。本実施形態の場合、２次覆工２４は、インバート１次覆工２６及びインバート２次覆工２８が施工されたインバート２０上部に設けられている１次覆工２２の内面に対し、防水シート１４ａを介して打設される。防水シート１４ａは、例えばシート張り台車３８によって１次覆工２２内面に敷設され、２次覆工２４は、例えば移動型枠４０によって防水シート１４ａ内面に打設される。
【００３１】
一方、インバート２０において、インバート１次覆工２６は、掘削した地山１２内面に対して所定のコンクリートを吹き付けた吹付けコンクリート２６ａによって構成され、インバート２０の掘削からインバート２次覆工２８の施工完了までの間、インバート断面掘削領域２５での地山１２からの荷重を受け止めるためのものである。勿論、上記の１次覆工２２と同様、インバート１次覆工２６にも前記鋼製アーチ状支保工等を設けてもよい。
【００３２】
インバート２０の掘削及びインバート１次覆工２６は、上下半部１８への掘削及び１次覆工２２の施工と交互に行われ、例えば、上下半部１８の切羽３２から所定の距離Ｌａ（例えば、５ｍ〜９ｍ）以内で施工される。このインバート１次覆工２６は、例えば、上下半部１８での地山１２の１回の掘削距離を１掘進長（例えば、１．２ｍ）と称すると、２掘進長（例えば、２．４ｍ）の掘削（及び１次覆工２２の施工）毎に施工される。従って、インバート１次覆工２６の１回の施工距離は、上下半部１８の掘進距離（２掘進長）と同程度の距離Ｌｂ（例えば、２．４ｍ）となる。
【００３３】
インバート２次覆工２８は、インバート１次覆工２６の施工に続いて行われ、切羽３２から距離Ｌａ以内の位置で、インバート１次覆工２６と同様に距離Ｌｂずつ施工される。本実施形態の場合、インバート２次覆工２８は、形成したインバート１次覆工２６の内面に防水シート１４ｂを敷設した後、該防水シート１４ｂの内面に対し、急硬作用を持つ薬剤、例えば急結剤２８ｂを含ませたコンクリートを吹き付けたインバート吹付けコンクリート２８ａによって構成される。この吹付け作業は、例えば、図示しないコンクリート吹付け装置の吹出口付近で前記薬剤を混合し、両者をエア等によって同時に吹き付ける方法を挙げることができ、上記した１次覆工２２及びインバート１次覆工２６についても同様である。
【００３４】
インバート２次覆工２８を構成するインバート吹付けコンクリート２８ａとしては、例えば無筋構造の鋼繊維補強高強度コンクリートを用いると、吹き付けであっても十分な強度や耐久性を確保できるため好ましい。また、前記急硬作用を持つ薬剤は、例えば、所望の短時間（例えば１０分程度）で吹き付けたコンクリートに対して所望の強度を発現させ得るものであればよく、アルミン酸アルカリ塩、カルシウムアルミネート系、カルシウムサルホアルミネート系等を主成分とした急結剤２８ｂを例示できる。
【００３５】
次に、本実施形態に係る防水トンネルの施工方法の一例について、主に図３及び図４を参照して説明する。
【００３６】
図３は、本発明の一実施形態に係る防水トンネルの施工方法によって防水トンネル１０を施工する手順の一例の前半部を示す説明図であり、図３（Ａ）は、防水トンネル１０の所定位置での２次覆工２４が完了した状態での側面断面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す状態から上下半部１８への掘削及び１次覆工２２を施工している状態での側面断面図であり、図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）に示す状態からインバート２０への掘削及びインバート１次覆工２６を施工している状態での側面断面図であり、図３（Ｄ）は、図３（Ｃ）に示す状態からインバート１次覆工２６の内面に防水シート１４ｂを敷設し、インバート２次覆工２８を施工している状態での側面断面図である。さらに、図４は、図３に示す施工手順の一例の後半部を示しており、図４（Ａ）は、図３（Ｄ）に示す状態から図３（Ｂ）から図３（Ｄ）の工程をさらに４回繰り返した状態での側面断面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す状態から上下半部１８の１次覆工２２の内面に防水シート１４ａを敷設した後、シート張り台車３８及び移動型枠４０を前進させて２次覆工２４を施工しようとしている状態での側面断面図であり、図４中に（１）、（２）で示す位置が図３中に（１）、（２）で示す位置と対応している。なお、図面の簡単のため、図３及び図４では、１次覆工２２等の断面ハッチングや、継ぎ目等の図示を省略している。
【００３７】
先ず、図３（Ａ）に示すように、防水トンネル１０の所定位置での２次覆工２４が完了した状態から説明する。この場合には、トンネル先端の切羽（上半切羽）３２から距離Ｌ（例えば、５０ｍ）以内となる位置で、シート張り台車３８によって１次覆工２２内面に防水シート１４ａを敷設した後、シート張り台車３８をインバート２０に設けた仮埋め戻し土３０上を移動（前進）させ、図示しないトンネル後方から前進させた移動型枠４０によって防水シート１４ａ内面に２次覆工２４を施工した状態にある。
【００３８】
そこで、図３（Ｂ）に示すように、上下半部１８への掘削及び１次覆工２２を行い（第１工程）、これに引き続いて、図３（Ｃ）及び図３（Ｄ）に示すように、インバート２０に対する掘削及びインバート１次覆工２６（第２工程）とインバート２次覆工２８（第３工程）を行う。
【００３９】
第１工程では、既にその後方において１次覆工２２が施工されている上下半部１８の前方を掘削する。この掘削においては、１掘進長を１．２ｍとし、１掘進長掘削したら直ちに吹付けコンクリート２２ａによる１次覆工２２を掘削面に吹き付ける。この１掘進長の掘削と吹付けコンクリート２２ａによる１次覆工２２の施工工程を２回繰り返して２掘進長分（距離Ｌｂ）掘削する（図３（Ｂ）参照）。
【００４０】
続いて第２工程では、１次覆工２２を施工した上部断面掘削領域２１の下部に位置するインバート２０を所定長、例えば、上下半部１８の掘進長と同じ距離Ｌｂを一度に掘削した後、掘削作業を停止し、形成されたインバート断面掘削領域２５の地山１２内面に急結剤を混入した吹付けコンクリート２６ａによるインバート１次覆工２６を施工する（図３（Ｃ）参照）。これら１次覆工２２及びインバート１次覆工２６によりトンネル断面が閉合される。
【００４１】
上記吹付けコンクリート２６ａの硬化後引き続いて、第３工程では、インバート１次覆工２６の内面に防水シート１４ｂを敷設し、該防水シート１４ｂの内面に急結剤２８ｂと共に所定のコンクリートを吹付けることにより、インバート吹付けコンクリート２８ａによるインバート２次覆工２８を構築する（図３（Ｄ）参照）。さらに、インバート吹付けコンクリート２８ａが硬化したら、引き続いてインバート２次覆工２８の上面が図２のように湾曲しているので、該上面を仮埋め戻し土３０で埋め戻して平坦にする。これにより、作業者やシート張り台車３８、移動型枠４０等がトンネル内を円滑に移動できるようになる。
【００４２】
インバート１次覆工２６及びインバート２次覆工２８は、上下半部１８での地山１２に対する切羽３２から所定の距離（例えば、５ｍ〜９ｍ）以内の位置で行うとよい。そうすると、上下半部１８の掘削から早期にトンネルを閉合でき、さらに、インバート２次覆工２８を迅速に施工して、次の上下半部１８での作業（掘削及び１次覆工２２）に円滑に戻ることができる。
【００４３】
そして、掘削・覆工・仮埋め戻しの工種からなる上記第１工程から第３工程を繰り返すことで、インバート２次覆工２８が所定距離Ｌｅ（例えば、上記１掘進長の１０倍、つまり上記Ｌｂの５倍で約１２ｍ。この所定距離は後述のＬｃと同じか近似した長さとし、後方の２次覆工２４の施工とその前方でのインバート２次覆工２８とが所定範囲の間隔を保つような長さにする。）施工されると（図４（Ａ）参照）、その後方で、上部断面掘削領域２１に対する２次覆工２４を施工する（第４工程）。
【００４４】
なお、第１工程から第３工程の作業日程としては、例えば、１日当たり上下半部１８の掘削で４掘進長の掘削を行うと共に、１日当たり２回のインバート２０の掘削及び覆工（インバート１次覆工２６及びインバート２次覆工２８）を行うことにより、１月当たり８０掘進長（例えば、９６ｍ）の掘削及び覆工ができる（図５も参照）。
【００４５】
第４工程では、図４（Ｂ）に示すように、２次覆工２４の施工前に、先ず、前回の２次覆工２４の施工位置（図３（Ａ）参照）から、該２次覆工２４の１回の施工距離である１施工長（１スパン長）分の距離Ｌｃ（例えば、１２．５ｍ）だけ前進した位置にあるシート張り台車３８によって、１施工長分の１次覆工２２内面に防水シート１４ａを敷設する。
【００４６】
この際、前回の２次覆工２４の施工位置に敷設した防水シート１４ａと今回の防水シート１４ａとの間の接合、つまり施工スパン間の防水シート１４ａ同士の接合は、例えば、両者の端部同士を高温や高圧によって融着（溶着）し、接合目地のない防水構造を形成する。これにより、接合部からの漏水を確実に防止することができる。同様に、インバート断面掘削領域２５に敷設してある防水シート１４ｂと今回の上部断面掘削領域２１に敷設される防水シート１４ａの接合についても、両者の端部同士を高温や高圧によって融着（溶着）し、接合目地のない防水構造を形成するとよい。
【００４７】
防水シート１４ａの敷設作業は、上下半部１８の切羽３２から十分な間隔である所定の距離Ｌｄ（例えば、３０ｍ）だけ離間した位置で行われる。このため、上下半部１８に対する爆破等による掘削の飛石等が、当該防水シート１４ａの敷設作業や次の２次覆工２４の施工に影響を及ぼすことが回避され、この敷設作業や２次覆工２４の施工と同時並行的に上下半部１８への掘削等（第１工程から第３工程）を行うことができる（図４（Ｂ）中に２点鎖線で示す上部断面掘削領域２１及びインバート断面掘削領域２５参照）。このように、第４工程を構成する各作業工程の少なくとも一部を、地山１２の掘削等の第１工程から第３工程の施工中に行うことにより、全体の工期を一層短縮し、コストを削減することができる。
【００４８】
続いて、上下半部１８の切羽３２から所定の距離Ｌ（例えば、５０ｍ）以内の位置において、敷設した防水シート１４ａの内面に２次覆工２４を施工する。すなわち、防水シート１４ａを敷設してシート張り台車３８を前進させた後、移動型枠４０を前回の施工位置（図４（Ａ）参照）から前進させ、直前に敷設した防水シート１４ａ内面に対応した今回の２次覆工２４の施工位置に当該移動型枠４０を設置する（図４（Ｂ）参照）。そこで、防水シート１４ａの内側にコンクリート２４ａを打設する２次覆工２４を施工することにより、トンネル断面に防水構造を備えたコンクリート構造物１６が構築され、防水トンネル１０の１施工長（例えば、１２．５ｍ）分の施工が完了する。この場合、上下半部１８における１次覆工２２及び２次覆工２４の合計のコンクリート厚み（覆工厚）は、地下水圧にもよるが、例えば３００ｍｍ〜６００ｍｍ程度に設定するとよく、インバート２０におけるインバート１次覆工２６及びインバート２次覆工２８についても同様でよい。
【００４９】
なお、第４工程の作業日程としては、上記した第１工程から第３工程の作業日程とも関連するが、例えば、１週間当たり２回（２施工長。例えば、２５ｍ）の２次覆工２４の施工が行える。また、２次覆工２４は、切羽３２から距離Ｌ（例えば、５０ｍ）以内の位置において施工されることにより、上下半部１８への掘削から０．５月〜０．６月以内に該掘削位置にコンクリート構造物１６が構築されることになる。
【００５０】
以下、順次、第１工程から第３工程の繰り返し施工による工事進捗に伴って第４工程が追従して施工されて防水トンネル１０の施工が完了する。
【００５１】
図５に、本実施形態に係る防水トンネルの施工方法を適用する場合の施工計画（施工日程計画）の一例を示す。図５では、施工計画として、地山等級（ＣＩ、ＣＩＩ、ＤＩ）毎の１掘進長の距離（ｍ）、図３に距離Ｌｂで示したインバート施工単位（ｍ）、１日当たりのインバート施工回数（回／日）、１日当たりの掘削進行長（ｍ／日）、１月当たりの掘削進行長（ｍ／月）、１週当たりの２次覆工施工回数（回／週）を例示している。この場合、地山等級とは、岩盤の状態を表す指標であり、この地山等級によって日程計画だけでなく、打設又は吹き付けるコンクリートの厚みや、使用される鋼材の種類及び数等が選定される。
【００５２】
図５に示すように、本実施形態に係る施工方法では、例えば、地山等級ＤＩの地山に対し、１掘進長が１．２ｍ、１回当たりのインバート２０の施工距離Ｌａとなるインバート施工単位が２．４ｍ、１日当たりのインバート施工回数が２回、１日当たりの地山１２の掘削進行長が４．８ｍ、１月当たりの掘削進行長が９６ｍ、１週当たりの２次覆工２４の施工回数が２回と設定するとよく、他の地山等級ＣＩ、ＣＩＩについても図５に例示する通りに設定するとよい。但し、１掘進長が図５の数値だけに限定されるものではなく、インバート施工単位Ｌｂについても１掘進長を２回繰り返した長さ相当とするのではなく、１掘進長の長さ相当でもよいし、１掘進長の複数回の繰り返しのうち３回以上繰り返した長さ相当としてもよい。
【００５３】
以上のように、本実施形態に係る防水トンネルの施工方法によれば、地山１２を１掘進長掘削した後、上部断面掘削領域２１の地山１２内面に１次覆工２２を設ける作業を２掘進長繰り返す上部１次覆工工程と、１次覆工２２を設けた上部断面掘削領域２１の下部に位置するインバート２０を所定長（距離Ｌａ）掘削した後、インバート断面掘削領域２５の地山１２内面にインバート１次覆工２６を設けてトンネルを閉合するインバート１次覆工工程と、インバート１次覆工２６の内面に防水シート１４ｂを敷設し、その内面に急結剤２８ｂを含むコンクリートを吹付けてインバート２次覆工２８を設けるインバート２次覆工工程と、インバート２次覆工２８を設けたインバート２０上部の１次覆工２２内面に防水シート１４ａを敷設し、その内面に２次覆工２４を設けることで防水トンネル１０を施工する上部２次覆工工程とを有する。
【００５４】
このように急結剤２８ｂを含むコンクリートの吹き付けによるインバート吹付けコンクリート２８ａでインバート２次覆工２８を構築することにより、インバート２次覆工をコンクリートの打設によって構築する場合と比べて、迅速に且つ簡便にインバート２０を覆工して工期を短縮することができ、しかもインバートコンクリート施工用の移動型枠等が不要となるためその施工スペースを低減することができる。従って、インバート２次覆工２８の次工程である防水シート１４ａを介した２次覆工２４を、切羽３２に比較的近い距離Ｌ（例えば、５０ｍ）以内で、且つ、上下半部１８の掘削から所定の短期間（例えば、０．５月〜０．６月）で施工することができる。これにより、掘削から早期に防水構造（例えば、水圧２．０ＭＰａの耐水圧構造）を持った防水トンネル１０を構築でき、切羽３２からの地下水の漏出を最小限に抑え、周辺の水環境への影響を可及的に低減することができる。例えば、切羽３２から５０ｍ以内、掘削後０．５月〜０．６月後に防水トンネル１０を構築できるので、周辺の地山１２での地下水面の水位低下は数ｍ〜１０ｍ程度に抑えられ、１月〜３月後の回復を見込むことができ、地下水環境への影響は一時的なものとなる。
【００５５】
これに対して、仮に、従来技術のように、インバート２次覆工２８をコンクリートの打設によって構築する場合には、その施工スペースや打設したコンクリートの硬化時間等を考慮すると、防水トンネル１０（２次覆工２４）の構築が切羽３２から１００ｍ程度離間した位置となり、掘削後１月程度の時間を要することになる。このため、この長い距離と長い時間の間に、２次覆工２４が施工されない部分の切羽３２から地下水の漏水が多量に発生する可能性があり、例えば、周辺の地山１２では、地下水面の低下が２０ｍ程度に達し、回復に６月以上が必要となり、地下水環境への影響が大きくなる可能性がある。
【００５６】
また、本実施形態に係る防水トンネルの施工方法では、インバート２次覆工２８をコンクリートの吹き付けによって構成する一方、その後工程となる２次覆工２４は、コンクリートの打設によって施工する。すなわち、２次覆工２４は、防水トンネル１０を施工する最終的な工程であることから後工程に対する影響が、インバート２次覆工２８の場合と比べて小さく、また、２次覆工２４の内面は当該防水トンネル１０の内壁面を構成することから、コンクリートの打設によって高精度で美観のよい表面を得ることが望ましい。換言すれば、インバート２０は、防水トンネル１０のコンクリート構造物１６の施工後、所定の埋め戻しや舗装等が施される部分であることから、その表面状態への要求は２次覆工２４ほど高くはなく、このため、コンクリートの吹き付けによって要求品質を十分に満たすことができる。一方、上下半部１８は、トンネル開通後、人や車両が通行する空間に露出するため、コンクリートの打設によって十分な品質を確保することが望ましい。
【００５７】
さらに、防水トンネル１０の防水構造は、防水シート１４によって構築されることにより、地山１２からの荷重等によって経時的にトンネル断面形状が変化したとしても、防水シート１４も柔軟に追従させることができ、耐久性と経済性を備えた防水トンネル１０を構築できる。
【００５８】
ところで、上記のように施工される防水トンネル１０は、その全長にわたって防水シート１４を備えた防水構造を構成しても勿論よいが、トンネル全長のうち、特に地下水が多量に含まれる可能性のある区間のみを防水構造とし、他の区間については防水構造を持たない構造としてもよい。
【００５９】
例えば、図６に示すように、施工前の計画（当初計画）時にトンネル掘削方向に沿った複数個所に鉛直ボーリングＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を行い、この鉛直ボーリングＢ１〜Ｂ４による地下水環境の調査結果に基づき、例えば、区間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の３区間に分割して施工計画を立てることにより、漏水の可能性が高いと推定される区間Ｔ２にのみ防水構造を施工し、他の区間Ｔ１、Ｔ３については防水構造を施工しないような構成としてもよい。
【００６０】
そして、このような当初計画を立てた場合、従来は、例えば、区間Ｔ２での防水構造について当初計画での設計条件に基づく一様な構成のトンネル施工を行っており、耐水圧や耐漏水に対する安全値を考慮して、インバートを含めたトンネル断面を区間Ｔ２全域で円形に構成するようなことを行っていた。
【００６１】
しかしながら、鉛直ボーリングには相当なコストや工期が必要となる。このため、一般的には、図６に示されるように、トンネル掘削方向で数箇所（例えば、Ｂ１〜Ｂ４）程度の位置にしか鉛直ボーリングを実施することができず、地山１２の地下水環境の把握が十分にできず、この場合には、前記区間Ｔ２のうちで地下水が含まれていない部分についても、過大な耐水圧の設計・施工を一貫して行っており、コストの増加や工期の長期化を惹起していた。
【００６２】
そこで、次に、トンネル施工中に地下水環境を詳細に調査し、当初計画を見直し、設計条件を再設定する設計条件再設定工程について説明する。
【００６３】
この設計条件再設定工程では、例えば前記区間Ｔ２について、上下半部１８への掘削前に、地山１２の掘削方向に沿って先行する先進ボーリングＢａを行う（図１及び図６参照）。先進ボーリングＢａでは、高透水性の多亀裂帯や破砕帯等の透水係数や間隙水圧を試験、測定及び評価する。この先進ボーリングＢａは、例えば、切羽３２より先行方向で距離Ｌの倍程度（例えば、１００ｍ）の距離、換言すれば、掘削の切羽３２からコンクリート構造物１６を構築するまでの距離かその倍程度の距離を先行してボーリングするものであり、図５に示す１月当たりの掘削進行長を考慮すると、例えば１月に１回実施される。
【００６４】
先進ボーリングＢａでの調査結果によって見直す設計条件（設計パラメータ）としては、上下半部１８とインバート２０でのコンクリート構造物１６の断面半径（内径）の比率や、構築するコンクリート構造物１６の圧縮強度を挙げることができ、厚肉円筒理論等を用いて設計地下水圧から覆工の必要耐荷力を計算し、これを参考として前記設計条件（設計パラメータ）を再設定して設計する。
【００６５】
断面半径の比率としては、２次覆工２４の断面半径である上部半径Ｒ１と、インバート２次覆工２８の断面半径であるインバート半径Ｒ３との比率であるＲ３／Ｒ１、を用いるとよい。例えば、図２に示すコンクリート構造物１６の場合には、上部半径Ｒ１が５６００ｍｍであり、インバート半径Ｒ３が１１５００ｍｍであり、比率Ｒ３／Ｒ１は約２．０５となっており、インバート２０部分が湾曲した円弧形状となっている。
【００６６】
そこで、この比率Ｒ３／Ｒ１（＝２．０５）を当初計画での基準として考えると、先進ボーリングＢａによって掘削方向での地下水圧が当初計画での推定値よりも高いとの調査結果が得られた場合には、比率Ｒ３／Ｒ１を小さくする方向に設計条件を再設定（変更）する。すなわち、インバート半径Ｒ３を、図２中に２点鎖線で示すインバート半径Ｒ３１（＝８４００ｍｍ）に変更したインバート２次覆工２８１を施工することにより、比率Ｒ３１／Ｒ１が１．５となり、防水トンネル１０の断面をより真円に近づけて耐水圧性を向上させることができる。
【００６７】
同様に、先進ボーリングＢａによって掘削方向での地下水圧が当初計画での推定値よりもさらに高いとの調査結果が得られた場合には、比率Ｒ３／Ｒ１をさらに小さくする方向に設計条件を再設定する。すなわち、インバート半径Ｒ３を、図２中に２点鎖線で示すインバート半径Ｒ３２（＝６７２０ｍｍ）に変更したインバート２次覆工２８２を施工することにより、比率Ｒ３／Ｒ１が１．２となり、防水トンネル１０の断面をより一層真円に近づけて耐水圧性をさらに向上させることができる。
【００６８】
勿論、比率Ｒ３／Ｒ１は、先進ボーリングＢａでの地下水環境の調査結果に応じて、例えば１．０〜２．５の間で適宜増減させることができる。また、一度再設定した設計条件は、例えば先進ボーリングＢａの施工毎に、換言すれば１乃至２施工長毎に見直すとよい。
【００６９】
上記のようにインバート２０に対する設計条件を再設定し、具体的にはインバート半径Ｒ３（Ｒ３１、Ｒ３２）を変更して断面半径の比率を変更することにより、防水トンネル１０を施工する地山１２の地下水環境に応じて、インバート２０でのコンクリート構造物１６の断面形状を最適化することができる。すなわち、図２のインバート半径Ｒ３２のように断面形状を真円に近づけた場合には、耐水圧性を高めることでき、インバート半径Ｒ３のように断面形状を平坦に近づけた場合には、インバート２０での掘削量やコンクリートの吹付け量等を低減し、コスト低減や工期短縮が可能となる。しかも、インバート２０は、上記したように、トンネル施工後、所定の埋め戻しや舗装等が施される部分であることから、所定の耐力（強度や軸力）が確保できれば、その形状等は特に限定される必要がない。一方、上下半部１８は、トンネル開通後、人や車両が通行する空間であることから、これらの計算通行量等に応じて当初計画で決定した空間容積等を施工中に変更することは困難であり、このため、インバート２０をトンネル施工中に設計変更することにより、防水トンネル１０の品質や性能を確保した状態で、工期短縮やコスト低減を図ることができる。
【００７０】
次に、コンクリート構造物１６の圧縮強度としては、コンクリート構造物１６を構成する２次覆工２４やインバート２次覆工２８を構成するコンクリートの圧縮強度（ｆ’ｃｋ）の設計値を再設定するとよい。この圧縮強度の変更により、例えば２次覆工２４やインバート２次覆工２８のコンクリート厚（覆工厚）は同程度に保持した状態で、防水トンネル１０を構成するコンクリート構造物１６の耐水圧性や施工コスト等を地下水環境に応じて適宜最適化することができる。この圧縮強度を変更することは２次覆工２４に好ましく適用される。
【００７１】
勿論、これら断面半径の比率の変更及び圧縮強度の変更は、それぞれ単独で実施してもよいし、両者の関係を最適化しながら同時に実施してもよい。
【００７２】
このような設計条件再設定工程は、必ずしも上記した第１工程から第４工程で示した防水トンネルの施工方法と共に行う必要はない。つまり、当該設計条件再設定工程は、インバート２次覆工２８にインバート吹付けコンクリート２８ａを用いず、コンクリートを打設する従来工法に適用しても、コスト低減効果や工期短縮効果は十分に得ることができる。勿論、インバート２次覆工２８に吹付けコンクリート２８ａを用いる工程（第３工程）を備える上記した防水トンネルの施工方法に適用すれば、この施工方法によるコスト低減効果等と相まって、一層のコスト低減や工期短縮が可能となる。
【００７３】
先進ボーリングＢａによる地下水環境の調査結果は、上記の設計条件再設定工程以外に用いてもよい。
【００７４】
例えば、先進ボーリングＢａによって地下水環境の詳細な調査結果が得られた場合には、この結果に基づき、その後の掘削や覆工の各工程時での漏水を一層低減させるべく、掘削方向で前方（切羽３２前方）の地山１２で予定の掘削壁面から外方に向かってトンネル上部内径の約０．３〜０．５倍の長さにわたる範囲（例えば、３ｍ〜５ｍ）に対して、透水性を小さくする作用を持つ薬剤、例えば水ガラス等の止水注入材を高圧注入して地山１２の透水係数を小さくする事前注入改良工程を行うのがよい。この事前注入改良工程は、上記した防水トンネルの施工方法を構成する第１工程の前に行うもので、例えば、第４工程の施工中に切羽３２に対して先進ボーリングＢａに引き続き事前注入改良工程を行うことにより、工期への影響を最小限にすることができる。勿論、この事前注入改良工程は、上記の設計条件再設定工程と同時に実施してもよく、単独で行ってもよい。
【００７５】
なお、従来行われている事前注入改良工程は、掘削時に地下水が漏出するのを完全に又は略完全に防止するために行われており、１０＾（−６）ｃｍ／ｓｅｃ程度の透水性を確保しようとするものであり、相当量の薬剤を必要としていた。これに対し、上記実施形態に係る防水トンネルの施工方法では、上記のように地下水の漏出を可及的速やかに低減させるようにしているため、１０＾（−４）ｃｍ／ｓｅｃ程度の透水性が確保できればよく、薬剤の使用量を有効に低減することができ、一層のコスト低減や工期短縮が可能となる。
【００７６】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。
【符号の説明】
【００７７】
１０  防水トンネル
１２  地山
１４、１４ａ、１４ｂ  防水シート
２０  インバート
２１  上部断面掘削領域
２２  １次覆工（上部１次覆工）
２４  ２次覆工（上部２次覆工）
２５  インバート断面掘削領域
２６  インバート１次覆工
２８  インバート２次覆工
２８ａ  インバート吹付けコンクリート
２８ｂ  急結剤
３２  切羽
【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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