(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
適宜間隔を存して互いに並行する先進坑を地盤中に形成する工程と、上記両先進坑に長さ方向に所定間隔毎に穿設している管体挿通孔を通じてこれらの先進坑間の地盤中に円弧状の管体を、一方の先進坑側からの管体の先端部と他方の先進坑側からの管体の先端部とが互いに先進坑間の地盤の中間部上方で前後に近接した状態となるように挿入する工程と、各管体を通じて地盤改良材を管体周囲の地盤中に注入して柱状の改良地盤層を形成する工程と、これらの改良地盤層によって形成されたトンネル外郭体の内側の地盤を掘削する工程とからなるトンネル築造方法であって、上記両先進坑に穿設している管体挿通孔から両先進坑の軸方向に対して斜め前方に向かって傾斜した管体を地盤中に挿入する作業と、斜め後方に向かって傾斜した管体を地盤中に挿入する作業とを交互に行うと共に、一方の先進坑から斜め前方に向かって挿入される管体と他方の先進坑から斜め後方に向かって挿入される管体とを上側に、一方の先進坑から斜め後方に向かって挿入される管体と他方の先進坑から斜め前方に向かって挿入される管体とを下側に位置させた状態にして各管体の周囲の地盤に管体を通じて地盤改良材を注入することにより、平面綾織り状に交差した柱状の改良地盤層からなるトンネル外郭体を形成することを特徴とするトンネル築造方法。
【請求項２】
適宜間隔を存して互いに並行する先進坑を地盤中に形成する工程と、上記両先進坑に長さ方向に所定間隔毎に穿設している管体挿通孔を通じてこれらの先進坑間の地盤中に円弧状の管体を挿入する工程と、各管体を通じて地盤改良材を管体周囲の地盤中に注入して柱状の改良地盤層を形成する工程と、これらの改良地盤層によって形成されたトンネル外郭体の内側の地盤を掘削する工程とからなるトンネル築造方法であって、上記一方の先進坑側から地盤中に挿入される管体と他方の先進坑側から地盤中に挿入される管体とが互いに前後方向に一定の間隔を存して交互に平面千鳥状となるように挿入され、一方の管体の周囲地盤に注入した改良地盤層の先端部と他方の管体の周囲地盤に注入した改良地盤層とを交互に連続させてなるトンネル外郭体を形成することを特徴とするトンネル築造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地中に大断面のトンネルを築造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から地中に大断面のトンネルを築造する方法としては、複数本のパイプを地中に互いに並列するように挿入して外郭体を形成し、この外郭体の下方地盤或いは外郭体で囲まれた地盤を掘削する、所謂、パイプルーフ工法が知られているが、この工法では、地中にパイプを挿入する大規模な発進立坑と先端側のパイプを到達させる到達立坑とを設ける必要があり、その上、長尺なパイプを用いると地中への挿入作業が著しく困難となるので、比較的短いトンネルの築造にしか採用できないという問題点がある。
【０００３】
このため、パイプルーフ工法に替わる大断面トンネルの築造方法として、図９に示すように、地中に所定間隔を存して互いに並行な先進坑Ａ、Ｂを掘削し、一方の先進坑Ａを発進側、他方の先進坑Ｂを到達側として発進側先進坑Ａから弧状に湾曲した鋼管Ｃを到達側先進坑Ｂに向かって地盤中に挿入して該鋼管Ｃの先端を到達先進坑Ｂに到達させる作業を先進坑の長さ方向に所望間隔毎に順次行ったのち、各鋼管Ｃにおいて該鋼管Ｃをガイドとして発進側先進坑Ａから図10に示すように鞘管Ｅを後続させながら小径掘削装置Ｄを到達させ、しかるのち、図11に示すように鞘管Ｅと共に小径掘削装置Ｄを発進側先進坑Ａに引き戻しながら小径掘削装置Ｄから地盤中に地盤改良材を噴射させることにより外郭体Ｆを形成し、この外郭体Ｆの内側地盤を掘削することによりトンネルを築造する方法が開発されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のトンネル築造方法では、弧状に湾曲した鋼管Ｃを両側の先進坑Ａ、Ｂ間に亘って架設状態に配置するものであるから、長い鋼管Ｃを必要としてその取り扱いが煩雑となるばかりでなく、発進側先進坑Ａから到達側先進坑Ｂの所定個所に到達させるには精度が要求されて作業に困難性を伴い、その上、一方の先進坑からのみ鋼管Ｃを地盤中に挿入する作業を行うものであるから、多数本の鋼管Ｃを地中に挿入するには著しい手間を要すると共に到達側先進坑Ｂに達した鋼管Ｃの先端を該到達側先進坑Ｂに固定する作業を必要とする。
【０００５】
また、両先進坑間の地盤中に挿入した鋼管Ｃの周囲の地盤に地盤改良材を噴射する場合には、上記のように、発進側先進坑Ａから該鋼管Ｃをガイドとして小径掘削装置Ｄを掘進させて後続する鞘管Ｅを押し進めながら到達側先進坑Ｂに到達させたのち、次いで、鞘管Ｅを発進側先進坑Ａに引き戻すことによって小径掘削装置Ｄを後退させながら該小径掘削装置Ｄから地盤改良材を噴射、注入するものであるから、地盤改良による外郭体Ｆの形成作業に著しい手数と労力を要するものであり、その上、地盤中において隣接する鋼管Ｃ、Ｃが近接していると、一方の鋼管Ｃをガイドとして小径掘削装置Ｄの掘進させる場合に他方の鋼管Ｃがその掘進を阻害する虞れがある等の問題点があった。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、地中に間隔を存して掘削した先進坑間の地盤中に、トンネルの外郭体を構成するための管体の挿入作業が容易に且つ能率よく行えると共に厚みの大なる外郭体の形成も可能にし、さらに、地中に地盤改良材を注入する場合にはその注入作業が簡単に行えて大断面トンネルが効率よく築造し得るトンネルの築造方法を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発明は、適宜間隔を存して互いに並行する先進坑を地盤中に形成する工程と、上記両先進坑に長さ方向に所定間隔毎に穿設している管体挿通孔を通じてこれらの先進坑間の地盤中に円弧状の管体を、一方の先進坑側からの管体の先端部と他方の先進坑側からの管体の先端部とが互いに先進坑間の地盤の中間部上方で前後に近接した状態となるように挿入する工程と、各管体を通じて地盤改良材を管体周囲の地盤中に注入して柱状の改良地盤層を形成する工程と、これらの改良地盤層によって形成されたトンネル外郭体の内側の地盤を掘削する工程とからなるトンネル築造方法であって、上記両先進坑に穿設している管体挿通孔から両先進坑の軸方向に対して斜め前方に向かって傾斜した管体を地盤中に挿入する作業と、斜め後方に向かって傾斜した管体を地盤中に挿入する作業とを交互に行うと共に、一方の先進坑から斜め前方に向かって挿入される管体と他方の先進坑から斜め後方に向かって挿入される管体とを上側に、一方の先進坑から斜め後方に向かって挿入される管体と他方の先進坑から斜め前方に向かって挿入される管体とを下側に位置させた状態にして各管体の周囲の地盤に管体を通じて地盤改良材を注入することにより、平面綾織り状に交差した柱状の改良地盤層からなるトンネル外郭体を形成することを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２に係る発明は、適宜間隔を存して互いに並行する先進坑を地盤中に形成する工程と、上記両先進坑に長さ方向に所定間隔毎に穿設している管体挿通孔を通じてこれらの先進坑間の地盤中に円弧状の管体を挿入する工程と、各管体を通じて地盤改良材を管体周囲の地盤中に注入して柱状の改良地盤層を形成する工程と、これらの改良地盤層によって形成されたトンネル外郭体の内側の地盤を掘削する工程とからなるトンネル築造方法であって、上記一方の先進坑側から地盤中に挿入される管体と他方の先進坑側から地盤中に挿入される管体とが互いに前後方向に一定の間隔を存して交互に平面千鳥状となるように挿入され、一方の管体の周囲地盤に注入した改良地盤層の先端部と他方の管体の周囲地盤に注入した改良地盤層とを交互に連続させてなるトンネル外郭体を形成することを特徴とするものである。
【０００９】
【作用】
まず、左右方向に所望間隔を存して地盤中に２つの先進坑を互いに並行するように水平方向に掘削、形成する。これらの先進坑の掘削は、例えば、シールド掘削機を使用して行うことができる。先進坑の掘削後、又は掘進に従って、両先進坑を管体の発進坑とし、これらの先進坑から外側に向かって円弧状に湾曲した管体を両先進坑間の地盤中に挿入して両先進坑間の中間部において互いに対向するこれらの管体の少なくとも先端部を重ね合わせた状態又は交差した状態にする。このような管体の挿入作業は、両先進坑においてその長さ方向に所定間隔毎に行われ、両先進坑間の地盤中に管体列を形成する。
【００１０】
次いで、この管体列の内側の地盤を掘削することによって大断面のトンネルを築造するものであるが、その際、両先進坑側から管体内に地盤を固化させる地盤改良材を供給し、管体に予め穿設している多数の注入孔から地盤中に噴射、注入することによって管体周囲の地盤を改良し、管体と共にトンネルの外郭体を形成したのち、該外郭体の内側地盤を掘削する。
【００１１】
また、両先進坑から地盤中に管体を挿入する場合、両管体の先端部が正面から見た時に互いに交差させた挿入形態や或いは先進坑の長さ方向、即ち前後方向に重なり合った挿入形態にするので施工長が短くてすみ、施工が精度よく且つ安定した外郭体の形成が可能となる。この場合、管体列が１段（一列横隊）となるが、先進坑から該先進坑の長さ方向に千鳥状に地盤に向かって挿入することによって上下２段、或いはそれ以上の多段の管体列を形成することができ、管体を密に配置させることが可能となって地下水の流入や土砂の崩壊が生じ難い且つ肉厚で強度の大なる外郭体を形成し得る。
【００１２】
さらに、管体を地盤中に両先進坑からこれらの先進坑の軸方向に対して斜め前方及び斜め後方に向かって挿入することによって、一方の先進坑から地盤中に斜め前方に挿入した管体と該管体に対応して他方の先進坑から地盤中に斜め後方に挿入した管体とから地盤改良材を噴射、注入することによって形成された１本の改良地盤部上に他の複数本の改良地盤部が平面綾織り状に重なって、互いに平行に施工される場合における未改良部の発生を確実になくし、一層強固な外郭体を形成することができるものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、図１は大断面トンネルとして地下鉄の駅舎部を示した縦断正面図であって、左右に所定間隔を存して形成された２つの先進坑１、２によって複車線が形成され、これらの先進坑１、２間には大断面トンネルの掘削によって大断面空間部３が設けられていると共に該空間部３にホーム４とこのホーム４の天井壁を築造するためのトンネル外郭体５が造成されている。
【００１４】
このトンネル外郭体５は、両先進坑１、２の対向上周部から地盤６中に挿入された外側に向かって弧状に湾曲している多数本の管体７、８と、これらの管体７、８の周囲の改良地盤層9a、9bとから構成されており、該トンネル外郭体５の形成後、その内側の地盤を掘削することによって上記駅舎部を形成する大断面のトンネルＴが築造される。
【００１５】
このような大断面のトンネルＴの具体的な築造方法を述べると、まず、地盤中に左右に所定間隔を存してシールド掘削機（図示せず）を用いて先進坑１、２を水平方向に並列状に掘削、形成する。これらの先進坑１、２の掘削後、又は掘進に後続して、ホーム４等の大断面空間部３を構築すべき場所において、図２に示すように、両先進坑１、２の対向上周部からこれらの先進坑１、２間の上方地盤６中に一定径の小径鋼管からなる外向き弧状に湾曲した管体７、８をそれぞれ対向する先進坑に向かって挿入し、一方の先進坑１から地盤６中に挿入した管体７の先端部と他方の先進坑２から地盤６中に挿入した管体８の先端部とを先進坑１、２間の中間部上方における地盤中において互いに前後に近接して重ね合った状態にする。なお、管体７、８は、他方の先進坑に到達しない長さ、即ち、両先進坑１、２間の施工距離長よりも短い長さに形成しておけばよい。
【００１６】
先進坑１、２から地盤６内に管体７、８を挿入、配設するには、まず、管体７、８の先端開口部に図４に示すように、管体よりも僅かに大径のビット11を回転自在に装着しておくと共に管体内に中空のフレキシブルシャフト12を挿入してその先端を上記ビット11の背面中央部に設けた鍵孔形状の係合孔13に挿入すると共に該先端外周部に設けている突起14を係合孔13に係止させ、この状態にして先進坑側でフレキシブルシャフト12を回転させると共に該フレキシブルシャフト12の中空内を通じて圧力水を供給し、ビット11に穿設しているノズル15から地盤中に噴射させることによって地盤を穿孔しながら管体７、８を推進させることにより行われる。この際、管体７、８は外側に向かって湾曲しているので、推進によって地盤中に円弧状に挿入される。
【００１７】
管体７、８が上記のように互いにその先端部が先進坑１、２間の上方地盤の中間部で前後に重なり合った状態に挿入されると、図５に示すように、フレキシブルシャフト12を逆方向に回動させることによってその先端突起14と係合孔13との係止を解き、しかるのち、フレキシブルシャフト12を後退させることによってそれぞれ先進坑１、２内に回収し、次の管体７、８の挿入作業に使用する。
【００１８】
なお、先進坑１、２内から管体７、８を地盤６内に挿入するには、先進坑１、２の相対する上周部に長さ方向に所定間隔毎に穿設されている管体挿通孔16を通じて行われるが、シールド掘削機によって先進坑１、２を掘進する場合には、該シールド掘削機に設けている裏込注入孔を管体挿通孔に利用することができる。また、管体７、８は図３に示すように、先進坑１、２内に移動自在に設置した曲げ機17に長尺の直管を供給して所定の曲率半径に曲げられながら該曲げ機17から管体挿通孔16を通じて地盤中に挿入される。なお、曲げ機17を使用することなく予め曲げ加工された定尺の曲管を順次継ぎ足しながら管体７、８を形成してもよい。
【００１９】
先進坑１、２から地盤中への上記１本の管体７、８の挿入作業が終了すると、該挿入位置から先進坑の長さ方向に小間隔存した次の挿入位置において、再び上記同様にして先進坑１、２の相対する管体挿入孔16、16を通じて地盤中への管体７、８の挿入作業を行い、以下、同様にして先進坑１、２の長さ方向に所定間隔毎に穿設した管体挿入孔16、16から地盤６に管体７、８を順次挿入し、先端部が地盤中において前後方向に相対する管体７、８を一組として前後に隣接する組の管体７、８間が所定間隔を存して配置された管体列を形成する。
【００２０】
地盤６内に地下水が存在しなく且つ比較的安定した地質の場合には上記管体列によって地盤の崩壊が防止されるので、管体列のみでトンネル外郭体５を形成して該外郭体５の内側地盤を掘削することにより大断面空間部３を形成すればよいが、崩壊しやすい地盤の場合には、上記管体７、８の挿入後、各組の管体７、８内を通じて水ガラス、或いはセメントミルク、モルタル等の液状の地盤改良材18を供給し、管体７、８の周囲の地盤６中に噴射、注入して該地盤改良材18の固化により不透水性の改良地盤層9a、9bを形成する。この改良地盤層9a、9bの形成工程は、地盤６中への上記管体７、８の挿入工程に並行して順次行ってもよく、また、上記複数組の管体列の形成後に行ってもよい。
【００２１】
管体７、８内を通じての地盤６に対する上記地盤改良材18の噴射、注入は、次のようにして行われる。即ち、図６に示すように、管体７、８には予めその周壁に周方向並びに長さ方向に多数個の注出孔19が穿設されてあり、地盤６内に管体７、８を挿入したのち、先進坑１、２内からこれらの管体７、８内に注入管20を挿入して該注入管20から上記注出孔19を通じて噴射、注入するものである。注入管20にはその先端部に長さ方向に小間隔を存して管体７、８の内壁面に摺接するパッカー21、21が固着されていると共にこれらのパッカー21、21間の先端部に注入孔22が穿設されてあり、注入管20を管体７、８内で長さ方向に移動させながら注入孔22から地盤改良材18をパッカー21、21間の管体部内に注入、充満させると共に該パッカー21、21間に対応する管体７、８の注出孔19から地盤中に噴射、注入するものである。
【００２２】
こうして、管体７、８の周囲に改良地盤層9a、9bをそれぞれ形成するものであるが、この際、一組の管体７、８の全長に亘って注出孔19からそれぞれ噴射、注入する地盤改良材18により、管体７、８の周囲の地盤６を管体７、８の長さ方向に長く且つ両端が先進坑１、２の対向上周面に連続した柱状の改良地盤層９に形成される。この地盤改良材18の注入による改良地盤層９の形成は、全ての管体７、８に行われ、先進坑１、２間の上方地盤に改良地盤層列からなる外郭体５を造成する。
【００２３】
なお、地盤６に対する地盤改良材18の注入工程は、管体７、８の挿入後、上述したように注入管20を使用して別工程で行っているが、先進坑１、２から地盤６中に管体７、８を挿入する時に、ビット11によって地盤を削孔しながら該ビット11又は管体７、８内から地盤改良材18を同時に注入してもよい。
【００２４】
こうして、外郭体５を造成したのち、該外郭体23の内側（下方）の地盤を掘削、排除することによって先進坑１、２間に大断面空間部３を形成し、この空間部３に駅舎のホーム４等を施工する。なお、先進坑１、２間の下方地盤中にも図１に示すように、管体７、８の周囲に形成された改良地盤層による外郭体5'を形成しておいてもよい。
【００２５】
図７は本発明の具体的な実施例を示すもので、管体７、８を地盤６中に一定の角度でもって傾斜させた状態で挿入しているものである。即ち、両先進坑１、２の上周部対向面に長さ方向に一定間隔毎に管体挿通孔16を穿設しておき、これらの管体挿通孔16から先進坑１、２の軸方向に対して斜め前方に向かって傾斜した管体７、８を地盤中に挿入する作業と、斜め後方に向かった傾斜した管体7a、8aを地盤中に挿入する作業とを交互に行っているものである。
【００２６】
この際、例えば、一方の先進坑１から斜め前方に向かって挿入される管体７の挿入孔16と他方の先進坑２から斜め後方に向かって挿入される管体8aの挿入孔16とを上側に位置させてこれらの挿入孔16から地盤中に互いに一直線上に対向させ且つ先端部を先進坑１、２の間の中間部の上方地盤中で前後に近接した重ね合わせ状態で挿入される管体７、8aを１組とし、一方の先進坑１から斜め後方に向かって挿入される管体7aの挿入孔16と他方の先進坑２から斜め前方に向かって挿入される管体８の挿入孔16とを下側に位置させてこれらの挿入孔16から地盤中に互いに一直線上に対向させ且つ先端部を先進坑１、２の間の中間部の上方地盤中で前後に近接した重ね合わせ状態で挿入される管体7a、８を１組として順次、これらの組の管体列を形成し、各組の管体７、7a、８、8aの周囲の地盤６に上記実施例と同様に地盤改良材18を注入することによって平面綾織り状に交差した柱状の改良地盤層９、9A列からなるトンネル外郭体５を形成するものである。
【００２７】
このように平面綾織り状に交差した柱状の改良地盤層９、9A列を形成すると、図においても明らかなように、下側の一本の改良地盤層9A上に上側の数本の改良地盤層９が交差状に支持された構造となり、未改良部の発生を確実になくし、一層強固な外郭体５を形成することができるものである。この外郭体５の内側地盤を掘削することによって上記同様に大断面のトンネルＴを築造するものである。
【００２８】
図８は、本発明のさらに別な実施例を示すもので、上記実施例においては先進坑１、２から相対して挿入された管体７、８をその先端部が前後に近接状態で重ね合わせることにより１本の改良地盤層９を形成しているが、この実施例においては、一方の先進坑１から地盤中に挿入される管体7bと、他方の先進坑２から地盤中に挿入される管体7cとを互いに前後方向に一定の間隔を存して交互に平面千鳥状に配設された構造としているものであり、一方の管体7bの周囲地盤に注入した改良地盤層9Bの先端部と他方の管体7cの周囲地盤に注入した改良地盤層9Bとを交互に連続させたトンネル外郭体５を形成している。その他の実施例及び施工態様は上記実施例と同様であるのでその説明は省略する。この実施例によれば、少ない本数で各改良地盤層を連結一体化することができる。
【００２９】
なお、上記の各実施例における改良地盤層９〜9Bを少なくとも２種類、組み合わせて所望の外郭体５を形成してもよい。また、上記のいずれの実施例においても、改良地盤層は管体７，８の全長に亘って設けたが、本発明はこれに限らず、互いに管体を連結一体化することを目的として例えば左右の管体７、８の交差部のみに改良地盤層を設けておいてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明のトンネル築造方法によれば、適宜間隔を存して互いに並行する先進坑を地盤中に形成する工程と、上記両先進坑よりこれらの先進坑間の地盤中に円弧状の管体を互いにその少なくとも先端部が先進坑間の地盤の中間部で重複又は交差するように先進坑の長さ方向に所望間隔毎に複数本挿入する工程と、これらの管体列によって形成されたトンネル外郭体の内側の地盤を掘削する工程とからなるので、両先進坑から地盤中に管体を挿入するものであるから、管体の挿入作業が能率良く行えてトンネル外郭体を効率良く施工することができると共に管体の施工長が短くて済むので挿入作業が短時間で行うことができ、その上、先進坑間の地盤の中間部において一方の先進坑から挿入される管体と他方の先進坑から挿入される管体との少なくとも先端部を前後に重合又は交差させるものであるから、強度の大きい安定した且つ精度のよいトンネル外郭体を施工することができる。
【００３１】
さらに、各管体内を通じて地盤中に地盤改良材を噴射して管体の周囲に地盤が改良されたトンネル外郭体を形成することができるので、地盤改良作業が円滑且つ能率よく行え、このトンネル外郭体の内側地盤の掘削による大断面のトンネルを短期間で築造することができる。
【００３２】
また、管体を先進坑間の地盤中に先進坑の軸方向に対して斜め方向に挿入するものであるから、一方の先進坑から地盤中に斜め前方に挿入した管体と該管体に対応して他方の先進坑から地盤中に斜め後方に挿入した管体とから地盤改良材を噴射、注入することによって形成された１本の改良地盤部上に他の複数本の改良地盤部が平面綾織り状に重なったトンネル外郭体を形成することができ、互いに平行に施工される場合における未改良部の発生を確実になくして一層強固な外郭体を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  築造した大断面トンネルの簡略縦断正面図。
【図２】  先進坑からの管体の挿入方法を説明するための縦断正面図。
【図３】  先進坑内に配設した曲げ機の側面図。
【図４】  管体の先端部分の縦断側面図。
【図５】  フレキシブルシャフトを撤去する状態の縦断側面図。
【図６】  内部を通じて地盤改良材を注入する管体の一部の縦断側面図。
【図７】  平面綾織り状に交差した改良地盤層からなる外郭体の簡略平面図。
【図８】  千鳥状に並設した改良地盤層からなる外郭体の簡略平面図。
【図９】  従来例における鋼管の挿入状態を示した簡略側面図。
【図１０】  鋼管をガイドとして小径掘削装置により掘進している状態の簡略側面図。
【図１１】  地盤改良を行っている状態の簡略側面図。
【符号の説明】
１、２  先進坑
３  大断面空間部
５  トンネル外郭体
６  地盤
７、８  管体
９  改良地盤層
16  管体挿通孔
Ｔ  大断面トンネル
【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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