技術研究開発 特集

道路トンネル分合流部の非開削化に向けた技術開発の動向

財団法人先端建設技術センター

研究第一部

主任研究員

た なか

たく や田中卓也

ら５号池袋線間の６．
７kmは平成１９年１２月に供用さ１． はじめにれた。
道路トンネルにおけるシールド工法の適用により非開削による施工範囲が拡大したが，依然とし首都圏では自動車交通の集中による交通渋滞やそれに伴う環境悪化等の課題を緩和するために，３環状道路の整備が進められている。て開削工法が主流である分合流部の非開削化が今後の課題となっている。
東京外かく環状道路の関越道から東名高速間

一般に，建設費，安全性，維持管理の面から道（以降，外環と略す）は，大深度地下利用を想定

路は地上に整備するのが望ましいが，都市部で新した整備計画が進められており，分合流部の建設たな道路を整備する場合，沿道の環境保全に対すも大深度地下となることが想定される。

る要求に応えて合意形成を円滑に行うために，地下化は避けられない状況にある。

財団法人先端建設技術センターでは，関東地方整備局東京外かく環状道路調査事務所発注の「大軟弱な地盤が分布する都市部で道路トンネルを深度道路トンネル施工防災技術立案業務」におい建設する場合，開削工法の適用が一般的であるて，大深度トンネル技術検討委員会（委員長：東が，工事中の振動・騒音や路上交通への影響の低京都立大学名誉教授 今田徹）で指導・助言を受減が強く望まれている。また，すでに道路下空間け，外環をケーススタディとした基本構造の確が埋設物で輻輳する都市部ではトンネルの設置深認，分合流部における地中拡幅工法，避難方式，度が深くなり建設コストの増大も課題となっていその他シールド工法の合理化等の検討を行った。

る。

本稿は，都市道路トンネルにおける非開削工法

このような背景のもと，東京湾アクアラインででの分合流部の建設事例を紹介するとともに，大のシールドトンネル技術の飛躍的な進歩を契機

深度トンネル技術検討委員会で審議された，大深に，道路トンネルに対するシールド工法の適用が度地下での分合流部の建設に対する現有技術の適増加しており，首都高速中央環状線の３号渋谷線用の可能性と新技術の開発動向について紹介すから５号池袋線間（延長約１１km）では約１０kmのる。

区間にトンネル構造が採用され，その約８割にシールド工法が適用された。この内，４号新宿線か建設マネジメント技術

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特集 技術研究開発

２． 道路トンネル分合流部の特徴と非開削化への課題
道路トンネルの分合流部は，本線トンネルとランプトンネルの各断面を包括する非常に大規模な地中拡幅が必要となり，加えて断面が縦断方向に変化する複雑な構造となる。さらに，分合流部は安全かつ円滑な交通を確保するために十分な視距を確保しなければならないことから，拡幅部の躯体は柱等の設置が制限され構造部材が大型化する傾向にある。

図―１

西新宿JCTにおける非開削工法適用例１）

シールドトンネルの地中拡幅は，地下鉄駅舎や共同溝の管路分岐部等ではすでに実績のある技術であるが，道路トンネル分合流水壁が構築された。

部に対しては拡幅規模の相違と躯体形状の複雑さ

西新宿JCTの事例から，分合流部における非開から適用が困難な状況である。また，掘削断面形削施工の技術的課題に対して一つの答が得られた状の自由度が高い山岳工法を適用する方法も考えと考える。今後は，大深度地下での分合流部の構られるが，地下水位低下や地盤変形等の解決すべ築のように，立坑の省略が望まれる状況でも適用き課題が残されている。

可能な非開削技術の開発が求められる。

３． 立坑を利用した非開削技術の適用事例

４． 立坑を省略した非開削技術の開発状況

首都高速中央環状線の西新宿JCTは，交通量の!

ケーススタディによる検討事例

多い交差点が地上にあり，地下には大型下水道幹

大深度トンネル技術検討委員会では，非開削工線や特殊高圧電線等の多数の構造物が埋設されて法による大深度地下での分合流部の建設についいたことから，並列する本線シールドトンネルて，外環をケーススタディとした現有技術による（ φ１１．
４m）を非開削工法で切開いて分合流部が施工の実現性の検討と，環境，安全，工期短縮，

１）コスト縮減を考慮した新技術による施工の実現性構築された 。
切開きに当たっては，既設埋設管への影響低減を図るためパイプルーフ方式が採用され，延長約１０４mの非開削区間に隣接する立坑からパイプルーフが施工された（図―１参照）。また，切開きに伴うシールドトンネルの安定性低下を防止するために，小口径推進工法による先行切梁が設置され，さらに，掘削底面の安定性確保を目的に地下水位低下工法と，これに起因した周辺の地下水位低下を防止するためにシールドトンネル外側に遮１
８ 建設マネジメント技術

2008 年 8 月号

図―２分合流部のイメージ図

技術研究開発 特集の検討および今後の技術開発の可能性に関する検工期および工費，開発段階，開発費，開発体制と討を行った（図―２参照）。

し，現有技術の検討条件を参考的に示した。

現有技術による施工の実現性の検討結果と，民調査の結果，情報提供は１９工法であった。委員

間等での新技術開発状況を公開調査した結果の概表―１

要を以下に紹介する。
! 現有技術を用いた施工方法の検討結果ケーススタディの主な検討条件

本線諸 （３車線）

２種１級
設計速度８０km／h

元A規格
設計速度４０km／h

現有技術を用いた検討では，本線シールドトン

ランプ（２車線）

ネルとランプシールドの各建築限界を包括する幅

土被りは５０m程度

２５．
６m以上，高さ４．
７m以上の無柱空間を大深度無柱区間の延長は３７０m程度（合流部）

地下に非開削工法で構築することを想定した。検討条件を表―１に，検討断面の一例を図―３に示す。
施工方法として図―４に示す「曲線パイプルーフ＋NATM工法」を検討した。この方法は，拡幅部に並行して構築した導坑シールドより横断方向に曲線パイプルーフを打設し，これを先受工と構造・設
置条件

管理用通路や施設空間として，床下に幅２．
５m以上，高さ２．
７５m以上の空間をトンネル縦断方向に連続して確保する。
建築限界と構造物躯体との離隔は１５０mm以上を確保する。
資機材の搬入，掘削土砂の搬出のための地上とのアクセスは，開削区間で行うものとし，それ以外の地上部からの施工は行わないものとする。

してNATM工法で拡幅部の掘削を行うものである。
検 討 の 結 果，「曲 線 パ イ プ ル ー フ＋NATM工法」は拡幅部の掘削前に高い剛性の先受工が完成しているため，切羽到達前に生じる先行変位の抑制や，沈下の抑制に高い効果が期待でき，NATM工法を採用することで合理的な断面形状を採用できる等の利点が確認された。また，既往の技術の図―３ケーススタディの検討断面例組み合わせを基本とすることから，現段階では実現可能性が高いと評価された。
ただし，建設コストの縮減や工期短縮などの合理性向上と，地下水に及ぼす影響の低減が今後の検討課題となった。
" 新技術の開発状況!で紹介したとおり，大深度地下に分合流部を完全非開削で構築することは，現有技術で可能と考えられるが，さらなる施工の合理化と環境への配慮が望まれるため，委員会では分合流部の非開削構築技術について民間等の開発状況の調査を行った。調
査項目は，完成時および構築時の構造，施図―４

現有技術を基本とした施工方法

工方法，施工に起因した環境影響，概略の建設マネジメント技術

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特集 技術研究開発

表―２

技術開発状況に関する調査結果の概要と今後確認が必要と考えられる技術的項目
基本的に先受工施工後に切拡げる工法

基本的に先受工なしで切拡げる工法

分類

概・道路トンネルもしくは施工用導坑 ・複数の小口径トンネルを近接もし ・セグメントを直接切削し，拡幅部
トンネル内からパイプルーフ等のくはラップして施工し，各小口径のラップを可能とすることにより先受工を横断方向に施工する。
トンネルを横断方向に繋ぐことに施工に要する幅を縮小する。
より，内部掘削に先行して円筒形要の外殻を施工する。
・施工時には薬液注入や凍結工によ ・外殻構造は施工時における内部掘 ・拡幅部に応じたシールド機断面にり止水する。
削の先受工にするとともに，本体変化させ，シールド機によって掘構造とする。
削からトンネル構築まで対応する。

横断方向に施工する先受工・先受工の構造，施工法
技術開発 ・施工に要する幅の縮小の 対 象・先受工とセグメントの接続構造

縦断方向に施工する先受工・先受工の横断方向の接続方法
・先受工（外殻構造）の本体利用・切削可能なセグメント構造
・シールド機の形状・機構の改造等による機械的な拡幅部の施工・施工に要する幅の縮小

・先受工同士の接続構造
・先受工とセグメントの接続構造

・応力集中部（断面形状における凹部）の構造
・先行および後行トンネルの接続構
造

構 造
・施工区間端部の妻壁の構造（支保方法，構造）・防水シート等の完成時防水構造

・応力集中部（断面形状における凹・先受工とセグメントの接続部の設 ・先受工同士の接続部の設計部）の設計
計・先受工とセグメントの接続部の設・先行および後行トンネルの接続部
計の設計
設 計
・完成形計算における作用荷重，地盤反力，全体系計算モデル，発生応力等・各施工ステップを考慮した施工時計算における作用荷重，地盤反力，計算モデル，発生応力等
・耐震設計の考え方
今・先受工の発進・到達方法や止水の ・先受工の発進方法や止水の施工法 ・改造シールド機による施工法（変後確形型のシールド機での発進防護，施工法および掘削方法
および掘削方法
認姿勢制御等）・先受工の接続方法
が・セグメントを直接切削するときに必要生じるテールボイドの処理方法と・両トンネルを接続する部分の止水
考 施工法
方法（どこからどのような工法でえら施工するか等）
れ・トンネル同士の接続方法
る技
・切拡げ等における施工時の止水方法
術・施工手順（分岐合流部を施工するために本線シールド，ランプシールドのどちらが先行する必要があるか的項等）
目【周辺地盤への影響】
・計算方法（弾性FEM，弾塑性FEM等）
・解析ステップと施工手順の整合・入力定数（地盤反力係数，解放率，梁部材のモデル化，水圧の取り扱い，先受工やセグメントとの接続部評価等）
環 境
・地表面傾斜角等の地表面への影響【地下水への影響】
・地下水流動阻害等の地下水に対する影響
・補助材料の地下水への流出等の地下水質に対する影響
断 面 ・３車線（本線）＋３車線（ランプ），３車線（本線）＋１車線（ランプ）への適用性
形 状 ・管理用通路等の空間として，床版下に幅２．
５m×高さ２．
７５m以上の空間（トンネル縦断方向）確保の可能性
工 期 ・分岐合流部の施工に要する工期の短縮の可能性
工 費 ・分岐合流部の施工に要するコスト縮減の可能性

２０ 建設マネジメント技術

2008 年 8 月号

技術研究開発 特集

会では，これらの工法を「横断方向に先受けするあった。

工法」「縦断方向に先受けする工法」「基本的に先・比較的硬質な地盤における施工ではあるもの受けを行わない工法」の３グループに分類し，各の，都市部での大規模非開削工法であることにグループの特徴を整理した。

留意し，施工中の安全性および施工の確実性に観点を置き，切拡げ時における地盤変位の抑制! 横断方向に先受けする工法このグループは，道路トンネルもしくは施工用や遮水性の確保を検討しているものが多く見られた。

導坑トンネル内から曲線パイプルーフ等の先受工・情報提供を受けた工法は，数年内をめどに実施を横断方向に施工する。本線トンネルとランプト工が可能となるよう開発が進められている。

ンネルのラップ施工を行わないものが多く，横断・開発中の技術の実施工が可能となった場合，現方向の先受工を施工後に両トンネル間の切拡げを有技術を基本とした工法と比較し，構造のコン行う。なお，現有技術を用いた施工方法は，このパクト化による発生土抑制や，工期短縮，コスグループに該当する。

ト低減などが期待される。
今回，情報提供された新技術の「構造の成立" 縦断方向に先受けする工法
このグループは，道路トンネル内もしくは地中性」と「工法の実現性」を確認する上で今後検討が必要と考えられる技術的項目を表―２に示す。に設ける施工基地から複数の小口径トンネルを縦断方向に施工し，各小口径トンネルを横断方向に繋ぐことにより円筒形の外殻を施工する。小口径５． おわりにトンネルの構築にはシールド工法を適用するものが多く，各小口径トンネル間の接続方法は，ラッ道路トンネル分合流部の非開削構築技術は，施プ施工による接合，切開きによる接合，凍結工法工の合理化や環境影響の低減に向けて現有技術のによる接合等が提案されている。

改良や新技術の開発が進められている段階にある。

# 基本的に先受けを行わない工法

道路トンネルのように大規模な開発を要する場

このグループは，切拡げ時の補助工法を縮小す

合は，効率的な技術開発を促すために，事業者はるために，本線トンネルとランプトンネルを非常より具体的な開発目標を提示することが必要であに近接した状態で施工する方法やラップ施工するり，また，個別の技術に対して，構造の成立性や方法が適用されている。ラップ施工に当たっては施工の実現性を早い段階で評価し，開発方針を再先行構築されるトンネルの一部に切削可能なセグ考する機会を開発会社に与えることも重要と考えメントを適用するものや，先行構築されるトンネる。

ルに非円形セグメントを設置しセグメントを直接切削しない方法が提案されている。

【参考文献】
１） 蔵治賢太郎他：非開削工法によるシールドトンネル

これら３グループに共通する事項は以下の点で分合流部の設計施工，基礎工，Vol．
３５，No．
１２，pp．
６１―６４，２００７

建設マネジメント技術

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