JP2005163427A - 地下空洞の構築工法 - Google Patents

Abstract

【課題】 周辺環境に及ぼす影響を低減すること。
【解決手段】 地下トンネル１０を構築する際には、シールドトンネル１１が構築される。シールドトンネル１１は、構築しようとする地下トンネル１０（地下空洞）の両側部の上方延長線上に、円形断面のトンネル中心Ｏが位置するようにして、所定の間隔を隔てて一対形成される。次に、シールドトンネル１１内から止水性の連続壁１２が形成される。連続壁１２は、構築しようとする地下トンネル１０の側部に沿って、対向するように形成される。連続壁１２の形成が終了すると、連続壁１２間の掘削が行われ、トンネルの上半掘削２０が実施され、上半支保工２４が設置される。上半支保工２４の設置が終了すると、上半掘削２０により掘削された壁面に吹き付けコンクリート層を形成して、上半支保工２４を地山に密着させ、その後下半掘削が行われる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、地下空洞の構築工法に関し、特に、地下３０ｍ以下の大深度に鉄道，道路用などのトンネルや大空洞などの地下空洞を構築する工法に関するものである。

首都圏などの都市部において、地下３０ｍ以下の大深度に鉄道，道路用などのトンネルや大空洞などの地下空洞を構築する場合に、最も大きな問題となるのは、地質条件である。

すなわち、地域差があるものの、例えば、東京都では、ＧＬ−３０ｍ程度までは、沖積，洪積砂層であり、地下水位が高く、強度は、殆ど期待できない地層である。

それ以深は、第三紀の未固結砂層，Ｎ値が５０前後の土丹層である場合が多い。このような土丹層にトンネルなどの地下空洞を構築する場合、地下鉄トンネルの構築などにより広く採用されているシールド工法により、このような地下空洞を構築することが考えられるが、シールド工法の場合には、工費が高くなるという欠点がある。

一方、山岳トンネル工法（ＮＡＴＭ）により、地下空洞を構築する場合には、シールド工法よりも安価に構築することができるが、このような工法により地下空洞を構築する際には、以下に説明する課題があった。

すなわち、山岳トンネル工法で地下空洞を構築する場合には、空洞掘削に伴う地下水位の低下や、応力開放に伴う地山の変形が、周辺環境に及ぼす影響が懸念される。

また、このような工法で地下空洞を構築する際には、止水注入や、長尺先受け，地山改良などの補助工法が必要となり、工費，工期がともに増大する要因となるだけでなく、前述したリスクを完全に解消することが困難であった。

このような技術的な課題を解決すべく、本出願人は、周辺環境に及ぼす影響を可及的に低減しつつ、補助工法の採用規模を低減することができる大深度地下空洞の構築工法を開発して、特願２００２−２９３１６９号で出願している。
しかしながら、この出願にかかる構築工法には、以下に説明する課題があった。

すなわち、先の出願にかかる構築工法では、構築しようとする地下空洞の側部に沿って、地上から止水性を備えた連続壁を対向するように形成した後に、連続壁間を掘削して、掘削された掘削壁面に沿って支保工を設置して、所定形状の地下空洞とするので、周辺環境への影響や補助工法の規模の低減が可能になるものの、地上から連続壁を形成するので、地表面周辺に既設構造物，主要交通施設，文化財など移築することが困難な構造物が存在している場合には、連続壁の構築ができないという問題があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、地表側の構造物に影響を受けることなく施工することができる地下空洞の構築工法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、地下３０ｍ以下の大深度に鉄道，道路用などのトンネルや大空洞などの地下空洞を構築する工法において、構築しようとする前記地下空洞の側部上方延長線の地中にシールドトンネルを構築し、前記シールドトンネル内から止水性を備えた連続壁を対向するように所定深度まで形成した後に、前記連続壁間を掘削して、掘削された掘削壁面に沿って支保工を設置して、所定形状の地下空洞とするようにした。

このように構成した地下空洞の構築工法によれば、構築しようとする地下空洞の側部上方延長線の地中にシールドトンネルを構築し、シールドトンネル内から止水性を備えた連続壁を対向するように所定深度まで形成した後に、連続壁間を掘削して、掘削された掘削壁面に沿って支保工を設置して、所定形状の地下空洞とするので、連続壁の外側の地下水は、連続壁で遮断されて、内部を掘削する際に影響を及ぼさないし、地下水位の低下も発生しない。

また、連続壁間を掘削した際の応力開放の影響は、連続壁間に留まり、周辺環境に及ぼす影響も極めて限定した範囲になり、補助工法を採用する場合も、規模を大幅に縮小することができる。

さらに、連続壁は、構築しようとする地下空洞の側部上方延長線の地中にシールドトンネルを構築し、シールドトンネル内から所定深度まで形成するので、地表側の構造物などに何ら影響を及ぼさず、また、地表側の構造物に影響を受けることなく形成することができる。

前記連続壁間を掘削する際には、掘削断面の上部側に、フォアポーリングなどの先受け工を設けることができる。

前記連続壁は、先端が前記地下空洞の構築深度よりも以深になるように形成することができる。

前記連続壁は、Ｈ型鋼などの芯材を挿入したソイルセメント柱体などの柱列壁から構成することができる。

前記芯材は、前記地下空洞が構築される地盤中の地下水位よりも上端が深くなるように挿入することができる。

前記地下空洞は、鉄道，道路用などのトンネルであって、前記柱列連続壁を構築しようとするトンネルの側部に沿って対向形成し、前記柱列連続壁間を天井部がアーチ状になるように掘削して、掘削された壁面にアーチ形状の上半支保工を設置して、前記柱列連続壁が前記トンネルの側壁となるようにすることができる。

前記上半支保工は、その両端を前記柱列連続壁の芯材に係止固定することができる。

本発明にかかる地下空洞の構築工法によれば、地表側の構造物などに何ら影響を及ぼさず、また、地表側の構造物に影響を受けることなく、周辺環境に及ぼす影響を可及的に低減しつつ、補助工法の採用規模を低減することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１から図６は、本発明にかかる大深度地下空洞の構築工法の一実施例を示している。

これらの図に示した実施例は、本発明を鉄道ないしは道路用の地下トンネル１０を構築する場合に適用した例であり、地下トンネル１０は、地下約４０ｍ以下の大深度に構築される。

本実施例の場合、地下トンネル１０を構築する地盤は、図１に示すように、地表側に沖積，洪積砂層Ａが比較的厚く堆積し、その下に第三紀層Ｂがあって、この第三紀層Ｂの下に土丹層Ｃがあり、この土丹層Ｃに地下トンネル１０が構築される。

地下トンネル１０を構築する際には、まず、図２，３に示すように、シールドトンネル１１が構築される。シールドトンネル１１は、図示省略の立坑から発進されたシールド掘進機により、セグメント１１ａを環状に組立てることにより形成される。

このシールドトンネル１１は、構築しようとする地下トンネル１０（地下空洞）の両側部の上方延長線上に、円形断面のトンネル中心Ｏが位置するようにして、所定の間隔を隔てて一対形成される。

一対のシールドトンネル１１は、本実施例の場合には、地表側に沖積，洪積砂層Ａに位置するようにして、ほぼ同じ深度で、ほぼ平行になるように構築され、シールドトンネル１１間の間隔は、地下トンネル１０の幅とほぼ同じ長さになっている。各シールドトンネル１１は、構築しようとする地下トンネル１０の延長線と同じ長さに形成される。

以上のようなシールドトンネル１１が構築されると、その内部側から止水性の連続壁１２が形成される。連続壁１２を構築する際には、各シールドトンネル１１のインバート部のセグメント１１ａを除去し、地盤を掘削することにより、連続壁１２がシールドトンネル１１の延長方向に沿って、その全長に亘って構築される。

連続壁１２は、構築しようとする地下トンネル１０の側部に沿って、一対が所定の間隔を隔てて、対向するように形成される。本実施例の場合、連続壁１２は、円柱形状のソイルセメント柱体１４を、横方向に連結形成した柱列壁から構成されている。ソイルセメント柱体１４は、現地盤を混合攪拌しながら、セメントミルクなどの固結剤を注入して、固化させたものであって、その内部には、Ｈ型鋼などの芯材１６が挿入されている。

ソイルセメント柱体１４は、横方向で、円形断面の端部同士が相互にオーバーラップするように形成され、固結剤を固化させることにより止水性の連続壁１２が形成される。なお、このような柱体１４を形成するための掘削機械などは、シールドトンネル１１の直径内に収まるものが用いられる。

本実施例の場合、連続壁１２は、先端が地下トンネル１０の構築深度Ｌよりも深い深度まで到達するように形成され、芯材１６は、その下端から上方に延設され、上端が地下水位ＷＬよりも深い位置になるように挿入設置されている。

このような位置に芯材１６を挿入設置しておくと、以下の効果がある。すなわち、地下トンネル１０の構築後に、連続壁１２の前後で地下水の流通性を確保する必要がある場合には、連続壁１２の止水性を喪失させる必要がある。

この場合に、芯材１６の上端が地下水位ＷＬより深くしておくと、例えば、連続壁１２のソイルセメント柱体１４を破壊して、止水性を喪失させる際などに、この作業が容易に行えることになる。

以上のような連続壁１２の形成が終了すると、次に、連続壁１２間の掘削が行われる。この掘削は、例えば、予め所定の個所に、地下トンネル１０の構築深度に達する立坑を設け、立坑内から地下トンネル１０の構築予定個所の掘削を行うようにする。

本実施例では、地下トンネル１０の掘削に先立って、図４に示すように、フォアポーリング１８の打設が行われる。なお、図１ないしは４に示した状態は、シールドトンネル１１の構築個所までは、通常のＮＡＴＭ工法によりトンネルが構築されているものとする。

フォアポーリング１８は、地下トンネル１０の天井部のアーチ形状に沿って、トンネル断面方向に所定の間隔を隔てて、切羽の前方に所定の長さが突出するように設定される。

フォアポーリング１８の打設が終了すると、次に、地下トンネル１０の断面空間の掘削が行われるが、本実施例では、この際に、まず、トンネルの上半掘削２０が実施される。

上半掘削２０は、構築する地下トンネル１０の概略半円部分の上部側だけを先行掘削するものであり、上半掘削２０が行われた後には、連続壁１２の削り出しが行われる。

この削り出しは、図６に示すように、ソイルセメント柱体１４の側面を削って、連続壁１２の芯材１６を露出させて、ブラケット２２を、芯材１６の側面に溶接により固設するために行う作業であり、ブラケット２２は、後述する上半支保工２４を支持するための台として用いられる。

本実施例の場合、図６に示すように、連続壁１２の芯材１６の配置ピッチと、ブラケット２２、すなわち、上半支保工２４の配置ピッチとが異なっているので、芯材１６は、その全部が露出されず、対向する必要な個所だけが削り出され、削りだされた芯材１６に対して、対向する位置に一対ずつのブラケット２２が固設される。

この場合、連続壁１２の削り出し作業と同時進行、ないしは、この作業の後に、上半掘削２０により掘削された壁面にアーチ状の上半支保工２４が設置される。上半支保工２４は、鋼材をアーチ状に湾曲形成したものであって、本実施例では、上半掘削２０の形状に合わせて、略半円状に形成されている。

掘削壁面に沿って設置された上半支保工２４の両端は、ブラケット２２に溶接などにより係止固設され、これにより上半支保工２４は、ブラケット２２を介して、連続壁１２の芯材１６に支持される。

上半支保工２４の設置が終了すると、図５に示すように、上半掘削２０により掘削された壁面に吹き付けコンクリート層２６を形成して、上半支保工２４を地山に密着させる。

次に、図４に示すように、ブラケット２２が設けられた部分から下の連続壁１２を露出させるようにして下半掘削２８を行うと、１サイクルの作業が終了し、以後は、上記工程を順次繰り返すことにより、所定の長さの地下トンネル１０が構築される。

さて、以上のように構成された大深度地下空洞の構築工法によれば、構築しようとする地下トンネル（地下空洞）１０の側部上方延長線の地中にシールドトンネル１１を構築し、シールドトンネル１１内から止水性を備えた連続壁１２を対向するように所定深度まで形成した後に、連続壁１２間を掘削して、掘削された掘削壁１２面に沿って支保工２４を設置して、所定形状の地下空洞とするので、連続壁１２の外側の地下水は、連続壁１２で遮断されて、内部を掘削する際に影響を及ぼさないし、地下水位の低下も発生しない。

また、連続壁１２間を掘削した際の応力開放の影響は、連続壁１２間に留まり、周辺環境に及ぼす影響も極めて限定した範囲になり、補助工法、例えば、フォアポーリング１８を採用する場合も、規模を大幅に縮小することができ、従来の工法に比べて、安価に、より安全に、周辺環境を乱すことなく、施工することが可能になる。

さらに、連続壁１２は、構築しようとする地下空洞の側部上方延長線の地中にシールドトンネル１１を構築し、シールドトンネル１１内から所定深度まで形成するので、地表側の構造物などに何ら影響を及ぼさず、また、地表側の構造物に影響を受けることなく形成することができる。

また、本実施例の場合には、連続壁１２内には、Ｈ型鋼などの芯材１６が挿入設置されているので、連続壁１２にかかる側圧が大きい場合には、芯材１６が土留め材として機能し、側圧に効果的に対抗することができる。

また、本実施例では、地下空洞は、鉄道，道路用などのトンネル１０であって、柱列連続壁１２を構築しようとするトンネル１０の側部に沿って対向形成し、柱列連続壁１２間を天井部がアーチ状になるように掘削（上半掘削２０）して、掘削された壁面にアーチ形状の上半支保工２４を設置して、柱列連続壁１２がトンネル１０の側壁となるように構築している。

このような構成によれば、地下トンネル１０の側壁が連続壁１２で兼用され、連続壁１２は、地下トンネル１０の上下方向に延設されているので、トンネル１０の変形に対する安定性が非常に大きくなる。

また、本実施例では、アーチ形状の上半支保工２４は、ブラケット２２を介して、連続壁１２の芯材１６で支持しているので、トンネル１０の沈下が大きい場合には、これを芯材１６で受けることができるとともに、上半支保工２４に加わるトンネル１０の上載荷重も芯材１６で受けることができ、補助工法の規模をさらに一層小さくすることができる。

さらに、本発明の工法は、トンネルの標準断面の施工だけでなく、例えば、鉄道の駅部や拡幅部などの大規模空洞の施工において、採用することができる工法であり、このような個所に採用すると、より一層効果が発揮される。

本発明にかかる地下空洞の構築工法によれば、特に、地表側の構造物に影響を及ぼさないので、都市部の住宅密集地の大深度にトンネルなどの空洞を構築する際に有効に活用することができる。

本発明にかかる地下空洞の構築工法の一実施例を示す施工完了状態の断面説明図である。 本発明にかかる地下空洞の構築工法の初期工程の断面である。 図１の平面説明図である。 図２に引き続いて行われる工程の断面説明図である。 図４の要部拡大断面図である。 図５の要部断面説明図である。

符号の説明

１０ 地下トンネル
１１ シールドトンネル
１２ 連続壁
１４ ソイルセメント柱体
１６ 芯材
１８ フォアポーリング
２０ 上半掘削
２２ ブラケット
２４ 上半支保工
２６ 吹き付けコンクリート層
２８ 下半掘削

Claims (7)

1. 地下３０ｍ以下の大深度に鉄道，道路用などのトンネルや大空洞などの地下空洞を構築する工法において、
   構築しようとする前記地下空洞の側部上方延長線の地中にシールドトンネルを構築し、
   前記シールドトンネル内から止水性を備えた連続壁を対向するように所定深度まで形成した後に、
   前記連続壁間を掘削して、掘削された掘削壁面に沿って支保工を設置して、所定形状の地下空洞とすることを特徴とする地下空洞の構築工法。
2. 前記連続壁間を掘削する際に、掘削断面の上部側に、フォアポーリングなどの先受け工を設けることを特徴とする請求項１記載の地下空洞の構築工法。
3. 前記連続壁は、先端が前記地下空洞の構築深度よりも以深になるように形成することを特徴とする請求項１または２記載の地下空洞の構築工法。
4. 前記連続壁は、Ｈ型鋼などの芯材を挿入したソイルセメント柱体などの柱列壁から構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の地下空洞の構築工法。
5. 前記芯材は、前記地下空洞が構築される地盤中の地下水位よりも上端が深くなるように挿入されることを特徴とする請求項４記載の地下空洞の構築工法。
6. 前記地下空洞は、鉄道，道路用などのトンネルであって、
   前記柱列連続壁を構築しようとするトンネルの側部に沿って対向形成し、前記柱列連続壁間を天井部がアーチ状になるように掘削して、掘削された壁面にアーチ形状の上半支保工を設置して、前記柱列連続壁が前記トンネルの側壁となるようにすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の地下空洞の構築工法。
7. 前記上半支保工は、その両端を前記柱列連続壁の芯材に係止固定することを特徴とする請求項６記載の地下空洞の構築工法。

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