JP2005200875A - 分割函体及び地下立体交差の構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地下立体交差の延長において深度ごとに仮設施工方法を変化させることにより効率的な施工を可能とした地下立体交差の構築方法及び分割函体を提供すること。
【解決手段】立坑構築工程と、複数段で且つ各段複数の分割函体２からなる支保工２０の構築のうち、密閉型シールド掘進機１２を使用して下段２１の分割函体２を併設していく下段構築工程と、上段２２の構築において、地上から所定深度までの延長区間はオープンシールド掘進機１１にて両端の函体のみを設置し、該函体に挟まれた範囲は開削施工をおこない、さらに所定深度までの延長区間はオープンシールド掘進機１１にて分割函体２を並設し、さらに最深部までの延長区間は密閉型シールド掘進機１２にて分割函体２を並設する上段構築工程と、から支保工２０を構築し、該支保工２０を利用しながら大断面トンネル４からなる地下立体交差を構築する。
【選択図】図７

Description

本発明は、大断面トンネルからなる地下立体交差の構築方法と、その構築において支保工を構成する際に設置される分割函体に関するものである。

地下にトンネルを構築する場合、トンネル軸に沿ってトンネルの両側に山留め壁を構築し、その内部を掘削してトンネル函体を構築した後に埋戻しをおこない、山留め壁を撤去する開削工法がおこなわれている。
一方、道路や鉄道などの下に地下立体交差トンネルを構築する場合は、上記する開削工法による地上交通への障害を回避するために、シールド工法や推進工法による施工が一般的である。

シールド掘進機は、大別して密閉型のシールド掘進機とオープン型のシールド掘進機がある。密閉型のシールド掘進機は、そのテール内でセグメントを組立て、カッターディスクで掘削しながら既設セグメントに反力を取ることによりシールドジャッキにて前進させながらトンネルを構築するものである。一方、オープン型のシールド掘進機は、土被りの浅いトンネルを構築する際に使用されるシールド掘進機であって、バックホーにて前方の土砂を排除し、クレーンでセグメントをテール部に吊り下ろして設置し、該セグメントに反力を取りながら前進掘削してトンネルを構築するものである。特許文献１には、オープンシールド掘進機と該シールド掘進機を使用したオープンシールド工法についての発明が開示されている。

ところで、従来のトンネル施工、特に地下立体交差を施工する場合、交差する道路や鉄道の両側に所定深度まで掘下げられた立坑を構築し、立坑間には鋼管ａ（角鋼管）等を例えば門型に推進させ、その内部を掘削するという施工方法がおこなわれている（図８参照）。なお、地上へのアプローチ部は立坑から斜め上方へ例えばシールド掘進機を掘進させることで構築される。
また、上記する地下立体交差において大断面トンネルを分割施工する方法もある。施工手順としては、例えば上下各５基ずつの計１０基からなる分割函体から支保工を構築後に本設の大断面トンネルの構築をおこなうものである。
特開２００２−７０４８１号公報

前記した従来の地下立体交差の構築方法にあっては、次のような問題点がある。
＜１＞地下立体交差の構築に際し、道路や鉄道の両側に所定深度まで立坑を構築しアプローチ部や立坑間の掘進をおこなうのは、立坑の深度によっては立坑構築に要する工費と工期が施工全体への工費及び工期に大きな影響を与える。
＜２＞地下立体交差の構築に際し、道路や鉄道の両側に所定深度まで立坑を構築し、立坑間には角鋼管等を例えば門型に推進させてその内部を掘削するという施工方法においては、底面が閉合されていない。したがって、施工地盤が帯水性地盤の場合には上記支保工の外周面を地盤改良する必要が生じ、工費の高騰及び工期の長期化につながる。
＜３＞複数の分割函体を上下及び左右に並設して大断面トンネル構築用の支保工を成形するに際し、例えば下段を構築後に上段の両端から中央に向かって順次分割函体を設置していく場合、土圧に押されて分割函体が中央へ移動させられ、最後に設置される上段中央の分割函体のためのスペースが確保できなくなる可能性がある。

上記のような問題を解決するために、本発明の地下立体交差の構築方法に使用する分割函体であって、先行設置される分割函体は、その外周に突設して延伸方向に伸びたレール部材を該分割函体のうち並設する後施工分割函体側に設置してなり、
前記レール部材は、突設方向にスライド可能に構成してなり、
後行設置される分割函体は、前記レール部材を案内として並設可能な溝条を該分割函体のうち並設する前施工分割函体側に刻設してなり、
前記レール部材を前記溝条に嵌合させながら並設する分割函体を設置した後で、該レール部材を突設方向に張り出して該溝条に押圧させることを特徴とする、
分割函体。

また、地下立体交差の構築方法は、大断面トンネルからなる地下立体交差の構築方法であって、シールド掘進機の発進立坑、又は発進立坑及び到達立坑を構築する立坑構築工程と、複数段で且つ各段複数の分割函体からなる支保工の構築のうち、密閉型シールド掘進機を使用して下段の分割函体を併設していく下段構築工程と、上段の構築において、地上から所定深度までの延長区間はオープンシールド掘進機にて両端の函体のみを設置し、該函体に挟まれた範囲は開削施工をおこない、さらに所定深度までの延長区間はオープンシールド掘進機にて分割函体を並設し、さらに最深部までの延長区間は密閉型シールド掘進機にて分割函体を並設する上段構築工程と、から支保工を構築し、前記支保工を利用しながら大断面トンネルからなる地下立体交差を構築する、地下立体交差の構築方法である。

また、前記する地下立体交差の構築方法においては、前記下段構築工程において、中央に配置される前記分割函体からその左右に配置される前記分割函体を並設した後に前記レール部材を突設方向に張り出して該溝条に押圧させ、さらに左右に配置される分割函体を設置していく地下立体交差の構築方法を使用できる。

さらに、前記する地下立体交差の構築方法において、その天井を開閉可能に構成した前記シールド掘進機であって、該天井を閉じることによって密閉型シールド掘進機とし、該天井を開放することによってオープンシールド掘進機とする該シールド掘進機を使用し、下段構築工程は前記密閉型シールド掘進機にて施工し、上段構築工程においては、地上から所定深度までの延長区間は天井を開放した前記オープンシールド掘進機にて両端の函体のみを設置し、該函体に挟まれた範囲は開削施工をおこない、さらに所定深度までの延長区間は前記オープンシールド掘進機の天井に山留め板を設置して分割函体を並設し、さらに最深部までの延長区間は前記山留め板を外した前記密閉型シールド掘進機にて分割函体を並設する、地下立体交差の構築方法を使用できる。

本発明の地下立体交差の構築方法及び分割函体は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果の少なくとも一つを得ることができる。
＜１＞地下立体交差の構築に際し、構築される立坑はアプローチ部の地上付近となる比較的浅深度のものとなるため、工費の低廉化と工期の短縮を図ることができる。
＜２＞地下立体交差の延長において深度ごとに仮設施工方法を変化させることにより、効率的な施工を実現でき、工期の短縮を図ることが可能となる。
＜３＞分割函体に設置したレール部材と分割函体に刻設した溝条を嵌合させることにより、精度良く分割函体の並設施工をおこなうことができる。また、上下段の分割函体群のうち、下段の中央で先行設置される分割函体の少なくとも左右側壁に備えるレール部材をその突設方向にスライド可能に構成し、後行して並設される分割函体の溝条に上記レール部材をスライドさせて押圧することにより、土圧に抗しながら分割函体同士間に所要の離隔を確保することができる。

＜１＞全体の構成
本発明は、シールド掘進機を使用して複数の分割函体２を並設しながら支保工２０を構築後、大断面トンネル４からなる地下立体交差を構築する地下立体交差の構築方法に関するものである。地下立体交差は、地上の交通手段である道路や鉄道のほか、ビルや河川などの下を横断するトンネルである。本発明は、特に大断面トンネルからなる地下立体交差の構築方法に関するものである。さらに地下水位が比較的高く、したがって従来の門型に角鋼管を地盤内挿入して支保工を構成させる方法では地盤改良等なしには施工が極めて困難である地盤等に本発明の構築方法を適用するのが好ましい。
使用するシールド掘進機はその掘進深度に応じてオープンシールド掘進機１１と密閉型シールド掘進機１２を使い分けながらおこなう。ここで、オープンシールド掘進機１１及び密閉型シールド掘進機１２の切替えは、後述するように１基のシールド掘進機の天井に設けた開閉機構１３の開閉によって容易に切替え可能である。

実施例として、２段で各段５基の分割函体２（列）から構成される支保工２０を構築する地下立体交差の構築方法の概要を説明する（図３，４参照）。
立坑７から密閉型シールド掘進機１２を発進させてまず下段２１の分割函体２を並設させる。一般には、中央の分割函体２（図４中のＡ分割函体）から構築していき、その左右、すなわち図４中のＢ分割函体→Ｃ分割函体→Ｄ分割函体→Ｅ分割函体といった順序で分割函体２（列）を並設していき下段２１を構築する。
上段２２の構築は地上からの深度に応じてシールド掘進機を使い分け（切替え）、また開削工法を組合せながらおこなっていく。図３に示すように、例えば深度ごとに施工延長を大きく３つの区間に区分けすることができ、区間ごとに支保工２０の構築方法を変化させる。図３のＸ区間（例えば鉄道９２の直下およびその周辺）の支保工断面図を図４に、地上からのアプローチ部となるＺ区間の支保工断面図を図７に示す。鉄道９２などから比較的離れて開削工事の影響が該鉄道９２にほとんど及ばないと考えられるアプローチ部においては、積極的に開削工法を採用することで無駄に支保工を構築することなく、また工期の短縮を図ることができる。
Ｚ区間ではＦ分割函体とＧ分割函体のみを設置して土留め構造を形成してその内部を開削していく。そのため、Ｙ区間及びＸ区間も上段２２の構築はＦ分割函体→Ｇ分割函体が先行して設置された後、引き続きＨ分割函体→Ｉ分割函体→Ｊ分割函体のような順序で函体設置がおこなわれる。
支保工２０構築後、分割函体２を構成する床版や壁などを撤去しながら本設の大断面トンネル４からなる地下立体交差の構築に移行する。

＜２＞シールド掘進機及び山留め板
本発明の地下立体交差の構築方法に使用するシールド掘進機は、その天井に開閉機構１３を備えて製作された掘進機であり、その掘進深度に応じてオープンシールド掘進機１１として使用したり密閉型シールド掘進機１２として使用できる。
ここで、密閉型シールド掘進機１２として使用する場合は、その天井の一部又は全部を開閉可能な開閉機構１３を閉じた状態とする（図１（ｂ）参照）。セグメント５の設置は通常のシールド掘進機と同様にトンネル内部にセグメント５を伝送することによっておこなわれる。一方、オープンシールド掘進機１１として使用する場合は、開閉機構１３を開放して天井に開口１４をつくり（図１（ａ）参照）、該開口１４を介して、地上から例えばクレーン等の重機にてセグメント４を吊り下ろしながら設置することができる。なお、オープンシールド掘進機１１の掘進に際しては、カッタービットを取り付けた面版の回転（矩形断面掘進用の面版）によって土砂を切削したり、地上からバックホー等の重機によって土砂の切削をおこなうことができる。
本発明の施工方法では、支保工２０を構成する分割函体２を複数並設するため、複数の上記シールド掘進機を並行使用することで工期を短縮することもできる。

シールド掘進機の天井には山留め板６１を備えて構成することもできる（図２参照）。すなわち、２つの山留め板６１，６１をシールド掘進機の幅程度の間隔を置いてほぼ並行に直立させてシールド掘進機の天井に配置し、かかる間隔に複数の間隔保持部材６２，６２を夫々の山留め板６１，６１に垂直に連結させて設置するものである。山留め板６１としては、例えば鋼製の板材や公知のシートパイルなどを使用できる。一方、間隔保持部材６２としては、例えばＨ形鋼などを使用できる。
山留め板６１をシールド掘進機（オープンシールド掘進機１１）の天井に配置することにより、掘削深度がシールド掘進機の高さ以深となっても一定の深度までは山留め板６１で土留めをしながら開口１４を介して地上からセグメント５の吊り下ろし設置が可能となる。

＜３＞分割函体及びレール部材及び溝条
分割函体２は、トンネル延伸方向に垂直に切断した断面視形状が矩形や正方形の函体であり、コンクリート製や鋼製、コンクリートと鋼材の合成構造など多様に選定できる。分割函体の外形寸法は、支保工２０の全断面の大きさや、分割函体２の重量、分割函体２の運搬能力などからコストや施工性などによって任意に決定できる。
以下、コンクリート製の分割函体２について説明する。

先行設置される分割函体２は、その外周に突設して延伸方向に伸びたレール部材３１を、その左右又は上下に並設する後施工分割函体側に備えて構成する。また、後行設置される分割函体２においては、先行して設置された分割函体２のレール部材３１を案内として並設可能な溝条３２を前施工分割函体側に刻設しておく。例えば、図４の断面図において、下段中央のＡ分割函体（最初に設置される函体）は、その左右の壁と上床版（ともに外周）においてレール部材３１を備えて製作される。Ｃ分割函体は、その左側壁（Ａ分割函体側）においてＡ分割函体のレール部材３１が嵌合可能な溝条３２が刻設され、右側壁と上床版にはレール部材３１を備えて製作される。また、Ｅ分割函体は、その左側壁（Ｃ分割函体側）においてＣ分割函体のレール部材３１が嵌合可能な溝条３２が刻設され、上床版にはレール部材３１を備えて製作される。
上記のように、設置順序や配置場所によって各分割函体２ごとにレール部材３１の取り付け位置や溝条３２の刻設位置が異なる。レール部材３１を溝条３２に嵌合させながら複数の分割函体２を並設することにより、側壁や床版の外周同士を確実に接触させることもできるし、レール部材３１の突設長を調整することで側壁や床版の外周間に所定の離隔を確保することもできる。

本発明においては、分割函体２の設置位置によって、２種類のレール部材３１を取り付けることができる。
その一つは、図６に示すように壁内にナット部が埋め込まれ、ボルト部が外側に突設したボルトナット３１１に、例えば断面視Ｔ型で鋼製のレール部材３１を取り付けて構成されるタイプである。並設する分割函体２の溝条３２を該レール部材３１に嵌合させることで分割函体２，２同士の外周面を確実に接触させながら設置することができる。
上記タイプ（図６）のレール部材３１は、例えば、図４において、Ａ分割函体の上床版、Ｂ分割函体の左側壁及び上床版、Ｃ分割函体の右側壁及び上床版、Ｄ分割函体の上床版、Ｅ分割函体の上床版、Ｆ分割函体の右側壁、Ｇ分割函体の左側壁などに取り付けるのがよい。

一方、他の一つは図５に示すように、ボルトナット３１１を回転させることによってレール部材３１を突設方向（外側）へ移動させてさらに張り出すことにより、並設する分割函体２の溝条３２にレール部材３１の先端部を押圧させることができるように構成されたタイプである。ボルトナット３１１のボルト部の途中に鍔部３１２を取り付けておき、ボルトナット３１１を回転させても該ボルトナット３１１が移動しないように鍔部３１２を係止具３１３にて同位置に固定させておく。ボルトナット３１１はそのボルト部でレール部材３１と螺合させておくことにより、ボルトを逆回転（半時計回り）させるとボルトナット３１１は位置を一定にした状態で回転するのみとなるため、逆にレール部材３１が回転しながら張り出し方向にスライドすることとなる。
上記タイプ（図５）のレール部材３１は、例えば、図４において、Ａ分割函体の左右側壁に取り付けるのがよい。このようなレール部材３１を取り付ける理由は、最後にＪ分割函体を設置する際に必要となる設置幅を確保するためである。仮に、Ａ分割函体とＢ分割函体及びＣ分割函体との外周面同士を接触させて並設した場合、Ｊ分割函体を設置する際にはＦ分割函体及びＧ分割函体が夫々土圧によって中央へ押されることによりＪ分割函体を設置するスペース（幅）が確保できなくなる可能性が高い。したがって、図５に示すタイプのレール部材３１を使用してＢ分割函体及びＣ分割函体設置後にレール部材３１を外側へ張り出させて溝条３２に押圧させることによって、Ａ分割函体とＢ分割函体及びＡ分割函体とＣ分割函体との間には所要の離隔を確保することができる。この状態で上段２２を構成するＨ分割函体及びＩ分割函体を設置しても、夫々の位置はその下方に位置するＢ分割函体及びＣ分割函体によって拘束されるために（夫々レール部材３１と溝条３２が嵌合接合されている）、Ｈ分割函体及びＩ分割函体の間には所要の間隔（Ｊ分割函体を設置できる十分なスペース）が確保できることとなる。

Ａ分割函体とＢ分割函体及びＡ分割函体とＣ分割函体との間にできる離隔には、最終的にセメント系の注入材８を注入しておくことで止水性を確保することができる（図４参照）。

＜４＞立坑構築工程
立坑７を鉄道９２や道路など地上交通手段などから離れた位置に構築する（図３参照）。地上交通に対する支障を最小限なものとし、また、立坑深度を極力浅深度なものとするためである。また、図３の実施例のように、地下立体交差の地上へのアプローチ部の地上出口（入口）に立坑７を構築するのが好ましい。
１基のシールド掘進機を使用して施工をおこなう場合は、まず発進用の立坑７のみを構築してもよいし、発進用及び到達用の夫々の立坑７，７を一気に構築してもよい。

＜５＞下段構築工程
大断面トンネル４構築用の支保工２０は複数段で且つ各段複数の分割函体２から構成される。以下２段（上段２２と下段２１からなる）で各段５基（列）の分割函体２から構成される支保工２０を実施例として説明する。
密閉型シールド掘進機１２を使用して下段２１を構築する（図３参照）。下段２１はアプローチ部や交通手段直下などの一般部など地下立体交差の全延長を通じて分割函体２を５基並設してなる。構築順序は、例えば、Ａ分割函体→Ｂ分割函体→Ｃ分割函体→Ｄ分割函体→Ｅ分割函体といった中央部から外側への施工順序がよい。ここで、Ａ分割函体の左右側壁にはその突設方向にスライド可能なレール部材３１を取り付けておき、Ｂ分割函体及びＣ分割函体をＡ分割函体に並設した後はレール部材３１を外側へスライドさせる。レール部材３１の先端を溝条３２に押圧することで側方からの土圧に抗しながらＡ分割函体とＢ分割函体及びＡ分割函体とＣ分割函体との間に所要の離隔を確保することができる（図５参照）。
上記する離隔にはセメント系の注入材８を注入して離隔部の止水処理をおこなう。
Ｂ分割函体及びＤ分割函体、Ｃ分割函体及びＥ分割函体は双方の側壁外周面同士を接触させながら設置することもできるし（図６参照）、多少の離隔を置いて設置することもできる。

＜６＞上段構築工程
上段２２の構築は、地上からの深度に応じて施工方法を変化させるのがよい。図３に示す実施例では、全延長を大きく３区間に区分けし、区間ごとに上段２２の施工方法を変化させる。
まず、地上からのアプローチ部であって、例えば土被りがない深度やオープンシールド掘進機１１で掘進可能な深度まで（Ｚ区間）は図７に示すようにＦ分割函体及びＧ分割函体を設置して土留め構造を構築後、Ｆ分割函体及びＧ分割函体で挟まれた範囲を地上からクラムシェル等の重機９１を使用して開削施工する。Ｆ分割函体及びＧ分割函体の設置はオープンシールド掘進機１１を使用して地上から所要のセグメント５を組み立てていくことによっておこなうことができる。
なお、Ｆ分割函体及びＧ分割函体の設置は、Ｚ区間ではオープンシールド掘進機１１にて設置され、さらに深度が深いＹ区間では山留め板６１をその天井に取り付けたオープンシールド掘進機１１として設置され、鉄道９２などの直下及びその付近（最深度）であるＸ区間では開閉機構１３を閉塞して密閉型シールド掘進機１２として設置される。なお、Ｙ区間は、比較的浅い土被りが存在する深度、或いは山留め板６１等を使用することでオープンシールド掘進機１１にて施工可能な深度までの延長区間をいう。

Ｙ区間では、山留め板６１をその天井に取り付けたオープンシールド掘進機１１にて上段２２を構成する５基の分割函体２の並設施工をおこなう（図２参照）。
Ｘ区間では、密閉型シールド掘進機１２を使用し、図４に示すようにＦ分割函体→Ｇ分割函体の後、Ｈ分割函体→Ｉ分割函体→Ｊ分割函体のような順序で上段２２の構築をおこなう。なお、最後に設置するＪ分割函体はＡ分割函体とは嵌合設置させるが、Ｈ分割函体やＩ分割函体とは嵌合させる必要はなく、Ｊ分割函体及びＨ分割函体、Ｊ分割函体及びＩ分割函体の間の離隔には下段２１と同様に注入材８の注入をおこなう。

地下立体交差の全延長区間で支保工２０の構築が完成した後に、該支保工２０を利用しながら大断面トンネル４からなる地下立体交差の本設施工に移行する。

（ａ）オープンシールド掘進機を示した縦断図。 （ｂ）密閉型シールド掘進機を示した縦断図。 山留め板を備えたオープンシールド掘進機を示した縦断図。 地下立体交差の縦断図。 図３のｘ−ｘ矢視図における分割函体の施工順序を示した説明図。 図４における１−２間継手又は１−３間継手の継手構造を示した説明図。 図４における１−２間継手及び１−３間継手以外の継手構造を示した説明図。 図３のｚ−ｚ矢視図における分割函体の施工順序を示した説明図。 従来の地下立体交差の施工を説明した斜視図。

符号の説明

１１・・・オープンシールド掘進機
１２・・・密閉型シールド掘進機
２・・・・分割函体
２０・・・支保工
２１・・・下段
２２・・・上段
３１・・・レール部材
３２・・・溝条
４・・・・大断面トンネル
６１・・・山留め板

Claims (4)

1. 地下立体交差の構築方法に使用する分割函体であって、
   先行設置される分割函体は、その外周に突設して延伸方向に伸びたレール部材を該分割函体のうち並設する後施工分割函体側に設置してなり、
   前記レール部材は、突設方向にスライド可能に構成してなり、
   後行設置される分割函体は、前記レール部材を案内として並設可能な溝条を該分割函体のうち並設する前施工分割函体側に刻設してなり、
   前記レール部材を前記溝条に嵌合させながら並設する分割函体を設置した後で、該レール部材を突設方向に張り出して該溝条に押圧させることを特徴とする、
   分割函体。
   
2. 大断面トンネルからなる地下立体交差の構築方法であって、
   シールド掘進機の発進立坑、又は発進立坑及び到達立坑を構築する立坑構築工程と、
   複数段で且つ各段複数の分割函体からなる支保工の構築のうち、密閉型シールド掘進機を使用して下段の分割函体を併設していく下段構築工程と、
   上段の構築において、地上から所定深度までの延長区間はオープンシールド掘進機にて両端の函体のみを設置し、該函体に挟まれた範囲は開削施工をおこない、さらに所定深度までの延長区間はオープンシールド掘進機にて分割函体を並設し、さらに最深部までの延長区間は密閉型シールド掘進機にて分割函体を並設する上段構築工程と、から支保工を構築し、
   前記支保工を利用しながら大断面トンネルからなる地下立体交差を構築する、
   地下立体交差の構築方法。
   
3. 請求項２記載の地下立体交差の構築方法であって、
   前記下段構築工程において、中央に配置される請求項１記載の前記分割函体からその左右に配置される前記分割函体を並設した後に前記レール部材を突設方向に張り出して該溝条に押圧させ、さらに左右に配置される分割函体を設置していく、
   地下立体交差の構築方法。
   
4. 請求項２又は３に記載の地下立体交差の構築方法において、
   その天井を開閉可能に構成した前記シールド掘進機であって、該天井を閉じることによって密閉型シールド掘進機とし、該天井を開放することによってオープンシールド掘進機とするシールド掘進機を使用し、
   下段構築工程は前記密閉型シールド掘進機にて施工し、
   上段構築工程においては、地上から所定深度までの延長区間は天井を開放した前記オープンシールド掘進機にて両端の函体のみを設置し、該函体に挟まれた範囲は開削施工をおこない、さらに所定深度までの延長区間は前記オープンシールド掘進機の天井に山留め板を設置して分割函体を並設し、さらに最深部までの延長区間は前記山留め板を外した前記密閉型シールド掘進機にて分割函体を並設する、
   地下立体交差の構築方法。

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