JP2005240362A - 分割函体及び大断面トンネルの施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】分割函体からなる覆工体を構成するに際し、分割函体構成部材の撤去数量を低減可能な分割函体及び大断面トンネルの施工方法を提供すること。
【解決手段】断面視が中空の矩形又は正方形の分割函体１の外周面を構成する４面は、複数の板状梁部材２をその薄厚面を外周面に向けた状態で、夫々格子状に交差させて構成され、４面のうちの少なくとも１面は板状面部材３で被覆してなる分割函体１を使用する。４面の全面に板状面部材３を被覆してなる分割函体１をトンネル方向に複数設置して先行する分割函体列を構築し、先行する分割函体列側の外周面には板状面部材３を備えていない分割函体１からなる後行する分割函体列を、先行する分割函体列に並設して構築し、後行する分割函体列を順次、その前施工の前記分割函体列に並設して、分割函体列からなる覆工体１０を構築した後に、本設の大断面トンネル７を構築する施工方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、断面視が中空の矩形又は正方形の分割函体を並設してトンネルの覆工体を構築した後に大断面トンネルを施工する、該分割函体と該分割函体を使用した大断面トンネルの施工方法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。

ところで、近年の交通量の増加や地下トンネルの適用の多様化などから地下トンネルが大断面化してきている。かかる大断面トンネルを構築する場合、シールド工法にて複数の小断面トンネルを構築して連結させることにより大断面トンネルを構築している（特許文献１参照）。すなわち、複数の小断面の矩形トンネルを掘進後、かかる小断面トンネルを構成する鋼製プレートを撤去して本設の大断面トンネル用の鉄筋を組み立て、コンクリートを打設して大断面のボックストンネルを構築するものである。図５には上記する仮設施工から本設施工までの概要を示している。並列する小断面トンネルａ，ａ間に薬液注入等の地盤改良ｂをおこなって止水を施した後、本設トンネルｃの構築に障害となる内部のプレートを撤去後、小断面トンネルａ，ａ間に例えば無収縮モルタルの充填やコーキングの施工をおこなう。かかる止水施工により二重、三重の止水構造を構築後、本設トンネルｃの構築に移行するものである。
特開２００１−２１４６９９号公報

前記した従来の大断面トンネルの施工方法にあっては、次のような問題点がある。
＜１＞各分割函体を並設して覆工体を構築後に本設の大断面トンネルの施工に移行するが、分割函体を構成する外周壁のうち、大断面トンネルの施工に際して支障となる外周壁を撤去する必要がある。ここで、全ての分割函体が夫々４面の外周面を備えていると撤去する数量が膨大となり、したがって工期の長期化や撤去費用の高騰といった問題が生じ得る。
＜２＞上記問題において、分割函体の外周面を構成するのが鋼製プレート（例えばスキンプレートなど）であった場合、撤去後の鋼製プレートはスクラップ処理されることからスクラップ費用が嵩むといった問題も生じ得る。

上記のような問題を解決するために、本発明の分割函体は、大断面トンネルの施工に際して使用する分割函体であって、断面視が中空の矩形又は正方形の前記分割函体の外周面を構成する４面は、複数の板状梁部材をその薄厚面を外周面に向けた状態で、夫々格子状に交差させて構成され、４面のうちの少なくとも１面は板状面部材で被覆してなることを特徴とする分割函体である。薄厚の板状梁部材を格子状に交差させて面を構成するのは、部材数量を極力少なくしながら所要の強度を確保するためである。
最初に設置される分割函体にはその４面全てに板状面部材が備えられており、その横に並設する分割函体は、既設置分割函体側の面以外の３面に板状面部材が備えられている。最初に設置された分割函体の上部に並設される分割函体は、その下面（最初に設置された分割函体側）以外の３面に板状面部材が備えられており、最後に設置される分割函体は既設置分割函体側の２面以外の２面に板状面部材が備えられている。このような構成の各分割函体を並設していくことにより、上下又は左右に並設する分割函体同士で対向する板状面部材を夫々備えた構成とはならず、したがって板状面部材撤去時の撤去部材量を格段に減少させることができる。
ここで、前記分割函体の外郭を構成する端辺であってトンネル軸方向の端辺のうち、前記板状面部材を被覆しない面を構成する前記端辺は角管にて形成することができる。このように板状面部材のない面は角管にて補強することにより、推力を均等に伝達することが可能となる。すなわち、板状面部材がある面はかかる面部材にて、板状面部材がない面はトンネル軸方向に伸びた比較的剛性の高い角管にて推力を伝達させることにより、各面の備えた剛性（トンネル軸方向剛性）をほぼ均等にすることができ、よって推力伝達性能を均等にすることが可能となる。
さらに、前記分割函体の外郭を構成する端辺を角管にて成形して分割函体を製作することもできる。外郭をすべて、例えば鋼製の角管にて補強した構成とすることで、１基の分割函体の延長を長くすることができる。このように、１基の分割函体延長を長くすることができれば、本設の大断面トンネル構築時に障害となる分割函体構成部材の撤去数量を低減することができる。

また、本発明の大断面トンネルの施工方法は、前記分割函体を並設してトンネルの覆工体を構築した後に大断面トンネルを施工する大断面トンネルの施工方法であって、４面の全面に前記板状面部材を被覆してなる前記分割函体をトンネル方向に複数設置して先行する分割函体列を構築し、先行する前記分割函体列側の外周面には板状面部材を備えていない前記分割函体からなる後行する分割函体列を、先行する前記分割函体列に並設して構築し、後行する前記分割函体列を順次、その前施工の前記分割函体列に並設して、前記分割函体列からなる覆工体を構築した後に、本設の大断面トンネルを構築することを特徴とする、大断面トンネルの施工方法である。ここで、先行する前記分割函体の外周面に備えたトンネル方向に伸びた溝条に、後行して並設する前記分割函体の外周面で先行する前記分割函体側の面に備えた突条又は突部を嵌装させながら、先行する前記分割函体に後行する前記分割函体を設置していくこともできる。

本発明の分割函体及び大断面トンネルの施工方法は、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＞並設する分割函体において、夫々対向する側面（又は上下面）には一方の面部材しか配設されていないため、大断面トンネル施工に障害となる分割函体構成部材の撤去数量を格段に低減することができる。かかる撤去数量の低減効果は、トンネル断面が大きくなって覆工体を構成する分割函体の数が多くなればなる程、またトンネル延長が長くなればなる程、その効果が大きくなる。
＜２＞板状面部材や板状梁部材は一般に鋼材にて製作されるため、上記するように撤去数量を低減させることによってスクラップ処理数量が低減されることとなり、よってスクラップ費用の低減につながる。

＜１＞全体の構成
本発明は、シールド工法や推進工法によって複数の分割函体１を並列配置することにより大断面トンネル７施工用の土留め構造（覆工体１０）を形成後、本設の大断面トンネル７を施工する施工方法とその際使用する分割函体１に関するものである。
以下、４基（列）の分割函体１を並設して覆工体１０を構築する場合の実施形態について説明する（図１参照）。なお、分割函体１を５基以上並設して覆工体１０を構築することができるのはもちろんであり、構築する大断面トンネル７の寸法と、分割函体１の寸法、使用する掘進機などの大きさから適宜分割函体１の並設基数を選定することができる。

本発明で使用する分割函体１は、後述するように断面視が中空の矩形又は正方形の分割函体であり、その４つの外周面は夫々格子状に交差された複数の板状梁部材２にて構成されている。板状梁部材２は、その厚みが比較的薄い薄厚の鋼製板材から製作でき、その幅（梁として使用する場合の背）や厚みは所要強度によって決定できる。上記するように鋼製板材を格子状に交差させて面を構成させる目的は、例えばコンクリート製の分割函体などに比べて撤去の施工性が良く、また撤去数量（重量）などが格段に少なくなることである。また、後述するように施工順序によって、夫々構成の異なる分割函体１を既設置分割函体１に並設させていく。
まず、矩形断面掘進用の掘進機を使用して、トンネル延長にわたって複数の分割函体を順次設置しながら一つの分割函体列を構築する。
一機の掘進機にて施工する場合は、分割函体列を一列ずつトンネル延長にわたって順次施工していき、掘進機を複数使用する場合は一つの分割函体列を施工中にその横又は上下に並設する分割函体列の施工を同時並行させることもできる。ここで、並設するとは、左右に並行配置されることのほかに、上下に並行配置される場合をも含んでいる。
図１のように覆工体１０の断面を４基の分割函体１にて構成する場合の施工順序は、例えばＡ分割函体１、Ｂ分割函体１、Ｃ分割函体１、Ｄ分割函体１の順序にて施工できる（Ａ分割函体１、Ｃ分割函体１、Ｂ分割函体１、Ｄ分割函体１であってもよい）。
複数の分割函体１にて土留め構造（覆工体１０）を構築後、大断面トンネル７の施工に移行することができる。すなわち、覆工体１０の外郭部であって各分割函体１同士の離隔部に地盤改良等の止水処理を施した後、本設の大断面トンネル７構築用の鉄筋・型枠組、コンクリート打設をおこない、コンクリート養生期間を経た後にトンネル内空に露出する分割函体構成部材の撤去をおこなうものである。

ここで、使用する掘進機は、矩形断面の推進管を設置できるようにその面版の正面形状が矩形の掘削機を使用するのがよい（図示せず）。面版には掘進軸方向の揺動軸回りに後述する揺動カッターを複数備えて構成できる。複数の揺動カッターは、夫々の掘削範囲を重複させないように制御することができる。すなわち、例えば２基の揺動カッターを同一平面内又は双方が前後するように配置して、夫々の揺動カッターを自己の持分範囲のみを掘削させることである。矩形断面を掘進する場合には、矩形断面を例えば均等に２分割して、２基の揺動カッターが各分割範囲内を揺動しながら地盤を切削することができる。この場合に、揺動カッターの揺動は、揺動軸を中心に双方が相反する方向に揺動するように制御することができる。

＜２＞分割函体
分割函体１は、施工される順序によってその構成が夫々異なる分割函体１を使用する。４基の分割函体１から覆工体１０を構成する実施形態にて以下説明する。
分割函体１は、その断面視が中空の矩形又は正方形に成形され、該分割函体１を構成する４面は、複数の板状梁部材２を夫々格子状に交差させて成形する。板状梁部材２は、比較的幅広の面（梁部材として使用する場合は、梁の背となる面）と比較的薄厚の薄厚面から構成されるが、その薄厚面を分割函体１の外周面に向けた状態で複数の板状梁部材２を格子状に交差させる。板状梁部材２は鋼製材料にて製作するのがよい。

ここで、最初に地中に設置される分割函体１（図１のＡ分割函体１）は、４面全てにおいて、格子状に交差された板状梁部材２の骨組の表面に板状面部材３を固着させた構成とする（図２参照）。また、図１に示すようにＡ分割函体１の左側方及び上部には分割函体１（Ｂ分割函体１及びＣ分割函体１）が後行設置されるため、Ｂ分割函体１及びＣ分割函体１に備えた突条６（図３参照）が嵌装可能な溝条５をＡ分割函体１の上面及び左側面においてトンネル方向に伸びた状態で刻設しておくのがよい（図２参照）。かかる突条６（又は突部）も鋼製材料にて製作するのが好ましい。

なお、分割函体１の外郭を構成する端辺であってトンネル軸方向の端辺のうち、板状面部材３にて被覆しない面を構成する端辺は角管４にて形成することができる。このように板状面部材３のない面は角管４にて補強することにより、推力を均等に伝達することが可能となる。すなわち、板状面部材３がある面はかかる面部材にて、板状面部材３がない面はトンネル軸方向に伸びた比較的剛性の高い角管４にて推力を伝達させることにより、各面の備えた剛性（トンネル軸方向剛性）をほぼ均等にすることができ、よって推力伝達性能を均等にすることが可能となる。

Ａ分割函体１の左側方に設置されるＢ分割函体１は、格子状に交差された板状梁部材２の骨組の表面のうち、Ａ分割函体１側の面を除いた３面に板状面部材３を固着させた構成とする。Ｂ分割函体１の４面のうち、Ａ分割函体１側の面には、Ａ分割函体１の側面に刻設した溝条５に嵌装可能な突条６をトンネル方向に伸びた状態で設置しておくとともに、Ｄ分割函体１側となる上面には溝条５を刻設しておく。
このような構成とすることで、Ａ分割函体１とＢ分割函体１の夫々の対向する面には板状面部材３は１枚（Ａ分割函体１の側面のみ）となり、面部材の撤去数量を半減させることができる。

Ａ分割函体１の上方に設置されるＣ分割函体１は、格子状に交差された板状梁部材２の骨組の表面のうち、Ａ分割函体１側の面（下面）を除いた３面に板状面部材３を固着させた構成とする。さらに、その下面には、Ａ分割函体１の上面に刻設した溝条５に嵌装可能な突条６をトンネル方向に伸びた状態で設置しておく。

最後に設置されるＤ分割函体１は、Ｂ分割函体１側とＣ分割函体１側の２面を除いた２面に板状面部材３を備えた構成とし、Ｂ分割函体１の上面に刻設した溝条５に嵌装可能な突条６をその下面に設置しておく（図３参照）。

各分割函体１を上記のような構成とすることにより、並設する分割函体１，１同士で双方が対向する板状面部材３を備えることはないため、面部材数量を格段に低減できるとともに、先行設置される分割函体１の溝条５に後行設置される分割函体１の突条６を嵌装させながら並設することから設置精度のよい施工を実現することができる。

また、他の実施形態として、分割函体１の外郭を構成する端辺を全て角管４にて成形して分割函体１を製作することもできる。外郭をすべて、例えば鋼製の角管４にて補強した構成とすることで、１基の分割函体１の延長を長くすることができる。このように、１基の分割函体１延長を長くすることができれば、本設の大断面トンネル７構築時に障害となる分割函体１構成部材の撤去数量を低減することができる。なお、図４では、かかる実施形態からなる分割函体１をＤ分割函体１を例に示している。

以下、図１を参照しながら、本発明の大断面トンネルの施工方法について説明する。
矩形断面の掘進機を使用して、複数のＡ分割函体１からなる分割函体列を地中に設置する。掘進機の発進に当たっては地上の鉄道沿線や道路交差点などから離れた地点に立坑を構築したり、地上から斜め下方に向かって地下道へ通じるアプローチ部を掘進したりする。
１基の掘進機にて覆工体１０を構築する場合は、トンネルの延長にわたってＡ分割函体１からなる分割函体列を完成させる。２基以上の掘進機にて覆工体１０を構築する場合は、Ａ分割函体１からなる分割函体列の施工がある程度進んだ時点で、それに並設するＢ分割函体１からなる分割函体列（又はＣ分割函体１からなる分割函体列）の構築を開始できる。

次に、先行設置されたＡ分割函体１の左側方に並設する後行施工のＢ分割函体１を、Ｂ分割函体１の右側方に備えた突条６をＡ分割函体１の右側方に備えた溝条５に嵌装させながら並設していく。
Ｂ分割函体１からなる分割函体列の構築が完成したら、同様に後行施工のＣ分割函体１からなる分割函体列、Ｄ分割函体１からなる分割函体列の構築をおこなう。

覆工体１０の構築が完成したら、覆工体１０内から、覆工体１０の外郭であって各分割函体１同士の離隔部に例えばセメント系固化材や樹脂系薬液などを充填して止水処理を施す。
その後、本設の大断面トンネル７構築用の鉄筋や型枠を組み立て、コンクリート打設をおこなって大断面トンネル７を構築する。
コンクリートの養生期間経過後、トンネル内空に突出した分割函体１構成部材を撤去していく。

本発明の分割函体を４基（列）並設した状態を示した断面図。 図１の４基の分割函体のうち、最初に設置される分割函体（Ａ分割函体）を示した斜視図。 図１の４基の分割函体のうち、最後に設置される分割函体（Ｄ分割函体）を示した斜視図。 Ｄ分割函体の他の実施形態を示した斜視図。 従来の施工方法であって、４基（列）の分割函体を使用して大断面トンネルを施工している状況を示した説明図。

符号の説明

１・・・・分割函体
２・・・・板状梁部材
３・・・・板状面部材
４・・・・角管
５・・・・溝条
６・・・・突条
７・・・・大断面トンネル
１０・・・覆工体

Claims (5)

1. 大断面トンネルの施工に際して使用する分割函体であって、
   断面視が中空の矩形又は正方形の前記分割函体の外周面を構成する４面は、複数の板状梁部材をその薄厚面を外周面に向けた状態で、夫々格子状に交差させて構成され、４面のうちの少なくとも１面は板状面部材で被覆してなることを特徴とする、
   分割函体。
   
2. 前記分割函体の外郭を構成する端辺であってトンネル軸方向の端辺のうち、前記板状面部材を被覆しない面を構成する前記端辺は角管にて形成されていることを特徴とする、
   請求項１に記載の分割函体。
   
3. 前記分割函体の外郭を構成する全ての端辺を角管にて形成してなることを特徴とする、
   請求項１に記載の分割函体。
   
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の前記分割函体を並設してトンネルの覆工体を構築した後に大断面トンネルを施工する大断面トンネルの施工方法であって、
   ４面の全面に前記板状面部材を被覆してなる前記分割函体をトンネル方向に複数設置して先行する分割函体列を構築し、
   先行する前記分割函体列側の外周面には板状面部材を備えていない前記分割函体からなる後行する分割函体列を、先行する前記分割函体列に並設して構築し、
   後行する前記分割函体列を順次、その前施工の前記分割函体列に並設して、前記分割函体列からなる覆工体を構築した後に、本設の大断面トンネルを構築することを特徴とする、
   大断面トンネルの施工方法。
   
5. 請求項４に記載の大断面トンネルの施工方法において、
   先行する前記分割函体の外周面に備えたトンネル方向に伸びた溝条に、後行して並設する前記分割函体の外周面で先行する前記分割函体側の面に備えた突条又は突部を嵌装しながら、先行する前記分割函体に後行する前記分割函体を設置していくことを特徴とする、
   大断面トンネルの施工方法。

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