JP2006029020A - 大断面トンネルの構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 未固結帯水層中に防水構造を有する任意扁平な大断面トンネルを安価に構築する方法を提供する。
【解決手段】 大断面トンネル１の掘削領域内に第一先行トンネル２をシールド工法により構築するとともに、第一先行トンネル２と所定の距離を隔てて並設される第二先行トンネル３を大断面トンネル１の掘削領域外にシールド工法により構築する。次いで、第一先行トンネル２の周壁２ａから地盤Ｇに向けて放射状に直線ボーリング孔５ａを削孔した後、直線ボーリング孔５ａから薬液を地盤Ｇに高圧脱水注入して大断面トンネル１の掘削領域を囲繞する難透水域５を形成する。一方、第二先行トンネル３からは、難透水域５を囲繞するように円形ボーリング孔４ａを削孔した後、円形ボーリング孔４ａから薬液を地盤Ｇに低圧浸透注入して遮水域４を形成する。その後、大断面トンネル１の掘削領域を掘削する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、大断面トンネルの構築方法に関し、特に、未固結帯水層中に大断面トンネルを構築する方法に関する。

堆積物が未だ固結せず地下水が蓄えられている未固結帯水層中に、シールド掘削では困難な大断面トンネルを構築するには、トンネル掘削時の掘削面が自立する程度の地山強度の確保とトンネルに向かう浸透水の遮断が必要となるため、薬液注入による止水処理が一般に実施されている。しかし、薬液注入量規定による現行薬液注入方法では、透水係数が１０^−４ｃｍ／ｓ以下の低透水層に対する強度改良を兼ねた薬液注入は困難である。また、掘削面周辺の地層では、トンネル掘削の影響により止水性能が低下し、土粒子間結合力が弱い場合には、土粒子流動による遮水構造の崩壊やトンネル支保構造系の破壊が生じる。そのため、地盤に凍結管を所定間隔で打ち込み、冷却したブラインを凍結管内で循環させたり、液体窒素ガスを凍結管内へ放出するなどして地盤の凍結固化を図る凍結工法が用いられることがある（例えば、特許文献１参照。）。
特許第２６７６０１３号公報 （第２−３頁、第１図）

しかしながら、凍結工法を実施した場合、仮設工事費は倍加し、工期が大幅に延長するうえ、工事終了後に凍結領域が解凍すると、トンネルに作用する土圧が増大するため、覆工コンクリートを耐水圧構造にしなければならないといった問題がある。
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、未固結帯水層中に防水構造を有する任意扁平な大断面トンネルを安価に構築する方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る大断面トンネルの構築方法では、大断面トンネルの掘削領域内に第一先行トンネルを構築する第一工程と、前記第一先行トンネルと所定の距離を隔てて並設される第二先行トンネルを前記大断面トンネルの掘削領域外に構築する第二工程と、前記第一先行トンネルの周壁から地盤に向けて放射状に直線ボーリング孔を削孔した後、当該直線ボーリング孔から薬液を地盤に高圧脱水注入し、前記大断面トンネルの掘削領域を囲繞する楕円筒構造の難透水域を形成する第三工程と、前記第二先行トンネルから前記難透水域を囲繞するように円形ボーリング孔を削孔した後、当該円形ボーリング孔から薬液を地盤に低圧浸透注入して円筒構造の遮水域を形成する第四工程とを備え、前記第一乃至第四工程実施後に、前記大断面トンネルの掘削領域を掘削することを特徴とする。
本発明では、地下水の流れを遮断する止水性の高い円筒構造の遮水域と、トンネル掘削外力を負担する透水性の低い楕円筒構造の難透水域とからなる多重防水構造を、大断面トンネルの掘削領域を囲繞するように形成することにより、覆工コンクリートを耐水圧構造とする必要がなくなり、シールド掘削では困難であった任意扁平な大断面トンネルの掘削が可能となる。しかも、難透水域は、薄肉のトンネル支保構造とともにトンネル支保構造系を形成するので、シールド工法の高耐力・高剛性の高価なセグメントに比べて、安価で合理的な防水トンネルを構築することができる。

また、大断面トンネルの掘削領域内に第一先行トンネルを構築する第一工程と、前記第一先行トンネルと所定の距離を隔てて並設される第二先行トンネルを前記大断面トンネルの掘削領域外に構築する第二工程と、前記第一先行トンネルの周壁から地盤に向けて放射状に直線ボーリング孔を削孔した後、当該直線ボーリング孔から薬液を地盤に高圧脱水注入し、前記大断面トンネルの掘削領域を囲繞する楕円筒構造の難透水域を形成する第三工程と、前記直線ボーリング孔から薬液を地盤に低圧浸透注入して前記難透水域の外周部に楕円筒構造の遮水域を形成する第四工程とを備え、前記第一乃至第四工程実施後に、前記大断面トンネルの掘削領域を掘削することを特徴とする。
本発明では、請求項１に記載の円筒構造の遮水域に代えて、楕円筒構造の遮水域を難透水域の外周部に形成することにより、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を奏するものである。

また、本発明に係る大断面トンネルの構築方法では、前記大断面トンネルの内周面に覆工コンクリートを形成した後、前記第二先行トンネルから前記円形ボーリング孔内に高圧水を注入して前記遮水域を破砕してもよい。
未固結帯水層中に、遮水域と難透水域からなる多重防水構造の大断面トンネルを構築した場合、トンネル周辺の地下水環境が乱され、トンネル周辺地層中の地下水位や間隙水圧が変化し、地表植生へ影響が及ぶおそれがある。
そこで、本発明では、大断面トンネルの内周面に覆工コンクリートを形成した後、第二先行トンネルから円形ボーリング孔内に高圧水を注入し、遮水域を破砕して遮水域を高透水場とすることにより、大断面トンネルの構築による周辺地下水流れ場への影響を抑制することができる。

また、本発明に係る大断面トンネルの構築方法では、前記大断面トンネルの内周面に覆工コンクリートを形成した後、前記難透水域を貫通するように前記第二先行トンネルから曲線ボーリング孔を削孔し、前記第二先行トンネルから前記曲線ボーリング孔内に高圧水を注入して前記難透水域を破砕してもよい。
本発明では、大断面トンネルの内周面に覆工コンクリートを形成した後、難透水域を貫通するように形成した曲線ボーリング孔内に第二先行トンネルから高圧水を注入し、難透水域を破砕して難透水域を高透水場とすることにより、大断面トンネルの構築による周辺地下水流れ場への影響を抑制することができる。

また、本発明に係る大断面トンネルの構築方法では、前記大断面トンネルの内周面に防水シートを施した後、当該防水シートの内側に覆工コンクリートを形成するとともに、前記大断面トンネル内に漏水する浸透水を排水する排水管を前記大断面トンネル内に配設してもよい。
本発明では、覆工コンクリートの背面に防水シートを設置するとともに、大断面トンネル内に排水管を配設することにより、大断面トンネル内へ漏水する浸透水を大断面トンネル外へ排水することができる。

本発明では、地下水の流れを遮断する止水性の高い円筒または楕円筒構造の遮水域と、トンネル掘削外力を負担し、薄肉のトンネル支保構造とともにトンネル支保構造系を形成する透水性の低い楕円筒構造の難透水域とからなる多重防水構造を、大断面トンネルの掘削領域を囲繞するように形成することにより、未固結帯水層中に防水構造を有する任意扁平な大断面トンネルを安価に構築することができる。

以下、本発明に係る大断面トンネルの構築方法の実施形態について図面に基いて説明する。
図１は、本発明に係る大断面トンネルの構築方法の第一の実施形態を示すトンネル断面図である。
本実施形態では、砂質シルトからなる低透水性層中に大断面トンネル１を構築する。先ず、大断面トンネル１の掘削領域内に第一先行トンネル２をシールド工法により構築するとともに、第一先行トンネル２と所定の距離を隔てて並設される第二先行トンネル３を大断面トンネル１の掘削領域外にシールド工法により構築する。
次いで、第一先行トンネル２の周壁２ａからトンネル周方向に０．５〜１．５ｍ間隔で地盤Ｇに向けて放射状に、且つトンネル軸方向にも０．５〜１．５ｍ間隔で地盤Ｇに向けて間隙水圧制御の直線ボーリング孔５ａを削孔する。そして、直線ボーリング孔５ａからセメント系注入材（薬液）を地盤Ｇに高圧脱水注入し、未固結土の土粒子間を固結する。これにより、大断面トンネル１掘削幅の約０．１〜０．３倍の厚さを有し、大断面トンネル１の掘削領域を囲繞する楕円筒構造の難透水域５が形成される。難透水域５の性能は、一軸圧縮強度ｑ_ｕ＝２×σ_ｖ（鉛直地圧）以上であり、透水係数は１０^−６ｃｍ／ｓ程度以下である。
一方、第二先行トンネル３からは、トンネル軸方向に１〜１．５ｍ間隔で難透水域５を囲繞するように円形ボーリング孔４ａを削孔し、円形ボーリング孔４ａから薬液を地盤Ｇに低圧浸透注入して、間隙の無い厚さ約２〜３ｍの円筒構造の遮水域４を形成する。
その後、大断面トンネル１の掘削領域を掘削して、トンネル内周面に、トンネル支保構造６、覆工コンクリート７、およびインバートコンクリート８を構築する。

ここで、本実施形態において用いられる二重管ダブルパッカー工法と呼ばれる薬液注入工法について説明しておく。
図２は、二重管ダブルパッカー工法において使用するダブルパッカーの模式図である。
先ず、周壁に所定の間隔で逆止弁付き注入孔Ｈ_２が設けられた外管Ｃをボーリング孔に挿入し、次いで、外管Ｃ内にダブルパッカーＤを挿入する（図２（ａ）参照）。ダブルパッカーＤは、中間部に孔Ｈ_１が設けられたストレーナパイプＳの両端にパッカーＰがそれぞれ環装されたものであり、ストレーナパイプＳの一方の端部には注入パイプＢが装着されている。
薬液を注入する際は、パッカーＰを押し広げて外管Ｃ内周面に密着させ、薬液の逃げ道を塞いだ後、注入パイプＢから供給される薬液をストレーナパイプＳの孔Ｈ_１から噴出させ、外管Ｃの注入孔Ｈ_２から地盤内に注入する（図２（ｂ）参照）。
ダブルパッカーＤの移動間隔は３０〜５０ｃｍ程度を基本とし、ボーリング孔の先端部から後端部へ順次移動させていく。

本実施形態による大断面トンネルの構築方法では、地下水の流れを遮断する止水性の高い円筒構造の遮水域４と、トンネル掘削外力を負担する透水性の低い楕円筒構造の難透水域５とからなる多重防水構造を、大断面トンネル１の掘削領域を囲繞するように形成することにより、覆工コンクリート７を耐水圧構造とする必要がなくなり、シールド掘削では困難であった任意扁平な大断面トンネル１の掘削が可能となる。しかも、難透水域５は、薄肉のトンネル支保構造６とともにトンネル支保構造系を形成するので、シールド工法の高耐力・高剛性の高価なセグメントに比べて、安価で合理的な防水トンネルを構築することができる。

図３は、本発明に係る大断面トンネルの構築方法の第二の実施形態を示すトンネル断面図である。
本実施形態では、砂礫からなる高透水性層中に大断面トンネルを構築する。先ず、大断面トンネル１１の掘削領域内に第一先行トンネル１２をシールド工法により構築するとともに、第一先行トンネル１２と所定の距離を隔てて並設される第二先行トンネル１３を大断面トンネル１１の掘削領域外にシールド工法により構築する。
次いで、第一先行トンネル１２の周壁１２ａからトンネル周方向に０．５〜１．５ｍ間隔で地盤Ｇに向けて放射状に、且つトンネル軸方向にも０．５〜１．５ｍ間隔で地盤Ｇに向けて間隙水圧制御の直線ボーリング孔１５ａを削孔する。そして、直線ボーリング孔１５ａからセメント系注入材（薬液）を地盤Ｇに高圧脱水注入し、大断面トンネル１１の掘削領域を囲繞する楕円筒構造の難透水域１５を形成する。
次いで、直線ボーリング孔１５ａから薬液を地盤Ｇに低圧浸透注入して難透水域１５の外周部に、間隙の無い厚さ約２〜３ｍの楕円筒構造の遮水域１４を形成する。
その後、大断面トンネル１１の掘削領域を掘削して、トンネル内周面に、トンネル支保構造１６、覆工コンクリート１７、およびインバートコンクリート１８を構築する。

本実施形態による大断面トンネルの構築方法では、第一の実施形態における円筒構造の遮水域４に代えて、楕円筒構造の遮水域１４を難透水域１５の外周部に形成することにより、第一の実施形態と同様の作用効果を奏するものである。

図４は、本発明に係る大断面トンネルの構築方法の第三の実施形態を示すトンネル断面図である。
図４に示すように、本実施形態では、第一の実施形態に加えて、トンネル支保構造６と覆工コンクリート７との間に防水シート９を設置するとともに、大断面トンネル１のインバート部に中央排水管１１と横断排水管１０が配設されている。中央排水管１１は、インバートコンクリート８の底部８ａにトンネル軸方向に配設され、横断排水管１０は、覆工コンクリート７の下端部７ａと中央排水管１１の間に配設されている。

本実施形態による大断面トンネルの構築方法では、覆工コンクリート７の背面に防水シート９を設置するとともに、大断面トンネル１内に中央排水管１１と横断排水管１０を配設することにより、大断面トンネル１内へ漏水する浸透水を大断面トンネル１外へ排水することができる。
なお、第二の実施形態についても、大断面トンネルに防水シートと排水管を設置することは可能である。

図５は、本発明に係る大断面トンネルの構築方法の第四の実施形態を示すトンネル断面図である。
図５に示すように、本実施形態では、第三の実施形態に加えて、大断面トンネル１の内周面に覆工コンクリート７を形成した後、第二先行トンネル３から円形ボーリング孔４ａ内に高圧水を繰返し注入して遮水域４を破砕するとともに、難透水域５を貫通するように第二先行トンネル３から曲線ボーリング孔５ｂを削孔し、第二先行トンネル３から曲線ボーリング孔５ｂ内に高圧水を繰返し注入して難透水域５を破砕するものである。

本実施形態による大断面トンネルの構築方法では、大断面トンネル１の内周面に覆工コンクリート７を形成した後、第二先行トンネル３から円形ボーリング孔４ａおよび曲線ボーリング孔５ｂを介して高圧水を繰返し注入し、遮水域４および難透水域５を破砕して、透水係数が１０^−３ｃｍ／ｓ程度以上の高透水場とすることにより、大断面トンネル１の構築による周辺地下水流れ場への影響を抑制することができる。
なお、第二の実施形態についても、第二先行トンネルから曲線ボーリング孔を削孔し、当該曲線ボーリング孔内に高圧水を注入して難透水域を破砕することは可能である。

以上、本発明に係る大断面トンネルの構築方法の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では、覆工コンクリート形成後に、第二先行トンネルから曲線ボーリング孔内に高圧水を注入して難透水域を破砕し、難透水域を高透水場としているが、難透水域を形成する前に、曲線ボーリング孔内から低透水層の地盤に高圧水を注入してもよい。これにより、薬液注入による強度改良が困難であった低透水層を高透水化することができ、超微粒子セメント系の薬液による高圧脱水注入が可能となる。

本発明に係る大断面トンネルの構築方法の第一の実施形態を示すトンネル断面図である。 ダブルパッカーの模式図であり、（ａ）はダブルパッカー挿入時、（ｂ）はダブルパッカーによる薬液注入時である。 本発明に係る大断面トンネルの構築方法の第二の実施形態を示すトンネル断面図である。 本発明に係る大断面トンネルの構築方法の第三の実施形態を示すトンネル断面図である。 本発明に係る大断面トンネルの構築方法の第四の実施形態を示すトンネル断面図である。

符号の説明

１、１１ 大断面トンネル
２、１２ 第一先行トンネル
３、１３ 第二先行トンネル
４、１４ 遮水域
５、１５ 難透水域
６、１６ トンネル支保構造
７、１７ 覆工コンクリート
８、１８ インバートコンクリート
９ 防水シート
１０ 横断排水管
１１ 中央排水管
Ｇ 地盤

Claims (5)

1. 大断面トンネルの掘削領域内に第一先行トンネルを構築する第一工程と、
   前記第一先行トンネルと所定の距離を隔てて並設される第二先行トンネルを前記大断面トンネルの掘削領域外に構築する第二工程と、
   前記第一先行トンネルの周壁から地盤に向けて放射状に直線ボーリング孔を削孔した後、当該直線ボーリング孔から薬液を地盤に高圧脱水注入し、前記大断面トンネルの掘削領域を囲繞する楕円筒構造の難透水域を形成する第三工程と、
   前記第二先行トンネルから前記難透水域を囲繞するように円形ボーリング孔を削孔した後、当該円形ボーリング孔から薬液を地盤に低圧浸透注入して円筒構造の遮水域を形成する第四工程とを備え、
   前記第一乃至第四工程実施後に、前記大断面トンネルの掘削領域を掘削することを特徴とする大断面トンネルの構築方法。
2. 大断面トンネルの掘削領域内に第一先行トンネルを構築する第一工程と、
   前記第一先行トンネルと所定の距離を隔てて並設される第二先行トンネルを前記大断面トンネルの掘削領域外に構築する第二工程と、
   前記第一先行トンネルの周壁から地盤に向けて放射状に直線ボーリング孔を削孔した後、当該直線ボーリング孔から薬液を地盤に高圧脱水注入し、前記大断面トンネルの掘削領域を囲繞する楕円筒構造の難透水域を形成する第三工程と、
   前記直線ボーリング孔から薬液を地盤に低圧浸透注入して前記難透水域の外周部に楕円筒構造の遮水域を形成する第四工程とを備え、
   前記第一乃至第四工程実施後に、前記大断面トンネルの掘削領域を掘削することを特徴とする大断面トンネルの構築方法。
3. 前記大断面トンネルの内周面に覆工コンクリートを形成した後、前記第二先行トンネルから前記円形ボーリング孔内に高圧水を注入して前記遮水域を破砕することを特徴とする請求項１に記載の大断面トンネルの構築方法。
4. 前記大断面トンネルの内周面に覆工コンクリートを形成した後、前記難透水域を貫通するように前記第二先行トンネルから曲線ボーリング孔を削孔し、前記第二先行トンネルから前記曲線ボーリング孔内に高圧水を注入して前記難透水域を破砕することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の大断面トンネルの構築方法。
5. 前記大断面トンネルの内周面に防水シートを施した後、当該防水シートの内側に覆工コンクリートを形成するとともに、前記大断面トンネル内に漏水する浸透水を排水する排水管を前記大断面トンネル内に配設することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の大断面トンネルの構築方法。

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