JP2006265894A - 地下構造物の構築方法および地下構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】 外力に対して十分な抵抗力を発現する地下構造物を簡易に構築することが可能な、地下構造物の構築方法とこの構築方法により構築される地下構造物を提案する。
【解決手段】 所定の間隔を有して一対の導坑１０，１０を構築する工程と、一方の導坑１０と他方の導坑１０とにアーチ状に横設される複数本の小断面トンネル２０，２０，…を、導坑１０の縦断方向においてお互いに密接した状態で一対の導坑１０，１０の上下に形成する工程と、一対の導坑１０，１０と上下の小断面トンネル２０，２０，…に囲まれた領域を掘削する工程とを含む地下構造物の構築方法。
【選択図】 図３

Description

本発明は、地下構造物の構築方法とこの構築方法により構築される地下構造物に関する。

大深度地下トンネルの分岐・合流部や、鉄道、道路、河川等のアンダーパスにおいては、開削工法による施工が困難なため、非開削工法によるトンネル施工により、これらの地下構造物を構築する。

従来、このような地下構造物の構築において、土被りが薄いことや地山が軟弱地盤であること等の理由によりアーチアクションが期待できない場合には、パイプルーフ工法、薬液注入工法等の補助工法を併用して施工していた。

ところが、所定の間隔を有して複数箇所において薬液を注入することにより、トンネル周囲の地山を改良して、地山に自立性を発現させる薬液注入工法を補助工法として用いると、地下構造物が大断面トンネルの場合、薬液注入による地山の改良範囲が広く、多数行う必要がある注入作業に手間がかかるとともに、費用が非常に高価になるという問題点を有していた。

また、多数の管を互いに密接させた状態でトンネルの縦断方向に鋼管等を地盤中に押し込むことにより仮設の土圧壁を構成し、この土圧壁の内部を掘削して本体構造物を構築するパイプルーフ工法は、トンネル掘削時の支保を目的とした仮設部材であるため、パイプルーフとは個別に、トンネル覆工を行う必要があり、２重に土留構造を構築することで、費用が嵩むという問題点を有していた。また、パイプルーフ工法ではジャンクション継手を有した鋼管を、この鋼管の先端において切削刃付きの円盤を回転させて地盤を円形に掘削しながら推進させるが、ジャンクション継手がこの掘削孔から突き出ているため、硬質地盤や砂礫地盤では管の推進が困難になるという問題点を有していた。

そのため、特許文献１には、図６（ａ）に示すように、大断面トンネル１１０の外殻覆工を小断面のエレメント１１１に分割して、トンネル軸方向に推進工法により小断面のエレメント１１１を配置し、大断面トンネル１１０の外殻覆工を地中で構築する土圧壁の構成方法（以下、「プレシェル工法」という場合がある）が開示されている。なお、このプレシェル工法における各エレメント１１１は、断面が欠円形に形成されており、隣接するエレメント１１１の欠円部に噛み合せるように構築されている。
また、特許文献２には、図６（ｂ）に示すように、トンネル１２０の両端に配置された一対の導坑１２１を横設するように、推進工法によりトンネル１２０の横断方向に推進管１２２を楕円状に設置し、トンネル１２０の外殻構造を構築する地下構造物の構築工法（以下、「太径パイプルーフ工法」という場合がある）が開示されている。
特開２０００−２１３２７５号公報（［００１３］−［００２８］、図３−図５） 特開２００４−１２４４８９号公報（［００２３］−［００４０］、図１−図３）

ところが、トンネルの構造上、外力に抵抗するためには、トンネル横断方向において一体構造に構築されていることが不可欠であるのに対し、プレシェル工法は、トンネル横断方向では各エレメント管１１１が接続されていない。そのため、プレシェル工法では、各エレメント管１１１を横断方向で切り開き、鉄筋（図示略）を配筋したうえ、エレメント管１１１内にコンクリートを打設するなどにより一体化する必要がある。このエレメント管１１１の内部における横断方向の切り開き作業および配筋作業は困難であり、施工期間の長期化の原因になるという問題点を有していた。

また、太径パイプルーフ工法は、図６（ｂ）に示すように、隣接するエレメント管１２２同士が隙間を有して配置されており、各エレメント管１２２同士の間の土留処理工、止水処理工等を行う必要があり、手間と費用がかかるという問題点を有していた。

本発明は、前記の問題点を解決することを目的とするものであり、外力に対して十分な抵抗力を発現する地下構造物を簡易に構築することが可能な、地下構造物の構築方法とこの構築方法により構築される地下構造物を提案することを課題とする。

前記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、所定の間隔を有して一対の導坑を構築する工程と、一方の前記導坑と他方の前記導坑とにアーチ状に横設される複数本の小断面トンネルを、前記導坑の縦断方向において互いに密接した状態で前記一対の導坑の上下に形成する工程と、前記一対の導坑と前記上下の小断面トンネルに囲まれた領域を掘削する工程とを含む地下構造物の構築方法であって、前記小断面トンネルの横断面形状が欠円形に形成されていることを特徴としている。

かかる地下構造物の構築方法は、断面形状が欠円形の小断面トンネルを形成するため、隣接する後行の小断面トンネルを係合させることができる。また、後行の小断面トンネルは、先行して構築された小断面トンネルをガイドとして構築することが可能となるため、ずれのない、高品質の施工が可能となる。
また、小断面トンネル同士は互いに係合されているため、小断面トンネル同士が隙間なくあるいは僅かな隙間のみで構築されるため、好適である。

また、本発明により構築された地下構造物は、トンネルの上半および下半をアーチ状に形成しているため、外力に対して軸力主体で抵抗する構造となり、部材厚を低減することが可能となる。

ここで、導坑とは、地下構造物全体の断面形状と比較して小さい断面を有し、先行して掘削されるトンネルであって、その形状等は限定されるものではない。
また、アーチ状とは、円弧、楕円弧、弓形、放物線状等の形状を含み、地下構造物に作用する外力に対して軸力を主体として抵抗可能な形状をいう。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の地下構造物の構築方法であって、前記小断面トンネル内にコンクリートを打設する工程を含むことを特徴としている。

かかる地下構造物の構築方法により、小断面トンネルの構造体としての強度を増加させることが可能となり、より優れた強度を有した地下構造物の構築が可能となる。

さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の地下構造物の構築方法であって、縦断方向で隣接する前記小断面トンネルを接合する工程を含むことを特徴としている。

かかる地下構造物の構築方法によれば、地下構造物の軸方向においても一体化がなされ、さらに強度的に優れた地下構造物の構築が可能となる。

また、請求項４に記載の発明は、所定の間隔を有して形成された一対の導坑と、前記一対の導坑の上下にアーチ状に横設されて、前記導坑の軸方向において密接するように設けられた複数本の小断面トンネルとから構成された地下構造物であって、前記小断面トンネルが、断面形状が欠円形に形成された管体からなることを特徴としている。

さらに、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の地下構造物であって、縦断方向で隣接する前記小断面トンネルが接合されていることを特徴としている。

かかる地下構造物は、円弧状の管体からなる小断面トンネルが、地下構造物の横断方向に施工されているため、この小断面トンネルをそのまま本設構造の一部として利用することが可能となり、本設構造物構築時の施工の手間を省略することが可能となる。
また、各小断面トンネルが接合されていれば、より優れた強度の地下構造物が形成されるため、好適である。

本発明の地下構造物の構築方法により、外力に対して十分な抵抗力を有する地下構造物を簡易に構築することが可能となった。

本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。
ここで、図１は、本実施形態に係る地下構造物を示す斜視図であり、図２は、同地下構造物の断面図であって、（ａ）は正断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。また、図３の（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態に係る地下構造物の構築方法の各段階を示す斜視図であり、図４の（ａ）〜（ｄ）は、同構築方法における小断面トンネルの施工方法の各段階を示す正断面図である。さらに、図５は、小断面トンネルの縦断方向の接合方法の変形例を示す詳細図である。

図１に示すように、本実施形態に係る地下構造物１は、地中に形成された道路トンネルであって、道路３０の分岐点における道路幅の拡幅部に構築される大断面のトンネルである。

図１および図２（ａ）に示すように、本実施形態に係る地下構造物１は、所定の間隔を有して形成された一対の導坑１０，１０と、これらの導坑１０，１０の上下に横設される円弧状の管体からなり、導坑１０の軸方向（縦断方向）において互いに密接するように設けられた複数本の小断面トンネル２０，２０，…とを主体としている。そして、各小断面トンネル２０は、図２（ｂ）に示すように、断面形状が欠円形に形成された管体（以下、「欠円形エレメント」という場合がある）を連設して構成されている。

導坑１０は、図２（ａ）に示すように、所定の間隔を有して配置されており、各断面形状は、いわゆる馬蹄形を呈している。

小断面トンネル２０は、一方の導坑１０から他方の導坑１０までの間を、推進工法によりアーチ状に形成されたトンネルである。この小断面トンネル２０は、導坑１０，１０の上下に形成されており、これにより地下構造物１の横断面が略楕円形状を呈することになる。

また、小断面トンネル２０は、図２（ｂ）に示すように、円の一部が欠けた欠円形状の断面形状を呈した欠円形エレメント２１を小断面トンネル２０の軸方向（地下構造物１の横断方向であって、図２（ｂ）では紙面に垂直な方向）に複数連設して構成されている。ここで、本実施形態の欠円形エレメント２１は、鋼管からなる。そして、各小断面トンネル２０の内部には、その軸方向（地下構造物１の横断方向）に配筋された鉄筋２３ｂと、コンクリート２３ａとによる鉄筋コンクリート２３が充填されている。

本実施形態では、欠円形エレメント２１の欠円部（開口部）を、円の略１／４の大きさとしたが、欠円部の形状は限定されるものではなく、小断面トンネルの大きさや、地山状況等に応じて、適宜設定すればよい。
また、欠円形エレメント２１の欠円部（開口部）には、土砂の浸入を防ぐために、遮蔽壁２２が設置されている。この遮蔽壁２２は、欠円形エレメント２１の内空側に配置されて、その上下の端面は、内周面に当接されている。

また、地下構造物１の縦断方向において隣接する各小断面トンネル２０同士は、所定箇所において欠円形エレメント２１と遮蔽壁２２とを貫通したずれ止筋２４により連結されている。なお、隣接する小断面トンネル２０同士は、欠円形エレメント２１の一部を切り開き、トンネル縦断方向に鉄筋２７を配置して、小断面トンネル２０同士の連結部を含めて、小断面トンネル２０の内部にコンクリートを打設することにより連結してもよい（図５参照）。

なお、一つの小断面トンネル２０が、上部からの土圧や下部地盤からの地盤反力に対して十分な耐力を有した構造であれば、小断面トンネル２０内の鉄筋コンクリート２３の充填や、ずれ止筋２４による縦断方向の連結は必ずしも必要とはせず、鉄筋コンクリート２３の充填やずれ止筋２４の配筋は、地下構造物１に作用する外力に応じて適宜決定すればよい。
また、欠円形エレメント２１は鋼管に限定されるものではなく、例えばコンクリート管等を使用してもよい。

また、本実施形態では、隣接する小断面トンネル２０の接合部に、止水性の向上を目的として薬液注入による地盤改良２５を行うものとする。なお、地盤改良２５は、止水性の向上や耐力の増加等を目的として、必要に応じて行えば良く、地下水が少なく、地下構造物１への地下水の浸透の恐れがない場合や、小断面トンネル２０同士の一体化が確実になされている場合などは行わなくてもよい。

次に、本実施形態に係る地下構造物の構築方法について説明する。
本実施形態に係る地下構造物の構築方法は、導坑構築工程と、小断面トンネル構築工程と、地下構造物内掘削工程と、覆工コンクリート打設工程とから構成されている。

［導坑構築工程］
導坑構築工程では、図３（ａ）に示すように、所定の間隔を有して一対の導坑１０を形成する。本実施形態では、導坑１０を山岳工法により構築するものとするが、導坑１０の構築方法は限定されるものではなく、例えばシールド工法、ＴＢＭ工法、推進工法等により構築してもよい。
また、導坑１０の内空断面の形状および大きさは、後記する小断面トンネル２０の施工に要するスペースが確保できれば限定されるものではない。

［小断面トンネル構築工程］
小断面トンネル２０の構築は、一方の導坑１０から他方の導坑１０に向かって、推進工法により、アーチ状（円弧状）の複数本の小断面トンネル２０，２０，…を、導坑１０の縦断方向において互いに密接した状態で配置する。小断面トンネル２０は導坑１０の上下から形成されて、上下の小断面トンネル２０により、楕円形状を呈している（図３（ｂ）参照）。

小断面トンネル２０の施工は、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、欠円形エレメントの先端に推進機Ｍを取り付け、ジャッキの推進力等で管を地中に圧入することにより行う。このとき、円形に掘削された掘削孔ｈと欠円形エレメントとの空隙には、充填材２６を充填する。なお、掘進機Ｍには、曲線施工が可能なものを使用するものとする。また、掘進機Ｍによる掘削径は、欠円形エレメント２１の外径と同等とする。

先に構築された小断面トンネル２０に隣接して小断面トンネルを構築する際には、先行して構築された小断面トンネル２０の欠円形エレメント２１の欠円部をガイドとして、掘進機Ｍにより地山を削孔し（図４（ｃ）参照）、掘進機Ｍにより削孔された掘削孔ｈに随時欠円形エレメント２１を配置する（図４（ｄ）参照）。

小断面トンネル２０の構築後、図２（ｂ）に示すように、各小断面トンネル２０同士の連結部に止水性の向上を目的として薬液注入による地盤改良２５を行う。なお、地盤改良２５は、地下構造物１の外周側のみに行えば良く、その方法は、公知の手段から適宜選定して行えばよい。また、本実施形態では、地盤改良２５を薬液注入により行うものとしたが、凍結工法により行うなど、その工法は限定されるものではない。また、湧水がない場合には、地盤改良２５を行う必要はないことはいうまでもない。

さらに、小断面トンネル２０の内部に鉄筋２３ｂを配筋した後、コンクリート２３ａを打設する。この時、隣接する小断面トンネル２０同士は、所定の位置にずれ止筋２４を配置することで、連結されている。なお、隣接する小断面トンネル２０同士は、欠円形エレメント２１の一部を切り開き、トンネル縦断方向に鉄筋２７を配置して、小断面トンネル２０同士の連結部の空隙を含めて、小断面トンネル２０の内部にコンクリートを打設することにより連結してもよい（図５参照）。

［地下構造物内掘削工程］
地下構造物内掘削工程は、小断面トンネル２０の構築が完了した後、導坑１０と上下の小断面トンネル２０に囲まれた領域を掘削する工程である。この時、掘削は、地下構造物１の完成断面に係る必要部分にのみ行うものとしてもよい（図３（ｃ）参照）。

［覆工コンクリート打設工程］
内部の掘削が完了したら、必要な断面形状が構築されるように、覆工コンクリート３１の打設を行う（図３（ｄ）参照）。なお、覆工コンクリート３１の打設方法は限定されるものではなく、公知の手段から適宜選定して行えばよい。なお、本実施形態では鉄筋コンクリートにより覆工を行うものとしたが、覆工は無筋コンクリートでもよいことはいうまでもない。
また、小断面トンネル２０が覆工部材として十分な耐力を有している場合には、必ずしも覆工コンクリート３１を打設する必要はない。

以上のように、本実施形態による地下構造物１は、その上半および下半をアーチ状に形成しているため、外力に対して軸力主体で抵抗する構成となり、優れた耐力を発現するため、その部材厚を低減することが可能となる。

また、地下構造物１は、欠円形エレメント２１が地下構造物１の横断方向に施工されるため、欠円形エレメント２１をそのまま本設構造の一部として利用することが可能なため、覆工に要する材料費の低減が可能となる。

また、小断面トンネル２０を欠円形エレメント２１により構築するため、先行して設置された小断面トンネル２０の欠円形エレメント２１をガイドとして、隣接する小断面トンネル２０を構築することが可能となり、施工性が向上する。

また、先行して構築された小断面トンネル２０の欠円部に隣接する小断面トンネルの一部をかみ合わせるため、小断面トンネル２０同士の隙間を小さくすることが可能となり、接続性が増す。

さらに、小断面トンネル２０同士の接続部に地盤改良２５を行うことで止水を行い、小断面トンネル２０の内部に、地下構造物１の軸方向に鋼材を配置してコンクリートを打設する場合には、耐力的に優れた地下構造部１が構成される。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、本発明の地下構造物を道路トンネルにおける道路の分岐点に適用するものとしたが、例えば地下鉄の駅等の大断面トンネルや、軟弱地盤におけるトンネル掘削等にも適用可能である、本発明の地下構造物の適用個所は限定されるものではない。

また、前記実施形態では、馬蹄形の導坑を形成するものとしたが、導坑の断面形状は限定されるものではなく、円形状、矩形状等、適宜設定すればよい。
また、本発明の地下構造物１は、併設されたトンネルの間を掘削して拡幅する工事にも有効である。

また、前記実施形態では、図２（ｂ）に示すように、隣接する小断面トンネル２０同士をトンネルの縦断方向においてずれ止筋２４により連結する構成としたが、図５に示すように、トンネルの縦断方向に鉄筋２７を配筋することにより、各小断面トンネル２０を縦断方向において連結する構成としてもよい。

本実施形態に係る地下構造物を示す斜視図である。 本実施形態に係る地下構造物の断面図であって、（ａ）は正断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本実施形態に係る地下構造物の構築方法の各段階を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）は、同構築方法における小断面トンネルの施工方法の各段階を示す正断面図である。 小断面トンネルの縦断方向の接合方法の変形例を示す詳細図である。 従来の地下構造物の施工方法を示す図であって、（ａ）はプレシェル工法の正面図、（ｂ）は太径パイプルーフ工法の斜視図である。

符号の説明

１ 地下構造物
１０ 導坑
２０ 小断面トンネル
２１ 欠円形エレメント
２３ 鉄筋コンクリート
２５ 地盤改良
３０ 道路

Claims (5)

1. 所定の間隔を有して一対の導坑を構築する工程と、
   一方の前記導坑と他方の前記導坑とにアーチ状に横設される複数本の小断面トンネルを、前記導坑の縦断方向において互いに密接した状態で前記一対の導坑の上下に形成する工程と、
   前記一対の導坑と前記上下の小断面トンネルに囲まれた領域を掘削する工程と、
   を含む地下構造物の構築方法であって、
   前記小断面トンネルの横断面形状が欠円形に形成されていることを特徴とする、地下構造物の構築方法。
2. 前記小断面トンネル内にコンクリートを打設する工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載の地下構造物の構築方法。
3. 縦断方向で隣接する前記小断面トンネルを接合する工程を含むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の地下構造物の構築方法。
4. 所定の間隔を有して形成された一対の導坑と、
   前記一対の導坑の上下にアーチ状に横設されて、前記導坑の軸方向において密接するように設けられた複数本の小断面トンネルと、から構成された地下構造物であって、
   前記小断面トンネルが、断面形状が欠円形に形成された管体からなることを特徴とする、地下構造物。
5. 縦断方向で隣接する前記小断面トンネルが接合されていることを特徴とする、請求項４に記載の地下構造物。

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