JP2008190133A - トンネル内部構造構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トンネル内部構造内に切羽への搬送路を確保できるトンネル内部構造構築方法を提供すること。
【解決手段】トンネル３を掘進しつつ、トンネル３の下部のセグメント５にアングル材３７を固定し、アングル材３７を用いて位置決めを行ってアーチカルバート下半部１１ａを設置する。次に、アーチカルバート上半部１１ｂを設置し、モルタル式充填継手３５を用いてアーチカルバート下半部１１ａとアーチカルバート上半部１１ｂとを一体化する。さらに、ＰＣ鋼棒３１ａ、ＰＣ鋼棒３１ｂを用いてアーチカルバート下半部１１ａ同士、アーチカルバート上半部１１ｂ同士をトンネル軸方向に一体化して、搬送路として用いるアーチカルバート１１を形成する。その後、トンネル３内で掘削土８を改質して得られた下層流動化処理土１７、上層流動化処理土５３を用いて、アーチカルバート１１を覆うレベルまでトンネル３の内空２１を埋め戻す。
【選択図】図１

Description

本発明は、トンネル内部構造構築方法に関するものである。

従来、土圧式シールド機を用いて鉄道や道路などに使用するトンネルを構築する際に、シールド掘進と同時に、シールド掘進により発生した掘削土に硬化剤を添加した硬化剤混合土を利用してトンネルの内路床を形成したり、プレキャスト部材等からなるトンネル内路床の内部に掘削土を投入したりする方法があった（例えば、特許文献１参照）。

また、泥水シールド機を用いてトンネルを構築する際に、掘削土を改質してトンネル内部構造の構築に用いるための方法や装置があった（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。

特開昭６０−２２６９９９号公報 特許第２５２７２８９号公報 実開平５−４７０９７号公報

しかしながら、トンネル内空のうち、トンネルの構築中に作業空間として使用できる部分は限られており、工期を短縮するためには、トンネル内空を効率的に使用する必要があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、トンネル内部構造内に切羽への搬送路を確保できるトンネル内部構造構築方法を提供することにある。

前述した目的を達成するための本発明は、トンネルを掘進しつつ、搬送路として用いるためのカルバートを前記トンネル内の下部に設置する工程（ａ）と、前記トンネル内で、トンネル掘削土を流動化処理土に改質する工程（ｂ）と、前記トンネル内に、前記カルバートを覆うレベルまで前記流動化処理土を埋め戻す工程（ｃ）と、を具備することを特徴とするトンネル内部構造構築方法である。

本発明では、流動化処理土の上に無筋コンクリート基層を設ける工程（ｄ）をさらに設けてもよい。また、工程（ｂ）では、トンネル掘削土を、硬化後の強度が異なる複数の流動化処理土に改質し、工程（ｃ）で、工程（ｂ）で改質した複数の流動化処理土のうち、硬化後の強度が低いものを下層に、高いものを上層に用いて埋め戻すことが望ましい。工程（ｂ）では、例えば、流動化処理土のテーブルフロー値を１６０ｍｍ以上２１０ｍｍ以下に、ブリージング率を１％以下に設定する。

工程（ａ）で設置するカルバートは、例えば、下半部と上半部とからなり、外周面に設けられた凸部と底版の上面とにＰＣ定着箱を有する。この場合、工程（ａ）で、下半部と上半部とを継手を用いて一体化し、下半部同士および上半部同士をＰＣ鋼棒を用いてトンネル軸方向に緊結する。

工程（ａ）では、必要に応じて、カルバートの底面とトンネルのセグメントとの間に、調整ライナ、スペーサ、注入材等を設置する。
工程（ａ）では、トンネルのセグメントにアングル材を固定し、アングル材を用いてカルバートの位置決めを行うことが望ましい。

工程（ａ）では、例えば、カルバートを、搬送台車を用いて所定の位置まで搬送した後、カルバート組立装置を用いて設置する。カルバート組立装置は、搬送台車を跨ぐように配置され、セグメント上を自走する外枠部と、外枠部内に固定された仮受架台と、外枠部に設けられ、カルバートを上下動および回転させるカルバート保持部とからなる。カルバート組立装置は、搬送台車で所定の位置まで搬送されたカルバートを、カルバート保持部で持ち上げて仮受架台に仮置きし、搬送台車の移動後に、カルバート保持部で回転および下降させて所定の位置に据え付ける。

本発明では、トンネルを掘進しつつ、搬送路として用いるためのカルバートを、トンネル内の下部に設置する。そして、トンネルの掘進と並行して、トンネル内で、トンネル掘削土を流動化処理土に改質し、トンネル内に、カルバートを覆うレベルまで流動化処理土を埋め戻す。

本発明によれば、トンネル内部構造内に切羽への搬送路を確保できるトンネル内部構造構築方法を提供できる。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、内部構造を構築中のトンネル３の軸方向の断面図である。図１では、矢印Ａに示す方向がトンネル３の切羽側であり、矢印Ｂに示す方向が立坑側である。図２は、カルバート組立装置１３を用いてアーチカルバート１１を設置する際の各工程を示す図である。図３は、トンネル３内にカルバート１１を設置した状態を示す図である。図３は、図１のＣ−Ｃによる断面図である。

図１、図３に示すように、トンネル３は、シールド機（図示せず）を用いて、地山１内に掘削される。トンネル３の内部には、搬送台車９ａを用いてセグメント５が搬送される。搬送されたセグメント５は、トンネル３の内壁に沿って組み立てられる。トンネル３の掘削土８は、トンネル３の内壁に取付けられたベルトコンベア７を用いて、掘削方向後方に運搬される。

トンネル３の掘削方向後方では、切羽から適切な距離をおいて、内部構造の構築が開始される。内部構造を構築するには、図１から図３に示すように、搬送台車９ｂを用いて、アーチカルバート下半部１１ａ、アーチカルバート上半部１１ｂをカルバート組立箇所１８まで搬送する。搬送台車９ｂは、セグメント５上を走行する。アーチカルバート下半部１１ａ、アーチカルバート上半部１１ｂは、プレキャスト製の部材である。なお、アーチカルバート下半部１１ａ、アーチカルバート上半部１１ｂは、セグメント５と同時に搬送される。

アーチカルバート下半部１１ａ、アーチカルバート上半部１１ｂをカルバート組立箇所１８まで搬送した後、カルバート組立装置１３を用いて、アーチカルバート下半部１１ａとアーチカルバート上半部１１ｂとからなるアーチカルバート１１を組み立てる。

図１および図２に示すように、カルバート組立装置１３は、外枠部１２、カルバート保持部１４、仮受架台１６、走行手段２０等からなる。外枠部１２は、例えば、トンネル軸方向に所定の長さを有する門型の部材であり、搬送台車９ｂを跨ぐように配置される。

走行手段２０は、外枠部１２の両側面１２ａの下端部に設けられた走行手段２０ａ、両側面１２ａの外側に張り出して設けられた走行手段２０ｂからなる。カルバート組立装置１３は、走行手段２０を用いて、セグメント５上をトンネル軸方向に自走する。

カルバート保持部１４は、アーチカルバート下半部１１ａおよびアーチカルバート上半部１１ｂを保持する機構であり、外枠部１２に支持される。カルバート保持部１４は、図１の矢印Ｉに示すように、カルバート組立装置１３内をトンネル軸方向に移動可能である。また、カルバート保持部１４は、保持したアーチカルバート下半部１１ａ、アーチカルバート上半部１１ｂを、図１の矢印Ｊに示すように上下動させたり、矢印Ｋに示すように回転させたりする。

仮受架台１６は、外枠部１２の両側面１２ａの内側に、側面１２ａに略垂直に固定された一対の板状部材である。仮受架台１６は、カルバート組立装置１３の後部の所定の位置に設けられる。

図２の（ａ）図は、アーチカルバート１１ｂを持ち上げる工程を示す図である。アーチカルバート１１を組み立てる際には、まず、搬送台車９ｂに載置されたアーチカルバート上半部１１ｂ（図１）を、カルバート保持部１４を用いて保持する。そして、カルバート保持部１４を用いてアーチカルバート上半部１１ｂを持ち上げ、回転させ、立坑方向へ移動させて、図２の（ａ）図に示すように、仮受架台１６上に一時仮置きする。

図２の（ｂ）図は、アーチカルバート下半部１１ａを持ち上げる工程を示す図である。アーチカルバート上半部１１ｂを仮受架台１６上に仮置きした後、搬送台車９ｂに載置されたアーチカルバート下半部１１ａ（図１）上までカルバート保持部１４を移動させる。次に、アーチカルバート下半部１１ａをカルバート保持部１４を用いて保持し、図２の（ｂ）図に示すように、搬送台車９ｂの走行に支障がない高さまで上昇させる。そして、全ての荷卸が完了した搬送台車９を立坑側へ通過させる。

図２の（ｃ）図は、アーチカルバート下半部１１ａをセグメント５上に設置する工程を示す図である。搬送台車９を立坑側へ通過させた後、アーチカルバート下半部１１ａを、カルバート保持部１４を用いて回転させ、立坑方向へ移動させて、図１および図２の（ｃ）図に示すように、セグメント５上に設置する。

図４は、アーチカルバート１１の周方向の断面図である。図４は、図３の範囲Ｅに示す部分の拡大図である。図５は、アーチカルバート１１の斜視図である。図６は、アングル材３７周辺の断面図である。図６は図４の範囲Ｆに示す部分の拡大図である。

アーチカルバート下半部１１ａをセグメント５上に設置する際には、図４に示すように、トンネル３の下部のセグメント５の内側に、アングル材３７を固定する。アングル材３７は、アーチカルバート下半部１１ａの底版２７の両外隅部２８の設置予定位置に固定される。

図６に示すように、セグメント５では、アングル材３７の設置位置に、雌ネジ４５が埋設される。アングル材３７はボルト穴５０を有する。アングル材３７は、ボルト穴５０に挿入したボルト４７をセグメント５の雌ネジ４５にねじ込み、ボルト４７で締め付けることにより、セグメント５に固定される。アングル材３７とセグメント５との間にはワッシャ４９が配置される。

セグメント５にアングル材３７を固定した後、アングル材３７により位置決めを行って、トンネル３の下部のセグメント５上にアーチカルバート下半部１１ａを設置する。そして、アーチカルバート下半部１１ａの底版２７の底面４１とセグメント５との間に注入材４３を注入する。

トンネル３では、セグメント５の組立時に上下方向の位置ずれが生じる場合があるが、アーチカルバート下半部１１ａの底面４１とセグメント５との間に注入材４３を注入することにより、アーチカルバート下半部１１ａの上下方向の位置ずれを防止することができる。また、アングル材３７を用いることにより、アーチカルバート下半部１１ａのトンネル周方向の位置ずれを防止することができる。

図２の（ｄ）図は、アーチカルバート上半部１１ｂをアーチカルバート下半部１１ａ上に設置する工程を示す図である。アーチカルバート下半部１１ａをセグメント５上に設置した後、カルバート保持部１４を、仮受架台１６に仮置きされたアーチカルバート上半部１１ｂ（図２の（ａ）図）上まで移動させる。次に、アーチカルバート上半部１１ｂを、カルバート保持部１４を用いて保持し、立坑方向へ移動させて、図１および図２の（ｄ）図に示すように、アーチカルバート下半部１１ａ上に設置する。そして、図４、図５に示すように、アーチカルバート下半部１１ａとアーチカルバート上半部１１ｂとを、モルタル充填式鉄筋継手３５を用いて一体化する。

図４に示すように、カルバート下半部１１ａは、底版２７の上面２９の２箇所にＰＣ定着箱２５ａを有する。図５に示すように、アーチカルバート下半部１１ａ同士は、ＰＣ鋼棒３１ａを用いてトンネル３の軸方向に緊結される。図４、図５に示すように、ＰＣ鋼棒３１ａはＰＣ定着箱２５ａを用いて定着される。

図４に示すように、アーチカルバート上半部１１ｂは、外周面３３の２箇所に設けられた凸部３９にＰＣ定着箱２５ｂを有する。図５に示すように、アーチカルバート上半部１１ｂ同士は、ＰＣ鋼棒３１ｂを用いてトンネル３の軸方向に緊結される。図４、図５に示すように、ＰＣ鋼棒３１ｂはＰＣ定着箱２５ｂを用いて定着される。

アーチカルバート上半部１１ｂでは、ＰＣ定着箱２５ｂを外周面３３に設けられた凸部３９に設けることにより、ＰＣ鋼棒３１ｂの定着時の作業性を向上させることができる。

アーチカルバート１１の内部２３は、トンネル３を構築するための資材や機器等を立坑側と切羽側との間で運搬するための搬送路として用いられる。また、パイプスペースとしても用いられる。

図７は、トンネル３内に下層流動化処理土１７を埋め戻した状態を示す図である。図７は、図１の矢印Ｄ−Ｄによる断面図である。図８は、内部構造を構築中のトンネル３の軸方向の断面図を示す。図８は、図１の矢印Ｂに示す方向（掘削方向後方）の続きを示す図である。図８では、矢印Ｇに示す方向がトンネル３の切羽側であり、矢印Ｈに示す方向が立坑側である。

図８に示すように、トンネル３を掘削して生じた掘削土８は、ベルトコンベア７により、トンネル３内の掘削方向後方の流動化処理土作成箇所６１まで運搬される。流動化処理土作成箇所６１には、コンクリートポンプ、移動式バッチャープラント、自走式土質改良機等からなる流動化処理土作成装置５９が設置される。

流動化処理土作成箇所６１まで運搬された掘削土８は、流動化処理土作成装置５９により、加水され、セメント等の固化材を添加され、混合されて、泥水状の流動化処理土に改質される。本実施の形態では、掘削土８を、硬化後の強度が異なる２種類の流動化処理土に改質する。この時、各流動化処理土のテーブルフロー値を１６０ｍｍ以上２１０ｍｍ以下に、ブリージング率を１％以下に設定するのが望ましい。

流動化処理土作成箇所６１で流動化処理土を作成した後、流動化処理土をトンネル３の掘削方向前方に搬送する。そして、カルバート組立箇所１８の掘削方向後方に位置する流動化処理土打設箇所１９で打設して、流動化処理土層６３（図８）を形成する。流動化処理土打設箇所１９の切羽側の端部には、移動型枠１５が配置される。

流動化処理土層６３を形成するには、まず、図１、図７に示すように、２種類の流動化処理土のうち硬化後の強度が低い下層流動化処理土１７を用いて、トンネル３の内空２１の下部を埋め戻す。下層流動化処理土１７は、例えば、アーチカルバート上半部１１ｂの一部が隠れるレベルまで埋め戻される。このとき、予め折りたたんでおいた高強度プラスチック網を展張させて下層流動化処理土１７中に配置することにより、不等沈下を抑制してもよい。

図９は、トンネル３内に無筋コンクリート基層５５を設けた状態を示す図である。図９は、図８に示す矢印Ｉ−Ｉによる断面図である。下層流動化処理土１７によりトンネル３の内空２１の下部を埋め戻した後、図８、図９に示すように、２種類の流動化処理土のうち硬化後の強度が高い上層流動化処理土５３を用いて、トンネル３の内空２１の下層流動化処理土１７の上方を埋め戻す。上層流動化処理土５３は、アーチカルバート１１を覆うレベルまで埋め戻される。

アーチカルバート１１の外周面３３に設けられた凸部３９は、アーチカルバート１１の表面と流動化処理土層６３との抵抗を増加させる。流動化処理土打設箇所１９は、上層流動化処理土５３の施工後、施工車両に開放される。

流動化処理土打設箇所１９の掘削方向後方に位置する無筋コンクリート打設箇所５７では、流動化処理土層６３の上層流動化処理土５３の上面に無筋コンクリートを打設し、無筋コンクリート基層５５を形成する。無筋コンクリート基層５５は、上載荷重を分散し、アーチカルバート１１の上方の部分と、側方の部分の埋め戻し部の不等沈下を減少させる。無筋コンクリート基層５５を打設した後、舗装等を行って、内部構造６３を完成する。

このように、本実施の形態によれば、搬送台車９を用いて、セグメント５、アーチカルバート下半部１１ａ、アーチカルバート上半部１１ｂを同時に搬送し、トンネル３の掘進と並行してアーチカルバート１１を組み立てることにより、工期が短縮される。また、トンネル３の掘進と並行して掘削土８を流動化処理土に改質し、アーチカルバート１１を覆うレベルまで流動化処理土を埋め戻すことにより、掘削土８の転用に伴う処理費用の低減が可能となる。さらに、掘削土８を有効に利用することにより、周辺環境への負荷や、ダンプによる搬出量を軽減できる。

また、アーチカルバート１１をトンネル３内の下部に設置した後、流動化処理土を埋め戻すことにより、流動化処理土の埋め戻し前に切羽への搬送路を確保でき、短期施工が可能となる。

なお、図３では、アーチカルバート下半部１１ａの底面４１とトンネル３のセグメント５との間に注入材４３を注入したが、注入材４３のかわりに調整ライナ、スペーサ等を設置してもよい。調整ライナ、スペーサ等を用いた場合にも、セグメント５の組立誤差によるアーチカルバート下半部１１ａの上下方向の位置ずれを防止し、アーチカルバート１１を所定の位置に設置することができる。

また、本実施の形態では、掘削土８を２種類の流動化処理土に改質したが、１種類の流動化処理土に改質してアーチカルバート１１を覆うレベルまで埋め戻してもよい。また、３種類以上の流動化処理土に改質し、硬化後の強度が低いものを下層に、高いものを上層に用いてアーチカルバート１１を覆うレベルまで埋め戻してもよい。流動化処理土作成箇所の位置は、図８に示すものに限らない。

以上、添付図面を参照しながら本発明にかかるトンネル内部構造構築方法の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

内部構造を構築中のトンネル３の軸方向の断面図 カルバート組立装置１３を用いてアーチカルバート１１を設置する際の各工程を示す図 トンネル３内にカルバート１１を設置した状態を示す図 アーチカルバート１１の周方向の断面図 アーチカルバート１１の斜視図 アングル材３７周辺の断面図 トンネル３内に下層流動化処理土１７を埋め戻した状態を示す図 内部構造を構築中のトンネル３の軸方向の断面図 トンネル３内に無筋コンクリート５５を打設した状態を示す図

符号の説明

１………地山
３………トンネル
５………セグメント
１１………アーチカルバート
１１ａ………アーチカルバート下半部
１１ｂ………アーチカルバート上半部
１２………外枠部
１３………カルバート組立装置
１４………カルバート保持部
１６………仮受架台
１７………下層流動化処理土
２５ａ、２５ｂ………ＰＣ定着箱
２７………底版
２９………上面
３１ａ、３１ｂ………ＰＣ鋼棒
３３………外周面
３５………モルタル充填式鉄筋継手
３７………アングル材
３９………凸部
４１………底面
４３………注入材
５３………上層流動化処理土
５５………無筋コンクリート基層
６３………流動化処理土層
６５………内部構造

Claims (8)

1. トンネルを掘進しつつ、搬送路として用いるためのカルバートを前記トンネル内の下部に設置する工程（ａ）と、
   前記トンネル内で、トンネル掘削土を流動化処理土に改質する工程（ｂ）と、
   前記トンネル内に、前記カルバートを覆うレベルまで前記流動化処理土を埋め戻す工程（ｃ）と、
   を具備することを特徴とするトンネル内部構造構築方法。
2. 前記流動化処理土の上に無筋コンクリート基層を設ける工程（ｄ）をさらに具備することを特徴とする請求項１記載のトンネル内部構造構築方法。
3. 前記工程（ｂ）で、前記トンネル掘削土を、硬化後の強度が異なる複数の流動化処理土に改質し、
   前記工程（ｃ）で、前記複数の流動化処理土のうち、硬化後の強度が低いものを下層に、高いものを上層に用いて埋め戻すことを特徴とする請求項１記載のトンネル内部構造構築方法。
4. 前記工程（ｂ）で、前記流動化処理土のテーブルフロー値を１６０ｍｍ以上２１０ｍｍ以下に、ブリージング率を１％以下に設定することを特徴とする請求項１記載のトンネル内部構造構築方法。
5. 前記カルバートは、下半部と上半部とからなり、外周面に設けられた凸部と底版の上面とにＰＣ定着箱を有し、
   前記工程（ａ）で、前記下半部と前記上半部とを継手を用いて一体化し、前記下半部同士および前記上半部同士をＰＣ鋼棒を用いてトンネル軸方向に緊結することを特徴とする請求項１記載のトンネル内部構造構築方法。
6. 前記工程（ａ）で、前記カルバートの底面と前記トンネルのセグメントとの間に、調整ライナ、スペーサ、注入材等を設置することを特徴とする請求項１記載のトンネル内部構造構築方法。
7. 前記工程（ａ）で、前記トンネルのセグメントにアングル材を固定し、前記アングル材を用いて前記カルバートの位置決めを行うことを特徴とする請求項１記載のトンネル内部構造構築方法。
8. 前記工程（ａ）で、前記カルバートを、搬送台車を用いて搬送し、
   前記搬送台車を跨ぐように配置され、セグメント上を自走する外枠部と、
   前記外枠部内に固定された仮受架台と、
   前記外枠部に設けられ、前記カルバートを上下動および回転させるカルバート保持部と、
   を具備するカルバート組立装置を使用して設置することを特徴とする請求項１記載のトンネル内部構造構築方法。

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