JP2009030354A - トンネル構築方法 - Google Patents

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幸男 矢部
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Abstract

【課題】先行構築するトンネルの覆工体に高耐力のセグメントを用いることなく、好適に拡幅部の地山を掘削して大断面トンネルを構築することが可能なトンネル構築方法を提供する。
【解決手段】一対のトンネル10A、10Bを横方向に間隔をあけて先行構築し、一対のトンネル10A、10Bの間の拡幅部の地山Gを掘削し一対のトンネル10A、10Bを連通させることによって大断面トンネル33を構築するトンネル構築方法において、一対のトンネル10A、10Bを先行構築した段階で、拡幅部の地山Gを掘削する際にこの拡幅部の上方の地山Gを支持するための円弧状の曲線パイプルーフ13を一方のトンネル10Aから他方のトンネル10Bに向けて打設するとともに、この曲線パイプルーフ13の先端を他方のトンネル10Bから離れた地山G内に到達させて曲線パイプルーフ13を設置する。
【選択図】図10

Description

本発明は、一対のトンネルを横方向に間隔をあけて先行構築し、一対のトンネル間の拡幅部の地山を掘削し一対のトンネルを連通させることによって大断面トンネルを構築するトンネル構築方法に関する。
道路トンネルの分岐・合流部や鉄道トンネルの渡り線部などを構築する際に、切開き工法を採用するケースが多くなっている。この切開き工法では、例えば2本のシールドトンネル(一対のトンネル)を横方向に間隔をあけて先行構築し、一方のトンネルから他方のトンネルに向けて両トンネルに掛け渡すように円弧状の曲線パイプルーフ(曲管)を打設して、曲線パイプルーフを両トンネルのセグメント(覆工体)に一体に繋げて設置する。そして、両トンネルの一部のセグメントを解体撤去して切開き、曲線パイプルーフで上方の地山を支持させながらこの曲線パイプルーフの下方の地山(両トンネル間の拡幅部の地山)を掘削して両トンネルを連通させる。また、これとともに、両トンネル間の拡幅部の上下にそれぞれ、両トンネルの切開いた覆工体の上端縁同士及び下端縁同士に掛け渡すように例えばRC造の上部床版と下部床版を構築し、これら上下床版を介して両トンネルの覆工体を一体化させる。このようにして、2本のシールドトンネルを分岐・合流部や渡り部などとなる拡幅部で連通させた大断面トンネルが構築される(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
そして、このような切開き工法は、従来、この種の大断面トンネルを構築する際に多用されていた開削工法、すなわち分岐・合流部や渡り線部などの拡幅部を地上から開削する開削工法と比較し、地上部の用地確保の必要がなく、コストや工期を削減でき、且つ分岐・合流部や渡り線部などの位置を自由に選択できるなどの多くの利点を有している。
一方、例えば図12に示すように、上下方向に間隔をあけてシールドトンネル(トンネル)2(2A、2B)を並設するとともに、これらトンネル2A、2Bに沿い且つ横方向に間隔をあけて地中連続壁1を構築して大断面トンネル3を構築する方法もある(例えば、特許文献3参照)。すなわち、地中連続壁1に対向するトンネル2A、2Bの側部側のセグメント(覆工体4)を解体撤去して切開き、地中連続壁1との間(拡幅部5)の地山Gを掘削し、拡幅部5に上部床版6及び下部床版7を構築して大断面トンネル3を構築する。また、このトンネル構築方法においては、上段のトンネル2Aと地中連続壁1の間の地山Gを例えばNATM掘削し、アーチ状のNATM支保工8の一端を上段のトンネル2Aの覆工体4に、他端を地中連続壁1にそれぞれ繋げて拡幅部5の上方の地山Gを支持させる。
特開昭49−34137号公報 特開2006−219914号公報 特開2006−97316号公報
しかしながら、上記の2本のシールドトンネルの間を拡幅掘削して大断面トンネルを構築する方法やシールドトンネルと地中連続壁の間を拡幅掘削して大断面トンネルを構築する方法においては、曲線パイプルーフやNATM支保工の端部をシールドトンネルの覆工体に繋げ、この覆工体で支保反力を確保したり、地山応力を支持するようにしているため、覆工体を形成するセグメントに高耐力のセグメントを用いる必要が生じていた。そして、このような高耐力のセグメントは、大重量になるためにシールドトンネルを構築する際のハンドリングが困難となり、施工の長期化ひいてはコストの増大を招く要因となっていた。
本発明は、上記事情に鑑み、先行構築するトンネルの覆工体に高耐力のセグメントを用いることなく、好適に拡幅部の地山を掘削して大断面トンネルを構築することが可能なトンネル構築方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明のトンネル構築方法は、一対のトンネルを横方向に間隔をあけて先行構築し、前記一対のトンネル間の拡幅部の地山を掘削し前記一対のトンネルを連通させることによって大断面トンネルを構築するトンネル構築方法において、前記一対のトンネルを先行構築した段階で、前記拡幅部の地山を掘削する際に該拡幅部の上方の地山を支持するための円弧状の曲線パイプルーフを一方のトンネルから他方のトンネルに向けて打設するとともに、該曲線パイプルーフの先端を前記他方のトンネルから離れた地山内に到達させて前記曲線パイプルーフを設置することを特徴とする。
この発明においては、曲線パイプルーフの先端を他方のトンネルから離れた地山内に到達させることによって、曲線パイプルーフを地山で支持させて支保反力を確保することができる。これにより、トンネルの覆工体を形成するセグメントに高耐力のセグメントを用いる必要がなく、ハンドリング性のよいセグメントを用いることができるため、トンネルを先行構築する際のセグメントの組立てや設置を効率的に行うことが可能になる。
また、従来の曲線パイプルーフの先端を他方のトンネルに到達させて覆工体に繋げる場合には、曲線パイプルーフを高精度で打設する必要が生じるのに対し、本発明のように曲線パイプルーフの先端を他方のトンネルから離して地山内に到達させるようにすることで、曲線パイプルーフの施工に厳しい精度を求める必要がなくなるため、効率的に施工を行うことが可能になる。
さらに、本発明のトンネル構築方法においては、前記一方のトンネルの内部に設置した内部支保工で前記曲線パイプルーフの後端を支持することが望ましい。
この発明においては、曲線パイプルーフの発進側の一方のトンネルに設置した内部支保工で曲線パイプルーフの後端を支持することで、この一方のトンネルの覆工体のセグメントにも高耐力のセグメントを用いる必要がなくなり、確実に一対のトンネルを効率的に構築することが可能になる。
本発明のトンネル構築方法によれば、先端を他方のトンネルから離して地山内に到達させて曲線パイプルーフを設置することによって、ハンドリング性のよいセグメントを用いてトンネルを先行構築することができ、且つ曲線パイプルーフの施工に厳しい精度を求める必要をなくすことができ、これにより、施工の効率化を図り、工期の短期化ひいては工費の削減を図ることが可能になる。
以下、図1から図10を参照し、本発明の一実施形態に係るトンネル構築方法について説明する。本実施形態は、例えば高速道路のジャンクションの道路トンネルを構築する方法に関し、4本のシールドトンネルを2段2連に先行構築し、各段の2本のシールドトンネルを連通させることによって上り線と下り線の上下2本の大断面道路トンネルを構築するものとして説明を行う。
本実施形態のトンネル構築方法においては、はじめに、図1に示すように、2本のシールドトンネル10(10A)、11(11A)を上下に間隔をあけて構築するとともに、これら上下2本のシールドトンネル10A、11Aの側方にそれぞれ間隔をあけて2本のシールドトンネル10(10B)、11(11B)を構築する。すなわち、4本のシールドトンネル10A、10B、11A、11Bを上下方向及び横方向に間隔をあけて2段2連で先行構築する。なお、上段と下段のそれぞれ横方向に並設した一対のシールドトンネル10(10A、10B)、11(11A、11B)は、一方のシールドトンネル(一方のトンネル)10A、11Aが道路のランプ線、他方のシールドトンネル(他方のトンネル)10B、11Bが本線となる。
ついで、図2に示すように、上段の一方のシールドトンネル10Aの覆工体(セグメントリング)12に形成した図示せぬ発進口を通じて、円弧状の曲線パイプルーフ13を、この上段の一方のシールドトンネル10A内から上段の他方のシールドトンネル10Bに向けて上方に凸円弧となるように地山Gに打設する。また、曲線パイプルーフ13を一対のシールドトンネル10A、10Bの軸線方向に複数並設する。なお、曲線パイプルーフ13にはその内部にコンクリートを充填するようにしてもよい。
ここで、従来のトンネル構築方法では、先端13aを他方のシールドトンネル10Bに到達させるように曲線パイプルーフ13を打設し、この先端13aを他方のシールドトンネル10Bの覆工体12に繋げて曲線パイプルーフ13を設置していた。このため、従来では先端13aを他方のシールドトンネル10Bの所定位置に到達させることが必要となり、曲線パイプルーフ13を高精度で打設する必要が生じていた。
これに対し、本実施形態では、先端13aを他方のシールドトンネル10Bから外側に離れた地山G内に到達させて曲線パイプルーフ13を設置する。このため、曲線パイプルーフ13による地山Gの支持力を確保でき、且つ他方のシールドトンネル10Bの覆工体12に悪影響を及ぼすことがない範囲で、例えば500mm程度の施工誤差が許容され、曲線パイプルーフ13の施工に厳しい精度を求める必要がない。これにより、従来と比較して、曲線パイプルーフ13の施工が効率的に行われる。
また、このように曲線パイプルーフ13を打設するとともに、一方のシールドトンネル10A内に例えばH形鋼などの内部支保工14をその軸線を上下方向に向けて設置し、この内部支保工14に曲線パイプルーフ13の後端13bを支持させる。これにより、本実施形態では、先端13aが地山Gに、後端13bが内部支保工14に支持されて、一方のシールドトンネル10Aと他方のシールドトンネル10Bのそれぞれの覆工体12に直接支持させることなく曲線パイプルーフ13が設置される。なお、曲線パイプルーフ13にはその内部にコンクリートを充填してもよい。
上記のように曲線パイプルーフ13を設置した段階で、図3に示すように、各シールドトンネル10、11内に覆工体12を支持する支保工15を設置するとともに、上段の一方のシールドトンネル10Aの下部側のセグメント(覆工体12)を解体撤去して切開き、この上段の一方のシールドトンネル10A内から4本のシールドトンネル10、11で囲まれた中央部分の地山Gを掘削して中央空間16を形成する。また、このように中央空間16を形成するとともに、掘削面(上面、下面、両側面)に例えばH形鋼と吹付けコンクリートからなる土留め17を構築する。
そして、図4に示すように、この中央空間16にRC造(鉄筋コンクリート造)の支保構造体18を構築する。この支保構造体18は、上壁部18aと下壁部18bと左右の側壁部18c、18dとを備えた断面略矩形状に形成され、四隅をそれぞれ4本のシールドトンネル10、11の覆工体12に繋げるようにして構築される。なお、このように構築した支保構造体18は、それ自体がトンネルとして機能するとともに、上壁部18aが後工程で施工する上段側の拡幅部の下部床版となり、下壁部18bが下段側の拡幅部の上部床版となり、左右の側壁部18c、18dがこれら下部床版と上部床版とを構造的に連結する補強壁版として機能する。
ついで、上記の支保構造体を構築した段階で、図5に示すように、上段の一方のシールドトンネル10Aの上部側の一部のセグメント(覆工体12)を解体撤去して切開き、この一方のシールドトンネル10A内から曲線パイプルーフ13の下面を露出させるようにこの曲線パイルーフ13の下方の地山Gを上段の他方のシールドトンネル10Bにかけて掘削し上部空間19を形成する。このとき、本実施形態においては、曲線パイプルーフ13の先端13a側を、所定の根入れ長Lで地山G内に埋設状態で残すようにして上部空間19を形成する。
そして、図6に示すように、上部空間19に露出した曲線パイプルーフ13の下面やこの下面に沿う地山Gの掘削面に吹付けコンクリート20を施すとともに、上部空間19にRC造の上部床版21を上段の一方のシールドトンネル10Aと他方のシールドトンネル10Bの覆工体12を一体に繋げるように構築する。さらに、曲線パイプルーフ13とこの上部床版21の間に例えば軽量モルタル22などを充填する。
また、図7に示すように、上段の一方のシールドトンネル10A及び他方のシールドトンネル10B内にRC造の側壁23aなどの躯体23を構築する。このとき、本実施形態においては、曲線パイプルーフ13を支持する内部支保工14を側壁23aの内部に埋設して残置させる。
また、上記のように上段の地山Gの掘削、上部床版21や側壁23aなどの躯体23を構築するとともに、図8に示すように、下段の一方のシールドトンネル11Aの下部側の一部のセグメント(覆工体12)を解体撤去して切開き、この下段の一方のシールドトンネル11A内から他方のシールドトンネル11Bにかけて下方の地山Gを掘削し下部空間24を形成する。このとき、下部空間24の下方の掘削面に、例えばH形鋼などの円弧状の切梁と吹付けコンクリートからなる土留め25を、切梁の両端部をそれぞれ下段の一方のシールドトンネル11Aと他方のシールドトンネル11Bの覆工体12に繋げて構築し、下方の地山Gを支持させて盤ぶくれなどを防止する。また、下部空間24の上方の掘削面にH形鋼の切梁と吹付けコンクリートからなる土留め26を設けて上方の地山Gを支持させる。
ついで、図9に示すように、このように形成した下部空間24にRC造の下部床版27を構築するとともに、下段の一方のシールドトンネル11A及び他方のシールドトンネル11B内にRC造の側壁などの躯体28を構築する。
最後に、図9に示す上段の一方のシールドトンネル10Aと他方のシールドトンネル10Bの間の拡幅部30の地山Gと、下段の一方のシールドトンネル11Aと他方のシールドトンネル11Bの間の拡幅部31の地山Gとを、これら上段と下段の一対のシールドトンネル10、11の対向する側部側のセグメント(覆工体12)をそれぞれ解体撤去して切開くとともに拡幅掘削する。これにより、図10に示すように、上段と下段のそれぞれ一対のシールドトンネル10、11が連通して、上下段にそれぞれ一対のシールドトンネル10、11の覆工体12を上部床版21、18bと下部床版18a、27を介して一体形成してなる2段2連の大断面の道路トンネル(大断面トンネル)33、34が構築される。
そして、このように大断面トンネル33、34を構築する本実施形態のトンネル構築方法においては、曲線パイプルーフ13で上方の地山Gを支持させながら上段の上部空間19や拡幅部30の地山Gを拡幅掘削することになる。このとき、本実施形態の曲線パイプルーフ13が、先端13a側(根入れ長L)を上段の他方のシールドトンネル10Bから離れた地山Gに支持させ、後端13bを上段の一方のシールドトンネル10A内に設置した内部支保工14に支持させて設置されている。
このため、従来のトンネル構築方法のように、曲線パイプルーフ13の両端(先端13a、後端13b)を一方のシールドトンネル10Aと他方のシールドトンネル10Bのそれぞれの覆工体12に繋げて支持させた場合と比較し、各シールドトンネル10A、10Bの覆工体12で大きな支持力を受け持つ必要がなく、覆工体12を形成するセグメントに高耐力のセグメントを用いる必要がない。例えば、曲線パイプルーフ13を直接覆工体12に繋げた場合には、主桁の厚さが81mm(SM570−H)のセグメント(鋼製セグメント)を要するのに対し、本実施形態では、主桁の厚さが約半分の40mm程度(SM570−H)のセグメントを用いることが可能になる。これにより、本実施形態のシールドトンネル10は、従来と比べて軽量のセグメントを用いて構築されることになり、このような軽量であることによってハンドリング性に優れたセグメントを適用することで、セグメントを組立て、設置が容易となり、シールドトンネル10の先行構築時の施工性が向上し、効率的にシールドトンネル10ひいては大断面トンネル33、34が構築されることになる。
なお、曲線パイプルーフ13は地山Gの掘削前に打設する先行支保であり、地山Gの解放力を全て受け持つことになるため、通常のNATMに比べ地山(地表面)Gの沈下量が低減するという利点も有している。
したがって、本実施形態のトンネル構築方法においては、曲線パイプルーフ13の先端13aを他方のシールドトンネル10Bから離れた地山G内に到達させることによって、曲線パイプルーフ13を地山Gで支持させて支保反力を確保することができる。これにより、シールドトンネル10A、10Bの覆工体12を形成するセグメントに高耐力のセグメントを用いる必要がなく、ハンドリング性のよいセグメントを用いることができるため、シールドトンネル10A、10Bを先行構築する際のセグメントの組立てや設置を効率的に行って、効率的にシールドトンネル10A、10Bを構築することが可能になる。
特に、本実施形態のように、先端13aを地山G内に到達させることに加えて、一方のシールドトンネル10Aの内部に設置した内部支保工14で後端13bを支持させて曲線パイプルーフ13を設置することによって、確実にハンドリング性のよいセグメント(軽量のセグメント)を適用することが可能になり、確実に効率的にシールドトンネル10A、10Bを構築することが可能になる。
また、曲線パイプルーフ13の後端13bを支持する内部支保工14を躯体(側壁23a)23の内部に埋設状態で残置することによって、大断面トンネル33の構築後の一方のシールドトンネル10Aの覆工体12に作用する支持力を軽減することが可能になる。
さらに、従来のように、曲線パイプルーフ13の先端13aを他方のシールドトンネル10Bに到達させて覆工体12に繋げる場合には、曲線パイプルーフ13を高精度で打設する必要が生じるのに対し、本実施形態のように曲線パイプルーフ13の先端13aを地山G内に到達させることで、曲線パイプルーフ13の施工に厳しい精度を求める必要がなくなるため、この点からも効率的な施工を実現することが可能になる。
よって、本実施形態のトンネル構築方法によれば、ハンドリング性のよいセグメントを用いてシールドトンネル10A、10Bを先行構築することができ、且つ曲線パイプルーフ13の施工に厳しい精度を求める必要をなくすことができるため、施工の効率化を図り、工期の短期化ひいては工費の削減を図ることが可能になる。
以上、本発明に係るトンネル構築方法及びトンネル構造の実施形態について説明したが、本発明は上記の一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、本実施形態では、ランプ線側を一方のシールドトンネル10Aとし、本線側を他方のシールドトンネル10Bとして、ランプ線側のシールドトンネル10Aから曲線パイプルーフ13を発進し、本線側のシールドトンネル10Bから離れた地山G内に到達させるものとしたが、逆に、本線側を一方のシールドトンネル、ランプ線側を他方のシールドトンネルとして本線側のシールドトンネルから曲線パイプルーフ13を発進し、ランプ線側のシールドトンネルから離れた地山G内に到達させてもよい。
また、本実施形態では、下段の一対のシールドトンネル11A、11Bの下方の地山Gを掘削して下部空間24を形成するとともに、この下部空間24の下方の掘削面に両端部を一対のシールドトンネル11A、11Bの覆工体12にそれぞれ繋げて切梁(土留め25)を設置することで下方の地山Gを支持するものとしたが、この切梁に換えて、下段の一方のシールドトンネル11Aから他方のシールドトンネル11Bに向けて本発明のように曲線パイプルーフ13を設置し、この曲線パイプルーフ13によって下方の地山Gを支持するようにしてもよい。
さらに、本発明は、単に一対のトンネルを横方向に間隔をあけて先行構築し、これら一対のトンネルを連通させて大断面トンネルを構築するために適用されればよく、本実施形態のように道路トンネルの分岐・合流部を構築する際や、鉄道トンネルの渡り線部などを構築する際に適用することに限定する必要はない。
また、本実施形態では、一対のトンネルがともにシールドトンネル10A、10Bであるものとしたが、例えば図11に示すように、1本のシールドトンネル35を構築するとともに、このシールドトンネル35に沿い且つ横方向に間隔をあけて地中連続壁1を構築し、後端13bを地中連続壁1に繋げて支持させ、先端13aをシールドトンネル35から離れた地山G内に到達させて曲線パイプルーフ13を設置するようにしてもよい。この場合には、シールドトンネル35の横方向に間隔をあけた地中連続壁1側に先進道坑36を構築し、この先進道坑(一方のトンネル)36からシールドトンネル(他方のトンネル)35に向けて曲線パイプルーフ13を打設すればよく、この曲線パイプルーフ13の先端13a側が地山Gで支持されることによって、本実施形態と同様に、シールドトンネル35の覆工体12に作用する支持力を低減でき、この覆工体12を形成するセグメントに高耐力のセグメントを用いる必要がなくなる。
本発明の一実施形態に係るトンネル構築方法において、4本のシールドトンネルを先行構築した状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るトンネル構築方法において、曲線パイプルーフを設置した状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るトンネル構築方法において、4本のシールドトンネルで囲まれた中央部分の地山を掘削し中央空間を形成した状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るトンネル構築方法において、中央空間に支保構造体を構築した状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るトンネル構築方法において、曲線パイプルーフの下方の地山を掘削して上部空間を形成した状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るトンネル構築方法において、上部空間に上部床版を構築した状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るトンネル構築方法において、曲線パイプルーフを支持する内部支保工を躯体に埋設させた状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るトンネル構築方法において、下段の一対のシールドトンネルの下方の地山を掘削して下部空間を形成した状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るトンネル構築方法において、下部空間に下部床版を構築した状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るトンネル構築方法を用いて構築した大断面トンネルを示す図である。 本発明の一実施形態に係るトンネル構築方法の変形例を示す図である。 従来の大断面トンネルを構築するトンネル構築方法を示す図である。
符号の説明
1 地中連続壁
10 上段の一対のシールドトンネル
10A 一方のシールドトンネル(一方のトンネル)
10B 他方のシールドトンネル(他方のトンネル)
11 下段の一対のシールドトンネル
11A 一方のシールドトンネル
11B 他方のシールドトンネル
12 覆工体(セグメント)
13 曲線パイプルーフ
13a 先端
13b 後端
14 内部支保工
15 支保工
16 中央空間
18 支保構造体
18a 上壁部(上段の下部床版)
18b 下壁部(下段の上部床版)
19 上部空間
20 吹付けコンクリート
21 上段の上部床版
23 躯体
23a 側壁
24 下部空間
25 土留め
28 躯体
30 上段の拡幅部
31 下段の拡幅部
33 上段の大断面トンネル
34 下段の大断面トンネル
35 シールドトンネル(他方のトンネル)
36 先進道坑(一方のトンネル)
G 地山

Claims (2)

  1. 一対のトンネルを横方向に間隔をあけて先行構築し、前記一対のトンネル間の拡幅部の地山を掘削し前記一対のトンネルを連通させることによって大断面トンネルを構築するトンネル構築方法において、
    前記一対のトンネルを先行構築した段階で、前記拡幅部の地山を掘削する際に該拡幅部の上方の地山を支持するための円弧状の曲線パイプルーフを一方のトンネルから他方のトンネルに向けて打設するとともに、
    該曲線パイプルーフの先端を前記他方のトンネルから離れた地山内に到達させて前記曲線パイプルーフを設置することを特徴とするトンネル構築方法。
  2. 請求項1記載のトンネル構築方法において、
    前記一方のトンネルの内部に設置した内部支保工で前記曲線パイプルーフの後端を支持するようにしたことを特徴とするトンネル構築方法。
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