JP2011074676A - トンネルの構築工法及びその構築工法にて構築されたトンネル - Google Patents

Abstract

【課題】地質の影響を受けることなく、経済性に優れたトンネルの構築工法及びその工法にて構築されたトンネルを提供する。
【解決手段】新たなトンネル１は、既設トンネル３を拡幅した拡幅トンネル部４と、この拡幅トンネル部４より分岐した分岐トンネル部５と、から構成される。拡幅トンネル部４は、断面の大きさが一定である第一区間Ｍと、断面の大きさが次第に大きくなる第二区間Ｎと、から構成される。また、拡幅トンネル部４の終点である所定の地点６より地山Ｅの深部に向かっては、拡幅トンネル部４内から所定の角度で分岐するように分岐トンネル部５を構築する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、既設トンネルを利用して新たなトンネルを構築するトンネルの構築工法及びその構築工法にて構築されたトンネルに関する。

近年、車の通行量増加による渋滞を緩和するために、既設トンネルと並行するように新たなトンネルを構築したり、既設トンネルを拡幅したりして、車線を増加させる工事が行われている。

既設トンネルと並行するように新たなトンネルを構築する場合には、一般的に、図９に示すように、既設トンネルに影響を与えない距離、例えば、２０ｍ以上離れた位置に新たなトンネルを構築する。

また、特許文献１には、既設トンネルに接続される新たなアプローチトンネルを構築する方法として、シールド機で徐々に既設トンネルに近づきながら、既設トンネルの側部を貫通させることにより、アプローチトンネルを構築する方法が開示されている。

また、既設トンネルを拡幅する方法として、特許文献２には、既設トンネル内全線にわたってプロテクタを設置し、そのプロテクタ内に車を走行させながら、既設トンネルの内周面の地盤を掘削してトンネルを拡幅する方法が開示されている。

特開２００５−６０９６８号公報 特開２００２−４７５６号公報

しかしながら、上述した各方法には、それぞれ次のような問題点があった。

既設トンネルと並行するように新たなトンネルを構築する方法では、新たなトンネル用道路Ａを造るための用地（図９中のハッチング部分）を買収しなければならないが、特に、公共事業では用地買収に多大な時間と費用がかかってしまう。

また、特許文献１に記載の方法では、シールド機を利用しているので、硬い地盤の地山を掘削できない。

さらに、特許文献２に記載の方法では、高価なプロテクタを既設トンネル内全線にわたって設置するため、施工費が高くなる。

そこで、本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、地質の影響を受けることなく、経済性に優れたトンネルの構築工法及びその工法にて構築されたトンネルを提供することを目的とする。

本発明は、既設トンネルを利用して新たなトンネルを地山内に山岳工法にて構築するトンネルの構築工法において、
前記既設トンネルの一端側坑口から前記地山内の所定の地点までは、前記既設トンネルを拡幅することにより、前記既設トンネルよりも大きい断面を有する拡幅トンネル部を構築し、
前記所定の地点から前記新たなトンネルの到達側坑口までは、前記拡幅トンネル部より分岐する分岐トンネル部を構築することを特徴とする。

本発明によれば、既設トンネルの一端側坑口を拡幅してその拡幅した部分を新たなトンネルの坑口とすることにより、図９に示すように、従来の既設トンネルに並行するように新たなトンネルを構築する場合に比べて、新たなトンネル用道路Ａを造るための買収用地が狭くてすむので、用地買収に係る時間と費用を低減することができる。

また、所定の地点から新たなトンネルの到達側坑口までは、既設トンネルより分岐する分岐トンネル部を新たに構築するため、既設トンネル内での作業が無くなり、既設トンネル内を安全に車両を走行させることができる。

また、拡幅部及び分岐トンネル部を山岳工法で構築するので、軟弱な地盤だけでなく、硬い地盤の地山にも新たなトンネルを構築することができる。

また、本発明において、前記一端側坑口から前記所定の地点までの前記既設トンネル内にプロテクタを設置して、前記既設トンネル内を通行可能な状態にすることとしてもよい。

本発明によれば、既設トンネルの一端側坑口から地山内の所定の地点までは、既設トンネル内にプロテクタを設置して既設トンネルの拡幅作業を行うため、車両の通行止めはプロテクタを設置する短い期間ですみ、設置後は、車両を走行させながら拡幅作業を実施することができる。

また、プロテクタを設置するのは、既設トンネルの一端側坑口から地山内の所定の地点までなので、既設トンネル全線にプロテクタを設置する場合よりも、経済性に優れる。

また、本発明において、前記分岐トンネル部が前記既設トンネルの幅方向に所定の距離以上離れたら、前記分岐トンネル部を前記既設トンネルに対して並行するように構築することとしてもよい。

また、本発明は、既設トンネルを利用して新たなトンネルを地山内に山岳工法にて構築するトンネルの構築工法において、
前記既設トンネルの一端側坑口から前記地山内の所定の一端側地点までは、前記既設トンネルを拡幅することにより、前記既設トンネルよりも大きい断面を有する一端側拡幅トンネル部を構築する第一の拡幅工程と、
前記既設トンネルの他端側坑口から前記地山内の所定の他端側地点までは、前記既設トンネルを拡幅することにより、前記既設トンネルよりも大きい断面を有する他端側拡幅トンネル部を構築する第二の拡幅工程と、
前記所定の一端側地点から前記所定の他端側地点までは、両端部がそれぞれ前記一端側拡幅トンネル部及び前記他端側拡幅トンネル部より分岐した新たな分岐トンネル部を構築する分岐トンネル構築工程と、を備えること特徴とする。

また、本発明において、前記第一の拡幅工程を実施した後に、前記分岐トンネル構築工程及び前記第二の拡幅工程を実施することとしてもよい。

本発明によれば、第一の拡幅工程を実施した後に、分岐トンネル構築工程を実施しながら第二の拡幅工程を実施することにより、迎え堀りを行うこととなるので、施工期間を大幅に短縮することができる。したがって、施工費を低減することができる。

また、本発明において、前記第一の拡幅工程及び前記第二の拡幅工程を実施した後に、前記分岐トンネル構築工程を実施することとしてもよい。

本発明によれば、第一の拡幅工程を実施しながら第二の拡幅工程を実施することにより、迎え堀りを行うこととなるので、施工期間を大幅に短縮することができる。したがって、施工費を低減することができる。

また、本発明のトンネルは、上述したトンネルの構築工法にて構築されたことを特徴とする。

本発明によれば、地質の影響を受けることなく、経済性に優れたトンネルの構築工法及びその工法にて構築されたトンネルを提供できる。

本発明の第一実施形態に係るトンネルの構築工法にて構築した新たなトンネルを示す平面図である。 図１のＡ−Ａ’断面図である。 図１のＢ−Ｂ’断面図である。 図１のＣ−Ｃ’断面図である。 図１のＤ−Ｄ’断面図である。 図１のＦ−Ｆ’断面図である。 分岐トンネル部の他端側坑口付近を示す正面図である。 本発明の第二実施形態に係るトンネルの構築工法にて構築した新たなトンネルを示す平面図である。 従来工法にて既設トンネルの側方に新たなトンネルを構築する状態を示す平面図であり、坑口付近の拡大図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。下記の実施形態においては、本発明を道路トンネルに適用した場合について説明するが、これに限定されるものではなく、例えば、列車用トンネルにも適用可能である。

図１は、本発明の第一実施形態に係るトンネルの構築工法にて構築した新たなトンネル１を示す平面図である。
図１に示すように、トンネル１は、既設トンネル３を拡幅した拡幅トンネル部４と、この拡幅トンネル部４より分岐した分岐トンネル部５と、から構成される。以下に、このトンネル１の構築方法について説明する。最初に、拡幅トンネル部４の構築方法について説明し、次に、分岐トンネル部５の構築方法について説明する。

拡幅トンネル部４は、既設トンネル３の一端側坑口２から所定の地点６までの区間に、既設トンネル３を拡幅することにより構築される。

拡幅作業を行う前に、拡幅トンネル部４の既設トンネル３内にプロテクタ７（図１中の左下がり斜線ハッチング部分）を設置して、車両が既設トンネル３内を走行できるようにする。安全上の観点からプロテクタ７を上記所定の地点６よりもやや坑内側に突出するように長めに設置することが望ましい。

次に、発破や機械掘削等による山岳工法にて、既設トンネル３を拡幅することにより、既設トンネル３よりも大きい断面を有する空間Ｓ（後ほど図２に示す）を構築する。

拡幅トンネル部４は、断面の大きさが一定である第一区間Ｍと、断面の大きさが次第に大きくなる第二区間Ｎと、から構成される。最初に、第一区間Ｍの構築方法について説明し、次に、第二区間Ｎの構築方法について説明する。

図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。
図２に示すように、一端側坑口２より地山Ｅの深部に向かって、既設トンネル３を拡幅して、新たな車道８を設置可能な大きさの上記空間Ｓを有する第一区間Ｍを構築する。

第一区間Ｍは、一端側坑口２から地山Ｅの安定度が低い地層、例えば、未固結層又は風化層を通過する地点まで構築される。

第一区間Ｍの断面の大きさを一定にする理由は、地山Ｅの安定度が低い地層内に、断面の大きさが変化する空間Ｓを構築することは、技術的に可能であるが、落盤等が生ずる可能性が高くなるため、既設トンネル３を活線として利用していることを考慮して、危険性の少ない工法、すなわち、断面の大きさを一定にする工法を選択したためである。

次に、第二区間Ｎの構築方法について説明する。

図３及び図４は、それぞれ図１のＢ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’断面図である。
図３及び図４に示すように、第一区間Ｍの終点より更に地山Ｅの深部に向かって、既設トンネル３を拡幅して、深部へ進むにつれて断面が次第に大きくなる第二区間Ｎを構築する。

第二区間Ｎは、第一区間Ｍの終点から地山Ｅの強度が確保できる安定した地層、例えば、中硬岩となりはじめる地点から構築される。これは、地山Ｅの強度が確保できる安定した地層内であれば、断面の大きさが変化する空間Ｓを構築しても、安全性を確保できるからである。

第二区間Ｎの終点付近では、既設トンネル３の側方に分岐トンネル５’（図１参照）を掘削できる程度の大きさの断面を形成する。

上述したように、拡幅トンネル部４のうちの第一区間Ｍは、安定度が低い地層内に空間Ｓを安全に構築することを目的として設けられるものであって、第一区間Ｍと第二区間Ｎとの境界、すなわち、地山強度境界点６’は、地山Ｅ内の安定度が低い地層と強度が確保できる安定した地層との境目に設けられる。なお、この地山強度境界点６’は、地質調査等の結果に基づいて設計等により現場毎に適宜決定される。

図５は、図１のＤ−Ｄ’断面図である。
図５に示すように、上記所定の地点６より更に地山Ｅの深部に向かって、既設トンネル３の側方に、拡幅トンネル部４より分岐する分岐トンネル部５を山岳工法により、既設トンネル３に対して離間する向きへ（図１参照）所定の角度で構築する。

具体的には、上記所定の地点６では、既設トンネル３から側方へ、例えば、３ｍ離れた位置から分岐トンネル５’の掘削を開始し、既設トンネル３に対して並行するように、かつ、地山Ｅの深部へ進むにつれて徐々に既設トンネル３より離れるように分岐トンネル部５を構築する。そして、既設トンネル３から側方へ水平距離で、例えば、約２０ｍ離れる位置に分岐トンネル５’が到達するまで、上記所定の角度で分岐トンネル５’を掘削する。

図６は、図１のＦ−Ｆ’断面図である。
図６に示すように、分岐トンネル５’が既設トンネル３から約２０ｍ離れた位置に到達したら、分岐トンネル５’の向きを変えて、既設トンネル３に対して平行に掘削することにより、分岐トンネル部５を構築する。

そして、分岐トンネル５’の他端側坑口１１ａを、図７に示すように、既設トンネル３の他端側坑口１１ｂの側方に構築する。

その後、第一区間Ｍ内に新たな車道８を敷設し、拡幅した部分をトンネル１の一部として利用する。
最後に、プロテクタ７を撤去し、走行可能な状態とする。

以上説明した本実施形態におけるトンネル１の構築工法によれば、既設トンネル３の一端側坑口２から地山Ｅ内の所定の地点６までは、既設トンネル３内にプロテクタ７を設置して既設トンネル３の拡幅作業を行うので、車両の通行止めはプロテクタ７を設置する短い期間ですみ、設置後は、常に車両を走行させながら拡幅作業を実施することができる。さらに、所定の地点６から地山Ｅの深部へ向かっては、拡幅トンネル部４から分岐される分岐トンネル部５を新たに構築するので、既設トンネル３内を通行止めにすることなく車両を安全に走行させることができる。

また、プロテクタ７を設置するのは、既設トンネル３の一端側坑口２から地山Ｅ内の所定の地点６までなので、既設トンネル３全線にプロテクタ７を設置する場合よりも、経済性に優れる。

また、一端側坑口２を拡幅してトンネル１を構築することにより、従来の既設トンネル３に並行するようにトンネルを構築する場合に比べて、新たなトンネル用道路Ａ（図９参照）を造るための買収用地が狭くてすむので、特に、公共事業では、用地買収に係る時間と費用を低減することができる。

また、拡幅トンネル部４及び分岐トンネル部５を山岳工法で構築するので、軟弱な地盤だけでなく、硬い地盤の地山Ｅにもトンネル１を構築することができる。

なお、本実施形態においては、既設トンネル３から水平方向に約２０ｍ離れた位置より分岐トンネル部５を平行に構築した場合について説明したが、この数値に限定されるものではなく、分岐トンネル部５は、分岐トンネル５’の掘削時に既設トンネル３に影響を及ぼさない程度に離れていればよく、地質調査等の結果に基づいて設計等により現場毎に適宜決定される。したがって、分岐トンネル部５を平行に構築することなく、既設トンネル３に対して離間する向きへ上記所定の角度をもって並行するように構築し続けてもよい。

次に、本発明の第二実施形態について説明する。以下の説明において、第一実施形態に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。第二実施形態は、他端側坑口１１も一端側坑口２と同様に、既設トンネル３を拡幅工法にて拡幅し、この拡幅した部分を新たなトンネル２１の一部として利用するものである。

図８は、本発明の第二実施形態に係るトンネルの構築工法にて構築した新たなトンネル２１を示す平面図である。
図８に示すように、トンネル２１は、既設トンネル３を拡幅した第１拡幅トンネル部２４ａ及び第２拡幅トンネル部２４ｂと、これらの拡幅トンネル部２４ａ、２４ｂ同士を連結する分岐トンネル部２５と、から構成される。以下に、この新たなトンネル２１の構築方法について説明する。

まず、第１実施形態で示したように、既設トンネル３の一端側坑口２から所定の一端側地点２６ａまでを、既設トンネル３を拡幅することにより第１拡幅トンネル部２４ａを構築する（第一の拡幅工程）。

また、既設トンネル３の他端側坑口１１から所定の他端側地点２６ｂまで、第１実施形態と同様の工法にて、既設トンネル３を拡幅することにより第２拡幅トンネル部２４ｂを構築する（第二の拡幅工程）。すなわち、第１拡幅トンネル部２４ａを構築するとともに、第２拡幅トンネル部２４ｂを構築する、いわゆる、迎え堀りを行う。
なお、一端側の地山強度境界点２６ａ’及び他端側の地山強度境界点２６ｂ’は、第１実施形態と同様に、地山Ｅ内の安定度が低い地層と強度が確保できる安定した地層との境目に設けられる。

第１及び第２拡幅トンネル部２４ａ、２４ｂを構築した後、第１実施形態と同様に、第１及び第２拡幅トンネル部２４ａ、２４ｂ内からそれぞれ分岐トンネル２５’を掘削し、地山Ｅの中央部付近で連結して分岐トンネル部２５を構築する（分岐トンネル構築工程）。

以上説明した本実施形態におけるトンネル２１の構築工法によれば、迎え堀りを行うことにより、施工期間を大幅に短縮することができる。したがって、施工費を低減することができる。

また、一端側坑口２及び他端側坑口１１を拡幅して新たなトンネル２１を構築することにより、従来の既設トンネル３に並行するようにトンネルを構築する場合に比べて、トンネル２１の両側で、新たなトンネル用道路Ａ（図９参照）を造るための買収用地が狭くてすむので、特に、公共事業では、用地買収に係る時間と費用を低減することができる。

さらに、上述した効果に加えて、本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施形態においては、第一の拡幅工程及び第二拡幅工程を実施した後に、分岐トンネル構築工程を実施する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、第一の拡幅工程を実施した後に、分岐トンネル構築工程及び第二の拡幅工程を実施してもよい。

１ トンネル
２ 一端側坑口
３ 既設トンネル
４ 拡幅トンネル部
５ 分岐トンネル部
５’分岐トンネル
６ 所定の地点
６’地山強度境界点
７ プロテクタ
８ 新たな車道
１１ 他端側坑口
１１ａ 新たなトンネルの他端側坑口
１１ｂ 既設トンネルの他端側坑口
２１ トンネル
２４ａ 第１拡幅トンネル部
２４ｂ 第２拡幅トンネル部
２５ 分岐トンネル部
２５’ 分岐トンネル
２６ａ 所定の一端側地点
２６ｂ 所定の他端側地点
２６ａ’ 一端側の地山強度境界点
２６ｂ’ 他端側の地山強度境界点
Ｅ 地山
Ｍ 第一区間
Ｎ 第二区間
Ｓ 空間

Claims (7)

1. 既設トンネルを利用して新たなトンネルを地山内に山岳工法にて構築するトンネルの構築工法において、
   前記既設トンネルの一端側坑口から前記地山内の所定の地点までは、前記既設トンネルを拡幅することにより、前記既設トンネルよりも大きい断面を有する拡幅トンネル部を構築し、
   前記所定の地点から前記新たなトンネルの到達側坑口までは、前記拡幅トンネル部より分岐する分岐トンネル部を構築することを特徴とするトンネルの構築工法。
2. 前記一端側坑口から前記所定の地点までの前記既設トンネル内にプロテクタを設置して、前記既設トンネル内を通行可能な状態にすることを特徴とする請求項１に記載のトンネルの構築工法。
3. 前記分岐トンネル部が前記既設トンネルの幅方向に所定の距離以上離れたら、前記分岐トンネル部を前記既設トンネルに対して並行するように構築することを特徴とする請求項１に記載のトンネルの構築工法。
4. 既設トンネルを利用して新たなトンネルを地山内に山岳工法にて構築するトンネルの構築工法において、
   前記既設トンネルの一端側坑口から前記地山内の所定の一端側地点までは、前記既設トンネルを拡幅することにより、前記既設トンネルよりも大きい断面を有する一端側拡幅トンネル部を構築する第一の拡幅工程と、
   前記既設トンネルの他端側坑口から前記地山内の所定の他端側地点までは、前記既設トンネルを拡幅することにより、前記既設トンネルよりも大きい断面を有する他端側拡幅トンネル部を構築する第二の拡幅工程と、
   前記所定の一端側地点から前記所定の他端側地点までは、両端部がそれぞれ前記一端側拡幅トンネル部及び前記他端側拡幅トンネル部より分岐した新たな分岐トンネル部を構築する分岐トンネル構築工程と、を備えること特徴とするトンネルの構築工法。
5. 前記第一の拡幅工程を実施した後に、前記分岐トンネル構築工程及び前記第二の拡幅工程を実施することを特徴とする請求項４に記載のトンネルの構築工法。
6. 前記第一の拡幅工程及び前記第二の拡幅工程を実施した後に、前記分岐トンネル構築工程を実施することを特徴とする請求項４に記載のトンネルの構築工法。
7. 請求項１〜６のうち、何れか一項に記載のトンネルの構築工法にて構築されたことを特徴とするトンネル。

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