JP2011149261A - 大断面トンネル - Google Patents

Abstract

【課題】簡易かつ安価に構築することが可能なアーチ部分を含む大断面トンネルを提案する。
【解決手段】頂版２、底版３および左右の側壁４，４が形成された大断面トンネル１であって、頂版２は、断面台形の小断面トンネル１０，１０，…を、短辺側を下にした状態で横方向に並設することで弧状に形成されており、底版３は、断面台形の小断面トンネル１０，１０，…を、短辺側を上にした状態で横方向に並設することで弧状に形成されており、側壁４，４の上端部には、頂版２の下面２ａの傾きに対応する傾斜面４ａが形成されていて、側壁４，４の下端部には、底版３の上面３ａの傾きに対応する傾斜面４ｂが形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、大断面トンネルに関する。

複数の小断面トンネルを構築し、隣接する小断面トンネル同士を連結して大断面トンネルの覆工体を形成する場合がある（例えば、特許文献１参照）。
このような小断面トンネルは、一般的に矩形断面である場合が多く、これらの小断面トンネルを連結して形成される大断面トンネルの覆工体も矩形断面に形成されるのが一般的である。

ところが、大深度の高水圧、高土圧環境下において、断面矩形に形成された大断面トンネルの覆工体は、これらの外力に対する耐力を備えるために、覆工厚や鋼材量を増加させる必要があった。このような大断面トンネルは、覆工体のコンクリート量や鋼材量等の材料費が嵩むとともに、各小断面トンネルを構築する際の掘削断面が大きくなって施工の手間が嵩むという問題点を有していた。

そのため、覆工体の頂版および底版を円弧状に形成することで、水圧や土圧等による曲げモーメントの発生を緩和し、覆工体の規格の低減化を図る場合がある（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２に記載の大断面トンネルの構築方法は、円形の第一の外殻、二つの凹状円弧部を備えた第二の外殻、凸状円弧部と凹状円弧部とを備えた第三の外殻を、凸状円弧と凹状円弧とを直線状または角度付けして嵌合するように適宜組み合わせることで大断面トンネルの外殻に円弧を含ませるものである。

特開平１１−３５０８９８号公報 特開２０００−５４７８２号公報

ところが、特許文献２に記載の大断面トンネルの構築方法は、凸状円弧部や凹状円弧部に合致する特殊な形状の外殻や掘削機が必要となるため、その製造コストが嵩む場合があった。

そのため、本発明は、簡易かつ安価に構築することが可能なアーチ部分を含む大断面トンネルを提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、頂版、底版および左右の側壁が形成された大断面トンネルであって、前記頂版は、断面台形の小断面トンネルを、短辺側を下にした状態で横方向に並設することで弧状に形成されており、前記底版は、断面台形の小断面トンネルを、短辺側を上にした状態で横方向に並設することで弧状に形成されており、前記側壁の上端部には、前記頂版の下面の傾きに対応する傾斜面が形成されていて、前記側壁の下端部には、前記底版の上面の傾きに対応する傾斜面が形成されていることを特徴としている。

かかる大断面トンネルによれば、各小断面トンネルの断面形状が、比較的簡素であるため、掘削機や覆工の製造コストの低減化を図ることが可能となる。
また、頂版および底版に対応する各小断面トンネルの断面形状は、台形に形成されているため、小断面トンネル同士を並設することで、弧状の頂版および底版を構築することができる。

また、側壁の上端および下端は、弧状の頂版の下面および底版の上面に対応する傾斜面を有しているため、頂版または底版と側壁との接合性に優れている。
また、頂版および底版を弧状に形成することで、大断面トンネルに作用する水圧や土圧などの外力を分散させて、部材厚の薄厚化を図ることが可能となる。

前記大断面トンネルは、前記側壁の上端部は逆Ｖ字状に形成されていて、前記側壁の下端部はＶ字状に形成されており、前記側壁と前記頂版との接合部の内空側および前記側壁と前記底版との接合部の内空側にはそれぞれ断面三角形状の領域が形成されていて、前記断面三角形状の領域には構造体が形成されていてもよい。

かかる大断面トンネルによれば、断面三角形状の構造体により頂版または底版と側壁との接合部の補強が可能となる。
また、側壁の上端部を逆Ｖ字状、下端部をＶ字状に形成することで、掘削断面形状を左右対称とし、掘進中にローリングや蛇行が生じる可能性が少なくして、掘進制御を比較的簡易に行うことができる。

なお、前記側壁の上端部および下端部に形成された逆Ｖ字状部分およびＶ字状部分の中心角は、９０°以上１８０°未満の範囲内に設定されているのが望ましい。

また、前記大断面トンネルは、前記側壁が上下２本の小断面トンネルにより構築されており、前記上下の小断面トンネルが、スプリングラインを挟んで上下対称となる形状に形成されていてもよい。

かかる大断面トンネルによれば、上下の小断面トンネルに対して、同じ掘削機を使用することが可能となり、コスト削減を図ることができる。

また、前記構造体は、前記断面三角形状の領域に配筋された鉄筋と、当該領域に打設されたコンクリートと、により構築された鉄筋コンクリート部材により構成されていてもよい。

また、頂版、底版、側壁を構成する各小断面トンネルは、複数の鋼殻により形成されており、前記鋼殻は、当該鋼殻に発生する断面力が引張りとなる領域に配置される増強部と、前記断面力が圧縮となる領域に配置される一般部と、の両方またはいずれかを備えていてもよい。
なお、鋼殻が増強部と一般部との両方を備えている場合には、増強部の断面積が一般部の断面積よりも大きくなるように、増強部の鋼殻の厚みや鉄筋量などの鋼材量の合計が一般部の鋼材量の合計よりも多く配分されていることが望ましい。

また、隣り合う前記小断面トンネル同士の接合部の地山側に、止水部材が配置されていてもよい。

また、前記頂版、前記底版または前記側壁に作用する応力が引張りとなる部分に位置する前記小断面トンネル同士の接合部に、前記小断面トンネル同士を接合する接合部材が配置されており、前記接合部材が、前記小断面トンネル同士の境界に跨って配設された接続鉄筋と、前記接続鉄筋の両端部において互いに対峙するように各小断面トンネルに固定されたエンドプレートと、を備えていてもよい。

本発明によれば、簡易かつ安価にアーチ部分を含む大断面トンネルを構築することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る大断面トンネルを示す断面図である。 （ａ）は頂版または底版を構成する小断面トンネルの鋼殻を示す正面図、（ｂ）は側壁を構成する小断面トンネルの鋼殻を示す正面図、（ｃ）は鋼殻同士の継手部を示す拡大断面図である。 小断面トンネル同士の連結構造を示す図である。 大断面トンネルの施工手順を示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は小断面トンネルを構築するための掘削機を示す正面図である。

本発明の実施の形態に係る大断面トンネル１は、図１に示すように、並設された小断面トンネル１０，１０，…（１０ｔ，１０ｂ，１０ｗ）を連結することにより、頂版２、底版３および左右の側壁４，４を備えて構成されている。

頂版２は、横方向に並設された複数の小断面トンネル１０ｔ，１０ｔ，…を利用して形成されたものであり、上に凸の弧状を呈している。各小断面トンネル１０ｔは、断面台形を呈しており、短辺側を下にした状態で配置されている。

頂版２は、小断面トンネル１０ｔ，１０ｔ，…を連結し、小断面トンネル１０ｔ，１０ｔ，…の内部にコンクリート２０を充填することにより構成されている。なお、頂版２を構成する小断面トンネル１０ｔの本数は限定されるものではなく、計画された大断面トンネル１の大きさや形状等に応じて適宜設定することが可能である。

小断面トンネル１０ｔは、断面台形の鋼殻１１（図２（ａ）参照）をトンネル軸方向に沿って連設することにより構築されている。
小断面トンネル１０ｔは、等脚台形断面であるため、掘進中にローリングや蛇行が生じる可能性が少なくなり、掘進制御を比較的簡易に行うことができる。

鋼殻１１は、図２（ａ）に示すように、鋼製部材を組み合わせることにより形成された筒状部材である。本実施形態の鋼殻１１は、トンネル軸方向に所定の間隔をあけて並設された複数の主桁１２と、隣り合う主桁１２同士の間においてトンネル軸方向に沿って配置された複数の縦リブ（図示せず）と、主桁１２および縦リブの外周囲を覆う外殻１３と、主桁補強部材１４とを備えて構成されている。

主桁１２は、鋼材を台形状に組み合わせることによりリング状（環状）に形成されており、地中に配置された状態で、小断面トンネル１０ｔに作用する外力（土圧、地下水圧等）に対して十分な耐力を有している。１体の鋼殻１１に対して配設される主桁１２の数量は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。また、主桁１２を形成する鋼材は限定されるものではなく、Ｈ形鋼、Ｌ形鋼、溝形鋼、鋼管等が使用することが可能であるが、本実施形態では、鋼板を使用するものとする。また、本実施形態では、鋼材を組み合わせることにより矩形状の主桁１２を形成するものとしたが、その形成方法は限定されるものではない。

主桁１２には、後記するガイド溝３１の位置に対応して、ガイド溝３１を構成する溝部材３１ａの断面形状に合せてＣ字状の切欠が形成されている。なお、切欠の位置や形状等は限定されるものではなく、適宜形成することが可能である。また、切欠は必要に応じて形成されるものであって、必ずしも形成されている必要はない。

縦リブは、隣り合う主桁１２の間に配置されて、主桁１２同士の間隔を保持するとともに、推進時に作用する軸力に対して、十分な耐力を発現するように構成されている。
なお、本実施形態では、縦リブとして、主桁１２と同種の鋼板を使用するが、縦リブを構成する材料は限定されるものではなく、Ｈ形鋼、Ｌ形鋼、溝形鋼、鋼管等、適宜他の鋼材を使用することが可能である。また、縦リブの数量は限定されるものではない。

外殻１３は、複数の主桁１２を覆うように筒状に形成されており、複数枚のスキンプレートを溶接により接合することで形成されている。

外殻１３には、図２（ｃ）に示すように、後記するガイド溝３１または突条３２の位置に対応して隙間１３ａが形成されている。なお、隙間１３ａの位置や形状は限定されるものではなく、適宜形成することが可能である。また、隙間１３ａは、必要に応じて形成すればよく、省略してもよい。

主桁補強部材１４は、鋼殻１１の前後に配設された主桁１２に固定された溝型鋼であって、断面長方形状の小断面トンネル１０ｔに作用する外力に対して、主桁１２を補強することが可能となるように配置されている。

主桁補強部材１４は、主桁１２の上下の長辺１２ａと短辺１２ｂとに接合されている。本実施形態では、一つの主桁１２に対して２本ずつ主桁補強部材１４を配置するが、主桁補強部材１４の本数は限定されるものではない。また、主桁補強部材１４を構成する材料は限定されるものではなく、適宜公知の鋼材の中から選定して使用することが可能である。また、主桁補強部材１４は、必要に応じて配置すればよく、省略することも可能である。

鋼殻１１には、隣接する他の小断面トンネル１０ｔ（１０ｗ）の鋼殻１１（１５）に対向する面に、トンネル軸方向に沿ってガイド溝３１または突条３２が形成されている。

隣り合う小断面トンネル１０ｔ，１０ｔのうち、一方の小断面トンネル１０ｔの鋼殻１１には、他方の小断面トンネル１０ｔ側に開口するガイド溝３１がトンネル軸方向に沿って形成されており、他方の小断面トンネル１０ｔの鋼殻１１には、一方の小断面トンネル１０ｔのガイド溝３１に遊嵌する突条３２が形成されている。なお、以下では、ガイド溝３１と突条３２を合せて、単に「継手３０」と称することがある（図２（ｃ）参照）。
継手３０は、頂版２と側壁４との接合部においても、小断面トンネル１０ｔと小断面トンネル１０ｗとの当接面に対応して形成されている。

ガイド溝３１は、図２（ｃ）に示すように、鋼殻１１にガイド溝３１となる溝部材３１ａが取り付けられることにより形成されている。
また、突条３２は、鋼殻１１に突条３２となる突部材３２ａを取り付けることにより形成されている。
なお、ガイド溝３１および突条３２の位置および個数は、小断面トンネル１０ｔ，１０ｔ，…の配置等に応じて適宜設定する。

溝部材３１ａは、外殻１３の内周面において、外殻１３に形成された隙間１３ａに沿って配置されている。また、溝部材３１ａは、断面Ｃ字状の鋼材からなり、その開口部が隙間１３ａに沿うように配置されている。
なお、溝部材３１ａの構成は限定されるものではなく、例えば、複数の鋼板を組み合わせることにより、溝を形成したものであってもよい。

突部材３２ａは、外殻１１の外周面においてトンネル軸方向に沿って配置されたレールからなり、その突端部分が外殻１１の外側に突出している。

突部材３２ａは、熱押形鋼からなり、主桁１２の外周面に固定されるフランジ３２ｂと、このフランジ３２ｂから立ち上がるウェブ３２ｃと、このウェブ３２ｃの突端部分に形成された頭部３２ｄとを備えている。また、突部材３２ａのウェブ３２ｃの幅（厚さ）が溝部材３１ａの幅狭部分３１ｂの幅（すなわち、ガイド溝の開口幅）よりも小さくなっており、かつ、頭部３２ｄの断面積が溝部材３１ａの幅広部分３２ｃの断面積よりも小さくなっているので、突部材３２ａは、上下左右に動き得るクリアランスをもって溝部材３１ａの内部に入り込む。つまり、突条３２となる突部材３２ａは、ガイド溝３１となる溝部材３１ａと遊嵌状態で結合することになる。また、突部材３２ａの頭部３２ｄは、溝部材３１ａの幅狭部分３１ｂの幅（すなわち、ガイド溝３１の開口幅）よりも大きい幅寸法に成形されている。このようにすると、突部材３２ａの溝部材３１ａからの抜け出しが阻止されることから、隣り合う鋼殻１１同士が必要以上に離間することを防ぐことができる。
なお、継手３０の形状は限定さえるものではなく、適宜形成することが可能である。

底版３は、図１に示すように、横方向に並設された複数の小断面トンネル１０ｂ，１０ｂ，…を利用して形成されたものであり、下に凸の弧状を呈している。各小断面トンネル１０ｂは、断面台形を呈しており、短辺側を上にした状態で配置されている。

底版３は、小断面トンネル１０ｂ，１０ｂ，…を連結し、小断面トンネル１０ｂ，１０ｂ，…の内部にコンクリート２０を充填することにより構成されている。なお、底版３を構成する小断面トンネル１０ｂの本数は限定されるものではなく、計画された大断面トンネル１の大きさや形状に応じて適宜設定することが可能である。

底版３を構成する各小断面トンネル１０ｂの詳細は、頂版２を構成する小断面トンネル１０ｔと同様なため、詳細な説明は省略する。

側壁４は、図１に示すように、頂版２と底版３との間に配置された上下２段の小断面トンネル１０ｗ，１０ｗを連結し、小断面トンネル１０ｗ，１０ｗの内部にコンクリート２０を充填することにより構成されている。なお、側壁４を構成する小断面トンネル１０ｗの本数は限定されるものではなく、計画された大断面トンネル１の大きさや形状に応じて適宜設定することが可能である。

側壁４の上端部は、頂版２の下面２ａの傾きに対応する傾斜面４ａが形成された逆Ｖ字状に形成されており、側壁４の下端部は、底版３の上面３ａの傾きに対応する傾斜面４ｂが形成されたＶ字状に形成されている。

なお、傾斜面４ａ，４ｂの角度は限定されるものではないが、本実施形態では、側壁４の上端部および下端部に形成された逆Ｖ字状部分およびＶ字状部分の中心角が、９０°以上１８０°未満の範囲内になるように形成する。
側壁４は、その上端部および下端部の中心角が９０°以上１８０°未満の範囲内に設定されているため、頂版２または底版３から伝達される荷重が傾斜面４ａまたは傾斜面４ｂに作用しても、上端部および下端部の領域は圧縮力が支配的となる。そのため、鋼材量の低減化が可能となる。
なお、側壁４の上端部および下端部の中心角を９０°未満に設定した場合は、頂版２または底版３から側壁４に伝達される荷重は、頂版２または底版３と側壁４との接合面（傾斜面４ａ，４ｂ）に対してずれる方向に作用する力が大きくなり、接合面のせん断力に対抗する鋼材を増加させるなどの防止工を講じる必要がある。同時に、当該中心角を９０°未満に設定すると、頂版２および底版３のアーチ形状がより円形に近いものとなり、掘削土量の増加、コスト増加となる。

側壁４は、縦方向に並設された小断面トンネル１０ｗ，１０ｗを利用して形成されている。小断面トンネル１０ｗ，１０ｗは、大断面トンネル１の上下方向中間部のスプリングラインＳＬを挟んで上下対称となるように並設されている。

側壁４を構成する小断面トンネル１０ｗは、二等辺三角形と長方形を組み合わせたような五角形形状（ホームベース状）からなる鋼殻１５（図２（ｂ）参照）を、トンネル軸方向に連設することにより形成されている。
小断面トンネル１０ｗは、左右対称の五角形状の断面形状であるため、頂版２または底版３と突き合わされる傾斜面４ａ，４ｂを確保するとともに、掘進中にローリングや蛇行が生じる可能性が少なくなり、掘進制御を比較的簡易に行うことができる。

鋼殻１５は、図２（ｂ）に示すように、鋼製部材を組み合わせることにより筒状に形成された部材である。
本実施形態の鋼殻１５は、トンネル軸方向に所定の間隔をあけて並設された複数の主桁１６と、隣り合う主桁１６同士の間においてトンネル軸方向に沿って配置された複数の縦リブ（図示せず）と、主桁１６および縦リブの外周囲を覆う外殻１７と、主桁補強部材１８とを備えて構成されている。

主桁１６は、鋼材を組み合わせることによりリング状（環状）に形成されており、地中に配置された状態で、小断面トンネル１０ｗに作用する外力（土圧、地下水圧等）に対して十分な耐力を有している。１体の鋼殻１５に対して配設される主桁１６の数量は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。また、主桁１６を形成する鋼材は限定されるものではなく、Ｈ形鋼、Ｌ形鋼、溝形鋼、鋼管等が使用することが可能であるが、本実施形態では、鋼板を使用するものとする。また、本実施形態では、主桁１６の形成方法は限定されるものではない。

縦リブは、隣り合う主桁１６同士の間に配置されて、主桁１６同士の間隔を保持するとともに、推進時に作用する軸力に対して、十分な耐力を発現するように構成されている。
なお、本実施形態では、縦リブとして、主桁１６と同種の鋼板を使用するが、縦リブを構成する材料は限定されるものではなく、Ｈ形鋼、Ｌ形鋼、溝形鋼、鋼管等、適宜他の鋼材を使用することが可能である。また、縦リブの数量は限定されるものではない。

外殻１７は、主桁１６および縦リブの外周囲を覆うように筒状に形成されており、複数枚のスキンプレートを溶接により接合することで形成されている。

主桁補強部材１８は、鋼殻１５の前後に配設された主桁１６に固定された溝型鋼であって、断面長方形状の小断面トンネル１０ｗに作用する外力に対して、主桁１６を補強することが可能となるように配置されている。

主桁補強部材１８は、主桁１６の左右の辺１６ａ，１６ａに跨って配置されている。本実施形態では、１つの主桁１６に対して、小断面トンネル１０の高さ方向中間部に１本の主桁補強部材１８を配置するが、主桁補強部材１８の本数および配置は限定されるものではない。また、主桁補強部材１８を構成する材料は限定されるものではなく、適宜公知の鋼材の中から選定して使用することが可能である。また、主桁補強部材１８は、必要に応じて配置すればよく、省略することも可能である。

鋼殻１５には、隣接する他の小断面トンネル１０ｗの鋼殻１５と対向する面に、トンネル軸方向に沿ってガイド溝３１または突条３２（継手３０）が形成されている。継手３０の詳細は、前記の内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
なお、下側の小断面トンネル１０ｗの鋼殻１５の傾斜面４ｂには、突条３２が形成されており、底版３の端部に位置する小断面トンネル１０ｂの鋼殻１１の上面３ａに形成されたガイド溝３１とともに継手３０を構成している。
また、上側の小断面トンネル１０ｗの鋼殻１５の傾斜面４ａには、ガイド溝３１が形成されており、頂版２の端部に位置する小断面トンネル１０ｔの鋼殻１１の下面２ａに形成された突条３２とともに継手３０を構成している。

本実施形態では、鋼殻１５（１１）を構成する鋼材を大断面トンネル構造の鋼材として使用する。そして、大断面トンネル構造に作用する応力に対して、圧縮側よりも引張り側の断面を厚く（すなわち鋼材量を多く）し、大断面トンネル１の本体（鋼殻１５（１１）内）に配筋する引張り側の鉄筋の本数（鉄筋量）を減らしている。鉄筋量を減らすことで、施工時の内部作業空間をより大きく確保することが可能となり、作業性が向上するとともに、安全性が向上する。
すなわち、小断面トンネル１０を構成する鋼殻１５（１１）について、各鋼殻１５（１１）において発生する断面力が引張りとなる領域に配置される増強部に対して、同断面力が圧縮となる領域に配置される一般部よりも鋼材量を多く配分させる。
なお、増強部における鋼材量の増加方法は、例えば、縦リブの本数の増加、外殻１７（１３）の部材厚を増加、主桁１６（１２）や縦リブの断面積を大きくしたり、補助的に鋼材量を増加させたりするなど、限定されるものではない。

図１に示すように、側壁４の上端部が逆Ｖ字状に形成されていることにより、側壁４と頂版２との接合部の内空側に、くさび状の領域（断面三角形の領域）が形成されている。
同様に、側壁４の下端部がＶ字状に形成されていることにより、側壁４と底版３との接合部の内空側に、くさび状の領域が形成されている。

くさび状の領域には、くさび状（断面三角形状）の構造体５が形成されている。
構造体５は、くさび状の領域に鉄筋を配置してコンクリートを打設することにより形成されたものである。なお、構造体５の構成は限定されるものではなく、適宜構築することが可能である。

小断面トンネル１０同士の接合は、図１に示すように、接合部の引張側に配設された接合部材４０と、接合部の圧縮側に配設された接合鉄筋４５と、を介して行なわれている。

接合部材４０は、図３に示すように、隣り合う小断面トンネル１０同士の境界に跨って配設された接続鉄筋４１，４１，…と、接続鉄筋４１，４１，…の両端部を巻きたてるように配設された複数本のフープ筋４２，４２，…と、主桁１２（１６）に固定されたエンドプレート４３，４３と、主桁１２（１６）に固定されてエンドプレート４３の固定度を補強する支持板４４，４４，…と、を備えている。接続鉄筋４１の両端部に配置されたエンドプレート４３，４３は、互いに対峙するように固定されている。

接合鉄筋４５は、隣り合う小断面トンネル１０同士に跨って配設された鉄筋である。接合鉄筋４５は、所定の定着長を確保できる長さを有している。

なお、接合部材４０の構成は限定されるものではなく適宜設定することが可能である。
小断面トンネル１０同士の接合部の構成は前記の構成に限定されるものではない。例えば、接合部材４０に代えて、両小断面トンネル１０，１０に跨って鉄筋や緊張材等を配設してもよい。

また、各小断面トンネル１０同士の接合部には、図３に示すように、止水部材５０がトンネル軸方向に沿って配設されており、隣り合う鋼殻１１，１１（１５，１５）の隙間から、地下水や土砂が流入することが防止されている。

本実施形態では、止水部材５０として、断面Ｖ字状の止水板５１を一方の鋼殻１１（１５）の地山側角部に配設している。止水板５１は、その一部が鋼殻１１（１５）の側面から突出した状態で鋼殻１１（１５）に固定されており、隣接する小断面トンネル１０の鋼殻１１（１５）に止水板５１の突出部分が密着していることで、接合部における止水性を維持している。
なお、止水部材５０の構成は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。また、本実施形態では止水板５１として、クロロプレン系の止水ゴムを採用するが、高水圧下に耐えうる止水性を発現することができれば、止水板５１を構成する材料は限定されるものではない。

次に、本実施形態に係る大断面トンネル１の構築方法について説明する。
大断面トンネル１の構築方法は、小断面トンネル構築工程と、構造体構築工程と、小断面トンネル連結工程と、コンクリート打設工程と、内部掘削工程と、を備えている。

小断面トンネル構築工程は、図４に示すように、複数本の小断面トンネル１０１〜１１０を地中に形成する工程である。本実施形態では、推進工法によりトンネル軸方向に沿って鋼殻１１（１５）を連設することで各小断面トンネル１０１〜１１０を形成する。
小断面トンネル１０１〜１１０は、大断面トンネル１の内空となる領域を囲むように配置する。

本実施形態では、まず、底版３の中央部に配設される第一小断面トンネル１０１（１０ｂ）を形成する。
なお、底版３に対応する小断面トンネル１０ｂ（第一小断面トンネル１０１〜第四小断面トンネル１０４）は、断面台形の鋼殻１１により横長断面に形成する。

本実施形態における底版３を構成する小断面トンネル１０ｂ（第一小断面トンネル１０１〜第三小断面トンネル１０３）の掘削は、図５（ａ）に示す第一掘削機Ｍ１を介して行う。

第一掘削機Ｍ１は、台形断面の掘削が可能となるように、主カッターヘッドＭ１０，Ｍ１０，Ｍ１０が横方向に３つ並設されており、台形断面の各角部には、補助カッターＭ１１，Ｍ１１，…が配設されている。
なお、本実施形態では、第一掘削機Ｍ１として、面板式のカッターヘッドＭ１０，Ｍ１１を備えたものを使用するものとしたが、例えば揺動式カッターであってもよく、第一掘削機Ｍ１の構成は限定されるものではない。また、カッターヘッドＭ１０，Ｍ１１の個数は、小断面トンネル１０の断面形状に応じて適宜設定すればよい。

底版３に係る小断面トンネル１０ｂ（第一小断面トンネル１０１〜第三小断面トンネル１０３）の掘削は、図５（ａ）に示す第一掘削機Ｍ１の上下を逆にした状態で、長辺が下、短辺が上となる台形断面を形成するように行う。

第一小断面トンネル１０１の施工が終了或いは所定延長進行したら、第一小断面トンネルＴ１に隣接する第二小断面トンネル１０２を形成する。次に、第三小断面トンネル１０３を形成する。ここで、第二小断面トンネル１０２と第三小断面トンネル１０３との施工順序は限定されるものではなく、第三小断面トンネル１０３の施工を先に行ってもよい。また、第二小断面トンネル１０２の施工および第三小断面トンネル１０３の施工を、同時に行ってもよい。さらに、第二小断面トンネル１０２または第三小断面トンネル１０３の施工を最初に行ってもよい。

なお、後行して構築される小断面トンネル１０ｂは、先行して構築された隣接するトンネル１０ｂに接した状態、或いはわずかな隙間を有した状態で並設する。
このとき、先行して構築された隣接する小断面トンネル１０ｂの鋼殻１１のガイド溝３１に、後行して構築される小断面トンネル１０ｂの鋼殻１１に形成された突条３２を挿入した状態で形成する。

本明細書において、先行して構築された小断面トンネル１０と後行して構築される小断面トンネル１０との間の「わずかな隙間」とは、隣り合う小断面トンネル１０同士の間に別途構造体を形成する必要がない程度に小さい隙間や、後行して構築するトンネルを掘進する際に先行して構築されたトンネルに寄り付くことで小さくなった隙間等をいう。
なお、後行して構築される小断面トンネル１０は先行して構築された小断面トンネル１０との間に、所定幅の隙間をあけた状態で形成してもよい。

次に、側壁４，４に対応する小断面トンネル１０ｗ，１０ｗ，…（第四小断面トンネル１０４〜第七小断面トンネル１０７）のうち、下側に位置する第四小断面トンネル１０４および第五小断面トンネル１０５の施工を行う。なお、側壁４に対応する小断面トンネル１０ｗの施工は、右側の小断面トンネル１０ｗ，１０ｗ（第四小断面トンネル１０４および第六小断面トンネル１０６）を先行してもよいし、左側の小断面トンネル１０ｗ，１０ｗ（第五小断面トンネル１０５および第七小断面トンネル１０７）を先行してもよい。また、第四小断面トンネル１０４と第五小断面トンネル１０５の施工を同時に行ってもよい。

第四小断面トンネル１０４は、第二小断面トンネル１０２の上面外側端部に沿って形成し、第五小断面トンネル１０５は、第三小断面トンネル１０３の上面外側端部に沿って形成する。

側壁４，４に対応する小断面トンネル１０ｗの施工は、図５（ｂ）に示す第二掘削機Ｍ２を利用して形成された掘削孔に五角形断面の鋼殻１５（図２（ｂ）参照）を連設することにより行う。

第二掘削機Ｍ２は、五角形状の断面による掘削が可能となるように、主カッターヘッドＭ２０，Ｍ２０が上下に２つ並設されており、平面状の辺（図５（ｂ）における下側の辺）の左右の角部には、補助カッターＭ２１，Ｍ２１，…が配設されている。このような構成により、未掘削部分が残ることなく小断面トンネル１０ｗの掘進を行うことができる。
なお、本実施形態では、第二掘削機Ｍ２として、面板式のカッターヘッドＭ２０，Ｍ２１を備えたものを使用するものとしたが、例えば揺動式カッターであってもよく、第二掘削機Ｍ２の構成は限定されるものではない。また、カッターヘッドＭ２０，Ｍ２１の個数は、小断面トンネル１０ｗの断面形状に応じて適宜設定すればよい。

側壁４，４の下側に位置する小断面トンネル１０ｗ（第四小断面トンネル１０４および第五小断面トンネル１０５）の施工は、図５（ｂ）に示す第二掘削機Ｍ２を上下逆にした状態で、下辺がＶ字状の五角形断面を形成するように行う。
第四小断面トンネル１０４および第五小断面トンネル１０５は、左右対称の五角形状の断面形状であるため、ローリングや蛇行に対する掘進制御を比較的容易に行うことができる。

このとき、第四小断面トンネル１０４は、第二小断面トンネル１０２に接した状態或いはわずかに隙間を有した状態で並設するものとし、第五小断面トンネル１０５は、第三小断面トンネル１０３に接した状態或いはわずかに隙間を有した状態で並設するものとする。
また、第四小断面トンネル１０４（第五小断面トンネル１０５）は、鋼殻１５に形成された突条３２を第二小断面トンネル１０２（第三小断面トンネル１０３）の鋼殻１１のガイド溝３１に挿入した状態で配置する。

また、第四小断面トンネル１０４と第二小断面トンネル１０２との接続部および第五小断面トンネル１０５と第三小断面トンネル１０３との接続部の周辺には、小断面トンネル１０内から薬液注入６０を行い、底版３と側壁４との接続部の止水性を確保しておく。
なお、薬液注入６０の注入範囲、施工方法、施工の時期等は限定されるものではなく、適宜行えばよい。

側壁４，４の下側に位置する第四小断面トンネル１０４および第五小断面トンネル１０５の施工が終了あるいは所定延長進行したら、側壁４，４の上側に位置する第六小断面トンネル１０６および第七小断面トンネル１０７の施工を行う。

第六小断面トンネル１０６は、下面が第四小断面トンネル１０４の上面に沿った状態で形成する。同様に、第七小断面トンネル１０７は、下面が第五小断面トンネル１０５の上面に沿った状態で形成する。

第六小断面トンネル１０６おおよび第七小断面トンネル１０７は、図５（ｂ）に示す第二掘削機Ｍ２により削孔された掘削孔に鋼殻１５を配置することにより行う。
このとき、第六小断面トンネル１０６および第七小断面トンネル１０７は、上辺が逆Ｖ字状の五角形断面となるように形成する。

第六小断面トンネル１０６は、第四小断面トンネル１０４に接した状態或いはわずかに隙間を有した状態で並設するものとし、第七小断面トンネル１０７は、第五小断面トンネル１０５に接した状態或いはわずかに隙間を有した状態で並設し、隣り合う小断面トンネル１０同士の継手３０はかみ合わせた状態で鋼殻１５を配置する。

側壁４の上端部に対応する小断面トンネル１０ｗ，１０ｗ（第六小断面トンネル１０６および第七小断面トンネル１０７）の施工が完了したら（或いは小断面トンネル１０ｗ，１０ｗの施工が所定延長進行したら）頂版２に対応する小断面トンネル１０ｔ，１０ｔ，…の施工を開始する。

本実施形態では、一方の端部の第八小断面トンネル１０８から他方の端部の第十小断面トンネル１１０まで順に施工を行うものとする。なお、他方の端部に位置する第十小断面トンネル１１０から一方の端部の第八小断面トンネル１０８まで順に施工してもよいし、底版３の施工と同様に中央部の第九小断面トンネル１０９から施工を行ってもよい。

頂版２に対応する小断面トンネル１０ｔ（第八小断面トンネル１０８〜第十小断面トンネル１１０）の施工は、第一掘削機Ｍ１により形成された掘削孔に断面台形の鋼殻１１を配置することにより横長断面に形成する。

なお、後行して構築される小断面トンネル１０ｔは、先行して構築された隣接するトンネル１０ｔに接した状態、或いはわずかな隙間を有した状態で並設する。
このとき、小断面トンネル１０ｔは、隣り合う小断面トンネル１０ｔ同士の鋼殻１１（１５）の継手３０をかみ合わせた状態で形成する。

また、第六小断面トンネル１０６と第八小断面トンネル１０８との接続部および第七小断面トンネル１０７と第十小断面トンネル１１０との接続部の周辺には、小断面トンネル１０内から薬液注入６０を行い、頂版２と側壁４との接続部の止水性を確保しておく。
なお、薬液注入６０の注入範囲、施工方法、施工の時期等は限定されるものではなく、適宜行えばよい。

構造体構築工程は、頂版２と側壁４および底版３と側壁４との間に形成されたくさび状（断面三角形状）の領域に、鉄筋コンクリート製の構造体５を構築する工程である。

構造体５を構築する際は、まず、頂版２と側壁４および底版３と側壁４との間に形成されたくさび状の領域の内空側に、スライド鋼板６１を配置することで、くさび状の領域（頂版２または底版３を構成する鋼殻１１と側壁４を構成する鋼殻１５との間に形成された隙間）の内空側を塞ぐ。
次に鋼殻１１，１５とスライド鋼板６１に囲まれた領域に残る地山を掘削し、空間を形成する。
そして、このくさび状の空間に鉄筋を配置した後、コンクリートを打設することで、構造体５を構築する。

構造体５内に配筋される鉄筋は、両端がそれぞれ頂版２または底版３と側壁４とに挿入されており、頂版２または底版３と側壁４とのコンクリートに定着するように配筋されているため、頂版２または底版３と側壁４との一体化がなされている。

小断面トンネル連結工程は、小断面トンネル１０同士を連結する工程である。
小断面トンネル１０同士の連結は、各小断面トンネル１０の鋼殻１１（１５）のうち、他の小断面トンネル１０に面する部分の外殻１４（１８）を撤去することにより行う。
これにより、頂版２、底版３および側壁４，４に対応する位置に連続した空間が形成される。

コンクリート打設工程は、小断面トンネル連結工程において形成された連続した空間にコンクリート２０を充填する工程である。

コンクリート２０の打設は、図示しない鉄筋を空間に配筋した後、行う。
本実施形態では、コンクリート２０として高強度コンクリートを充填するものとする。また、本実施形態では、鋼殻１１（１５）を構成する主桁１２（１６）や縦リブ等を本体利用することで、圧縮鉄筋および引張鉄筋の削減を図るものとする。

内部掘削工程は、頂版２、底版３および側壁４，４に囲まれた大断面トンネル１の内部空間の地山を掘削する工程である。

内部掘削工程により内部空間の地山の掘削が完了したら、内部構築工６を構築し、大断面トンネル１を完成させる。
なお、内部構築工６は、プレキャスト部材により形成してもよいし、現場打ちコンクリートにより形成してもよく、その構成は限定されるものではない。また、内部構築工６と底版３および内部構築工６と頂版２との間に形成された空間は、例えば、軽量盛土、埋め戻し土、コンクリート、発泡モルタル、ウレタン等により充填されている。さらに、内部構築工６の形状も限定されるものではなく、適宜形成すればよい。

以上、本実施形態の大断面トンネル１によれば、頂版２および底版３を弧状に形成することで、大深度、高水圧下に大断面トンネル１を構築する場合であっても、作用応力に対して十分な耐力を発現させることができる。そのため、頂版２および底版３の部材仕様の低減化が可能となる。

頂版２および底版３の部材厚の低減化により、大断面トンネル１の小断面化、掘削土量の低減化も可能となるため、工事費用の大幅な削減も可能となる。

また、各小断面トンネル１０を構成する鋼殻１１（１５）を本体構造として見込むことが可能なため、鉄筋量の大幅な削減が可能となり、費用の削減が可能となるとともに、配筋作業に要する手間を削減することが可能となる。

また、止水部材５０として、断面Ｖ字状の止水板５１を使用しているため、小断面トンネル１０同士の接合部における止水性に優れている。そのため、周辺地山への薬液注入等の補助的な止水工事を省略することも可能である。また、施工誤差により小断面トンネル１０同士の間隔が開いたり狭まったりしても、断面Ｖ状の止水板５１が追従することが可能である。

また、接続鉄筋４１を断続的に配筋しているため、鉄筋使用量の大幅な削減が可能となる。接続鉄筋４１とエンドプレート４３との組み合わせにより、応力の伝達性に優れているため、小断面トンネル１０同士が一体に固定される。

また、頂版２および底版３を構成する各小断面トンネル１０ｔ，１０ｂの施工は、第一掘削機Ｍ１を併用することが可能なため、掘削機の製造コストを削減することが可能である。
同様に側壁４，４を構成する小断面トンネル１０ｗの施工は、第二掘削機Ｍ２を併用することが可能なため、工事費の削減が可能となる。

構造体５を現場施工により構築するため、小断面トンネル１０に施工誤差が生じていたとしても、誤差を吸収した状態で構築することができる。そのため、高品質な大断面トンネル１を構築することができる。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能であることはいうまでもない。
例えば、小断面トンネル１０の本数や配置は限定されるものではなく、計画された大断面トンネル１の形状に応じて適宜設定すればよい。

また、小断面トンネル１０の施工順序は前記の順番に限定されるものではない。
また、頂版２および底版３と側壁４，４との接合部の地山側に形成される角部に、薬液注入などを行って補強してもよい。

また、前記実施形態では構造体構築工程を、トンネル連結工程前に行うものとしたが、トンネル連結工程後に行ってもよい。また、構造体５のコンクリート打設は、コンクリート打設工程におけるコンクリート打設と一緒に行ってもよい。

また、小断面トンネル１０の断面形状は前記実施形態で示した形状に限定されるものではないが、掘進中のローリングや蛇行を抑制するために、左右対称であることが望ましい。

また、側壁４の上端部の形状は、頂版２の下面２ａの傾きに対応する傾斜面４ａが形成されていれば逆Ｖ字状に限定されるものではない。同様に、側壁４の下端部の形状は、底版３の上面３ａの傾きに対応する傾斜面４ｂが形成されていればＶ字状に限定されるものではない。

１ 大断面トンネル
２ 頂版
３ 底版
４ 側壁
４ａ，４ｂ 傾斜面
５ 構造体
１０ 小断面トンネル
１０ｂ 小断面トンネル（底版）
１０ｔ 小断面トンネル（頂版）
１０ｗ 小断面トンネル（側壁）
２０ コンクリート
４０ 接合部材
５０ 止水部材
Ｇ 地山

Claims (7)

1. 頂版、底版および左右の側壁が形成された大断面トンネルであって、
   前記頂版は、断面台形の小断面トンネルを、短辺側を下にした状態で横方向に並設することで弧状に形成されており、
   前記底版は、断面台形の小断面トンネルを、短辺側を上にした状態で横方向に並設することで弧状に形成されており、
   前記側壁の上端部には、前記頂版の下面の傾きに対応する傾斜面が形成されていて、
   前記側壁の下端部には、前記底版の上面の傾きに対応する傾斜面が形成されていることを特徴とする、大断面トンネル。
2. 前記側壁の上端部は逆Ｖ字状に形成されていて、前記側壁の下端部はＶ字状に形成されており、
   前記側壁と前記頂版との接合部の内空側および前記側壁と前記底版との接合部の内空側にはそれぞれ断面三角形状の領域が形成されていて、
   前記断面三角形状の領域には構造体が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の大断面トンネル。
3. 前記側壁の上端部および下端部に形成された逆Ｖ字状部分およびＶ字状部分の中心角が、９０°以上１８０°未満の範囲内で形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の大断面トンネル。
4. 前記側壁は、上下２本の小断面トンネルにより構築されており、
   前記上下の小断面トンネルが、スプリングラインを挟んで上下対称となる形状に形成されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の大断面トンネル。
5. 前記小断面トンネルは、複数の鋼殻により形成されており、
   前記鋼殻は、当該鋼殻に発生する断面力が引張りとなる領域に配置される増強部と、前記断面力が圧縮となる領域に配置される一般部と、の両方またはいずれかを備えていることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の大断面トンネル。
6. 隣り合う前記小断面トンネル同士の接合部の地山側に、止水部材が配置されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の大断面トンネル。
7. 前記頂版、前記底版または前記側壁に作用する応力が引張りとなる部分に位置する前記小断面トンネル同士の接合部に、前記小断面トンネル同士を接合する接合部材が配置されており、
   前記接合部材が、前記小断面トンネル同士の境界に跨って配設された接続鉄筋と、前記接続鉄筋の両端部において互いに対峙するように各小断面トンネルに固定されたエンドプレートと、を備えることを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の大断面トンネル。

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