JP2012046951A - 拡張部分を有する大断面トンネルの構築方法 - Google Patents

拡張部分を有する大断面トンネルの構築方法 Download PDF

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Atsushi Kagawa
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Yoichi Moriya
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昭博 西森
靖 阿部
敦 香川
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Abstract

【課題】断面方向に拡張された大断面トンネルを容易に構築する。
【解決手段】外殻構成要素を構築する工程において、大断面トンネルの進行方向(構築方向)に連続する複数のシールドトンネル4A,4Bを地盤に形成する工程を行う。このとき、大断面トンネルの拡張部分において、隣り合うシールドトンネル4A,4B同士を、片側のシールドトンネルの端面を相手側のシールドトンネルの端面と対向させるとともに、端面同士の間隔を連続的に変化させて形成する。そして、外殻部を構築する工程では、対向する端面同士の間の土砂を掘削により除去して空間を形成し、隣り合う外殻構成要素同士をこの空間で接続する。
【選択図】図11

Description

本発明は、トンネルの進行方向に沿って断面が次第に拡張する拡張部分を有する大断面トンネルの構築方法に関する。

地中に大断面トンネルを構築する工法が知られている。例えば、特許文献1には、L字型のシールド掘進機を用いて、L字型の躯体ブロックを長方形状に並べ、躯体ブロック同士を連結することで大断面トンネルを構築する工法が開示されている。この工法では、断面が矩形状であって、断面がトンネルの進行方向(構築方向)において一定形状とされた大断面トンネルが構築される。

また、トンネルの分岐箇所や合流箇所などにおいて、トンネルの進行方向に沿って断面を拡張する場合、一般に次の工法が採られている。
(1)横断方向に強固な補助工法を先受けとする工法(太曲線パイプルーフ工法,細径曲線ボーリング工法,地中アーチ工法,GSEリング工法)。
(2)縦断方向に強固な補助工法を先受けとする工法(大深度プレシェル工法,SR−JP工法)。
(3)トンネル同士を梁で接続する工法(ツインアーチジャンクション工法,ジャンクションビーム工法)。
(4)セグメントを直接切削して接続する工法(D−Shapeシールド工法,セグメント切削シールド工法,FAST工法)。
(5)シールドマシンを拡幅する工法(拡径シールド工法,地中ディバージェンス工法,VASARAシールド工法,CV拡幅工法,M−ESSシールド工法)。

特開2006−226036号公報

特許文献1に記載された大断面トンネルの断面を、トンネルの進行方向に沿って次第に拡張する場合、この拡張に適した工法は開発されていない。そこで、前述の各工法を用いて断面を拡張することが考えられる。しかし、上記の各工法では、多様な補助工法が必要になってしまうこと、接続部の部材が重厚になってしまうこと、或いは、シールドマシンの拡幅装置が煩雑になってしまうこと等の問題点がある。これらの問題点により、大断面トンネルの断面を拡張することが困難になってしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、断面方向に拡張された大断面トンネルを容易に構築することにある。

前記課題を解決するため、本発明は、
トンネルの進行方向に沿って断面が次第に拡張する拡張部分を有する大断面トンネルの構築方法であって、
一対の端面を有するシールドトンネルの内部をRC構造にした外殻構成要素を構築する外殻構成要素構築工程と、
複数の前記外殻構成要素を環状に接合して外殻部を構築する外殻部構築工程とを備え、
前記外殻構成要素構築工程では、
前記拡張部分において、隣り合うシールドトンネル同士を、片側の前記シールドトンネルの端面を相手側のシールドトンネルの端面と対向させるとともに、端面同士の間隔を連続的に拡げて形成するシールドトンネル形成工程とを行い、
前記外殻部構築工程では、
前記拡張部分で、対向する端面同士の間の土砂を掘削により除去して空間を形成し、前記外殻構成要素同士を前記空間で接合する接合工程を行う
ことを特徴とする。

本発明によれば、接合対象となる一対の外殻構成要素に関し、端面同士が対向するように、かつ、端面同士の間隔が連続的に拡がるように、シールドトンネルが形成される。そして、一対の外殻構成要素が端面同士の間で接合される。この場合において、端面同士の間隔はシールドマシンの掘進方向によって調整でき、端面同士の間の土砂を掘削により除去することで端面同士を容易に接合できる。この接合時における補助工法は、シールドトンネルの端面同士の間について行えば足りる。このため、補助工法を簡略化することができる。その結果、大断面トンネルを断面方向へ容易に拡張できる。

そして、前記外殻部は、その断面形状が六角形以上の多角形となるように構築され、前記外殻構成要素は、その断面形状が前記多角形における隅角部同士の間で辺を切断した屈曲形状とすることが好ましい。

このように構成した場合、矩形状の大断面トンネルに比べて、作用土圧に対する支点間距離が短くなるため、各辺に生じる断面力を小さくできる。これにより、壁厚を厚くしなくても土圧に対する耐力を高めることができる。また、大断面トンネルの外殻部を構成する複数の外殻構成要素が多角形の隅角部を含んだ山形の屈曲形状に構成され、外殻構成要素同士が辺の途中で接続される。この接続部分は、辺に対してほぼ垂直面として設けられるので、略台形状の外殻構築要素を用いた大断面トンネルに比べて、外殻構成要素同士を接合する際の施工が容易になる。また、厚さ方向のずれに対して対応が容易になるし、誤差の吸収も容易である。加えて、断面力の大きくなる外殻部の隅角部には接続部が設けられず一連に形成されるので、土圧に対して有利な構造となる。

また、前記接合工程において、片側の外殻構成要素を構成するシールドトンネルの端面を切除した後、当該シールドトンネルの内部及び対向する端面同士の間の前記空間に対して鉄筋を一連に配し、前記空間内の鉄筋を相手側の外殻構成要素を構成する鉄筋に接続した状態で、コンクリートを打設するようにした場合には、シールドトンネル同士を強固に連結できる。

また、前記後行シールドトンネル形成工程において、前記シールドトンネルを形成するシールドマシンの掘進方向をシールドジャッキのストロークによって調整し、前記隣り合うシールドトンネル同士における端面同士の間隔を変化させる場合には、端面同士の間隔を精度良く定めることができる。

本発明によれば、断面方向に拡張された大断面トンネルを容易に構築できる。

大断面トンネルを説明する斜視図である。 大断面トンネルの拡張部分を説明する断面図である。 接合部を介して接合された2つの外殻構成要素を説明する図である。 外殻構成要素の構造を説明する図である。 立坑を形成した状態を説明する図である。 シールドマシンの正面図である。 架台に支持された状態のシールドマシンを前側から見た図である。 架台に支持された状態のシールドマシンを後側から見た図である。 地盤内を掘進するシールドマシンを説明する図である。 拡張部分における2つのシールドトンネルを上方から見た図である。 (a)〜(f)は、接合工程の施工ステップを説明する図である。 (a)は、端面同士の間に設けられる支保工の平面図である。(b)は、支保工の側面図である。 (a)は、図12(b)におけるA−A矢視図である。(b)は同B−B矢視図、(c)は同C−C矢視図である。 一部のシールドトンネルを湾曲することで拡張させた大断面トンネルを説明する図である。

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。

本実施形態の大断面トンネル1は、トンネル長手方向(進行方向)の途中に、トンネルの進行方向に沿って断面が次第に拡張する拡張部分を有している。すなわち、図1及び図2に示す大断面トンネル1は、八角形の環状に構築された外殻部2を有している。この外殻部2は、正八角形の断面形状とされた標準部分2iと、横長八角形の断面形状とされた拡張部分2iiとを有している。拡張部分2iiは、他のトンネルとの合流・分岐部分に設けられる部分であり、トンネル長手方向に対して連続的に断面方向への拡張度合いが増減されている。一方、標準部分2iは、合流・分岐部分を除いた多くの部分であり、トンネル長手方向において断面形状が一定の部分である。

このような外殻部2は、小断面の外殻構成要素3(3A〜3H)を組み合わせて構築される。図3及び図4に示すように、各外殻構成要素3A〜3Hは、中空枠状の鋼製セグメントで形成されたシールドトンネル4(4A〜4H)の内部に鉄筋5を建て込み、コンクリート6を打設することで構築される。手順については後述するが、このような構成を採ることで、取扱いの容易な小型の鋼製セグメントでシールドトンネル4を形成でき、作業性が向上する。さらに、シールドトンネル4内に鉄筋5を建て込んでコンクリート6を打設するため、外殻構成要素3の内部が鋼殻(シールドトンネル4)とRCの複合構造となって十分な強度を確保できる。なお、図3及び図4において、符号41で示す部材は支柱であり、鉄筋5の建て込みやコンクリート6の打設時において、シールドトンネル4を支える。

図1に示すように、標準部分2iは、隣り合う外殻構成要素3同士を直接接合することで構築される。本実施形態の外殻構成要素3A〜3Hは、正八角形の各辺を、隅角部同士の中央の位置で切断した形状をしている。すなわち、各辺を、この辺の長さの半分の位置で、辺と直交する方向に切断した形状をしている。従って、図4に示すように、各外殻構成要素3A〜3Hは、大断面トンネル1における隅角部を含んだくの字形状となり、その内角VAは135度になる。また、各外殻構成要素3A〜3Hの厚さDは、例えば2m程度である。このような外殻構成要素3A〜3Hを環状に繋ぎ合わせることで、断面が八角形状の標準部分2iが構築される。

図1から図3に示すように、拡張部分2iiは、隣り合う外殻構成要素3同士を、接合部7を介して接合することで構築される。この接合部7の幅(外殻構成要素3同士の間隔)は、トンネル長手方向に対して連続的に拡がるように定められる。本実施形態では、掘進時においてシールドマシン11(図6を参照)をカーブさせることにより、拡張部分2iiに対応するシールドトンネル4を湾曲させて形成し、シールドトンネル4の端面同士の間隔をトンネル端部に向かう程に拡大させている。そして、端面同士の間に接合部7を設けて、外殻構成要素3同士を接合している。この接合部7は、RC構造となっているので十分な強度を確保できる。

本実施形態では、外殻部2における天井部分と底部分とが接合部7(上側接合部7U,下側接合部7L)によって水平方向に拡張されている。このため、接合部7は、天井部分を構成する2つの外殻構成要素3A,3Bの間と、底部分を構成する2つの外殻構成要素3G,3Hの間とに設けられている。図1中、外殻部2の左半部に位置する4つの外殻構成要素3A,3D,3E,3Hは、拡張部分2iiにおいて、正面に向かって左方向にカーブさせた状態に設けられる。反対に、外殻部2の右半部に位置する4つの外殻構成要素3B,3C,3F,3Gは、拡張部分2iiにおいて、正面に向かって右方向にカーブさせた状態に設けられている。

大断面トンネル1の標準部分2iにおいて、外殻部2は、複数の外殻構成要素3A〜3Hを接続することで断面が正八角形状に構成されている。このため、外殻構成要素3(シールドトンネル4)の端面が多角形の辺の途中に位置する。この端面(接続部)は、多角形の辺に対して垂直な面として設けられるので、外殻構成要素3同士を接続する際の施工が容易になる。例えば、垂直面を接続時や配筋時における角度基準として用いることができる。

また、断面力が大きくなる外殻部2の隅角部には端面が配置されず、さらに、配筋の継手(接続金具)を隅角部に設ける必要がないため、構造的に有利である。加えて、矩形状の大断面トンネルに対し、作用土圧に対する支点間距離が短くなるため、各辺に生じる断面力を小さくできる。以上より、壁厚を厚くしなくても土圧に対する耐力を高めることができる。

一方、拡張部分2iiにおいて、外殻部2は、天井部分と底部分とに接合部7U,7Lを介在させた状態で複数の外殻構成要素3A〜3Hを接続することにより、断面が横長の八角形状に構成されている。このため、外殻構成要素3の端面や接合部7U,7Lの端面が多角形の辺の途中に位置する。これらの端面(接続部)もまた、多角形の辺に対する垂直面として設けられるので、接続時の施工が容易になる。そして、外殻部2の隅角部に端面が位置しないので、土圧に対して有利な構造となる。

次に、大断面トンネル1の構築方法について説明する。

この大断面トンネル1は、外殻構成要素構築工程と、外殻部構築工程と、土砂除去工程とを経て構築される。ここで、外殻構成要素構築工程は、外殻構成要素3(3A〜3H)を地盤GLに構築する工程である。外殻部構築工程は、複数の外殻構成要素3A〜3Hを環状に接合して外殻部2を構築する工程である。なお、前述の接合部7(7U,7L)は、この外殻部構築工程にて設けられる。土砂除去工程は、外殻部2の内側に存在する土砂を掘削により除去する工程である。

外殻構成要素構築工程では、各外殻構成要素3A〜3Hに対応する複数のシールドトンネル4A〜4Hを、断面方向において八角形状に並ぶ状態に形成する。この場合、図5に示す一対の立坑10,10の間を、図6のシールドマシン11で掘進する。このシールドマシン11によって小断面のシールドトンネル4を、トンネル長手方向に連続させた状態で形成する。そして、角度及び位置を適宜変更してシールドマシン11による掘進を繰り返し行うことで、同じ断面形状とされた複数のシールドトンネル4A〜4Hを形成する。

ここで、図6は、本実施形態で使用されるシールドマシン11の正面図である。また、図7は、架台12に支持されたシールドマシン11を正面側から観た図であり、図8は、同じく背面側から観た図である。

図6に示すように、シールドマシン11は、外殻部分を構成するスキンプレート13を有している。このスキンプレート13は、鉄板製の筒状部分であり、正面側から見てへの字状に屈曲されている。カッター14は、スキンプレート13の前面に並んだ状態で配設されている。本実施形態のカッター14は、1つの円形カッター14aと4つの矩形カッター14bとから構成されている。そして、中央に位置するくの字の隅角部には円形カッター14aが配置され、この円形カッター14aの両側には矩形カッター14bが2つずつ並べた状態で配置されている。これらの矩形カッター14bは回転軸が揺動可能に構成されている。回転軸を揺動させつつ矩形カッター14bを回転させることで、地盤GLを矩形断面となるように掘削することができる。

シールドマシン11の後側には、鋼製セグメントを組み立てるためのエレクター(図示せず)が設けられる。また、シールドマシン11の後部には、シールドマシン11を推進させるためのシールドジャッキ15も設けられる。図8に示すように、シールドジャッキ15は、スキンプレート13に沿って複数個配置されている。すなわち、シールドマシン11の外周に沿って複数個配置されている。そして、シールドマシン11は、発進時において各シールドジャッキ15を発進架台に押し付けることで推進力を得る。また、図9に示すように、地盤GLにおいてシールドマシン11は、各シールドジャッキ15を既設の鋼製セグメント(シールドトンネル4の一部分)に押し付けることで推進力を得る。

ここで、各シールドジャッキ15は、ストロークを個別に調整することができる。このため、シールドジャッキ15毎にストロークを調整することで、シールドマシン11の掘進方向を調整できる。その結果、接合部7の幅(シールドトンネル4における端面同士の間隔)を精度良く定めることができる。

到達側の立坑10には到達架台が設置されており、この到達架台によってシールドマシン11が受け止められる。そして、シールドマシン11が地盤GLを通り抜けて、1つのシールドトンネル4が完成すると、シールドマシン11の全体が架台12に支持される。そして、次のシールドトンネル4を形成すべく、シールドマシン11を支持したまま、立坑10内で到達架台を反転させる。すなわち、シールドマシン11を所定の掘削開始位置まで移動させ、次のシールドトンネル4の形成を開始する。

なお、以下の説明では、図1から図3に示すように、最初の掘進によって形成されるシールドトンネル4を第1シールドトンネル4Aといい、2回目の掘進によって形成されるシールドトンネル4を第2シールドトンネル4Bという。従って、この大断面トンネル1では、第1シールドトンネル4Aから第8シールドトンネル4Hまでの8個のシールドトンネル4A〜4Hが形成される。

ここで、大断面トンネル1の拡張部分2iiにおける第1シールドトンネル4A(先行シールドトンネルに相当する)と第2シールドトンネル4B(後行シールドトンネルに相当する)との間には、上側接合部7Uが形成されている。このため、第2シールドトンネル4Bを地盤GLに形成するに際しては、図10に示すように、拡張部分2iiにおいて、第1シールドトンネル4A及び第2シールドトンネル4Bは湾曲している。この場合、第2シールドトンネル4Bの端面を既設の第1シールドトンネル4Aの端面と対向させるとともに、拡張部分2iiにおいて端面同士の間隔が立坑10に向かう程に拡がるように、シールドマシン11の掘進方向を制御する。

同様に、拡張部分2iiにおける第7シールドトンネル4G(先行シールドトンネルに相当する)と第8シールドトンネル4H(後行シールドトンネルに相当する)との間には、下側接合部7Lが形成されている。このため、第8シールドトンネル4Hを地盤GLに形成するに際し、第8シールドトンネル4Hの端面を既設の第7シールドトンネル4Gの端面と対向させるとともに、大断面トンネル1の拡張部分2iiにおいて端面同士の間隔を連続的に拡大させている。

なお、接合部7を介して接続されないシールドトンネル4同士の場合、後行シールドトンネルは、先行シールドトンネルの端面に後行シールドトンネルの端面を近接させた状態で、先行シールドトンネルに沿って形成される。例えば、第3シールドトンネル4C(後行シールドトンネルに相当する)は、第2シールドトンネル4B(先行シールドトンネルに相当する)に沿って形成される。同様に、第7シールドトンネル4G(後行シールドトンネルに相当する)は、第6シールドトンネル4F(先行シールドトンネルに相当する)に沿って形成される。

外殻構成要素構築工程では、形成されたシールドトンネル4の内部に鉄筋5を建て込みコンクリート6を打設することで外殻構成要素3を構築する。本実施形態において、鉄筋5の建て込みやコンクリート6の打設は、外殻部構築工程と並行して行われる。

簡単に説明すると、互いに接続される一対のシールドトンネル4,4が形成された後、まず、片側のシールドトンネル4について、鉄筋5の建て込みやコンクリート6の打設を行って外殻構成要素3を形成する。その後、相手側となるシールドトンネル4の端面(外殻構成要素3側の端面)を切除する。

ここで、シールドトンネル4の端面同士が近接している場合(端面同士の間に接合部7が介在しない場合)には、相手側のシールドトンネル4に鉄筋5を建て込むとともに、建て込んだ鉄筋5の端部を、既設の外殻構成要素3が有する接続金具に接続する。これにより、外殻構成要素3が有する鉄筋5と建て込んだ鉄筋5とが接続金具を介して連結される。その後、相手側のシールドトンネル4の内部にコンクリート6を打設して、外殻構成要素3を形成する。その結果、互いに接合された2つの外殻構成要素3が形成される。

一方、シールドトンネル4の端面同士の間に接合部7が介在する場合には、シールドトンネル4の端面を切除した後、土砂を既設の外殻構成要素3の端面に到達するまで掘削し、空間を形成する。そして、シールドトンネル4の内部と掘削によって形成された空間とに鉄筋5を一連に建て込むとともに、建て込んだ鉄筋5の端部を既設の外殻構成要素3が有する接続金具に接続する。その後、相手側のシールドトンネル4の内部及び掘削により形成された空間にコンクリート6を打設する。これにより、互いに接合された2つの外殻構成要素3が形成されるとともに、これらの外殻構成要素3の間に接合部7が形成される。なお、接合部7が介在する場合の各工程(外殻構成要素構築工程及び外殻部構築工程)については、後で詳しく説明する。

以上の外殻構成要素構築工程及び外殻部構築工程を全周に亘って行うことにより、環状の外殻部2が地盤GLに構築される。外殻部2が構築されたならば、土砂除去工程を行う。この土砂除去工程では、外殻部2内の土砂を上側から順に油圧ショベル等の掘削機械によって取り除く。そして、外殻部2内の土砂を全部除去することにより、大断面トンネル1の構築が完了する。

次に、接続部が介在する場合の外殻構成要素構築工程及び外殻部構築工程について詳しく説明する。

図11(a)に示すように、一対の立坑10,10の間をシールドマシン11が往復することで、接続対象となる一対のシールドトンネル4,4が地盤GLに形成される。ここでは、第1シールドトンネル4Aと第2シールドトンネル4Bとを例に挙げることにする。図10にも示すように、これらのシールドトンネル4A,4Bは、セグメント幅が1m程度の鋼製セグメント42(中空枠)をトンネル長手方向に複数接続することで形成される。なお、前述したように、各シールドトンネル4A,4Bの内部には複数の支柱41が設置されており、これらの支柱41で各シールドトンネル4A,4Bを支えている。

また、各シールドトンネル4A,4Bの湾曲部分については、テーパーを有する鋼製セグメント42が用いられる。すなわち、湾曲方向における内周側のセグメント幅を外周側のセグメント幅よりも狭くした鋼製セグメントが用いられる。このように、テーパーを有する鋼製セグメント42を用いて湾曲部分を形成することで、シールドトンネル4A,4Bの湾曲度合いを精度良く定めることができる。

各シールドトンネル4A,4Bが形成されたならば、図11(b)に示すように、パイプルーフ21を設置する。このパイプルーフ21は、上側接合部7Uを上方から防護するための部材であり、図13(a)〜(c)にも示すように、複数のパイプ22を横並びに配置し、隣り合うパイプ同士をジョイント23で接合したものである。また、パイプルーフ21を構成する複数のパイプ22の長さは、上側接合部7Uの形状にあわせて定められている。すなわち、上側接合部7Uが上方からみて略三角形状になることから、並び方向の中央部に位置するパイプ22が最も長くなっており、端部に近いパイプ22ほど短くなっている。このようなパイプルーフ21によって上側接合部7Uを上方から覆っている。

パイプルーフ21を設置したならば、上側接合部周辺の地盤GLを改良して補強する。例えば、図11(c)、図12及び図13に示すように、上側接合部7Uが形成される範囲を囲むように、各シールドトンネル4A,4Bよりも上側の地盤GLと下側の地盤GLとに薬液24を注入し、地盤GLを固める。このとき、上側の地盤GLについては、パイプルーフ21よりも外側の範囲に対して薬液24を注入する。薬液24の注入は、各シールドトンネル4A,4Bの内部から行う。すなわち、各シールドトンネル4A,4Bに設けられた注入孔(図示せず)に、トンネル内から薬液注入用のロッドを差し込み、地盤GLに対して薬液24を注入する。

薬液24を注入したならば、接続対象となる2つのシールドトンネル4,4のうち、一方のシールドトンネル4に対して鉄筋5を建て込み、コンクリート6を打設する。図11(d)に示すように、本実施形態では、第2シールドトンネル4Bに対して鉄筋5を建て込んでコンクリート6を打設している。これにより、第2シールドトンネル4Bの内部がRC構造となって第2外殻構成要素3Bが構築される。

第2外殻構成要素3Bを構築したならば、第1シールドトンネル4Aの端面を切除する。本実施形態では、第1シールドトンネル4Aの内部に作業者が入り、第2外殻構成要素3Bの端面と対向している側の端面を切除する。この切除作業は、鋼製セグメント42毎(リング毎)に行われる。図12(a)に示す例では、一点鎖線が鋼製セグメント42同士の接続箇所を示している。このため、1回の切除作業では、隣り合う一点鎖線同士の間の部分について、第1シールドトンネル4Aの端面が切除される。なお、端面の切除は、立坑10に近い側の鋼製セグメント42から行ってもよく、奥側の鋼製セグメント42から行ってもよい。本実施形態では、奥側の鋼製セグメント42側から行っている。

このとき、図11(e)に示すように、上側接合部7Uに対応する部分については、端面同士の間の土砂を掘削して除去する。すなわち、第1シールドトンネル4Aの端面を切除した後、第2外殻構成要素3Bに向かって土砂を掘削する。この掘削もまた鋼製セグメント42毎に行われる。従って、隣り合う一点鎖線同士で示される範囲について、土砂が除去される。

上側接合部7Uに対応する部分において、第1シールドトンネル4Aの端面切除と土砂の掘削とが繰り返し行われる。そして、第1シールドトンネル4Aと第2外殻構成要素3Bとの端面同士の間隔が基準間隔以上開いた箇所に対しては、図12(b)に示すように、空間の天井部分に対し、支保工25を設置するとともに吹付けコンクリート26で補強し、吹付けコンクリート26の表面を防水シート27で覆う。また、空間の床面に対しては、支保工25を設置するとともに吹付けコンクリート26で補強し、敷き型枠28を設置する。なお、支保工25の長さは、端面同士の間隔に応じて長さが定められる。

第1シールドトンネル4Aと第2外殻構成要素3Bとの端面同士の間隔がさらに開いた箇所に対しては、12(b),図13(a)〜(c)に示すように、上側の支保工25と下側の支保工25との間に支柱29を設置する。この支柱29は、端面同士の間隔が広くなるにつれて設置本数が増やされる。

第1シールドトンネル4Aの端面を切除し、地盤GLの掘削と支保工25等による補強を上側接合部7Uに対応する範囲について行ったならば、第1シールドトンネル4Aに対する鉄筋5の建て込みとコンクリート6の打設を行う。この場合、大断面トンネル1の標準部分2iに対しては、第1シールドトンネル4Aに建て込んだ鉄筋5の端部を、第2外殻構成要素3Bの接続金具に接続し、鉄筋5同士を連結する。また、図13(a)〜(c)に示すように、上側接合部7Uに対応する部分に対しては、鉄筋5を、第1シールドトンネル4Aから上側接合部7Uが設けられる空間に亘って一連に建て込む。そして、建て込んだ鉄筋5の端部を第2外殻構成要素3Bの接続金具30に接続し、鉄筋5同士を連結する。

鉄筋5を建て込んだならば、第1シールドトンネル4Aの内部にコンクリート6を打設する。これにより、第1シールドトンネル4Aの内部がRC構造となって第1外殻構成要素3Aが構築される。また、拡張部分2iiにおいては、第1外殻構成要素3Aとともに上側接合部7Uも形成される。なお、地盤GLの掘削及び支保工25の設置は鋼製セグメント42毎(リング毎)に行われるのに対し、鉄筋5の建て込みとコンクリート6の打設は20m〜30m毎に行われる。そして、第1シールドトンネル4Aの全体に対して鉄筋5の建て込みとコンクリート6の打設が終了すると、第1外殻構成要素3Aと第2外殻構成要素3Bとが一体化される。

なお、以上は第1外殻構成要素3Aと第2外殻構成要素3Bを例に挙げて説明したが、他の外殻構成要素3C〜3Hについても同様の工程で構築することができる。

例えば、第3外殻構成要素3Cに関しては、第3シールドトンネル4Cを第2外殻構成要素3Bに沿って形成し、第3シールドトンネル4Cの端面を切除した後、鉄筋5の建て込みとコンクリート6の打設を行えばよい。同様に、第4外殻構成要素3Dに関しては、第4シールドトンネル4Dを第1外殻構成要素3Aに沿って形成し、端面の切除、鉄筋5の建て込み、及び、コンクリート6の打設を行えばよい。

また、第8外殻構成要素3Hに関しては、拡張部分2iiにおいて、第7外殻構成要素3Gの端面との間隔がトンネル端部に向かうほど拡がるように、第8シールドトンネル4Hを湾曲させて形成し、第8シールドトンネル4Hの端面を切除するとともに、下側接合部7Lとなる部分の土砂を掘削して除去する。その後、第8シールドトンネル4Hに鉄筋5を建て込み、一方の端部を第7外殻構成要素3Gの連結金具に接続し、他方の端部を第5外殻構成要素3Eの連結金具に接続する。鉄筋5の両端を接続したならばコンクリート6を打設することで、第8外殻構成要素3Hが第5外殻構成要素3Eや第7外殻構成要素3Gと一体化された状態で構築される。そして、第8外殻構成要素3Hの構築により、外殻部2が完成する。

以上の説明から判るように、本実施形態では、一対の端面を有する外殻構成要素3を地盤GLに構築する工程(外殻構成要素構築工程)と、複数の外殻構成要素3を環状に接合して外殻部2を構築する工程(外殻部構築工程)と、外殻部2の内側に存在する土砂を掘削により除去する工程(土砂除去工程)とを行う大断面トンネル1の構築方法において、外殻構成要素3を構築する工程では、拡張部分2iiにおいて隣り合うシールドトンネル同士(第1,第7シールドトンネル4A,4G、及び、第2,第8シールドトンネル4B,4H)を、片側のシールドトンネル4の端面を相手側のシールドトンネル4の端面と対向させるとともに、端面同士の間隔が連続的に拡がるように形成する工程(シールドトンネル形成工程)を行い、外殻部2を構築する工程では、拡張部分2iiで、対向する端面同士の間の土砂を掘削により除去して空間を形成し、第1,第7外殻構成要素3A,3Gと第2,第8外殻構成要素3B,3Hとを空間で接合する工程(接合工程)を行っている。

この場合において、端面同士の間隔はシールドマシン11の掘進方向によって調整でき、端面同士の間の土砂を掘削により除去することで端面同士を容易に接合できる。また、この接合時における補助工法は、シールドトンネル4の端面同士の間について行えば足りる。その補助工法も薬液24の注入といった簡素なもので済む。このため、補助工法を簡略化することができる。また、地盤GLが十分に固ければ、或いは、地表面に重要な近接構造物がない場合には、補助工法を省略することも可能である。その結果、大断面トンネル1を断面方向へ容易に拡張できる。

また、外殻構成要素3,3同士を接合する工程において、対向する端面同士の間の空間に配筋し、コンクリート6を打設しているので、外殻構成要素3,3同士を強固に連結できる。また、この工程において、第1,第8シールドトンネル4A,4Hの端面を切除した後、これらのシールドトンネル4A,4Hの内部、及び、接合部7U,7Lとなる空間に対して鉄筋5を一連に配し、空間内の鉄筋5を第2,第7外殻構成要素3B,3Gの鉄筋5に接続した状態で、コンクリート6を打設している。これにより、外殻構成要素3,3同士をより強固に連結できる。

また、シールドトンネル4を形成する工程では、大断面トンネル1の構築方向に連続する第1シールドトンネル4Aや第7シールドトンネル4G(先行シールドトンネル)を、地盤GLに形成する工程(先行シールドトンネル形成工程)と、同じく大断面トンネル1の構築方向に連続する第2シールドトンネル4Bや第8シールドトンネル4H(後行シールドトンネル)を、これらの第2,第8シールドトンネル4B,4Hの端面を第1,第7シールドトンネル4A,4Gの端面と対向させるとともに、大断面トンネル1の拡張部分2iiにおいて端面同士の間隔を連続的に拡げるように、地盤GLに形成する工程(後行シールドトンネル形成工程)を行っている。これにより、シールドマシン11の往復によって、接続対象となる複数のシールドトンネル4を地盤GLに形成できる。

ところで、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、前述の実施形態において、大断面トンネル1は水平方向に拡張されていたが、垂直方向に拡張してもよい。また、大断面トンネル1を水平方向と垂直方向のそれぞれに拡張してもよい。加えて、一部のシールドトンネル4を湾曲させることで拡張してもよい。例えば、図14に示すように、正面から見て右側に設けられる第2シールドトンネル4B等を右側に湾曲させることで、大断面トンネル1を水平方向に拡張してもよい。

また、前述の実施形態において、外殻部2が正八角形をしており、各外殻構成要素3A〜3Hが正八角形における隅角部同士の中央で辺を切断した屈曲形状をしていたが、この構成に限定されない。

まず、外殻部2に関し、6角形や12角形であってもよいし、20角形であってもよい。要するに6角形以上の多角形であればよい。これにより、矩形状の大断面トンネルに比べて、壁厚を厚くしなくても土圧に対する耐力を高めることができる。また、外殻部2の標準部分2iは、正多角形でなくてもよいが、円形に近い方が、より部材に発生する断面力を低減させることができる。

外殻構成要素3に関し、前述の実施形態では隅角部同士の中央で辺を切断したが、それ以外の位置で辺を切断してもよい。なお、前述の実施形態のように、外殻部2を6角形以上の正多角形状とし、各外殻構成要素3A〜3Hを隅角部同士の中央で辺を切断した形状にすれば、1台のシールドマシン11の往復によって大断面トンネル1を構築できる。

また、外殻構成要素3に関し、くの字に屈曲する場合に限らず、円弧状に屈曲するものであってもよい。要するに、一対の端面を有する屈曲形状のシールドトンネル(中空枠)を備えた外殻構成要素であればよい。

また、く字状に屈曲した外殻構成要素3に限られず、大断面トンネル1の断面を2分割にした断面形状の外殻構成要素であってもよく、4分割にした断面形状の外殻構成要素であってもよい。そして、これらの場合には、断面形状に適合した形状のシールドマシンを用いればよい。

また、シールドトンネル4の形成に関し、一方の立坑10からシールドマシン11を発進させ、他方の立坑10から別のシールドマシン11を発進させ、一対のシールドトンネル4,4を同時期に形成するようにしてもよい。さらに、8機のシールドマシン11(八角形断面の大断面トンネル1の場合)を一方の立坑10から同時に発進させてもよい。

また、前述の実施形態では、大断面トンネル1の直線部分を拡張する場合について説明したが、曲線部分についても同様に拡張することができる。

1 大断面トンネル
2 外殻部(2i 外殻部の標準部分,2ii 外殻部の拡張部分)
3 外殻構成要素
4 シールドトンネル(41 支柱,42 鋼製セグメント)
5 鉄筋
6 コンクリート
7 接合部(7U 上側接合部,7L 下側接合部)
10 立坑
11 シールドマシン
12 架台
13 スキンプレート
14 カッター(14a 円形カッター,14b 矩形カッター)
15 シールドジャッキ
21 パイプルーフ(22 パイプ,23 ジョイント)
24 薬液
25 支保工
26 吹付けコンクリート
27 防水シート
28 敷き型枠
29 支柱
30 接続金具
GL 地盤

Claims (4)

  1. トンネルの進行方向に沿って断面が次第に拡張する拡張部分を有する大断面トンネルの構築方法であって、
    一対の端面を有するシールドトンネルの内部をRC構造にした外殻構成要素を構築する外殻構成要素構築工程と、
    複数の前記外殻構成要素を環状に接合して外殻部を構築する外殻部構築工程とを備え、
    前記外殻構成要素構築工程では、
    前記拡張部分において、隣り合うシールドトンネル同士を、片側の前記シールドトンネルの端面を相手側のシールドトンネルの端面と対向させるとともに、端面同士の間隔を連続的に拡げて形成するシールドトンネル形成工程とを行い、
    前記外殻部構築工程では、
    前記拡張部分で、対向する端面同士の間の土砂を掘削により除去して空間を形成し、前記外殻構成要素同士を前記空間で接合する接合工程を行う
    ことを特徴とする大断面トンネルの構築方法。
  2. 前記外殻部は、その断面形状が六角形以上の多角形となるように構築され、
    前記外殻構成要素は、その断面形状が前記多角形における隅角部同士の間で辺を切断した屈曲形状であることを特徴とする請求項1に記載の大断面トンネルの構築方法。
  3. 前記接合工程では、
    片側の前記シールドトンネルの端面を切除した後、当該シールドトンネルの内部及び対向する端面同士の間の前記空間に対して鉄筋を一連に配し、前記空間内の鉄筋を相手側の前記外殻構成要素を構成する鉄筋に接続した状態で、コンクリートを打設することを特徴とする請求項1または2に記載の大断面トンネルの構築方法。
  4. 前記シールドトンネル形成工程では、
    前記シールドトンネルを形成するシールドマシンの掘進方向をシールドジャッキのストロークによって調整し、前記隣り合うシールドトンネル同士における端面同士の間隔を変化させることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の大断面トンネルの構築方法。
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