JP2015206218A - 地下空間の構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ルーフシールドを螺旋状に構築する地下空間の構築方法において、掘削土砂や資材の搬送距離を短縮するとともに搬送経路に周回経路ができるだけ含まれないようにすることが可能な地下空間の構築方法を提供する。
【解決手段】小径シールドトンネル本体２１の構築開始に先だって、本線トンネルのトンネル軸線に沿って延びる地盤改良領域３４を地盤内に先行形成し、該地盤改良領域を貫通させながら小径シールドトンネル本体２１を構築するとともに、その周回部分が構築されるごとに、先頭の周回部分３５ａと既設の周回部分３５ｂとの対向部位に通路形成用開口３６，３７を設け、該通路形成用開口を接合する。このようにすると、小径シールドトンネル本体２１の始点に位置する周回部分から先頭の周回部分まで、トンネル軸線に沿って直線状に延びる搬送用通路３９が、各周回部分の最下端に対応する角度位置で形成される。
【選択図】図５

Description

本発明は、主としてシールドトンネルの断面を拡幅する際に適用される地下空間の構築方法に関する。

シールド工法で道路トンネルを構築するにあたっては、トンネルの分岐合流部、典型的には本線トンネルとランプトンネルとの接合箇所における分岐合流部でトンネル断面を拡幅する必要がある。

道路トンネルの分岐合流部は、幅が２０ｍを上回る大断面となることも多く、直径が１５ｍを超えるシールドマシンも製作されるようになってきたとはいえ、分岐合流部という限られた区間をシールドマシンで全断面掘削することは現実的ではない。

このような状況下、シールドトンネルの断面を拡幅可能な技術として、ルーフシールドと呼ばれる小径のシールドトンネルを、本体のシールドトンネルにおける分岐合流部を取り囲むようにそのトンネル軸線方向に沿って複数本配置し、それらを周方向に相互連結する形で拡幅部の外殻を構築した後、その内側領域を掘削する構築工法が開発されている（特許文献１）。

特開２００７−２１７９１１号公報 特許第４６６０８２２号公報 特開平３−９６６００号公報

ここで、特許文献１記載の工法では、どの断面位置でも同じ本数のルーフシールドで取り囲む構成となるため、断面の大きさが変化すると、それに伴ってルーフシールド間の間隔も変動し、横断面積が大きい断面位置では、ルーフシールドの配置間隔が粗くなり、ルーフシールド間にはおのずと大きな隙間が発生する。

そのため、ルーフシールドの配置間隔が粗い断面位置では、土圧及び水圧を仮受けするための地盤改良工事が大がかりになる。

加えて、特許文献１記載の工法では、ルーフシールドをすべて構築した後でなければ、該ルーフシールドで取り囲まれた領域の掘削を開始することができない。

一方、トンネル軸線方向ではなく、トンネル軸線回りにシールドマシンを周回させることにより、ルーフシールドを螺旋状に構築する工法が提案されており（特許文献２，３）、かかる工法によれば、螺旋径を変更することによって、断面の大きさの変動に容易に対応できるとともに、周回部分が構築された箇所から順次掘削を進めることも可能となる。

しかしながら、ルーフシールドを上述のように螺旋状に構築しようとすると、掘削土砂を搬出したり資材を搬出入するときの搬送距離が螺旋ゆえに長くなり、加えて、搬送経路は鉛直面内での繰り返し周回経路となるため、掘削土砂や資材の搬出入に多くの時間と手間がかかる。

これを回避すべく、特許文献２，３記載の工法では、一周回ごとに掘削土砂や資材の搬出入を行うための開口部を設ける構成となっているが、特許文献２記載の工法では、ランプトンネルを利用して開口部を設置する関係上、開口部を設ける位置、ひいてはルーフシールドの位置自体がランプトンネルの制約を受けるという問題を生じ、特許文献３記載の工法では、搬送用のトンネルを先進導坑という形で別途構築せねばならないという問題を生じていた。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、ルーフシールドを螺旋状に構築する場合において、本線トンネルやランプトンネルから制約を受けることなくしかも搬送用のトンネルを別途構築せずとも、掘削土砂を搬出したり資材を搬出入するときの搬送距離を短縮するとともに搬送経路に周回経路ができるだけ含まれないようにすることが可能な地下空間の構築方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る地下空間の構築方法は請求項１に記載したように、小径シールドトンネルを所定軸線回りに螺旋状に構築するとともに、該小径シールドトンネルで囲まれた大断面領域に地下空間を形成する地下空間の構築方法において、
前記小径シールドトンネルを構成する周回部分が構築されるごとに先頭の周回部分と前記所定軸線に沿って隣り合う既設の周回部分との対向部位に通路形成用開口を設けるとともに該通路形成用開口を介して前記先頭の周回部分の内部空間と前記既設の周回部分の内部空間とを互いに連通させることにより、前記小径シールドトンネルの始点に位置する周回部分から前記先頭の周回部分まで前記所定軸線方向に沿って所定の角度位置で直線状に延びる搬送用通路を形成するものである。

また、本発明に係る地下空間の構築方法は、小径シールドトンネルを所定軸線回りに螺旋状に構築するとともに、該小径シールドトンネルで囲まれた大断面領域に地下空間を形成する地下空間の構築方法において、
前記小径シールドトンネルを小径シールドトンネル本体とその内部に構築された鉄筋コンクリート体とで構成し、
前記小径シールドトンネル本体を構成する周回部分が構築されるごとに先頭の周回部分と前記所定軸線に沿って隣り合う既設の周回部分との対向部位に通路形成用開口を設けるとともに該通路形成用開口を介して前記先頭の周回部分の内部空間と前記既設の周回部分の内部空間とを互いに連通させることにより、前記小径シールドトンネルの始点に位置する周回部分から前記先頭の周回部分まで前記所定軸線方向に沿って所定の角度位置で直線状に延びる搬送用通路を形成する一方、前記小径シールドトンネル本体の内部空間であって前記搬送用通路を除く範囲に鉄筋コンクリート体を構築し、
前記周回部分が終点まで構築された後、前記搬送用通路内に鉄筋コンクリート体を構築して既設の鉄筋コンクリート体と一体化するものである。

また、本発明に係る地下空間の構築方法は、前記大断面領域を、前記鉄筋コンクリート体が構築された周回部分で囲まれた範囲から順次掘削し、該掘削によって露出した周回部分のうち、前記所定軸線に沿って互いに対向する外周面の間に、該各外周面にそれぞれ溶接される形で連結用鋼材を配置するものである。

また、本発明に係る地下空間の構築方法は、前記大断面領域のうち、上方に前記地下空間を形成するとともに、下方を非掘削領域とし、前記小径シールドトンネルのうち、前記地下空間に面する周方向範囲には前記連結用鋼材を配置し、前記非掘削領域に埋設される周方向範囲には、前記鉄筋コンクリート体が構築される前に前記所定軸線に沿って互いに対向する部位にそれぞれ連結用開口を設けることにより、該連結用開口を介して前記鉄筋コンクリート体を一体化するものである。

また、本発明に係る地下空間の構築方法は、前記連結用鋼材を配置した後、該連結用鋼材の大断面領域側であって前記各外周面に挟まれた領域に吹付けコンクリートを配置するものである。

また、本発明に係る地下空間の構築方法は、前記角度位置を前記周回部分の最下端に対応する位置としたものである。

また、本発明に係る地下空間の構築方法は、前記小径シールドトンネルを構成する各周回部分が構築される際に該周回部分が貫通するようにかつ前記通路形成用開口が設置される際に該通路形成用開口が周辺地盤に露出しないように、前記小径シールドトンネルの構築開始に先だって、前記所定軸線に沿って延びる地盤改良領域を形成するものである。

また、本発明に係る地下空間の構築方法は、前記小径シールドトンネルを、螺旋径が前記所定軸線に沿って大きくなるように延設するとともに、前記地下空間のうち、螺旋径が小さい側に本線トンネルを、螺旋径が大きい側に該本線トンネル及びそれから分岐するランプトンネルをそれぞれ連通接続したものである。

第１の発明に係る地下空間の構築方法においては、小径シールドトンネルを所定軸線回りに螺旋状に構築するとともに、該小径シールドトンネルで囲まれた大断面領域に地下空間を形成するにあたり、小径シールドトンネルを構成する周回部分が構築されるごとに、先頭の周回部分と上述した所定軸線に沿って隣り合う既設の周回部分との対向部位に通路形成用開口を設けるとともに、該通路形成用開口を介して先頭の周回部分の内部空間と既設の周回部分の内部空間とを互いに連通させることにより、小径シールドトンネルの始点に位置する周回部分から先頭の周回部分まで上述した所定軸線方向に沿って所定の角度位置で直線状に延びる搬送用通路を形成する。

また、第２の発明に係る地下空間の構築方法においては、小径シールドトンネルを所定軸線回りに螺旋状に構築するとともに、該小径シールドトンネルで囲まれた大断面領域に地下空間を形成するにあたり、小径シールドトンネル本体を構成する周回部分が構築されるごとに、先頭の周回部分と上述した所定軸線に沿って隣り合う既設の周回部分との対向部位に通路形成用開口を設けるとともに、該通路形成用開口を介して先頭の周回部分の内部空間と既設の周回部分の内部空間とを互いに連通させることにより、小径シールドトンネルの始点に位置する周回部分から先頭の周回部分まで上述した所定軸線方向に沿って所定の角度位置で直線状に延びる搬送用通路を形成する。

このようにすると、小径シールドトンネルの構築に伴って掘削土砂を搬出したり資材を搬出入したりする際、搬出元あるいは搬入先が位置する周回部分だけは、それらの角度位置とその周回部分に形成された通路形成用開口との間で最大で１周回分の鉛直面内周回経路となるものの、該周回部分と小径シールドトンネルの始点に位置する周回部分との間については、搬送用通路に沿った直線状でかつ典型的にはほぼ水平の移動経路となる。

そのため、掘削土砂を搬出したり資材を搬出入するときの搬送距離が大幅に短縮されるとともに、搬送経路に含まれる周回経路は最大で１周回分のみとなるので、搬送時の作業性が大幅に改善される。

また、第２の発明においては、上述した搬送用通路を形成する一方、小径シールドトンネル本体の内部空間であって搬送用通路を除く範囲に鉄筋コンクリート体を構築し、上述の周回部分が終点まで構築された後、搬送用通路内に鉄筋コンクリート体を構築して既設の鉄筋コンクリート体と一体化する。

このようにすると、鉄筋コンクリート体を構築するための鉄筋やフレッシュコンクリートといった資材を搬送用通路で搬入することができるため、鉄筋コンクリート工事を効率よく進めることが可能となる。

小径シールドトンネルは、一条で構成する、すなわち１台のシールドマシンを螺旋状に周回させて構築してもよいし、二条以上で構成する、例えば二条であれば、２台のシールドマシンを１８０゜ずらした状態で螺旋状に周回させて構築してもかまわない。

また、小径シールドトンネルの周回形状は、地下空間の用途や特性に応じて適宜定めればよく、円形のほか、楕円形を採用することができる。

なお、第１の発明においては、小径シールドトンネルを構成する一つ一つの周回部分が、周辺地盤から作用する土圧や水圧を支持するほぼ環状の構造体として機能するので、螺旋状の小径シールドトンネルは、該小径シールドトンネルで囲まれた大断面領域を掘削して地下空間を形成する際の支保工として利用され、本設構造体である外殻は、必要に応じて別途構築される。

一方、第２の発明においては、小径シールドトンネルを小径シールドトンネル本体とその内部に構築された鉄筋コンクリート体とで構成してあるので、さらに強度の高い支保工として利用することが可能であり、隣り合う周回部分同士を連結すれば、本設構造体である外殻とすることもできる。

例えば、上述の大断面領域を、鉄筋コンクリート体が構築された周回部分で囲まれた範囲から順次掘削し、該掘削によって露出した周回部分のうち、上述した所定軸線に沿って互いに対向する外周面の間に、該各外周面にそれぞれ溶接される形で連結用鋼材を配置する構成を採用することができる。

かかる構成によれば、各周回部分は、連結用鋼材を介して互いに連結されるとともに、隣り合う周回部分の隙間における止水性も十分に確保されるため、螺旋状の小径シールドトンネルは、全体として円筒状あるいは円錐台状をなす本設構造体としての外殻となる。

連結用鋼材は、小径シールドトンネルを構成する周回部分のうち、所定軸線に沿って互いに対向する外周面の間に、該各外周面にそれぞれ溶接される形で配置される限り、その具体的構成は任意であって、例えば断面がコの字状の鋼材であって、各周回部分の離間距離を幅とし、該周回部分のカーブに合わせて湾曲加工されたもので構成することが可能である。

連結用鋼材は、各周回部分の全周に配置してもよいが、小径シールドトンネルで囲まれた側、すなわち大断面領域側からの施工となる関係上、大断面領域を全断面掘削する場合には、各周回部分の全周に沿って連結用鋼材を容易に配置することができる反面、非掘削領域が残る場合には、例えばその領域を仮掘削して小径シールドトンネルを露出させた後、連結用鋼材の施工を行い、しかる後、仮掘削した領域を埋め戻すといった手順をとる必要があり、工期やコスト面で不利になることが懸念される。

この場合、大断面領域のうち、上方に地下空間を形成するとともに、下方を非掘削領域とし、小径シールドトンネルのうち、地下空間に面する周方向範囲には連結用鋼材を配置し、非掘削領域に埋設される周方向範囲には、所定軸線に沿って互いに対向する部位にそれぞれ開口を設けるとともに、該開口を介して上述の鉄筋コンクリート体を一体化させた構成とすることができる。

構築手順としては、小径シールドトンネルのうち、地下空間に面する周方向範囲にについては、上述したように連結用鋼材を配置し、非掘削領域に埋設される周方向範囲については、鉄筋コンクリート体が構築される前に、所定軸線に沿って互いに対向する部位にそれぞれ連結用開口を設けることにより、該連結用開口を介して鉄筋コンクリート体を一体化すればよい。

連結用鋼材は、十分な強度と止水性をもって小径シールドトンネルの外周面に溶接することが可能であるが、連結用鋼材を配置した後、該連結用鋼材の大断面領域側であって各外周面に挟まれた領域に吹付けコンクリートを配置する構成とすれば、小径シールドトンネルにおける各外周面の間の止水性を、連結用鋼材のみで確保するのではなく、吹付けコンクリートとの協働作用によって確保することとなり、かくして上述の止水性を合理的なコストで実現することが可能となる。

第１の発明及び第２の発明において、搬送用通路は、先頭の周回部分に続くあらたな周回部分の構築に必要な掘削土砂の搬出や、資材の搬出入のために主として利用されるが、既に構築された周回部分に係る資材の搬出入のために利用することももちろん可能である。

ここで、搬送用通路が形成される角度位置は、周回部分の頂部や側部に対応する角度位置をはじめ、任意の角度位置とすることができるが、該角度位置を周回部分の最下端に対応する位置としたならば、周回経路の開始が最下端となるため、作業時の安全性を確保しやすくなる。

第１の発明及び第２の発明において、先頭の周回部分とそれに隣り合う既設の周回部分との対向部位に通路形成用開口を設けるとともに、該通路形成用開口を介して上述した各周回部分の内部空間を互いに連通させる際には、通路形成用開口を設ける前にその近傍に拡がる地盤の止水性を地盤改良によって確保しておく必要があり、それを周回部分が構築されるごとに行うようにしてもかまわないが、小径シールドトンネルの構築開始に先だって、上述した所定軸線に沿って延びる地盤改良領域を予め形成する構成を採用することができる。

地盤改良領域は、周回部分を構築する際にその周回部分が貫通し、さらに通路形成用開口を設ける際にその通路形成用開口が周辺地盤に露出しないように構成する。

かかる構成によれば、通路形成用開口を設けるタイミングでは、地盤改良領域が既に形成されているため、周回部分の構築から通路形成用開口の設置を経て搬送用通路の延設までの作業の流れがスムーズになる。また、周回部分の数（螺旋の本数）だけ必要な地盤改良箇所を一括して地盤改良することができる。

第１の発明及び第２の発明において、地下空間は、さまざまな用途に用いることが可能であって、例えば地下放水路として用いることができるが、上述の小径シールドトンネルを、螺旋径が所定軸線に沿って大きくなるように延設するとともに、地下空間のうち、螺旋径が小さい側に本線トンネルを、螺旋径が大きい側に該本線トンネル及びそれから分岐するランプトンネルをそれぞれ連通接続した構成とすることにより、道路トンネルの分岐合流部として用いることが可能となる。

本実施形態に係る地下空間の構築方法を用いて構築される地下空間構造１の図であり、(a)は全体斜視図、(b)はＡ−Ａ線に沿う水平断面図。 小径シールドトンネル６を一部が切除された状態で示した図であり、(a)は詳細水平断面図、(b)は詳細斜視図。 地下空間構造１の構築手順を示した横断面図。 地盤改良領域３４を小径シールドトンネル本体２１とともに示した斜視図。 引き続き地下空間構造１の構築手順を示した図であり、(a)は通路形成用開口３６，３７を設ける様子を示した斜視図、(b)はその詳細斜視図、(c)はＧ−Ｇ線に沿う詳細断面図。 引き続き地下空間構造１の構築手順を示した横断面図。 地下空間構造１の構築手順を示した図であり、(a)はＢ−Ｂ線に沿う詳細断面図、(b)はＣ−Ｃ線に沿う詳細断面図、(c)はＤ−Ｄ線に沿う詳細断面図。 変形例に係る詳細断面図。 別の変形例に係る図であり、(a)は横断面図、(b)はＥ−Ｅ線に沿う詳細断面図、(b)はＦ−Ｆ線に沿う詳細断面図。

以下、本発明に係る地下空間の構築方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る地下空間の構築方法を用いて構築される地下空間構造１を示した全体斜視図及び水平断面図である。地下空間構造１は、道路トンネルをシールドトンネルで構築する際、そのシールドトンネルの断面を拡幅する場合に適用されるものであって、同図でわかるように、本線トンネル２からランプトンネル３が分岐する分岐合流部を地下空間４とし、該地下空間が形成される大断面領域５を取り囲むように小径シールドトンネル６を本線トンネル２のトンネル軸線７の回りに螺旋状に構築してある。

小径シールドトンネル６は、周回形状が円形となるように構築してあるとともに、螺旋径がトンネル軸線７に沿って、図１では右から左に向かう方向に大きくなるように延設してあり、地下空間４のうち、螺旋径が小さい側（以下、始点側）に本線トンネル２を、螺旋径が大きい側（以下、終点側）に本線トンネル２及びランプトンネル３をそれぞれ連通接続してある。

図２は、小径シールドトンネル６を一部が切除された状態で示した詳細水平断面図及び詳細斜視図である。これらの図でわかるように、小径シールドトンネル６は、小径シールドトンネル本体２１とその内部に構築された鉄筋コンクリート体２２とで構成してあるとともに、小径シールドトンネル６を構成する周回部分のうち、トンネル軸線７に沿って互いに対向する外周面２４，２４の間に連結用鋼材２３を配置してある。

連結用鋼材２３は、小径シールドトンネル６を構成する各周回部分の離間距離ｄ（図２(a)参照）を幅とし、該周回部分のカーブに合わせて湾曲加工された鋼材を周方向に継ぎ足して構成してあり、全体としては、小径シールドトンネル６と同様、螺旋状をなす。

連結用鋼材２３は、断面がコの字状となるようにウェブの各縁部から同一の側にフランジをそれぞれ延設してなる溝形鋼で構成してあり、各フランジを外周面２４，２４に当接させた上、該外周面にそれぞれ溶接してある。

このように構成された地下空間構造１は、小径シールドトンネル６を、小径シールドトンネル本体２１とその内部に構築された鉄筋コンクリート体２２とで構成してあるため、該小径シールドトンネルを構成する一つ一つの周回部分は、周辺地盤から作用する土圧や水圧を高い強度で支持するほぼ環状の構造体として機能する。

また、小径シールドトンネル６のうち、トンネル軸線７に沿って互いに対向する外周面２４，２４の間には、該各外周面にそれぞれ溶接される形で連結用鋼材２３を配置してあるので、各周回部分は、連結用鋼材２３を介して互いに連結されるとともに、隣り合う周回部分の隙間における止水性も十分に確保されることとなり、螺旋状の小径シールドトンネル６は、全体として円錐台状をなす本設構造体としての外殻となる。

本実施形態に係る地下空間の構築方法を用いて地下空間構造１を構築するには、まず、図３(a)に示すように本線トンネル２のセグメントを、地下空間４の始点側となる位置で一部撤去して開口３１を設けるとともに、該開口近傍に拡がる地山を掘削除去することにより、シールドマシン３３を発進させる発進部３２を設ける。

本線トンネル２は、小径シールドトンネル６の構築を開始する時点で、地下空間４の始点側となる位置まで到達しており、かつ小径シールドトンネル６の構築完了後、該小径シールドトンネルで囲まれた大断面領域５の掘削を行う時点で、地下空間４の終点側となる位置までランプトンネル３とともに反対側から到達していれば足りるものであり、地下空間４の起点側から終点側の範囲が構築される必要もない。

シールドマシン３３は、地盤内に螺旋状のシールドトンネルを構築可能なものを適宜選択する。

一方、小径シールドトンネル６の構築開始に先だって、本線トンネル２のトンネル軸線７に沿って延びる地盤改良領域３４を地盤内に形成する。

地盤改良領域３４は図４に示したように、小径シールドトンネル本体２１を構成する各周回部分の最下端となる角度位置に横断面が矩形状をなす角柱状の領域として形成し、該小径シールドトンネル本体を構成する各周回部分が構築時に該地盤改良領域を貫通するよう、その形成範囲を適宜設定する。

地盤改良領域３４を先行形成したならば、次に、図３(a)で説明した発進部３２からシールドマシン３３を発進させるとともに、該シールドマシンを、螺旋状でかつその螺旋径が徐々に大きくなるように、かつ最下端となる角度位置では地盤改良領域３４を貫通させながら、終点側に到達するまで（図３(b)）、トンネル軸線７の回りを周回させる。

シールドマシン３３で地盤内を掘進する際には、テール側で鋼製のセグメントを組み立てては該セグメントから反力をとる形でシールドマシン３３を前進させて前方地山を掘削するとともに、組み立てられた鋼製のセグメントの外周面と地山との隙間に裏込め材を充填していくことで、小径シールドトンネル本体２１を構築する。

小径シールドトンネル本体２１を構築するにあたっては、図５に示すように、小径シールドトンネル本体２１を構成する周回部分が構築されるごとに、先頭の周回部分とトンネル軸線７に沿って隣り合う既設の周回部分との対向部位、先頭の周回部分が周回部分３５ａのときは、該周回部分と周回部分３５ｂとの対向部位に通路形成用開口３６，３７をそれぞれ設ける。

通路形成用開口３６，３７は、小径シールドトンネル本体２１の周回部分３５ａ及び周回部分３５ｂを構成するセグメントをそれぞれ一部撤去することで該各周回部分にそれぞれ形成することができる。

ここで、通路形成用開口３６，３７が周辺地盤に露出することがないよう、地盤改良領域３４の断面の大きさや形状を適宜定めておくことにより、通路形成用開口３６，３７を形成する前準備としての地盤改良による止水性確保を周回部分ごとに行う必要がなくなる。

なお、先頭の周回部分が周回部分３５ｂのときは、該周回部分と周回部分３５ｃとの対向部位、先頭の周回部分が周回部分３５ｃのときは、該周回部分と周回部分３５ｄとの対向部位に通路形成用開口３６，３７を同様に設ければよいが、以下、先頭の周回部分が周回部分３５ａである場合についてのみ説明する。

周回部分３５ａと周回部分３５ｂとの対向部位に通路形成用開口３６，３７をそれぞれ設けたならば、次に、同図(b)、(c)に示すように、ボックス状の開口枠４０で通路形成用開口３６，３７を接合する。

このようにすると、先頭の周回部分３５ａの内部空間３８と既設の周回部分３５ｂの内部空間３８とが通路形成用開口３６，３７を介して互いに連通するとともに、小径シールドトンネル６（小径シールドトンネル本体２１）の始点に位置する周回部分から先頭の周回部分まで、トンネル軸線７に沿って直線状に延びる搬送用通路３９が、各周回部分の最下端に対応する角度位置で形成される。

一方、小径シールドトンネル本体２１の内部空間であって搬送用通路３９を除く範囲に鉄筋コンクリート体を構築し、周回部分が終点まで構築された後、搬送用通路３９内に鉄筋コンクリート体を構築して既設の鉄筋コンクリート体と一体化し、小径シールドトンネル６とする。

図６及び図７は、小径シールドトンネル本体２１の内部空間に鉄筋コンクリート体を構築して小径シールドトンネル６とする手順を、地下空間４の始点側から若干距離だけ離隔した位置で示したものである。

これらの図でわかるように、図６(a)に示す位置まで小径シールドトンネル本体２１を構築するとともに、該小径シールドトンネル本体の始点に位置する周回部分（同図紙面の奥側、図示せず）から先頭の周回部分（同図紙面で描かれた周回部分）まで搬送用通路３９を形成した後、シールドマシン３３を引き続きトンネル軸線７の回りに周回させて小径シールドトンネル本体２１を螺旋方向に延設しつつ、図７(a)に示すようにトンネル軸線７に沿って互いに対向する小径シールドトンネル本体２１の裏込め領域面５１，５１の間にあらたな裏込め材５２を小径シールドトンネル本体２１内から注入し、裏込め領域面５１，５１間の止水性を確保する。

ここで、シールドマシン３３によって掘削された土砂については、先頭の周回部分内を通る周回経路に沿って搬送用通路３９まで搬送した後、図６(a)に示す位置から搬送用通路３９に沿った直線状でかつほぼ水平の移動経路で搬送し、小径シールドトンネル６の始点側で搬出すればよい。

一方、裏込め材やその注入機材は、小径シールドトンネル６の始点側から搬入し、図６(a)に示す位置まで搬送用通路３９に沿った移動経路で搬送した後、先頭の周回部分内を通る周回経路に沿って所望の角度位置まで搬送すればよい。

ここで、搬送用通路３９に沿った裏込め材等の搬送は、例えば該搬送用通路に沿って敷設された軌道を走行する台車を用いて行うことが可能であり、先頭の周回部分内を通る周回経路に沿った搬送は、該周回部分に設置されたガイドレールに沿って昇降自在に取り付けられたウィンチ等の荷揚げ機構で行うことが可能であるが、いずれも公知の技術を適宜転用することで実施可能であるため、図面を用いた詳細な説明は省略する。

次に、図６(b)及び図７(b)に示すように、小径シールドトンネル本体２１の内部空間に鉄筋４１を配置し、次いで、該小径シールドトンネル本体内にコンクリート５３を打設することにより、小径シールドトンネル本体２１の内部に鉄筋コンクリート体２２を構築する。

鉄筋４１やコンクリート５３を搬入するにあたっては、裏込め材と同様、小径シールドトンネル６の始点側から搬入し、図６(b)に示す位置まで搬送用通路３９に沿った移動経路で搬送した後、先頭の周回部分内を通る周回経路に沿って所望の角度位置まで搬送すればよい。

なお、小径シールドトンネル本体２１の内部空間のうち、搬送用通路３９が形成されている範囲には、コンクリート５３が流入しないように型枠（図示せず）を適宜立て込む。

次に、図６(c)に示すように本線トンネル２を解体除去しつつ、大断面領域５を、鉄筋コンクリート体２２が構築された周回部分で囲まれた範囲から順次、全断面掘削し、同図(d)に示すように地下空間４を形成するとともに、図７(c)に示すように、地下空間４を利用して、鉄筋コンクリート体２２が構築された周回部分のうち、トンネル軸線７に沿って互いに対向する外周面２４，２４の間に、該外周面に連結用鋼材２３のフランジをそれぞれ当接し溶接する形で、該連結用鋼材を配置する。

連結用鋼材２３の設置は、大断面領域５の掘下げに合わせて、小径シールドトンネル６を構成する各周回部分の頂部からインバートに向けて順次行うようにすればよい。

小径シールドトンネル本体２１の内部空間に搬送用通路３９を除いて鉄筋コンクリート体２２が終点の周回部分まで構築された後、該搬送用通路内に鉄筋コンクリート体を構築して既設の鉄筋コンクリート体２２と一体化し、小径シールドトンネル６の構築を完了する。

以上説明したように、本実施形態に係る地下空間の構築方法によれば、小径シールドトンネル６の構築に伴って掘削土砂を搬出したり、裏込め材、鉄筋、コンクリート等の資材を搬出入したりする際、搬出元あるいは搬入先が位置する周回部分だけは、それらの角度位置とその周回部分に形成された通路形成用開口３６との間で最大で１周回分の鉛直面内周回経路となるものの、該周回部分と小径シールドトンネル６の始点に位置する周回部分との間については、搬送用通路３９に沿った直線状でかつ典型的にはほぼ水平の移動経路となる。

そのため、本線トンネル２やランプトンネル３から制約を受けることなくしかも搬送用のトンネルを別途構築せずとも、掘削土砂を搬出したり資材を搬出入するときの搬送距離が大幅に短縮されるとともに、搬送経路に含まれる周回経路は最大で１周回分のみとなるので、搬送時の作業性が大幅に改善される。

また、本実施形態に係る地下空間の構築方法によれば、上述した搬送用通路３９を形成する一方、小径シールドトンネル本体２１の内部空間であって搬送用通路３９を除く範囲に鉄筋コンクリート体２２を構築し、上述の周回部分が終点まで構築された後、搬送用通路３９内に鉄筋コンクリート体を構築して既設の鉄筋コンクリート体２２と一体化するようにしたので、鉄筋コンクリート体２２を構築するための鉄筋やフレッシュコンクリートといった資材を搬送用通路３９で搬入することが可能となり、かくして鉄筋コンクリート工事を効率よく進めることが可能となる。

また、本実施形態に係る地下空間の構築方法によれば、搬送用通路３９が形成される角度位置を、小径シールドトンネル本体２１を構成する周回部分の最下端に対応する位置としたので、周回経路の開始が最下端となり、作業時の安全性を確保しやすくなる。

また、本実施形態に係る地下空間の構築方法によれば、小径シールドトンネル６の構築開始に先だって、トンネル軸線７に沿って延びる地盤改良領域３４を予め形成するようにしたので、通路形成用開口３６，３７を設けるタイミングでは、地盤改良領域３４が既に形成されている状態となる。

そのため、周回部分の構築から通路形成用開口３６，３７の設置を経て搬送用通路３９の延設までの作業をスムーズに行うことができる。

加えて、周回部分の数（螺旋の本数）だけ必要な地盤改良箇所を、一括して地盤改良することができる。

また、本実施形態に係る地下空間の構築方法によれば、小径シールドトンネル本体２１のうち、トンネル軸線７に沿って互いに対向する外周面２４，２４の間に、該各外周面にそれぞれ溶接される形で連結用鋼材２３を配置するようにしたので、各周回部分が連結用鋼材２３を介して互いに連結されるとともに、隣り合う周回部分の隙間における止水性も十分に確保されることとなり、かくして螺旋状の小径シールドトンネル６を用いて、全体として円錐台状の外殻構造を構成することが可能となる。

本実施形態では特に言及しなかったが、図８(a)に示すように連結用鋼材２３の地下空間４の側であって各外周面２４，２４に挟まれた領域に吹付けコンクリート６１を配置するようにしてもよい。

かかる構成によれば、小径シールドトンネル６における各外周面２４，２４の間の止水性を、連結用鋼材２３のみで確保するのではなく、吹付けコンクリート６１との協働作用によって確保することとなり、かくして上述の止水性を合理的なコストで実現することが可能となる。

また、本実施形態では特に言及しなかったが、本発明の連結用鋼材を、図８(b)に示すように各外周面２４，２４の離間距離が最小となる位置よりも地山側に配置されてなる連結用鋼材６２で構成するようにしてもよい。

かかる構成によれば、周辺地盤からの土圧や水圧が連結用鋼材６２に作用したとき、該荷重は、圧縮力として小径シールドトンネル６の外周面２４，２４に伝達されるため、溶接の品質をそれほど高くせずとも、上述した荷重を確実に支持することが可能となる。

また、本実施形態では、大断面領域５を全断面掘削して地下空間４を形成することを前提としたが、図９(a)に示すように、大断面領域５のうち、上方に地下空間４ａを形成するとともに、下方を非掘削領域７１とする場合においては、小径シールドトンネル６のうち、地下空間４ａに面する周方向範囲には、本実施形態と同様、図９(b)に示すように地下空間４ａを利用して連結用鋼材２３を配置し、非掘削領域７１に埋設される周方向範囲には、図９(c)に示すように、小径シールドトンネル本体２１のうち、トンネル軸線７に沿って互いに対向する部位にそれぞれ開口７２，７２を設け、該開口を貫通する鉄筋７３を配置するとともに、該小径シールドトンネル本体の内部空間に上述の実施形態と同様の鉄筋４１を配置した上、小径シールドトンネル本体２１内及び開口７２，７２による連通空間７４にコンクリートを打設することにより、該開口を介して鉄筋コンクリート体を一体化させた構成とすればよい。

かかる構成によれば、小径シールドトンネル本体２１を構成するセグメントの一部撤去を最小限にとどめつつ、本設構造体としての外殻を小径シールドトンネル６を用いて構築することが可能となる。

また、本実施形態では、小径シールドトンネルを本設構造体である外殻とすべく、小径シールドトンネル本体２１とその内部に構築された鉄筋コンクリート体２２とからなる小径シールドトンネル６で本発明の小径シールドトンネルを構成するとともに、該小径シールドトンネルを構成する周回部分のうち、隣り合う周回部分を連結用鋼材２３で連結するようにしたが、螺旋状の小径シールドトンネルを支保工として機能させれば足りるのであれば、連結用鋼材２３による連結を省略するとともに、鉄筋コンクリート体２２を省略して小径シールドトンネル本体２１のみで小径シールドトンネルを構成するようにしてもかまわない。

１ 地下空間構造
２ 本線トンネル
３ ランプトンネル
４，４ａ 地下空間
５ 大断面領域
６ 小径シールドトンネル
７ トンネル軸線（所定軸線）
２１ 小径シールドトンネル本体
２２ 鉄筋コンクリート体
２３，６２ 連結用鋼材
２４，２４ 対向外周面
３４ 地盤改良領域
３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ
周回部分
３６，３７ 通路形成用開口
３９ 搬送用通路
４１，７３ 鉄筋（鉄筋コンクリート体）
５３ コンクリート（鉄筋コンクリート体）
６１ 吹付けコンクリート
７１ 非掘削領域
７２ 開口

Claims (8)

1. 小径シールドトンネルを所定軸線回りに螺旋状に構築するとともに、該小径シールドトンネルで囲まれた大断面領域に地下空間を形成する地下空間の構築方法において、
   前記小径シールドトンネルを構成する周回部分が構築されるごとに先頭の周回部分と前記所定軸線に沿って隣り合う既設の周回部分との対向部位に通路形成用開口を設けるとともに該通路形成用開口を介して前記先頭の周回部分の内部空間と前記既設の周回部分の内部空間とを互いに連通させることにより、前記小径シールドトンネルの始点に位置する周回部分から前記先頭の周回部分まで前記所定軸線方向に沿って所定の角度位置で直線状に延びる搬送用通路を形成することを特徴とする地下空間の構築方法。
2. 小径シールドトンネルを所定軸線回りに螺旋状に構築するとともに、該小径シールドトンネルで囲まれた大断面領域に地下空間を形成する地下空間の構築方法において、
   前記小径シールドトンネルを小径シールドトンネル本体とその内部に構築された鉄筋コンクリート体とで構成し、
   前記小径シールドトンネル本体を構成する周回部分が構築されるごとに先頭の周回部分と前記所定軸線に沿って隣り合う既設の周回部分との対向部位に通路形成用開口を設けるとともに該通路形成用開口を介して前記先頭の周回部分の内部空間と前記既設の周回部分の内部空間とを互いに連通させることにより、前記小径シールドトンネルの始点に位置する周回部分から前記先頭の周回部分まで前記所定軸線方向に沿って所定の角度位置で直線状に延びる搬送用通路を形成する一方、前記小径シールドトンネル本体の内部空間であって前記搬送用通路を除く範囲に鉄筋コンクリート体を構築し、
   前記周回部分が終点まで構築された後、前記搬送用通路内に鉄筋コンクリート体を構築して既設の鉄筋コンクリート体と一体化することを特徴とする地下空間の構築方法。
3. 前記大断面領域を、前記鉄筋コンクリート体が構築された周回部分で囲まれた範囲から順次掘削し、該掘削によって露出した周回部分のうち、前記所定軸線に沿って互いに対向する外周面の間に、該各外周面にそれぞれ溶接される形で連結用鋼材を配置する請求項２記載の地下空間の構築方法。
4. 前記大断面領域のうち、上方に前記地下空間を形成するとともに、下方を非掘削領域とし、前記小径シールドトンネルのうち、前記地下空間に面する周方向範囲には前記連結用鋼材を配置し、前記非掘削領域に埋設される周方向範囲には、前記鉄筋コンクリート体が構築される前に前記所定軸線に沿って互いに対向する部位にそれぞれ連結用開口を設けることにより、該連結用開口を介して前記鉄筋コンクリート体を一体化する請求項３記載の地下空間の構築方法。
5. 前記連結用鋼材を配置した後、該連結用鋼材の大断面領域側であって前記各外周面に挟まれた領域に吹付けコンクリートを配置する請求項３又は請求項４記載の地下空間の構築方法。
6. 前記角度位置を前記周回部分の最下端に対応する位置とした請求項１乃至請求項５のいずれか一記載の地下空間の構築方法。
7. 前記小径シールドトンネルを構成する各周回部分が構築される際に該周回部分が貫通するようにかつ前記通路形成用開口が設置される際に該通路形成用開口が周辺地盤に露出しないように、前記小径シールドトンネルの構築開始に先だって、前記所定軸線に沿って延びる地盤改良領域を形成する請求項１乃至請求項６のいずれか一記載の地下空間の構築方法。
8. 前記小径シールドトンネルを、螺旋径が前記所定軸線に沿って大きくなるように延設するとともに、前記地下空間のうち、螺旋径が小さい側に本線トンネルを、螺旋径が大きい側に該本線トンネル及びそれから分岐するランプトンネルをそれぞれ連通接続した請求項１乃至請求項７のいずれか一記載の地下空間の構築方法。

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