JP2016006250A - 大断面トンネル構造及びその構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外殻の先行構築による内部掘削時の作業安定性を確保しつつ、シールドトンネルを切り開く際の作業負担を軽減する大断面トンネルの構築方法を提供する。【解決手段】円筒状シールドトンネル２を、それらの円筒中心軸線が大断面トンネルのトンネル軸線３とほぼ平行になるようにかつ、トンネル軸線３に沿って列状となるように複数配置し、複数の円筒状シールドトンネル２の各内部空間に円筒状ＲＣ躯体４ａを構築するとともに、円筒状ＲＣ躯体４ａと連続させる形で、互いに隣り合う２つの円筒状シールドトンネル２，２の間に環状ＲＣ躯体４ｂを構築して外殻５とする。円筒状シールドトンネル２は、トンネル軸線３に沿ってそれらの径を順次大きく変化させ、外殻５で囲まれたトンネル内空間６には、本線トンネル７と、径が大きな側に配置されるランプトンネル８との分岐合流部が設けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、主としてシールドトンネルの分岐合流部の構築に適用される大断面トンネル構造及びその構築方法に関する。

シールド工法でトンネル掘削を行うにあたっては、シールド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。

トンネルの分岐合流部は、道路トンネルであれば、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する工法として、パイプルーフと呼ばれる直線状又は曲線状のパイプを支保工として既設のシールドトンネルを拡張し、あるいは２つのシールドトンネルを一体化するパイプルーフ工法（特許文献１）や、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した後、その内側領域を掘削する小断面シールド工法（特許文献２）が開発されている。

特開２０１０−４３４４０号公報 特開２００９−１４４４６３号公報

これらの工法はいずれも、シールドトンネルの断面拡幅工法として実績があるが、パイプルーフ工法では、パイプルーフで囲まれた内側領域を掘削しながら外殻と呼ばれる拡幅部の躯体を構築する関係上、出水が生じたり応力開放に伴って地盤に変状が生じたりする傾向があり、これを防止しようとすると、パイプループの設置スパンを短くせねばならず、施工能率の低下が懸念される。

また、小断面シールド工法は、複数本のルーフシールドを周方向に相互連結する形で外殻を構築した後、該外殻の内側領域を掘削するため、掘削時の作業安定性は高いものの、ルーフシールドを周方向に連結するには、各ルーフシールドを切り開く必要があるため、拡幅部の径が大きい場合、ルーフシールドの本数も多くなってそれらの切り開き作業が増大し、その結果、薬液注入や凍結といった止水作業が膨大になる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、外殻の先行構築による内部掘削時の作業安定性を確保しつつ、シールドトンネルを切り開く際の作業負担を軽減可能な大断面トンネル構造及びそ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、本発明に係る大断面トンネル構造は請求項１に記載したように、円筒状シールドトンネルをその円筒中心軸線がトンネル軸線とほぼ平行になるようにかつ該トンネル軸線に沿って列状となるように複数配置し、前記複数の円筒状シールドトンネルの各内部空間に鉄筋コンクリート躯体を構築するとともに前記複数の円筒状シールドトンネルのうち、互いに隣り合う２つの円筒状シールドトンネルの間に前記鉄筋コンクリート躯体と連続させる形で接続用鉄筋コンクリート躯体を構築して外殻としたものである。

また、本発明に係る大断面トンネル構造は請求項２に記載したように、円筒状シールドトンネルをその円筒中心軸線がトンネル軸線とほぼ平行になるようにかつ該トンネル軸線に沿って列状となるように複数配置し、前記複数の円筒状シールドトンネルの各内部空間に該円筒状シールドトンネルを構成する鋼製セグメントとともに合成構造を形成するコンクリート躯体を構築するとともに前記複数の円筒状シールドトンネルのうち、互いに隣り合う２つの円筒状シールドトンネルの間に前記コンクリート躯体と連続させる形で接続用鉄筋コンクリート躯体を構築して外殻としたものである。

また、本発明に係る大断面トンネル構造は、前記複数の円筒状シールドトンネルの径を前記トンネル軸線に沿って変化させたものである。

また、本発明に係る大断面トンネル構造は、前記外殻で囲まれたトンネル内空間に本線トンネルとランプトンネルとの分岐合流部を設けたものである。

また、本発明に係る大断面トンネルの構築方法は請求項５に記載したように、矩形シールドマシンを、その横断面における長手方向と短手方向がそれぞれ大断面トンネルのトンネル軸線方向とそれに直交する方向にほぼ一致するように姿勢保持して該大断面トンネルの構築予定領域を取り囲むようにそのトンネル軸線回りに周回させることにより円筒状シールドトンネルを構築し、
該周回工程を前記トンネル軸線方向に沿って繰り返すことにより該トンネル軸線に沿って前記円筒状シールドトンネルを列状に複数配置し、
前記複数の円筒状シールドトンネルの各内部空間に鉄筋コンクリート躯体を構築するとともに、該複数の円筒状シールドトンネルのうち、互いに隣り合う２つの円筒状シールドトンネルの対向部位が切除され該対向部位間に拡がる地山が掘削除去されてなる連通空間に前記鉄筋コンクリート躯体と連続させる形で接続用鉄筋コンクリート躯体を構築して前記大断面トンネルの外殻とし、
該外殻の内側に拡がる地山を掘削除去するものである。

また、本発明に係る大断面トンネルの構築方法は請求項６に記載したように、矩形シールドマシンを、その横断面における長手方向と短手方向がそれぞれ大断面トンネルのトンネル軸線方向とそれに直交する方向にほぼ一致するように姿勢保持して該大断面トンネルの構築予定領域を取り囲むようにそのトンネル軸線回りに周回させることにより円筒状シールドトンネルを構築し、
該周回工程を前記トンネル軸線方向に沿って繰り返すことにより該トンネル軸線に沿って前記円筒状シールドトンネルを列状に複数配置し、
前記複数の円筒状シールドトンネルの各内部空間に該円筒状シールドトンネルを構成する鋼製セグメントとともに合成構造を形成するコンクリート躯体を構築するとともに、該複数の円筒状シールドトンネルのうち、互いに隣り合う２つの円筒状シールドトンネルの対向部位が切除され該対向部位間に拡がる地山が掘削除去されてなる連通空間に前記コンクリート躯体と連続させる形で接続用鉄筋コンクリート躯体を構築して前記大断面トンネルの外殻とし、
該外殻の内側に拡がる地山を掘削除去するものである。

また、本発明に係る大断面トンネルの構築方法は、前記トンネル軸線と平行に導坑を先行形成し、該導坑の内部空間を前記矩形シールドマシンを発進到達させるための発進到達エリアとするか又は前記導坑の一部を前記トンネル軸線に沿って切除するとともにその背後に拡がる地山を掘削除去することで作業空間を形成して該作業空間を前記発進到達エリアとするものである。

また、本発明に係る大断面トンネルの構築方法は、前記周回工程において、前記発進到達エリアに元押しジャッキを設置して該元押しジャッキで前記矩形シールドマシン及びその後続のセグメント列を押し出すものである。

また、本発明に係る大断面トンネルの構築方法は、前記鉄筋コンクリート躯体を構築する場合において、前記発進到達エリアで前記セグメント列を構成する各セグメントに鉄筋を先付けするものである。

第１の発明に係る大断面トンネル構造においては、円筒状シールドトンネルを列状に複数配置し、該複数の円筒状シールドトンネルの各内部空間に鉄筋コンクリート躯体を構築するとともに、該鉄筋コンクリート躯体と連続させる形で、互いに隣り合う２つの円筒状シールドトンネルの間に接続用鉄筋コンクリート躯体を構築して外殻とする。

また、第２の発明に係る大断面トンネル構造においては、円筒状シールドトンネルを列状に複数配置し、該複数の円筒状シールドトンネルの各内部空間にコンクリート躯体を構築するとともに、該コンクリート躯体と連続させる形で、互いに隣り合う２つの円筒状シールドトンネルの間に接続用鉄筋コンクリート躯体を構築して外殻とする。ここで、コンクリート躯体は、円筒状シールドトンネルを構成する鋼製セグメントとともに、コンクリート充填鋼管と同様の合成構造を形成する。

また、第３及び第４の発明に係る大断面トンネルの構築方法においては、まず、矩形シールドマシンを大断面トンネルの構築予定領域を取り囲むようにそのトンネル軸線回りに周回させることで円筒状シールドトンネルを構築するとともに、その周回工程をトンネル軸線方向に沿って繰り返すことにより、該トンネル軸線に沿って円筒状シールドトンネルを列状に複数配置する。

次に、第３の発明においては、複数の円筒状シールドトンネルの各内部空間に鉄筋コンクリート躯体を構築するとともに、該鉄筋コンクリート躯体と連続させる形で、互いに隣り合う２つの円筒状シールドトンネルの間に接続用鉄筋コンクリート躯体を構築して大断面トンネルの外殻とし、第４の発明においては、複数の円筒状シールドトンネルの各内部空間に該円筒状シールドトンネルを構成する鋼製セグメントとともに合成構造を形成するコンクリート躯体を構築するとともに、該コンクリート躯体と連続させる形で、互いに隣り合う２つの円筒状シールドトンネルの間に接続用鉄筋コンクリート躯体を構築して大断面トンネルの外殻とする。

このようにすると、外殻を構築するためのシールドトンネルの切り開き作業は、円筒状シールドトンネルの対向部位だけにとどまり、その総延長は、従来の小断面シールド工法と比較すると、同じトンネル区間長に対し、数分の１にまで低減される。

円筒状シールドトンネルを列状に複数配置するにあたり、それらの径をどのように設定するかは任意であって、トンネル軸線に沿って一律とすれば、例えば道路や鉄道用途の本線トンネルを一定長同一断面で構築する際に適した構成となるが、複数の円筒状シールドトンネルの径をトンネル軸線に沿って変化させたならば、それらの本線トンネルを拡幅する場合、例えば、外殻で囲まれたトンネル内空間に本線トンネルとランプトンネルとの分岐合流部を設ける場合に適した構成とすることができる。

矩形シールドマシンは、地山を矩形断面状に掘削可能なシールドマシンであれば具体的な構成は任意であって公知のものから適宜選択することが可能であり、テール部でセグメントを組み立てるとともに該セグメントから反力をとって前進するタイプでもよいし、シールドマシン内ではセグメントの組立は行わず、発進側で連結されたセグメントとともに元押しジャッキで前進するいわゆる推進方式タイプでもよい。

矩形シールドマシンを周回させるにあたり、該矩形シールドマシンをどのように発進到達させるのかは任意であるが、トンネル軸線と平行に導坑を先行形成して該導坑を利用して発進到達エリアを設置するのが典型例となり、その具体的な設置態様としては、
(a) 導坑の内部空間を発進到達エリアとする構成
(b) 導坑の一部をトンネル軸線に沿って切除するとともに、その背後に拡がる地山を掘削除去することで作業空間を形成して該作業空間を発進到達エリアとする構成
の２つの態様に大別される。

ここで、大断面トンネルのトンネル内空間に本線トンネルとランプトンネルとの分岐合流部が設けられる場合、(a)の構成にはさらに、
(a-1) 上述の導坑を、本線トンネル及びランプトンネルと並列に構築された作業用トンネルとするとともに、該作業用トンネルの内部空間を発進到達エリアとする構成
(a-2) 上述の導坑を、大断面トンネルの小径側まで延設されてなるランプトンネルとするとともに、該ランプトンネルの内部空間を発進到達エリアとした矩形シールドマシンの発進到達を大断面トンネルの小径側で行う構成
の２つの態様が少なくとも包摂される。ここで、(a-2)では、ランプトンネルは、大断面トンネルの大径側まで延設されていれば足り、本設構造体としては小径側まで延設される必要はないが、導坑として小径側まで延設される場合があり、かかる場合には、該ランプトンネルを利用することで上述した構成が可能となる。なお、上述の構成は、ランプトンネルの内部空間を利用する関係上、大径側寄りの断面位置では適用対象外である。

また、(b)の構成にはさらに、
(b-1) 上述の導坑を本線トンネル又はランプトンネルとするとともに、該導坑を一部切除して形成された作業空間を発進到達エリアとする構成
(b-2) 上述の導坑を本線トンネルとするとともに、該導坑を任意の角度位置で一部切除して形成された作業空間を発進到達エリアとした矩形シールドマシンの発進到達を大断面トンネルの小径側で行う構成
の２つの態様が少なくとも包摂される。

ここで、(b-1)の場合には、本線トンネル及びランプトンネルを取り囲むように矩形シールドマシンを周回させる必要がある関係上、導坑としての本線トンネル又はランプトンネルを切除する部位は、本線トンネルであれば、ランプトンネルと反対側の側方位置、ランプトンネルであれば、本線トンネルと反対側の側方位置となる。

また、(b-2)の場合には、本線トンネルを取り囲むように矩形シールドマシンを周回させれば足りるため、導坑としての本線トンネルを切除する部位は、側方位置に限らず、上方位置、下方位置など任意の角度位置でかまわない。

矩形シールドマシンを発進到達エリアから発進到達させる場合においては、該矩形シールドマシンを周回させる際、発進到達エリアに元押しジャッキを設置して該元押しジャッキで矩形シールドマシン及びその後続のセグメント列を押し出すことで、円筒状シールドトンネルを構築することができる。

特に、上記構成においては、上述の発進到達エリアでセグメント列を構成する各セグメントに鉄筋を先付けすることができるため、上述の鉄筋コンクリート躯体を構築する際の配筋作業を大幅に簡略することが可能となる。

本実施形態に係る大断面トンネル構造１の図であり、(a)は全体斜視図、(b)は縦断面図。 円筒状ＲＣ躯体４ａと環状ＲＣ躯体４ｂとの接続状況を示した縦断面図。 本実施形態に係る大断面トンネルの構築方法の手順を示した図であり、発進到達エリア３２を設ける様子を示した斜視図及び横断面図。 引き続き本実施形態に係る大断面トンネルの構築方法の手順を示した図であり、矩形シールドマシン３３を周回させることで円筒状シールドトンネル２を構築している様子を示した斜視図及び横断面図。 引き続き本実施形態に係る大断面トンネルの構築方法の手順を示した図であり、円筒状シールドトンネル２の構築が完了した様子を示した斜視図及び横断面図。 引き続き本実施形態に係る大断面トンネルの構築方法の手順を示した図であり、円筒状ＲＣ躯体４ａと環状ＲＣ躯体４ｂとの接続手順を示した縦断面図。 矩形シールドマシンによる周回工程の変形例を示した横断面図。 発進到達エリアの変形例を示した横断面図。 発進到達エリアの別の変形例を示した横断面図。 大断面トンネル構造の変形例を示した縦断面図。

以下、本発明に係る大断面トンネル構造及びそ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、本実施形態に係る大断面トンネル構造を示した図である。同図に示すように、本実施形態に係る大断面トンネル構造１は、円筒状シールドトンネル２を、それらの円筒中心軸線が大断面トンネルのトンネル軸線３とほぼ平行になるようにかつ該トンネル軸線に沿って列状となるように複数配置し、該複数の円筒状シールドトンネル２の各内部空間に鉄筋コンクリート躯体としての円筒状ＲＣ躯体４ａを構築するとともに、該円筒状ＲＣ躯体４ａと連続させる形で、互いに隣り合う２つの円筒状シールドトンネル２，２の間に接続用鉄筋コンクリート躯体としての環状ＲＣ躯体４ｂを構築して外殻５としてある。

ここで、円筒状シールドトンネル２は、トンネル軸線３に沿ってそれらの径を、同図では左側から右側にかけて大きくなるように変化させてあり、外殻５で囲まれたトンネル内空間６には、本線トンネル７と、大径側（同図右側）に配置されるランプトンネル８との分岐合流部が設けられる。

図２は、２つの円筒状ＲＣ躯体４ａ，４ａとそれらを接続する環状ＲＣ躯体４ｂとの接続状況を示した縦断面図である。同図でわかるように、環状ＲＣ躯体４ｂは、互いに隣り合う２つの円筒状シールドトンネル２，２のうち、それらの対向部位に位置するセグメントを切除することで２つの円筒状ＲＣ躯体４ａ，４ａと連続するように一体に形成してある。

本実施形態に係る大断面トンネル構造１を構築するには、まず、トンネル軸線３に沿って円筒状シールドトンネル２を列状に複数配置するが、かかる複数の円筒状シールドトンネル２については、一台の矩形シールドマシンで一つずつ構築するようにしてもよいし、大断面トンネルの構築予定区間をいくつかの区間に分割し、該区間ごとに個別の矩形シールドマシンで円筒状シールドトンネル２を構築するようにしてもよい。

円筒状シールドトンネル２を構築するには、まず図３に示すように、先行形成された導坑としての本線トンネル７の側方に拡がる地盤に対し、薬液注入や凍結工法を施すことによって地盤改良ゾーン３１を形成する。なお、以下の説明では、円筒状シールドトンネル２のうち、大断面トンネルの大径側、図１では右側に比較的近い位置に配置される円筒状シールドトンネル２から構築を進めるものとする。

地盤改良ゾーン３１が形成されたならば、該地盤改良ゾーンのうち、本線トンネル７の側方に設けられた中央改良ゾーン３１ａによって止水を確保しつつ、本線トンネル７を構成するセグメントをその側方位置でトンネル軸線３（図１参照）に沿って切除するとともに、その背後に拡がる地山を掘削除去して作業空間を形成し、該作業空間を後述する矩形シールドマシンの発進到達エリア３２とする。

次に、発進到達エリア３２に矩形シールドマシン３３を据え付け、発進の準備をする。

次に、矩形シールドマシン３３を発進到達エリア３２から発進させ、次いで図４に示すように、地盤改良ゾーン３１のうち、中央改良ゾーン３１ａの上方に延設された上方改良ゾーン３１ｂによって止水を確保しつつ、大断面トンネルの構築予定領域４２を取り囲むように大断面トンネルのトンネル軸線３回りに周回させることで、円筒状シールドトンネル２を構築していく。

矩形シールドマシン３３は、例えば幅が１０〜１５ｍ程度のものを用いることができる。

周回にあたっては、矩形シールドマシン３３の横断面における長手方向と短手方向がそれぞれ大断面トンネルのトンネル軸線３の方向とそれに直交する方向にほぼ一致するようにその姿勢を保持しつつ、該矩形シールドマシンのテール部でセグメントを組み立てるとともに、該セグメントから反力をとって前進させるようにすればよい。

図５は、矩形シールドマシン３３を発進到達エリア３２まで周回させることによって、円筒状シールドトンネル２の構築が終了した様子を示したものである。なお、発進到達エリア３２のうち、円筒状シールドトンネル２の背後に残ったスペースには埋め戻し材５１を充填しておく。

以上述べた周回工程をトンネル軸線３の方向に沿って繰り返すことで、該トンネル軸線に沿って円筒状シールドトンネル２を列状に複数配置する。ここで、複数の円筒状シールドトンネル２は、それらの間に環状ＲＣ躯体４ｂを構築する関係上、５０ｃｍ程度の間隔をおきながら列状に構築する。

なお、複数の円筒状シールドトンネル２を大断面トンネルの大径側から小径側に向けて順次構築する上述の例では、矩形シールドマシン３３は、円筒状シールドトンネル２の構築が一つ終了するごとに、大断面トンネルの小径側へと順次移設するようにすればよい。

一方、構築が完了した円筒状シールドトンネル２から順次、例えば大断面トンネルの大径側に位置する円筒状シールドトンネル２から順次、それらの内部空間に円筒状ＲＣ躯体４ａを構築するとともに、該円筒状ＲＣ躯体と連続させる形で、互いに隣り合う２つの円筒状シールドトンネル２，２の間に環状ＲＣ躯体４ｂを構築して大断面トンネルの外殻５とする。

図６は、円筒状ＲＣ躯体４ａ及び環状ＲＣ躯体４ｂの構築手順を一例として示したものである。同図に示すように、円筒状ＲＣ躯体４ａ及び環状ＲＣ躯体４ｂを構築するには、同図(a)に示すようにまず、２つの円筒状シールドトンネル２，２の対向部位近傍の地山に対し、薬液注入や凍結工法を施すことにより、該対向部位の周囲に地盤改良ゾーン６１，６１を形成する。

地盤改良ゾーン６１，６１は、２つの円筒状シールドトンネル２，２の対向部位を外側と内側から取り囲むようにそれぞれ環状に形成する。

一方、これと相前後して又は同時に、円筒状シールドトンネル２，２のうち、同図では右側に位置する円筒状シールドトンネル２の内部空間に円筒状ＲＣ躯体４ａを構築する。ここで、円筒状ＲＣ躯体４ａは、環状ＲＣ躯体４ｂと後工程で接続する関係上、円筒状シールドトンネル２の内部空間のうち、もう一つの円筒状シールドトンネル２が位置する側に接続スペース６２を残した状態で構築する。

次に、同図(b)に示すように、地盤改良ゾーン６１によって止水を確保しつつ、円筒状シールドトンネル２，２の対向部位に位置するセグメントを切除するとともに、該対向部位の間に拡がる地山を掘削除去することにより、円筒状シールドトンネル２，２の各内部空間を連通させる環状の連通空間６３を形成する。

次に同図(c)に示すように、円筒状シールドトンネル２，２のうち、同図では右側に位置する円筒状シールドトンネル２の内部空間のうち、残置されていた接続スペース６２には、残りの円筒状ＲＣ躯体４ａを、連通空間６３には環状ＲＣ躯体４ｂを、左側に位置する円筒状シールドトンネル２の内部空間には円筒状ＲＣ躯体４ａをそれぞれ構築する。

このとき、接続スペース６２に構築される円筒状ＲＣ躯体４ａが既設の円筒状ＲＣ躯体４ａと一体化するよう、定着筋等を適宜用いるとともに、接続スペース６２に構築される円筒状ＲＣ躯体４ａ、環状ＲＣ躯体４ｂ及び左側の円筒状ＲＣ躯体４ａが互いに連続一体化するよう、コンクリート打設を同時に行うのが望ましい。

なお、左側の円筒状シールドトンネル２の内部空間に円筒状ＲＣ躯体４ａを施工する際には、右側の円筒状シールドトンネル２と同様、接続スペース６２（図示せず）を残すようにする。

このようにして、各円筒状シールドトンネル２の内部空間に円筒状ＲＣ躯体４ａをそれぞれ構築するとともに、それらと連続させる形で互いに隣り合う円筒状シールドトンネル２，２の間に環状ＲＣ躯体４ｂを構築することで、外殻５の構築が完了したならば、次に、外殻５の内側に拡がる地山を掘削除去することで、外殻５の内側にトンネル内空間６を形成する。

以上説明したように、本実施形態に係る大断面トンネル構造及びその構築方法によれば、外殻５を構築するためのシールドトンネルの切り開き作業は、円筒状シールドトンネル２，２の対向部位だけで足りるため、その総延長は、従来の小断面シールド工法と比較すると、同じ区間長に対し、数分の１まで低減される。

例えば、大断面トンネルの小径側の直径が１５ｍ、大径側の直径が３０ｍ、区間長が３００ｍの場合、直径３ｍのルーフシールドを用いた従来の小断面シールド工法では、シールド本数が約１６本（１５ｍ×π／３）必要になるので、切り開き延長は４，８００ｍ（３００ｍ×１６本）となるのに対し、本実施形態では、矩形シールドマシン３３の幅を１５ｍとすると、円筒状シールドトンネル２の平均直径は２２．５ｍ（（１５ｍ＋３０ｍ）／２）、よって平均周長は７０．７ｍ（２２．５ｍ×π）、円筒状シールドトンネル２の対向部位の数は１９ヶ所（３００ｍ／１５ｍ−１）であるので、切り開き延長は、１，３４３ｍ（７０．７ｍ×１９）にとどまり、従来の小断面シールド工法に比べて、３，４５６．７ｍの削減が可能となる。

そのため、薬液注入や凍結といった止水作業も大幅に軽減されることとなり、かくして、外殻５の先行構築による内部掘削時の作業安定性を確保しつつ、シールドトンネルを切り開く際の作業負担を大幅に軽減することができる。

本実施形態では、外殻５で囲まれたトンネル内空間６に本線トンネル７とランプトンネル８との分岐合流部を設けるようにしたが、大断面トンネル構造の用途は、上述したような分岐合流部に限定されるものではなく、本線トンネル同士の分岐合流部にも適用が可能であるし、そもそも道路トンネルや鉄道トンネルに限定されるものでもなく、例えば地下河川の洪水調節施設を構築する際に本発明を適用することが可能である。

また、本実施形態では、円筒状シールドトンネル２の径を変化させるようにしたが、本線トンネル７を拡幅する必要がないのであれば、径が同じ円筒状シールドトンネルを列状に複数配置するようにしてもかまわない。

すなわち、本線トンネル等の拡幅対象が存在しない場合であっても、同一径の円筒状シールドトンネルを列状に複数配置することによって大断面のトンネル空間を形成することができるとともに、その際、上述したと同様の作用効果が発揮されることに何ら変わりはない。

また、本実施形態では、矩形シールドマシン３３として、そのテール部でセグメントを組み立てるとともに該セグメントから反力をとって前進するタイプのものを前提としたが、これに代えて、矩形シールドマシン３３からエレクターを取り除いたものを本発明の矩形シールドマシンとし、該矩形シールドマシンを、図７に示すように、後続のセグメント列６４とともに、発進到達エリア３２に設置された元押しジャッキ６２で前進駆動されるように構成することが可能である。

ここで、発進到達エリア３２でセグメント列６４を構成する各セグメント６１に鉄筋６３を先付けするようにすれば、円筒状ＲＣ躯体４ａを構築する際の配筋作業を大幅に簡略することが可能となる。

また、本実施形態では、本線トンネル７を導坑とし、その側方位置をトンネル軸線３に沿って切除するとともに、その背後に拡がる地山を掘削除去することで作業空間を形成して該作業空間を矩形シールドマシン３３の発進到達エリア３２としたが、本線トンネル７に代えて、図８(a)に示すようにランプトンネル８を導坑とし、上述の実施形態と同様に発進到達エリアを３２ｂを設置してもよい。

また、これらはいずれも上述した(b-1)に該当する構成であるが、これに代えて、(b-2)に該当する構成、すなわち、図８(b)に示すように本線トンネル７を導坑とし、その一部を任意の角度位置でトンネル軸線３に沿って切除するとともに、その背後に拡がる地山を掘削除去することで作業空間を形成して該作業空間を矩形シールドマシン３３の発進到達エリア３２ｃとしてもかまわない。

かかる構成では、本線トンネル７を周回させれば足りるため、発進到達エリア３２ｃは、同図に示すように側方位置とするほか、上方位置、下方位置あるいは反対側の側方位置など任意の角度位置に設置することができる一方、適用される断面位置は、大断面トンネルの小径側に限定される。

また、これらの変形例及び上述の実施形態は、いずれも上述した(b)に該当する構成、すなわち導坑の一部をトンネル軸線に沿って切除するとともに、その背後に拡がる地山を掘削除去することで作業空間を形成して該作業空間を発進到達エリアとする構成であったが、これに代えて、(a)の構成、すなわち導坑の内部空間を発進到達エリアとする構成を採用してもかまわない。

図９(a)は、本線トンネル７及びランプトンネル８と並列に作業用トンネル９１を構築して該作業用トンネルを導坑とし、該作業用トンネルの内部空間から矩形シールドマシン３３を発進到達させる構成を示したものであって、上述の(a-1)に該当する。

また、図９(b)は、大断面トンネルの小径側まで延設されてなるランプトンネル８を導坑とするとともに、該ランプトンネルの内部空間から矩形シールドマシン３３を発進到達させる構成を示したものであって、上述の(a-2)に該当する。

ランプトンネル８は本来、大断面トンネルの大径側まで延設されていれば足り、本設構造体としては小径側まで延設される必要はないが、導坑として小径側まで延設される場合があり、かかる場合には該ランプトンネルを利用することで上述した構成が可能となる。なお、上述の構成は、ランプトンネル８の内部空間を利用する関係上、大径側寄りの断面位置では適用対象外である。

また、本実施形態では、円筒状シールドトンネル２の各内部空間に鉄筋コンクリート躯体としての円筒状ＲＣ躯体４ａを構築するとともに、該円筒状ＲＣ躯体４ａと連続させる形で、互いに隣り合う２つの円筒状シールドトンネル２，２の間に接続用鉄筋コンクリート躯体としての環状ＲＣ躯体４ｂを構築して外殻５としたが、かかる構成に代えて、図１０に示すように、円筒状シールドトンネル２の各内部空間に該円筒状シールドトンネルを構成する鋼製セグメントとともに合成構造を形成するコンクリート躯体１０４ａを構築するとともに、該コンクリート躯体と連続させる形で、互いに隣り合う２つの円筒状シールドトンネル２，２の間に接続用鉄筋コンクリート躯体としての環状ＲＣ躯体１０４ｂを構築して外殻５としてもかまわない。

この場合、例えば環状ＲＣ躯体１０４ｂに埋設された鉄筋をコンクリート躯体１０４ａに定着させることにより、環状ＲＣ躯体１０４ｂとコンクリート躯体１０４ａ，１０４ａとの連続一体性を確保するようにする。

１ 大断面トンネル構造
２ 円筒状シールドトンネル
３ 大断面トンネルのトンネル軸線
４ａ 円筒状ＲＣ躯体（鉄筋コンクリート躯体）
４ｂ 環状ＲＣ躯体（接続用鉄筋コンクリート躯体）
５ 外殻
６ トンネル内空間
７ 本線トンネル
８ ランプトンネル
３２，３２ｂ，３２ｃ 発進到達エリア
３３ 矩形シールドマシン
６１ セグメント
６２ 元押しジャッキ
６３ 鉄筋
６４ セグメント列
９１ 作業用トンネル
１０４ａ コンクリート躯体
１０４ｂ 環状ＲＣ躯体（接続用鉄筋コンクリート躯体）

Claims (9)

1. 円筒状シールドトンネルをその円筒中心軸線がトンネル軸線とほぼ平行になるようにかつ該トンネル軸線に沿って列状となるように複数配置し、前記複数の円筒状シールドトンネルの各内部空間に鉄筋コンクリート躯体を構築するとともに前記複数の円筒状シールドトンネルのうち、互いに隣り合う２つの円筒状シールドトンネルの間に前記鉄筋コンクリート躯体と連続させる形で接続用鉄筋コンクリート躯体を構築して外殻としたことを特徴とする大断面トンネル構造。
2. 円筒状シールドトンネルをその円筒中心軸線がトンネル軸線とほぼ平行になるようにかつ該トンネル軸線に沿って列状となるように複数配置し、前記複数の円筒状シールドトンネルの各内部空間に該円筒状シールドトンネルを構成する鋼製セグメントとともに合成構造を形成するコンクリート躯体を構築するとともに前記複数の円筒状シールドトンネルのうち、互いに隣り合う２つの円筒状シールドトンネルの間に前記コンクリート躯体と連続させる形で接続用鉄筋コンクリート躯体を構築して外殻としたことを特徴とする大断面トンネル構造。
3. 前記複数の円筒状シールドトンネルの径を前記トンネル軸線に沿って変化させた請求項１又は請求項２記載の大断面トンネル構造。
4. 前記外殻で囲まれたトンネル内空間に本線トンネルとランプトンネルとの分岐合流部を設けた請求項３記載の大断面トンネル構造。
5. 矩形シールドマシンを、その横断面における長手方向と短手方向がそれぞれ大断面トンネルのトンネル軸線方向とそれに直交する方向にほぼ一致するように姿勢保持して該大断面トンネルの構築予定領域を取り囲むようにそのトンネル軸線回りに周回させることにより円筒状シールドトンネルを構築し、
   該周回工程を前記トンネル軸線方向に沿って繰り返すことにより該トンネル軸線に沿って前記円筒状シールドトンネルを列状に複数配置し、
   前記複数の円筒状シールドトンネルの各内部空間に鉄筋コンクリート躯体を構築するとともに、該複数の円筒状シールドトンネルのうち、互いに隣り合う２つの円筒状シールドトンネルの対向部位が切除され該対向部位間に拡がる地山が掘削除去されてなる連通空間に前記鉄筋コンクリート躯体と連続させる形で接続用鉄筋コンクリート躯体を構築して前記大断面トンネルの外殻とし、
   該外殻の内側に拡がる地山を掘削除去することを特徴とする大断面トンネルの構築方法。
6. 矩形シールドマシンを、その横断面における長手方向と短手方向がそれぞれ大断面トンネルのトンネル軸線方向とそれに直交する方向にほぼ一致するように姿勢保持して該大断面トンネルの構築予定領域を取り囲むようにそのトンネル軸線回りに周回させることにより円筒状シールドトンネルを構築し、
   該周回工程を前記トンネル軸線方向に沿って繰り返すことにより該トンネル軸線に沿って前記円筒状シールドトンネルを列状に複数配置し、
   前記複数の円筒状シールドトンネルの各内部空間に該円筒状シールドトンネルを構成する鋼製セグメントとともに合成構造を形成するコンクリート躯体を構築するとともに、該複数の円筒状シールドトンネルのうち、互いに隣り合う２つの円筒状シールドトンネルの対向部位が切除され該対向部位間に拡がる地山が掘削除去されてなる連通空間に前記コンクリート躯体と連続させる形で接続用鉄筋コンクリート躯体を構築して前記大断面トンネルの外殻とし、
   該外殻の内側に拡がる地山を掘削除去することを特徴とする大断面トンネルの構築方法。
7. 前記トンネル軸線と平行に導坑を先行形成し、該導坑の内部空間を前記矩形シールドマシンを発進到達させるための発進到達エリアとするか又は前記導坑の一部を前記トンネル軸線に沿って切除するとともにその背後に拡がる地山を掘削除去することで作業空間を形成して該作業空間を前記発進到達エリアとする請求項５又は請求項６記載の大断面トンネルの構築方法。
8. 前記周回工程において、前記発進到達エリアに元押しジャッキを設置して該元押しジャッキで前記矩形シールドマシン及びその後続のセグメント列を押し出す請求項７記載の大断面トンネルの構築方法。
9. 前記鉄筋コンクリート躯体を構築する場合において、前記発進到達エリアで前記セグメント列を構成する各セグメントに鉄筋を先付けする請求項８記載の大断面トンネルの構築方法。

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