JP2016008426A - 大断面トンネルの構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シールドトンネルの切り開きを不要にするとともに、支保工を大規模に設置せずとも内部掘削に伴う地盤の変状を抑制して掘削時の作業安全性を高める。
【解決手段】本発明に係る大断面トンネルの構築方法を実施するには、まず、外殻の構築予定領域２１の内外に鋼管２２と鋼管２３をそれぞれ配置し、鋼管２２及び鋼管２３の近傍に拡がる地山に地盤改良領域４２を形成した後、内周側の鋼管２２と外周側の鋼管２３との間に支保工４４を挿入配置しつつ、該鋼管の間に拡がる地山を掘削することで外殻構築用作業空間４５を形成し、外殻構築用作業空間４５の内周側に鉄筋コンクリート躯体５１を構築し、外殻６１の外周面に防水シート６２を敷設する防水工を施した後、その背面に拡がる空間６３を埋め戻し、最後に内部掘削を行う。
【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、典型的には道路トンネルにおける本線トンネルとランプトンネルとの接合箇所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鋼管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、それらを切り開いて外殻と呼ばれるＲＣ躯体を連続的に構築した後、該外殻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拡幅工法として計画ないしは実績があるが、小断面シールド工法では、外殻を構築する際、周方向に沿って隣り合うルーフシールドをそれらの対向部位で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するとともに、ルーフシールドの切り開きに先だって行われる薬液注入や凍結といった止水作業が外殻構築作業と交錯して両作業の効率が低下する。

一方、パイプルーフ工法では、薬液注入や凍結工法で出水を防止しつつ、パイプルーフで土水圧を先受けし、かかる状態でパイプルーフの内側に拡がる地山を掘削し、掘削完了後、パイプルーフの内側に外殻を構築するので、シールドトンネルを切り開く必要はないものの、小断面シールド工法のように外殻を先行構築するものではないため、掘削による応力開放に伴って地盤に変状が生じる傾向がある。

そのため、掘削及び外殻構築時の作業安全性を高めるには、支保工を大規模に設置したり、パイプルーフの設置スパンを短くしたりせねばならず、いずれにしろ施工能率が低下す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、シールドトンネルの切り開きを不要にするとともに、支保工を大規模に設置せずとも内部掘削に伴う地盤の変状を抑制して掘削時の作業安全性を高めることが可能な大断面トンネル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の構築方法は請求項１に記載したように、外殻の構築予定領域が挟み込まれるようにその内外に内周側土水圧支持手段と外周側土水圧支持手段をそれぞれ配置し、
前記内周側土水圧支持手段及び前記外周側土水圧支持手段の間に拡がる地山を、それらの間に支保工を挿入配置しつつ掘削することで、該内周側土水圧支持手段及び外周側土水圧支持手段の間に外殻構築用作業空間を形成するとともに、該外殻構築用作業空間に鉄筋コンクリート躯体を構築し、
前記鉄筋コンクリート躯体が周方向に連続した状態で筒状に形成されることで前記外殻が構築された後、前記外殻の内側に拡がる地山を掘削するものである。

また、本発明に係る大断面トンネルの構築方法は、前記外殻の内側に拡がる地山を掘削する前に、前記外殻の外周面に防水工を施すとともに、前記外殻構築用作業空間のうち、前記外周面と前記外周側土水圧支持手段との間に拡がる空間を埋め戻すものである。

また、本発明に係る大断面トンネルの構築方法は、前記外殻構築用作業空間を形成した後、前記外周側土水圧支持手段の内周側に防水工を施し、次いで、前記外殻構築用作業空間に前記鉄筋コンクリート躯体を構築するものである。

また、本発明に係る大断面トンネルの構築方法は、前記内周側土水圧支持手段及び前記外周側土水圧支持手段をそれぞれ、前記外殻の周方向に沿って並列になるようにトンネル軸線方向に延設されてなる複数の鋼管とするものである。

また、本発明に係る大断面トンネルの構築方法は、前記鋼管のうち、前記トンネル軸線回りに沿った所定の角度位置に配置された互いに対向する２本の鋼管の間に補間用鋼管を前記トンネル軸線方向に延設するものである。

また、本発明に係る大断面トンネルの構築方法は、先行構築された本線トンネルの軸線方向に沿って互いに離間する２つの位置を発進部とし、該２つの発進部のうち、前記本線トンネルに分岐合流するランプトンネルから遠い側の発進部から該ランプトンネルの方向に向けて前記鋼管を推進して前記外周側土水圧支持手段とするとともに、前記本線トンネルに分岐合流するランプトンネルに近い側の発進部から前記ランプトンネルの方向に向けて前記鋼管を推進して前記内周側土水圧支持手段とするものである。

また、本発明に係る大断面トンネルの構築方法は、予め形成された立坑を発進部とし、該発進部から前記鋼管を推進するものである。

また、本発明に係る大断面トンネルの構築方法は、前記内周側土水圧支持手段を、前記外殻の周方向に沿って並列になるようにトンネル軸線方向に延設されてなる複数の鋼管とし、前記外周側土水圧支持手段を、前記トンネル軸線方向に沿って並列になるように前記外殻の周方向に延設されてなる複数の鋼管とするものである。

また、本発明に係る大断面トンネルの構築方法は、前記トンネル軸線回りに沿った所定の角度位置に鋼管発進用シールドトンネルを前記トンネル軸線方向に延設し、前記鋼管のうち、前記外周側土水圧支持手段に属する鋼管を前記鋼管発進用シールドトンネルから推進させるものである。

本発明に係る大断面トンネルの構築方法においては、外殻の構築予定領域が挟み込まれるようにその内外に内周側土水圧支持手段と外周側土水圧支持手段をそれぞれ配置し、次いで、内周側土水圧支持手段及び外周側土水圧支持手段の間に拡がる地山を、それらの間に支保工を挿入配置しつつ掘削することで、該内周側土水圧支持手段及び外周側土水圧支持手段の間に外殻構築用作業空間を形成するとともに、該外殻構築用作業空間に鉄筋コンクリート躯体を構築する。

ここで、内周側土水圧支持手段と外周側土水圧支持手段は上述したように、外殻の構築予定領域が挟み込まれるようにその内外に配置されるため、径方向（放射方向）に沿ったそれらの離間距離は、外殻の厚みよりも若干大きい程度にとどまる。

そのため、内周側土水圧支持手段及び外周側土水圧支持手段の間に挿入されるべき支保工は比較的短尺で足りるとともに、例えば伸縮機能を備えた汎用の支保部材を用いることも可能となり、安全かつ合理的なコストで外殻構築用作業空間を形成することができる。

なお、内周側土水圧支持手段と外周側土水圧支持手段の間を掘削する際には、外殻構築用作業空間を取り囲む地山領域、換言すれば掘削によって生じる外殻構築用作業空間に露出する地山領域に薬液注入や凍結工法といった止水工を予め施しておく。

次に、鉄筋コンクリート躯体が周方向に連続した状態で筒状に形成されることで外殻が構築された後、該外殻の内側に拡がる地山を掘削するが、内部掘削を行う時点で外殻が既に構築されているため、内部掘削の作業安全性が高まるとともに出水のおそれもない。

内部掘削によって形成されるトンネル内空間については、周辺地山からの出水がなきよう、必要に応じて防水工を施す必要があるが、防水工としては、外殻の外周面に施す場合と外殻の内周面に施す場合に大別され、前者の場合においては、次の２つの施工手順、すなわち、
(a) 外殻の内側に拡がる地山を掘削する前に、外殻の外周面に防水工を施すとともに、外殻構築用作業空間のうち、外殻の外周面と外周側土水圧支持手段との間に拡がる空間を埋め戻す構成
(b) 外殻構築用作業空間を形成した後、外周側土水圧支持手段の内周側に防水工を施し、次いで、外殻構築用作業空間に鉄筋コンクリート躯体を構築する構成
のいずれかを適宜選択することができる。

防水工は、外殻の外周面（(a)の場合）や外周側土水圧支持手段の内周側（(b)の場合）に防水シートを敷設する形で行うことができるが、外殻を貫通する形で残置されている支保工が防水シートの敷設作業に支障となる場合には、既存の支保工を、防水工が終了した外殻の外周面と外周側土水圧支持手段との間に盛り替える、すなわち防水工が終了した外殻の外周面と外周側土水圧支持手段との間にあらたな支保工を設置した上で既存の支保工を切断撤去するようにすればよい。

一方、外殻の内周面に防水工を施す際の具体例としては、内部掘削完了後、トンネル内空間の内面に、例えば仕上げ材とともに防水工を施す例が挙げられる。

内周側土水圧支持手段や外周側土水圧支持手段をどのように構成するかは任意であって、構成部材としては例えば、鋼管や小断面シールドトンネルを用いることが可能であり、配置形態としては例えば、トンネル軸線方向に沿って延設するかトンネル軸線回りに環状又は螺旋状に延設するかを選択することが可能であり、施工方法としては例えば、鋼管の場合であれば推進方式を採用すればよい。

具体的には、内周側土水圧支持手段及び外周側土水圧支持手段をそれぞれ、外殻の周方向に沿って並列になるようにトンネル軸線方向に延設されてなる複数の鋼管とする構成を採用することができる。

ここで、上述した鋼管のうち、トンネル軸線回りに沿った所定の角度位置に配置された互いに対向する２本の鋼管の間に補間用鋼管をトンネル軸線方向に延設するように構成したならば、内周側土水圧支持手段である鋼管と外周側土水圧支持手段である鋼管との間に拡がる環状の地山は、補間用鋼管によって所定の角度位置で区切られ、該補間用鋼管で挟まれた角度範囲で分割される。

そのため、上述した環状の地山を取り囲むように施される地盤改良、該地山の掘削、掘削によって生じた外殻構築用作業空間での鉄筋コンクリート躯体の構築といった各工程を、全周単位でなく、上述したブロック単位で進めることが可能となる。

内周側土水圧支持手段及び外周側土水圧支持手段をそれぞれ、外殻の周方向に沿って並列になるようにトンネル軸線方向に延設されてなる複数の鋼管とする場合の具体的な鋼管配置方法としては、先行構築された本線トンネルの軸線方向に沿って互いに離間する２つの位置を発進部とし、該２つの発進部のうち、本線トンネルに分岐合流するランプトンネルから遠い側の発進部から該ランプトンネルの方向に向けて鋼管を推進して外周側土水圧支持手段とするとともに、本線トンネルに分岐合流するランプトンネルに近い側の発進部からランプトンネルの方向に向けて鋼管を推進して内周側土水圧支持手段とする構成が可能である。

また、予め形成された立坑を発進部とし、該発進部から前記鋼管を推進する構成を採用することも可能である。

内周側土水圧支持手段及び外周側土水圧支持手段の別の配置形態としては、内周側土水圧支持手段を、外殻の周方向に沿って並列になるようにトンネル軸線方向に延設されてなる複数の鋼管とし、外周側土水圧支持手段を、トンネル軸線方向に沿って並列になるように外殻の周方向に延設されてなる複数の鋼管とする構成を採用することができる。

ここで、トンネル軸線回りに沿った所定の角度位置に鋼管発進用シールドトンネルをトンネル軸線方向に延設し、上述の鋼管のうち、外周側土水圧支持手段に属する鋼管を鋼管発進用シールドトンネルから推進させるように構成したならば、外周側の鋼管を効率よく配置することができるほか、内周側の鋼管と外周側の鋼管との間に拡がる環状の地山が鋼管発進用シールドトンネルによって所定の角度位置で区切られるように該鋼管発進用シールドトンネルを構築することにより、環状の地山は、鋼管発進用シールドトンネルで挟まれた角度範囲を単位としたブロックに分割される。

そのため、環状の地山を取り囲むように施される止水工、該地山の掘削、掘削によって生じた外殻構築用作業空間での鉄筋コンクリート躯体の構築といった各工程を、全周単位でなく、上述したブロック単位で進めることが可能となる。

本実施形態に係る大断面トンネルの構築方法の実施手順を示したフローチャート。 鋼管２２及び鋼管２３の配置状況を示す図であり、(a)は小径側の縦断面図、(b)は大径側の縦断面図。 鋼管２２及び鋼管２３の配置状況を示す全体斜視図。 本実施形態に係る大断面トンネルの構築方法の実施状況をＡ−Ａ線に沿う横断面で示した図。 引き続き大断面トンネルの構築方法の実施状況を示した横断面図。 引き続き大断面トンネルの構築方法の実施状況を示した横断面図。 引き続き大断面トンネルの構築方法の実施状況を示した横断面図。 変形例に係る大断面トンネルの構築方法の実施状況を示した横断面図。 別の変形例に係る大断面トンネルの構築方法の実施状況を示した横断面図。 変形例に係る鋼管２２及び鋼管１０１の配置状況を示す縦断面図。 変形例に係る大断面トンネルの構築方法の実施状況をＢ−Ｂ線に沿う横断面で示した横断面図。

以下、本発明に係る大断面トンネル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。

本実施形態に係る大断面トンネルの構築方法は、本線トンネルに拡幅部を設けてランプトンネルとの分岐合流部とする場合に適用されるものであり、図１は、その実施手順を示したフローチャートである。

本実施形態に係る大断面トンネルの構築方法を実施するには、まず図２に示すように、外殻の構築予定領域２１が挟み込まれるように、その内外に内周側土水圧支持手段としての複数の鋼管２２と、外周側土水圧支持手段としての複数の鋼管２３をそれぞれ配置する（図１，ステップ２０１）。ここで、図２においては、図面の便宜上、上述の配置状況を示す縦断面を、小径側と大径側に分けてそれぞれ(a)、(b)に示してある。

外殻は、周辺地山からの土水圧を支持するとともに地下水の浸入を防止する止水体としても機能する本設構造体であって、最終的には、トンネル内空間２６の内面に円筒状に構築されるが、図２に示すように本設トンネル２４にランプトンネル２５が接続される分岐合流部では、分岐開始あるいは合流終了となる断面位置（同図(a)の右端）よりも、分岐終了あるいは合流開始となる断面位置（同図(b)の左端）の方で、該外殻の横断面を大きくしなければならない。

そのため、外殻の径が同図(a)の右端から同図(b)の左端にかけて徐々に大きくなるように、鋼管２２と鋼管２３を配置する。

図３は、鋼管２２及び鋼管２３の配置状況を、それらの中間部分が省略された状態で示した全体斜視図であり、鋼管２２及び鋼管２３のうち、鋼管２３は上述したように、外殻の構築予定領域２１の外周側に、鋼管２２は外殻の構築予定領域２１の内周側にそれぞれ配置されるが、本線トンネル２４には同図に示すように、小径側近傍と該小径側近傍から若干離間した２つの位置に発進部３１，３２をそれぞれ設置してあり、鋼管２３は発進部３１から、鋼管２２は発進部３２からそれぞれ推進方式で延設される。

発進部３１，３２は、本線トンネル２４の周辺地山を周方向に掘削除去することで、該本線トンネルの周囲に鍔状の作業空間を設けるとともに、該作業空間に鋼管２２，２３を推進させるための推進機（図示せず）を設置して構成してあり、鍔状の作業空間は例えば、本線トンネル２４のセグメントを一部撤去して側方空間を掘削形成し、該側方空間に周方向に地山掘削可能な掘進機を設置して該掘進機を本線トンネル２４の外周面に沿って周回させることで形成が可能である。

ここで、鋼管２２は内周側土水圧支持手段として、鋼管２３は外周側土水圧支持手段としてそれぞれ土水圧を支持する役目を果たすとともに、該鋼管近傍には、後述するように止水のための地盤改良領域が形成されるため、隣り合う鋼管同士の離間距離は、どの断面位置でも一定の大きさ以下に抑える必要がある。

そのため、小径側に位置する発進部３１では、鋼管２３を内周と外周から発進するようになっており、該鋼管は、大径側に近づくにつれて、二重配置から一重配置へと少しずつ配置形態が調整されながら、外殻の構築予定領域２１の周方向に沿って並列になるようにトンネル軸線方向に延設される。

発進部３２も同様であり、鋼管２２を内周と外周から発進するようになっており、該鋼管は、大径側に近づくにつれて、二重配置から一重配置へと少しずつ配置形態が調整されながら、外殻の構築予定領域２１の周方向に沿って並列になるようにトンネル軸線方向に延設される。

なお、発進部３１から発進部３２までは、図２(a)でよくわかるように鋼管２３だけがトンネル軸線方向に延設される区間となっているが、該区間においては、従来公知のパイプルーフ工法を用いて外殻を適宜構築することができるので、ここではその説明を省略する。

鋼管２２及び鋼管２３を外殻の構築予定領域２１が挟み込まれるようにトンネル軸線方向に延設したならば、次に図４(a)に示すように、地山４１のうち、鋼管２２及び鋼管２３の近傍に拡がる地山に薬液注入や凍結工法といった止水工を施すことで地盤改良領域４２を形成する（図１，ステップ２０２）。

ここで、鋼管２２及び鋼管２３のうち、互いに対向する２本の鋼管２２，２３の間には、トンネル軸線回りに沿った所定の角度位置において補間用鋼管４３をトンネル軸線方向に延設してあり、内周側の鋼管２２と外周側の鋼管２３との間に拡がる環状の地山は、補間用鋼管４３によって所定の角度位置で区切られ、同図(a)に示すように、該補間用鋼管で挟まれた角度範囲で分割される。

そのため、地盤改良領域４２を形成するにあたっては、上述の環状地山に対して全周を対象とするのではなく、２本の補間用鋼管４３，４３、該補間用鋼管を角度境界としてそれらの間に配置された内周側の鋼管２２及び外周側の鋼管２３で囲まれた各地山を対象として該地山ごとに行えばよい。

本実施形態では、補間用鋼管４３を計８本配置することにより、上述した環状の地山をブロックＡからブロックＨまでの計８つのブロックに分割するものとし、地盤改良工程に続くその後の工程についても、各ブロック単位で進めるものとする。

補間用鋼管４３は、内周側の鋼管２２とともに発進部３２から延設するようにしてもよいし、外周側の鋼管２３とともに発進部３１から延設するようにしてもよい。

なお、同図(a)は、ブロックＡ，Ｅ，Ｇで工程が最も先行し、鋼管配置工程及び地盤改良工程が既に終了しているのに対し、ブロックＣ，Ｆ，Ｈでは鋼管配置工程のみが終了し、ブロックＢ，Ｄでは鋼管配置工程が未だ行われていない状態を示している。

地盤改良領域４２を形成するにあたっては、２本の補間用鋼管４３，４３、該補間用鋼管を角度境界としてそれらの間に配置された内周側の鋼管２２及び外周側の鋼管２３で囲まれた各地山を掘削する準備として、該地山を取り囲む領域に薬液注入や凍結といった止水工を施す。

地盤改良工程が終了したならば、同図(b)に示すように、内周側の鋼管２２と外周側の鋼管２３との間に支保工４４を挿入配置しつつ、該鋼管の間に拡がる地山を掘削することで、内周側の鋼管２２と外周側の鋼管２３との間に外殻構築用作業空間４５を形成する（図１，ステップ２０３）。

ここで、内周側の鋼管２２と外周側の鋼管２３は上述したように、外殻の構築予定領域２１が挟み込まれるようにその内外に配置されるため、径方向（放射方向）に沿ったそれらの離間距離は、外殻の厚みよりも若干大きい程度にとどまる。

そのため、内周側の鋼管２２と外周側の鋼管２３との間に挿入されるべき支保工４４は比較的短尺で足り、例えば伸縮自在に構成された支保部材で構成することができる。この場合、伸縮自在な支保部材を、収縮状態で内周側の鋼管２２と外周側の鋼管２３との間に挿入し、次いでこれを伸張することで、該支保部材の各端を内周側の鋼管２２と外周側の鋼管２３にそれぞれ当接させるようにすればよい。

ここで、同図(b)は、ブロックＡ，Ｅ，Ｇで上述の掘削工程が終了し、ブロックＣ，Ｆでは地盤改良工程が終了し、ブロックＢ，Ｄでは鋼管配置工程が終了した状態を示しており、図５(a)は、ブロックＣで上述の掘削工程が終了した状態を示している。

掘削工程が終了したならば、図５(b)に示すように、掘削によって形成された外殻構築用作業空間４５のうち、内周側に鉄筋コンクリート躯体５１を構築する（図１，ステップ２０４）。

鉄筋コンクリート躯体５１を構築するにあたっては、全てのブロックで構築が完了した時点で、互いに連続一体化して外殻となるよう、鉄筋の定着、コンクリートの打継ぎ等に適宜配慮する。

ここで、図５(b)は、ブロックＡ，Ｃ，Ｅ，Ｇで上述の躯体構築工程が終了し、ブロックＢ，Ｆで掘削工程が終了し、ブロックＤ，Ｈで地盤改良工程が終了した状態を示しており、図６(a)は、ブロックＢ，Ｆで躯体構築工程が終了し、ブロックＤ，Ｈで掘削工程が終了した状態を示している。

躯体構築工程が全周で終了して鉄筋コンクリート躯体５１が周方向に連続一体化することにより、円筒状に形成されてなる外殻が構築されたならば、図６(b)に示すように、外殻６１の外周面に防水シート６２を敷設する防水工を施す（図１，ステップ２０５）。

防水シート６２を敷設するにあたり、外殻６１を貫通する形で残置されている支保工４４が防水シート６２の敷設作業に支障となる場合には、既存の支保工４４を、防水工が終了した外殻６１の外周面と外周側の鋼管２３との間に盛り替える、すなわち防水工が終了した外殻６１の外周面と外周側の鋼管２３との間にあらたな支保工４４を設置した上で既存の支保工４４を切断撤去すればよい。

次に、外殻構築用作業空間４５のうち、防水工が終了した外殻６１の外周面（防水シート６２の表面）と外周側の鋼管２３との間に拡がる空間６３を埋め戻す（図１，ステップ２０６）。

次に、図７に示すように、外殻６１の内側に拡がる地山を掘削するとともに、内周側の鋼管２２を撤去することにより、トンネル内空間２６を形成する（図１，ステップ２０７）。なお、かかる内部掘削は、外殻６１で囲まれた領域をすべて掘削する必要はなく、例えば道路下方の領域については掘削する必要はないし、該領域に埋設された内周側の鋼管２２については、必要に応じて、流動化処理土、エアーモルタル等の充填材で内部空間を充填した上、撤去せずにそのまま残置すればよい。

以上説明したように、本実施形態に係る大断面トンネルの構築方法によれば、外殻の構築予定領域２１が挟み込まれるようにその内外に内周側の鋼管２２と外周側の鋼管２３をそれぞれ配置し、次いで、内周側の鋼管２２と外周側の鋼管２３との間に拡がる地山を、それらの間に支保工４４を挿入配置しつつ掘削するようにしたので、内周側の鋼管２２と外周側の鋼管２３との間に挿入されるべき支保工４４は比較的短尺で足りるとともに、例えば伸縮機能を備えた汎用の支保部材を用いることも可能となり、安全かつ合理的なコストで外殻構築用作業空間４５を形成することができる。

また、本実施形態に係る大断面トンネルの構築方法によれば、形成された外殻構築用作業空間４５に鉄筋コンクリート躯体５１を構築し、これらが周方向に連続一体化して外殻６１となった後、該外殻の内側に拡がる地山を掘削するようにしたので、内部掘削の作業安全性が高まるとともに出水のおそれもなく、かくしてシールドトンネルの切り開きを不要にしつつ、なおかつ支保工を大規模に設置せずとも内部掘削に伴う地盤の変状を抑制して掘削時の作業安全性を高めることが可能となる。

また、本実施形態に係る大断面トンネルの構築方法によれば、内周側の鋼管２２及び外周側の鋼管２３のうち、トンネル軸線回りに沿った所定の角度位置に配置された互いに対向する２本の鋼管２２，２３の間に補間用鋼管４３をトンネル軸線方向に延設するようにしたので、内周側の鋼管２２と外周側の鋼管２３との間に拡がる環状の地山は、補間用鋼管４３によって所定の角度位置で区切られ、該補間用鋼管で挟まれた角度範囲で分割される。

そのため、上述した環状の地山を取り囲むように施される地盤改良、該地山の掘削、掘削によって生じた外殻構築用作業空間４５での鉄筋コンクリート躯体５１の構築といった各工程を、全周単位でなく、ブロック単位で進めることが可能となり、かくして経済性に優れた合理的な施工とすることができる。

本実施形態では、内周側の鋼管２２を発進部３２から、外周側の鋼管２３を発進部３１からそれぞれ延設するようにしたが、鋼管２２，２３をどのように配置延設するかは任意であって、例えば単体の発進部から鋼管２２，２３を延設するようにしてもかまわない。

また、本実施形態では、内周側の鋼管２２と外周側の鋼管２３との間に拡がる環状の地山を、補間用鋼管４３を用いて所定の角度範囲に分割した上、その分割された個々の地山ごとに各工程を進めるようにしたが、必ずしもこのようなブロック単位の分割施工を行う必要はなく、例えば大断面トンネルの規模が小さい場合には、補間用鋼管４３を省略し、全周単位で各工程を進めるようにしてもかまわない。

また、本実施形態では、外殻６１の内側に拡がる地山を掘削する前に、外殻６１の外周面に防水シート６２を敷設し、しかる後、外殻構築用作業空間４５のうち、防水工が終了した外殻６１の外周面（防水シート６２の表面）と外周側の鋼管２３との間に拡がる空間６３を埋め戻すようにしたが、これに代えて、図８(a)に示すように、外殻構築用作業空間４５を形成した後、外周側の鋼管２３の内周側に防水シート６２を敷設し、次いで、同図(b)に示すように外殻構築用作業空間４５に鉄筋コンクリート躯体５１を構築し、これを外殻６１としてもよい。

この構成によれば、外殻構築用作業空間４５の全体にわたって鉄筋コンクリート躯体５１が構築されるため、上述した実施形態のように外殻構築用作業空間４５の一部を埋め戻す必要がなくなる。

また、本実施形態では、外殻６１がほぼ円筒状、横断面で言えば円環状である場合について説明したが、横断面が楕円状でもよいし、そもそも本発明の外殻は、筒状であれば足りるものであって横断面の形状は任意であり、例えば角筒状であってもかまわない。

また、本実施形態では、本線トンネル２４を利用して発進部３１，３２を設置し、該各発進部から外周側土水圧支持手段としての鋼管２３と内周側土水圧支持手段としての鋼管２２とをそれぞれ発進させるようにしたが、鋼管２３や鋼管２２をどのように延設するかは任意である。

図９は、本発明に係る大断面トンネルの構築方法を、トンネル内空間が概ね矩形状をなす地下鉄の駅舎に適用する場合の実施手順を示したものであって、まず同図(a)に示すように、角筒状をなす外殻の構築予定領域２１ａが挟み込まれるように、その内外に内周側土水圧支持手段としての複数の鋼管２２と、外周側土水圧支持手段としての複数の鋼管２３とを、それぞれ外殻の構築予定領域２１ａの周方向に沿って並列になるようにかつトンネル軸線方向に沿うように延設する。

鋼管２２及び鋼管２３を延設するには、地盤内に立坑（図示せず）を予め形成するとともに、該立坑に推進機を設置して発進部とし、該発進部から例えば紙面手前側に向けて鋼管２２及び鋼管２３を推進させればよい。

次に、鋼管２２及び鋼管２３の近傍に拡がる地山に薬液注入や凍結工法といった止水工を施すことで地盤改良領域を適宜形成した後、内周側の鋼管２２と外周側の鋼管２３との間に支保工（図示せず）を挿入配置しつつ、該鋼管の間に拡がる地山を掘削することで、内周側の鋼管２２と外周側の鋼管２３との間に外殻構築用作業空間を形成し、次いで、同図(b)に示すように外殻構築用作業空間に鉄筋コンクリート躯体５１を構築するとともに、これらを周方向に連続一体化させることで外殻６１ａとする。

次に、同図(c)に示すように、外殻６１ａの内側に拡がる地山を掘削するとともに、内周側の鋼管２２を撤去することにより、トンネル内空間２６ａを形成する。

以下、外殻６１ａやトンネル内空間２６ａの横断面形状が概ね矩形状をなす点を除けば、実施手順は、上述した実施形態や変形例とほぼ同様であるので、その他の構成や作用効果については、ここではその説明を省略する。

また、本実施形態では、内周側土水圧支持手段としての複数の鋼管２２と、外周側土水圧支持手段としての複数の鋼管２３をいずれもトンネル軸線方向に延設するようにしたが、内周側土水圧支持手段や外周側土水圧支持手段をどのように構成するかは任意であって、例えばその配置形態を、図１０に示す構成とすることが可能である。

同図の変形例においては、内周側土水圧支持手段は上述の実施形態と同様、外殻の構築予定領域２１の周方向に沿って並列になるようにトンネル軸線方向に延設されてなる鋼管２２で構成してあるが、外周側土水圧支持手段は図１０でよくわかるように、鋼管２３に代えて、トンネル軸線方向に沿って並列になるように外殻の構築予定領域２１の周方向に延設されてなる複数の鋼管１０１で構成してある。

上記変形例に係る大断面トンネルの構築方法にしたがって外殻６１を構築するには、まず、外殻の構築予定領域２１が挟み込まれるように、その内外に内周側土水圧支持手段としての複数の鋼管２２と、外周側土水圧支持手段としての複数の鋼管１０１をそれぞれ配置する。

ここで、鋼管２２は、上述の実施形態と同様に発進部３２から延設すればよい。

一方、鋼管１０１を延設するにあたっては図１１に示すように、該鋼管の延設に先だって、トンネル軸線回りに沿った所定の角度位置、同図では右方向を０゜とした場合に４５゜、１３５゜、２２５゜及び３１５゜の４つの角度位置に鋼管発進用シールドトンネル１０２をトンネル軸線方向に予め延設し、次いで、鋼管１０１を、トンネル軸線方向に沿って並列になるように、鋼管発進用シールドトンネル１０２から外殻の構築予定領域２１の周方向に延設する。

具体的には、図１１(a)に示すように、４５゜に位置する鋼管発進用シールドトンネル１０２を発進部として該トンネル内に推進機（図示せず）を設置し、該推進機を用いて鋼管１０１を押し出しつつ、１３５゜、２２５゜及び３１５゜に位置する鋼管発進用シールドトンネル１０２に次々に貫通させた後、再び４５゜に位置する鋼管発進用シールドトンネル１０２に戻った時点で鋼管１０１の先端に取り付けられた掘進機を回収し、これを、トンネル軸線方向に沿った次の周回位置に移設した後、上述の手順を繰り替えることで、環状の鋼管１０１をトンネル軸線に沿って並列に配置する。

鋼管２２及び鋼管１０１の配置工程が終わったら、上述した実施形態と同様、地盤改良工程、掘削工程、躯体構築工程と順次進めていけばよいが、本変形例においては、鋼管２２及び鋼管１０１の間に拡がる環状の地山が、鋼管発進用シールドトンネル１０２によって上述の４つの角度位置で仕切られ、４つのブロックに分割されているので、上述の工程については、該各ブロックごとに個々に進行させる。

ここで、図１１(a)は、３１５゜〜４５゜の角度範囲で鋼管１０１の配置工程が行われており、２２５゜〜３１５゜の角度範囲で地盤改良工程による地盤改良領域４２の形成が終了し、１３５゜〜２２５゜の角度範囲で鋼管２２及び鋼管１０１の間への支保工４４の挿入配置による掘削工程が終了し、４５゜〜１３５゜の角度範囲で掘削工程によって形成された外殻構築用作業空間４５のうち、内周側への鉄筋コンクリート躯体５１の構築工程が終了した状態をそれぞれ示したものである。

躯体構築工程が全周で終了して鉄筋コンクリート躯体５１が周方向に連続一体化することにより、円筒状に形成されてなる外殻６１が構築されたならば、上述の実施形態と同様、図１１(b)に示すように、外殻６１の外周面に防水シート６２を敷設し、次いで、外殻構築用作業空間４５のうち、防水工が終了した外殻６１の外周面（防水シート６２の表面）と外周側の鋼管１０１との間に拡がる空間６３を埋め戻した後、図面は省略するが、上述の実施形態と同様にして外殻６１の内側に拡がる地山を掘削するとともに、内周側の鋼管２２を撤去することにより、トンネル内空間２６を形成する。

なお、鋼管１０１は、４つの鋼管発進用シールドトンネル１０２からそれぞれ推進方式で発進させるようにしてもかまわない。また、いずれのケースにしろ、４つの鋼管発進用シールドトンネル１０２は、大断面トンネルの小径側あるいは大径側からの物流路として活用することができる。

以下、外周側土水圧支持手段を鋼管２３に代えて鋼管１０１とした点を除けば、その他の構成や作用効果については、上述した実施形態と概ね同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

２１，２１ａ 外殻の構築予定領域
２２ 鋼管（内周側土水圧支持手段）
２３ 鋼管（外周側土水圧支持手段）
２４ 本線トンネル
２５ ランプトンネル
２６ トンネル内空間
３１，３２ 発進部
４３ 補間用鋼管
４４ 支保工
４５ 外殻構築用作業空間
５１ 鉄筋コンクリート躯体
６１，６１ａ 外殻
６２ 防水シート
６３ 外殻６１の外周面と外周側の鋼管２３との間に拡がる空間
（外周面と外周側土水圧支持手段との間に拡がる空間）
１０１ 鋼管（外周側土水圧支持手段）
１０２ 鋼管発進用シールドトンネル

Claims (9)

1. 外殻の構築予定領域が挟み込まれるようにその内外に内周側土水圧支持手段と外周側土水圧支持手段をそれぞれ配置し、
   前記内周側土水圧支持手段及び前記外周側土水圧支持手段の間に拡がる地山を、それらの間に支保工を挿入配置しつつ掘削することで、該内周側土水圧支持手段及び外周側土水圧支持手段の間に外殻構築用作業空間を形成するとともに、該外殻構築用作業空間に鉄筋コンクリート躯体を構築し、
   前記鉄筋コンクリート躯体が周方向に連続した状態で筒状に形成されることで前記外殻が構築された後、前記外殻の内側に拡がる地山を掘削することを特徴とする大断面トンネルの構築方法。
2. 前記外殻の内側に拡がる地山を掘削する前に、前記外殻の外周面に防水工を施すとともに、前記外殻構築用作業空間のうち、前記外周面と前記外周側土水圧支持手段との間に拡がる空間を埋め戻す請求項１記載の大断面トンネルの構築方法。
3. 前記外殻構築用作業空間を形成した後、前記外周側土水圧支持手段の内周側に防水工を施し、次いで、前記外殻構築用作業空間に前記鉄筋コンクリート躯体を構築する請求項１記載の大断面トンネルの構築方法。
4. 前記内周側土水圧支持手段及び前記外周側土水圧支持手段をそれぞれ、前記外殻の周方向に沿って並列になるようにトンネル軸線方向に延設されてなる複数の鋼管とする請求項１乃至請求項３のいずれか一記載の大断面トンネルの構築方法。
5. 前記鋼管のうち、前記トンネル軸線回りに沿った所定の角度位置に配置された互いに対向する２本の鋼管の間に補間用鋼管を前記トンネル軸線方向に延設する請求項４記載の大断面トンネルの構築方法。
6. 先行構築された本線トンネルの軸線方向に沿って互いに離間する２つの位置を発進部とし、該２つの発進部のうち、前記本線トンネルに分岐合流するランプトンネルから遠い側の発進部から該ランプトンネルの方向に向けて前記鋼管を推進して前記外周側土水圧支持手段とするとともに、前記本線トンネルに分岐合流するランプトンネルに近い側の発進部から前記ランプトンネルの方向に向けて前記鋼管を推進して前記内周側土水圧支持手段とする請求項４又は請求項５記載の大断面トンネルの構築方法。
7. 予め形成された立坑を発進部とし、該発進部から前記鋼管を推進する請求項４又は請求項５記載の大断面トンネルの構築方法。
8. 前記内周側土水圧支持手段を、前記外殻の周方向に沿って並列になるようにトンネル軸線方向に延設されてなる複数の鋼管とし、前記外周側土水圧支持手段を、前記トンネル軸線方向に沿って並列になるように前記外殻の周方向に延設されてなる複数の鋼管とする請求項１乃至請求項３のいずれか一記載の大断面トンネルの構築方法。
9. 前記トンネル軸線回りに沿った所定の角度位置に鋼管発進用シールドトンネルを前記トンネル軸線方向に延設し、前記鋼管のうち、前記外周側土水圧支持手段に属する鋼管を前記鋼管発進用シールドトンネルから推進させる請求項８記載の大断面トンネルの構築方法。

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