JP2016017393A

JP2016017393A - 大断面トンネルの施工方法

Info

Publication number: JP2016017393A
Application number: JP2014143175A
Authority: JP
Inventors: 智明大木; Tomoaki Oki
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2014-07-11
Publication date: 2016-02-01

Abstract

【課題】地中拡幅部の施工において、本線シールドトンネルの外側に施工される外殻シールドトンネルの発進部分の地下占有面積を小さくすることができ、発進部分の地盤改良にかかる工期の短縮や周辺地盤への影響の低減を図ることができる。【解決手段】地中拡幅部１０の掘削予定位置の外側に、予め複数の外殻トンネル２を配列した状態で施工することにより、それら外殻トンネル２によって掘削予定位置を取り囲む外殻部２０を構築し、外殻部２０の内側を掘削する施工方法であって、本線トンネル１のトンネル周方向の一部分において、本線トンネル１の径方向の外側を切り広げて個別シールド発進部３を設ける工程と、個別シールド発進部３から本線トンネル１と略平行に外殻シールド機４を発進させて外殻トンネル２を施工する工程と、を有し、個別シールド発進部３は、本線トンネル１のトンネル周方向に複数設けられるようにした大断面トンネルの施工方法を提供する。【選択図】図２

Description

本発明は、本線シールドトンネルの外側を拡幅することで地中拡幅部を施工するための大断面トンネルの施工方法に関する。

従来、地中を掘削して地中拡幅部を施工する際には、地中空洞の施工予定位置の外側に複数の外殻シールドトンネルを所定間隔で配列した状態で施工して、施工予定位置を取り囲むシールドルーフ先受工を構築する工法が知られている。
このようなシールドルーフ先受工を採用することによって地中拡幅部を施工する方法では、地中拡幅部の必要空間を包含する筒型覆工壁が例えば外径４ｍ程度の外殻シールドトンネルにより構成され、先行して施工されるシールドトンネルより複数の外殻シールドトンネルを発進させている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、本線シールドトンネルとランプシールドトンネル同士の分岐合流部を施工するに際し、本線シールドトンネルよりもランプシールドトンネルを先行掘進し、ランプシールドトンネルの先端部付近からルーフシールド機を発進させ、多数のルーフシールドトンネル（外殻シールドトンネル）を分岐合流部の外側にその輪郭に沿って密に配列した状態で施工することにより、分岐合流部を取り囲むシールドルーフ先受工を構築する方法について開示されている。

特許第４８０３４２８号公報

しかしながら、上述した従来の大断面トンネルの施工方法では、以下のような問題があった。
すなわち、特許文献１の場合、先行するシールドトンネルの外周面からトンネル軸方向に並行な方向に発進させることが困難なため、トンネル外周面から径方向の外側に向けて発進させた直後に、シールド機を急旋回させる急曲線区間を設けて目的の方向、例えば先行するシールドトンネルと平行な方向に掘進の向きを変えている。そのため、発進直後の急曲線区間が先行するシールドトンネルよりも径方向で外側に向けて広がることから、都市部などで用地の占有制限が厳しい場合において、施工に制限を受けるうえ、区分地上権の設定に時間がかかり、工期が長くなるという問題があった。

さらに、外殻シールドトンネルを掘進するための外殻シールド機用の発進基地を、先後するシールドトンネルのトンネル周方向の全周にわたって設けることも代案として考えられる。この場合、発進基地の掘削前に、その位置の地盤に対して凍結工法により地盤強度を高めるとともに、止水性をもたせる地盤改良が行われるが、地中内の発進基地が大規模となることから、その地盤改良にかかる工程が長くなるうえ、１箇所に大規模凍土が作られるため周辺地盤への影響も懸念されるという点で改善の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、地中拡幅部の施工において、外殻シールドトンネルに急曲線部分を設けた場合に比べて、本線シールドトンネルの外側に施工される外殻シールドトンネルの発進部分の地下占有面積を小さくすることができ、外殻シールドトンネルの発進基地をトンネル周方向の全周にわたって設けるよりも発進部分の地盤改良にかかる工期の短縮や周辺地盤への影響の低減を図ることができる大断面トンネルの施工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施工方法では、地中を掘削して本線シールドトンネルの一部に地中拡幅部を施工する際に、該地中拡幅部の掘削予定位置の外側に、予め複数の外殻シールドトンネルをトンネル周方向に配列した状態で施工することにより、それら外殻シールドトンネルによって前記掘削予定位置を取り囲む外殻部を構築し、該外殻部の内側を掘削する大断面トンネルの施工方法であって、本線シールドトンネルを施工する工程と、前記本線シールドトンネルのトンネル周方向の一部分において、前記本線シールドトンネルの径方向の外側を切り広げて個別シールド発進部を設ける工程と、前記個別シールド発進部から前記本線シールドトンネルと略平行に外殻シールド機を発進させて外殻シールドトンネルを施工する工程と、を有し、前記個別シールド発進部は、前記本線シールドトンネルのトンネル周方向に複数設けられていることを特徴としている。

本発明では、本線シールドトンネルのトンネル軸方向の任意の位置においてトンネル周方向の一部分に個別シールド発進部を設け、その個別シールド発進部に外殻シールド機を配置して発進させ、本線シールドトンネルと略平行な外殻シールドトンネルを施工することができる。個別シールド発進部は、トンネル周方向に複数設けることが可能なため、本線シールドトンネルの周囲に複数の外殻シールドトンネルを構築することができる。そのため、トンネル周方向に隣り合う外殻シールドトンネル同士を適宜な連結手段により一体的に結合することで外殻部を築造することができ、この外殻部が本線シールドトンネルの外側を覆うルーフシールドを構成するので、外殻部の内部を掘削して大断面の地中拡幅部を構築することができる。

このように本発明では、本線シールドトンネルの外周面より径方向の外側に向けて外殻シールドトンネルを施工する必要がなくなり、且つ個々の個別シールド発進部が外殻シールド機を配置でき、発進できる最小限の大きさとすることができる。そのため、個別シールド発進部における施工領域の拡大を抑えた施工が可能となり、従来のように外殻シールド機を急旋回させる必要もなく、効率的な施工が可能となる。
つまり、個別シールド発進部の施工領域が小さくなるので、個別シールド発進部の掘削前に行われる凍結工法などの地盤改良領域を小さくすることができ、地盤改良にかかる工期の短縮や区分地上権設定面積の削減を図ることができる。

また、本発明に係る大断面トンネルの施工方法では、前記個別シールド発進部を使用して複数の前記外殻シールドトンネルが施工されることが好ましい。

本発明の大断面トンネルの施工方法によれば、１箇所の個別シールド発進部よりトンネル周方向に隣り合う複数台の外殻シールド機を発進させて、複数の外殻シールドトンネルを施工することができる。この場合、隣り合う複数の外殻シールドトンネルに対して１箇所の個別シールド発進部を施工すればよいので、施工効率を高めることができる。

また、本発明に係る大断面トンネルの施工方法では、前記個別シールド発進部は、トンネル軸方向で異なる位置に設けられていることが好ましい。

この場合には、トンネル軸方向に異なる位置に設けられる個別シールド発進部をそれぞれ同時に施工することが可能となる。つまり、トンネル軸方向に同じ位置でトンネル周方向に異なる位置に個別シールド発進部を設ける場合には、互いの施工が干渉して施工効率が低下するが、本発明では、このような施工の干渉を回避することができる。したがって同時に複数個所の施工が可能であり、工期の短縮を図ることができる。

本発明の大断面トンネルの施工方法によれば、地中拡幅部の施工において、本線シールドトンネルの外側に施工される外殻シールドトンネルの発進部分の地下占有面積を小さくすることができ、発進部分の地盤改良にかかる工期の短縮や周辺地盤への影響の低減を図ることができる。

本発明の実施の形態による大断面トンネルの構成を示す側面図である。大断面トンネルの施工方法の概要を示す図であって、個別シールド発進部側から外殻トンネルの切羽側を見た斜視図である。大断面トンネルの施工方法の概要を示す図であって、外殻トンネルの切羽側から個別シールド発進部側を見た斜視図である。大断面トンネルの施工状態を示す断面図である。外殻トンネルの施工状態を示す側面図である。図５に示すＡ−Ａ線断面図であって、外殻トンネルを施工中の断面図である。

以下、本発明の実施の形態による大断面トンネルの施工方法について、図面に基づいて説明する。

図１〜図３に示すように、本実施の形態による大断面トンネルの施工方法は、例えば大断面の道路トンネル等において、地中を掘削して本線シールドトンネル（以下、本線トンネル１という）の一部に地中拡幅部１０を施工するに際して、その地中拡幅部１０の掘削予定位置の内側に本線トンネル１を予め施工しておき、その本線トンネル１の外側に複数の外殻シールドトンネル（以下、外殻トンネル２という）を施工することにより、それら外殻トンネル２によって構成され本線トンネル１を取り囲む外殻部２０を構築し、この外殻部２０の内側を掘削して地中拡幅部１０を構築する施工方法である。本線トンネル１及び外殻トンネル２は、周知のシールド工法により施工される。
ここで、本線トンネル１におけるトンネル軸方向を符号Ｘで示し、外殻トンネル２の進行方向を符号Ｘ１で示している。なお、図２では、外殻部２０が省略されている。
なお、図１の符号１Ａに示すトンネルは、外殻トンネル２の進行方向Ｘ１側において本線トンネル１とは別で分岐する分岐トンネル等を示している。

本実施の形態の地中拡幅部１０の施工方法は、図２〜図５に示すように、本線トンネル１を施工する工程と、本線トンネル１のトンネル周方向の一部分において、本線トンネル１の径方向の外側を切り広げて複数の個別シールド発進部３を設ける工程と、個別シールド発進部３から本線トンネル１と略平行に外殻シールド機４を発進させて複数（ここでは、図６に示すように１６本）の外殻トンネル２を施工する工程と、を有している。

外殻トンネル２は、個別シールド発進部３から本線トンネル１と略平行に発進される。なお、図２及び図５では、外殻トンネル２が本線トンネル１に対して略平行に掘進されるが、構築する外殻部２０の大きさに合せて、掘進開始後に進行方向Ｘ１に向かうに従って漸次、本線トンネル１から径方向の外側に離れる方向に向けて掘進させ、所定の位置になったところで、本線トンネル１に対して略平行に掘進させている。

複数の個別シールド発進部３は、本線トンネル１のトンネル周方向に複数（１６箇所）が設けられ、それぞれがトンネル軸方向Ｘで異なる位置に配置され、１箇所の個別シールド発進部３において１本の外殻トンネル２が発進される。これら個別シールド発進部３は、一般的なトンネル工法で用いられる支保工（鋼材、吹き付け、ロックボルト等）を使用して施工される。

また、個別シールド発進部３は、１台の外殻シールド機４が発進できる程度の大きさをなし、掘削に際し掘削施工範囲の地盤が凍結工法により凍結地盤改良（図２及び図４に示す地盤改良部５）が施されている。個別シールド発進部３の大きさとして、例えば、個別シールド発進部３の径方向の高さ寸法は、外殻シールド機４が配置できる程度、すなわち外殻シールド機４の掘削径（直径）よりわずかに大きい寸法が確保されればよい。また、外殻シールド機４のカッターで切削される発進部分の壁面は、一般的なシールド工法と同様にカッターで切削可能な材料により施工しておく。
なお、全ての個別シールド発進部３のうちトンネル周方向に間隔をあけていれば同一断面内、すなわちトンネル軸方向Ｘで同じ位置に複数（例えば２箇所）の個別シールド発進部３が設けられていてもかまわない。

次に、上述した大断面トンネルの施工方法について、図面に基づいてさらに詳しく説明する。
図３及び図５に示すように、本実施の形態では、既設の本線トンネル１の地中拡幅部１０の構築予定位置よりも手前の所定位置に個別シールド発進部３を構築し、その個別シールド発進部３の内部より外殻シールド機４を発進させる。

このとき、個別シールド発進部３は、外殻トンネル２毎に構築され、１台の外殻シールド機４が発進可能な大きさで施工される。この個別シールド発進部３は、本線トンネル１の内側から径方向の外側に向けて拡幅掘削することにより構築される。そして、その拡幅掘削前には、本線トンネル１内から予定掘削領域に対して凍結工法により地盤を凍結させる地盤改良が行われる。外殻トンネル２は、本線トンネル１の外周の全周を囲うように複数本（１６本）が設けられる。それぞれの外殻トンネル２のトンネル軸方向Ｘの位置は、適宜設定することが可能であり、トンネル軸方向Ｘに異なる位置に設けられる個別シールド発進部３は、同時に施工することができる。

次に、構築された個別シールド発進部３内において、外殻シールド機４を組み立てるとともに、その掘進に必要な設備を配置して発進準備を行う。とくにトンネル周方向の位置が側方より上側に位置する個別シールド発進部３では、外殻シールド機４を受ける架台等を本線トンネル１内から支持される。

次に、外殻シールド機４を発進し、掘進に伴って裏込め注入、セグメントの組み立てを行う。このときの掘削土砂は個別シールド発進部３を介して本線トンネル１内に搬出し、掘進に必要なセグメント等の資材類は、本線トンネル１内を搬送し、個別シールド発進部３を通して外殻トンネル２内に運び込まれる。
このようにして、複数の外殻トンネル２が略トンネル軸方向Ｘに沿って施工され、本線トンネル１の周囲に、複数本の外殻トンネル２からなる外殻部２０が築造される。

ここで、施工される外殻トンネル２は、外殻シールド機４の発進直後においてトンネル軸方向Ｘにほぼ平行に掘進させ、例えば外殻シールド機４の機体全体が個別シールド発進部３から地盤内に進出したときに、本線トンネル１から径方向の外側に離れるように向きを曲げながら所定位置まで掘進させ、さらに所定位置において本線トンネル１に対して所定の径方向の位置で本線トンネル１と略平行に掘進することによって外殻トンネル２を構築するようにしてもよい。

次に、施工された複数本の外殻トンネル２のうちトンネル周方向に隣り合う外殻トンネル２、２同士の間を、凍結工法、薬液注入工法等により地盤改良を行った後、切開き構造体として接続することにより一体化を図り、これにより支保機能、及び止水機能を有する外殻部２０を形成する。
なお、外殻シールド機４は、外殻トンネル２を掘進し、地中拡幅部１０の褄壁予定地点に到達させて解体、回収し、再び個別シールド発進部３で組み立てて発進させ、別の外殻トンネル２を施工するように繰り返し使用することが可能である。

その後、褄壁予定地点の本線トンネル１における褄壁付近のセグメントを解体、撤去して褄壁を構築しながら、外殻部２０の内側を掘削するとともに、本線トンネル１のシールドルーフ内の残りのセグメントを解体、撤去し、地中拡幅部１０を形成する。

次に、上述した大断面トンネルの施工方法の作用について、図面に基づいて詳細に説明する。
図５に示すように、本実施の形態では、本線トンネル１のトンネル軸方向Ｘの任意の位置においてトンネル周方向の一部分に個別シールド発進部３を設け、その個別シールド発進部３に外殻シールド機４を配置して発進させ、本線トンネル１と略平行な外殻トンネル２を施工することができる。個別シールド発進部３は、トンネル周方向に複数設けることが可能なため、本線トンネル１の周囲に複数の外殻トンネル２を構築することができる。
そのため、トンネル周方向に隣り合う外殻トンネル２、２同士を適宜な連結手段により一体的に結合することで外殻部２０を築造することができ、この外殻部２０が本線トンネル１の外側を覆うルーフシールドを構成するので、外殻部２０の内部を掘削して大断面の地中拡幅部１０を構築することができる。

このように本実施の形態による大断面トンネルの施工方法では、本線トンネル１の外周面より径方向の外側に向けて外殻トンネル２を施工する必要がなくなり、且つ個々の個別シールド発進部３が外殻シールド機４を配置でき、発進できる最小限の大きさとすることができる。そのため、個別シールド発進部３における施工領域の拡大を抑えた施工が可能となり、従来のように外殻シールド機を急旋回させる必要もなく、効率的な施工が可能となる。
つまり、個別シールド発進部３の施工領域が小さくなるので、個別シールド発進部３の掘削前に行われる凍結工法などの個々の地盤改良領域（図６に示す地盤改良部５）を小さくすることができ、地盤改良にかかる工期の短縮や周辺地盤への影響の低減を図ることができる。

また、本実施の形態では、トンネル軸方向Ｘに異なる位置に設けられる個別シールド発進部３をそれぞれ同時に施工することが可能となる。そのため、トンネル軸方向Ｘに同じ位置でトンネル周方向に異なる位置に個別シールド発進部３を設ける場合には、互いの施工が干渉して施工効率が低下するが、本実施の形態では、このような施工の干渉を回避することができる。

上述のように本実施の形態による大断面トンネルの施工方法では、地中拡幅部１０の施工において、外殻シールドトンネルに急曲線部分を設けた場合に比べて、本線トンネル１の外側に施工される外殻トンネル２の発進部分の地下占有面積を小さくすることができ、外殻シールドトンネルの発進基地をトンネル周方向の全周にわたって設けるよりも、発進部分の地盤改良にかかる工期の短縮や周辺地盤への影響の低減を図ることができる。

以上、本発明による大断面トンネルの施工方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態では、１箇所の個別シールド発進部３で１本の外殻トンネル２を施工する方法としているが、これに限定されることはない。例えば、１箇所の個別シールド発進部３よりトンネル周方向に隣り合う複数台の外殻シールド機４を発進させて、複数の外殻シールドトンネルを施工するようにしてもよい。この場合、隣り合う複数の外殻シールドトンネルに対して１箇所の個別シールド発進部を施工すればよいので、施工効率を高めることができる。

また、個別シールド発進部３の位置、大きさ、数量等は、本線トンネル１の外径、外殻シールド機４の外径、地盤などの条件に応じて適宜、設定することが可能である。さらに、外殻シールド機４の構成、外径などの構成についても本実施の形態に制限されることはなく、適宜決定することができる。

また、本実施の形態では大断面の道路トンネルを施工する場合の適用例であるが、上記地中拡幅部を有する様々な規模、用途、形態のトンネルを施工する場合全般に広く適用できるものであるし、施工対象のトンネルにおける地中拡幅部の規模や形態に応じて、また周辺環境等の諸条件を考慮して様々な設計的変更が可能である。

また、隣り合う外殻シールドトンネル同士の間に一体に形成する凍結工法などによる地盤改良部の範囲、形態やその施工方法、その他の各工程の細部についても、本発明の要旨を逸脱しない範囲で最適設計すれば良く、必要に応じて適宜の補助工法を採用しても勿論良い。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１本線トンネル（本線シールドトンネル）
２外殻トンネル（外殻シールドトンネル）
３個別シールド発進部
４外殻シールド機
５地盤改良部
１０地中拡幅部
２０外殻部
Ｘトンネル軸方向

Claims

地中を掘削して本線シールドトンネルの一部に地中拡幅部を施工する際に、該地中拡幅部の掘削予定位置の外側に、予め複数の外殻シールドトンネルをトンネル周方向に配列した状態で施工することにより、それら外殻シールドトンネルによって前記掘削予定位置を取り囲む外殻部を構築し、該外殻部の内側を掘削する大断面トンネルの施工方法であって、
本線シールドトンネルを施工する工程と、
前記本線シールドトンネルのトンネル周方向の一部分において、前記本線シールドトンネルの径方向の外側を切り広げて個別シールド発進部を設ける工程と、
前記個別シールド発進部から前記本線シールドトンネルと略平行に外殻シールド機を発進させて外殻シールドトンネルを施工する工程と、
を有し、
前記個別シールド発進部は、前記本線シールドトンネルのトンネル周方向に複数設けられていることを特徴とする大断面トンネルの施工方法。
前記個別シールド発進部を使用して複数の前記外殻シールドトンネルが施工され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施工方法。
前記個別シールド発進部は、トンネル軸方向で異なる位置に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の大断面トンネルの施工方法。