JP2016020564A - 大断面トンネルの構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ルーフシールド等の切り開き作業をほとんど必要とせず、かつトンネル下半の地山を掘削せずに外殻を構築する。
【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のうち、下半領域２１ａの内外に鋼管２２と鋼管２３をそれぞれ配置し、それらの近傍に地盤改良領域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、該外殻構築用作業空間に下半外殻部６１ａを構築するとともに、これを、別途構築した上半外殻部６１ｂと接合して外殻６１とする。
【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という問題を生じていた。

また、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、かかる状態で支保工を適宜設置しながら、パイプルーフで囲まれた地山を掘削するとともに、かかる掘削作業で露出したパイプルーフの内側に外殻を構築する、換言すれば、内部掘削を行わなければ外殻を構築することができない。

そのため、例えば路床部が設けられるトンネル下半の地山については、いったん掘削して外殻を構築し、その後、掘削箇所を埋め戻した上、あらためて路床部を構築しなけれ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、ルーフシールド等の切り開き作業をほとんど必要とせず、かつトンネル下半の地山を掘削せずに外殻を構築す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のうち、下半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からなる半筒状の下半外殻部を構築し、
前記下半外殻部の構築と同時に又は相前後して、前記外殻の構築予定領域のうち、上半領域に、トンネル上半に拡がる地山を掘削しながら上半外殻部を構築し、
前記下半外殻部と前記上半外殻部とを全体が筒状となるように相互に接合して前記外殻とするものである。

また、本発明に係る大断面トンネルの構築方法は、外殻の構築予定領域のうち、下半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からなる半筒状の下半外殻部を構築し、
前記下半外殻部の構築と同時に又は相前後して、前記外殻の構築予定領域のうち、上半領域に上半外殻部を構築し、
前記下半外殻部と前記上半外殻部とを全体が筒状となるように相互に接合して前記外殻とし、
トンネル上半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、前記トンネル上半に拡がる地山を掘削する前に、前記下半外殻部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、前記下半領域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うち、一方を、前記下半領域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、他方を、前記トンネル軸線方向に沿って並列になるように前記下半領域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、前記トンネル軸線方向に沿って並列になるように前記下半領域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、前記トンネル軸線方向に鋼管発進用シールドトンネルを延設し、該鋼管発進用シールドトンネルから前記鋼管を発進させるとともに、前記上半領域の外周側に延びる鋼管を前記鋼管発進用シールドトンネルから発進させ、該鋼管で土水圧を先受けした状態で前記トンネル上半に拡がる地山を掘削しつつ前記上半外殻部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、先行構築された本線トンネルに発進部を設け、該発進部から発進させたシールドマシンによって前記鋼管発進用シールドトンネルを構築するものである。

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のうち、下半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からなる半筒状の下半外殻部を構築する。

このようにすると、トンネル下半に拡がる地山を掘削せずとも、またルーフシールド等の切り開き作業をほとんど必要とせずに下半外殻部を構築することができる。

加えて、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のうち、下半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、外殻の構築予定領域のうち、上半領域に、トンネル上半に拡がる地山を掘削しながら上半外殻部を構築する。上半外殻部は、例えば公知のパイプルーフ工法を用いて構築することができる。なお、上半外殻部の構築は、上述した下半外殻部の構築と同時でもよいし、その前あるいは後でもよい。

次に、下半外殻部と上半外殻部とを全体が筒状となるように相互に接合して外殻とする。下半外殻部と上半外殻部との接合は、例えば外殻構築用作業空間を用いて行えばよい。

上半外殻部を構築するにあたり、例えばルーフシールドの切り開きが許容される状況であって、公知のパイプルーフ工法に代えて、同じく公知の小断面シールド工法を採用する場合には、上半外殻部を構築しこれを下半外殻部と接合してから、トンネル上半に拡がる地山を掘削することができる。

トンネル上半に拡がる地山の掘削によって形成されるトンネル内空間については、外殻を介した周辺地山からの漏水がなきよう、必要に応じて防水工を施す必要があるが、下半外殻部の防水工としては、次の２つの施工手順、すなわち、
(a) トンネル上半に拡がる地山を掘削する前に、下半外殻部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、下半外殻部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、下半外殻部の外周面（(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、下半外殻部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、防水工が終了した下半外殻部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下半外殻部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。

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、次の３つの構成、すなわち、
(a) 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、下半領域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
(b) 内周側土水圧支持手段及び外周側土水圧支持手段のうち、一方を、下半領域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、他方を、トンネル軸線方向に沿って並列になるように下半領域の周方向に延設されてなる複数の鋼管とする構成
(c) 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、トンネル軸線方向に沿って並列になるように下半領域の周方向に延設されてなる複数の鋼管とする構成
のいずれかを採用することができる。

ここで、(c)の場合、トンネル軸線方向に鋼管発進用シールドトンネルを延設し、該鋼管発進用シールドトンネルから上述の鋼管を発進させるとともに、上半領域の外周側に延びる鋼管を鋼管発進用シールドトンネルから発進させ、該鋼管で土水圧を先受けした状態でトンネル上半に拡がる地山を掘削しつつ上半外殻部を構築する構成を採用することができる。

かかる構成によれば、下半外殻部を構築するために鋼管発進用シールドトンネルを設けた場合において、この鋼管発進用シールドトンネルを、上半外殻部を構築する際のパイプルーフである鋼管を発進させる手段として兼用することが可能となる。

鋼管発進用シールドトンネルをどのように構築するかは任意であるが、例えば先行構築された本線トンネルに発進部を設け、該発進部から発進させたシールドマシンによって上述の鋼管発進用シールドトンネルを構築することが可能である。

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。 鋼管発進用シールドトンネル２７ａ〜２７ｄの配置状況を示した横断面図。 鋼管発進用シールドトンネル２７ａ〜２７ｄの配置状況を示した斜視図。 鋼管２２，２３の配置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実施手順を示した横断面図。 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実施手順を示した横断面図。 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実施手順を示した横断面図。 変形例に係る発進部３１ｂと該発進部を用いて構築された鋼管発進用シールドトンネル２７ａ〜２７ｄの配置状況を示した斜視図。 内周側土水圧支持手段及び外周側土水圧支持手段の変形例を示した斜視図。 変形例に係る大断面トンネルの構築方法の実施手順を示した横断面図。 引き続き変形例に係る大断面トンネルの構築方法の実施手順を示した横断面図。 別の変形例に係る大断面トンネルの構築方法の実施手順を示した横断面図。 引き続き別の変形例に係る大断面トンネルの構築方法の実施手順を示した横断面図。 さらに別の変形例に係る大断面トンネルの構築方法の実施手順を示した横断面図。

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(a)に示すように、先行構築された本線トンネル２４を利用して計４本の鋼管発進用シールドトンネル２７ａ〜２７ｄを構築する（図１、ステップ１０１）。

鋼管発進用シールドトンネル２７ａ〜２７ｄは、図３に示すように本線トンネル２４に発進部３１を設け、該発進部からシールドマシン（図示せず）を発進させることで構築が可能である。

発進部３１は、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するとともに該側方空間に周方向に地山掘削可能な掘進機を設置し、次いで、該掘進機を本線トンネル２４の外周面に沿って周回させて該本線トンネルの周囲に鍔状の作業空間を設けることによって構成すればよい。なお、図３では図面の便宜上、本線トンネル２４及び鋼管発進用シールドトンネル２７ａ〜２７ｄの中間部分を省略して描いていある。

鋼管発進用シールドトンネル２７ａ〜２７ｄを構築するにあたっては図２(a)及び図３でよくわかるように、これらを外殻の構築予定領域２１に一致するように、トンネル軸線回りに沿った角度位置のうち、該トンネル軸線から水平、同図では右方向に延びる角度を０゜としたときの０゜、９０゜、１８０゜及び２７０゜に相当する角度位置にトンネル軸線方向に沿ってそれぞれ延設する。

次に図２(b)に示すように、外殻の構築予定領域２１のうち、下半領域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をそれぞれ配置する（図１，ステップ１０２）。

鋼管２２，２３は、鋼管発進用シールドトンネル２７ａに推進機（図示せず）を設置した上、該推進機から、トンネル軸線方向に沿って並列になるように下半領域２１ａの周方向にそれぞれ押し出して延設する。

図４は、鋼管２２，２３の配置状況をトンネル軸線を含む縦断面で示したものである。

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の内面に筒状に構築されるが、図４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（同じく左端）の方で、該外殻の横断面が大きくなる。

そのため、外殻の径が同図の右端から左端にかけて徐々に大きくなるように、鋼管２２と鋼管２３を延設するとともに、それが可能となるよう、鋼管発進用シールドトンネル２７ａ〜２７ｄの相対離間距離を徐々に拡げる。

鋼管２２及び鋼管２３を、外殻の構築予定領域２１のうち、下半領域２１ａが挟み込まれるように延設したならば、次に図５(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１０３）。

地盤改良工程が終了したならば、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１０４）。

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、下半領域２１ａ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。

次に、外周側の鋼管２３の内周側に防水シート６２を敷設する（図１，ステップ１０５）。防水シート６２を敷設するにあたっては、必要に応じて支保工４４を盛り替えることで、防水シート６２の連続性を確保する。

次に、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からなる半筒状の下半外殻部６１ａを構築する（図１，ステップ１０６）。

次に、図６(a)に示すように鋼管発進用シールドトンネル２７ａから鋼管７１を発進させることで、該鋼管を、外殻の構築予定領域２１のうち、上半領域２１ｂの外周側に延設する（図１，ステップ１０７）。

次に、同図(b)に示すように、鋼管７１で土水圧を先受けした状態で、トンネル上半に拡がる地山７２を掘削しつつ、上半外殻部６１ｂを構築する（図１，ステップ１０８）。

地山７２を掘削するにあたっては、該地山の露出面と鋼管７１との間に支保工７３を適宜挿入配置する。

次に、下半外殻部６１ａと上半外殻部６１ｂとを全体が筒状となるように相互に接合して外殻６１とする（図１，ステップ１０９）。

下半外殻部６１ａと上半外殻部６１ｂとの接合は、例えば鋼管発進用シールドトンネル２７ａ，２７ｃの各内部空間を利用して行うことが可能である。なお、上半外殻部６１ｂに防水工を施す場合には、該防水工についても、下半外殻部６１ａに設置された防水シート６２と連続するように該防水シートに接合する。

図７は、外殻６１の構築が完了するとともに、トンネル内の地山のうち、下半の地山７４が残置され、上半の地山のみが掘削除去されてトンネル内空間２６が形成された様子を示したものである。なお、鋼管発進用シールドトンネル２７ａ〜２７ｄ内に残った内部空間については、流動化処理土、エアーモルタル等の充填材を適宜充填しておく。

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のうち、下半領域２１ａ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ことで、内周側の鋼管２２と外周側の鋼管２３の間に外殻構築用作業空間４５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からなる半筒状の下半外殻部６１ａを構築するようにしたので、ルーフシールド等の切り開き作業をほとんど必要とせず、かつトンネル下半の地山７４を掘削せずに下半外殻部６１ａを構築することが可能となる。

そのため、トンネル下半の地山７４を利用して路床部その他の道路基盤を速やかに構築す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、鋼管発進用シールドトンネル２７ａ〜２７ｄをトンネル軸線方向に延設し、該鋼管発進用シールドトンネルから鋼管２２，２３を発進させるとともに、上半領域２１ｂの外周側に延びる鋼管７１についても同じく鋼管発進用シールドトンネル２７ａ〜２７ｄから発進させるようにしたので、鋼管発進用シールドトンネル２７ａ〜２７ｄを、下半外殻部６１ａのみならず、上半外殻部６１ｂのための鋼管７１を発進させる手段として兼用することが可能となる。

本実施形態では、外殻を、横断面がほぼ真円をなす外殻６１としたが、本発明の外殻は筒状であれば足りるものであって、楕円状の外殻や角筒状の外殻も包摂される。

また、本実施形態では、本発明の発進部を、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するとともに該側方空間に周方向に地山掘削可能な掘進機を設置し、次いで、該掘進機を本線トンネル２４の外周面に沿って周回させて該本線トンネルの周囲に鍔状の作業空間を設けてなる発進部３１としたが、かかる構成は、本線トンネル２４が小規模であるために該本線トンネルの外周面に沿った周回による鍔状作業空間の形成が効率的である場合に適したものであって、本線トンネル２４が一定の規模以上の場合においては、４本の鋼管発進用シールドトンネル２７ａ〜２７ｄを構築するために本線トンネル２４の周囲を全周掘削するのは効率が悪くなる場合がある。

その場合には、図８に示すように、本線トンネル２４のセグメントを一部撤去して互いに対向する側方空間を掘削形成し、該２つの側方空間を発進部３１ｂとして該発進部からシールドマシン（図示せず）を発進させることにより、鋼管発進用シールドトンネル２７ａ〜２７ｄを構築するのが望ましい。

また、本実施形態では、鋼管発進用シールドトンネルを、計４つの鋼管発進用シールドトンネル２７ａ〜２７ｄで構成したが、必ずしも４つ設ける必要はなく、下半領域２１ａを挟み込むように鋼管２２，２３を、上半領域２１ｂの外周側に沿って鋼管７１をそれぞれ延設することができるのであれば、鋼管発進用シールドトンネル２７ａ〜２７ｄを適宜省略してもかまわない。例えば、先端の掘進機を元押し側で回収することができるのであれば、鋼管発進用シールドトンネルは、例えば鋼管発進用シールドトンネル２７ａのみで足りる。

また、本実施形態では、外殻の構築予定領域２１のうち、下半領域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を、トンネル軸線方向に沿って並列になるように下半領域２１ａの周方向に延設したが、内周側土水圧支持手段及び外周側土水圧支持手段をどのように配置するかは任意であるし、本発明の上半外殻部は、任意の工法で構築することが可能であって、これをパイプルーフ工法で構築する場合においても、上述した実施形態の鋼管７１のように、必ずしもトンネル軸線方向に沿って並列になるように上半領域２１ｂの周方向に延設する必要はない。

図９は、外殻の構築予定領域２１のうち、下半領域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８２と外周側土水圧支持手段としての複数の鋼管８３を、下半領域２１ａ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するとともに、上半外殻部６１ｂを構築するためのパイプルーフである鋼管８４を、上半領域２１ｂ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した変形例を示したものである。

かかる変形例においては、まず、上述した発進部３１と同様の手順で、本線トンネル２４に発進部８５を形成するとともに該発進部に推進機（図示せず）を設置し、次いで、該推進機で鋼管８２，８３，８４を押し出して延設する。

次に、図１０(a)に示すように地山４１のうち、鋼管８２及び鋼管８３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。

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８２と外周側の鋼管２３との間に支保工４４を挿入配置しつつ、上述の実施形態と同様に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８２と外周側の鋼管８３との間に外殻構築用作業空間４５を形成する。

以下、上述の実施形態と同様の手順で、外周側の鋼管８３の内周側に防水シート６２を敷設した上、図１１(a)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からなる半筒状の下半外殻部６１ａを構築する一方、同図(b)に示すように鋼管８４で土水圧を先受けした状態で、トンネル上半に拡がる地山７２を掘削しつつ、上半外殻部６１ｂを構築し、しかる後、下半外殻部６１ａと上半外殻部６１ｂとを全体が筒状となるように相互に接合して外殻６１とすればよい。下半外殻部６１ａと上半外殻部６１ｂとの接合は、外殻構築用作業空間４５を用いて行えばよい。

なお、上述した実施形態に係る構成と上記変形例に係る構成とを組み合わせることも可能であって、内周側土水圧支持手段及び外周側土水圧支持手段のうち、一方を、下半領域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、他方を、トンネル軸線方向に沿って並列になるように下半領域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。

例えば、内周側土水圧支持手段を鋼管２２で、外周側土水圧支持手段を鋼管８３でそれぞれ構成し、あるいは内周側土水圧支持手段を鋼管８２で、外周側土水圧支持手段を鋼管２３でそれぞれ構成することが可能である。

また、本実施形態では、防水工に関し、外周側の鋼管２３の内周側に防水シート６２を予め敷設してから、外殻構築用作業空間４５に鉄筋コンクリート躯体からなる半筒状の下半外殻部６１ａを構築するようにしたが、これに代えて、下半外殻部６１ａの構築後、その外周面に防水シート６２を敷設するようにしてもよい。

図１２及び図１３は、これを図９〜図１１の変形例に適用したものであって、かかる変形例においては、図１２(a)のように外殻構築用作業空間４５を掘削形成した後、該外殻構築用作業空間のうち、同図(b)に示すように、内周側に鉄筋コンクリート躯体からなる下半外殻部６１ａを構築する。

次に、図１３(a)に示すように、下半外殻部６１ａの外周面に防水シート６２を敷設する。防水シート６２を敷設するにあたり、下半外殻部６１ａ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、防水工が終了した下半外殻部６１ａの外周面と外周側の鋼管８３との間に盛り替える、すなわち防水工が終了した下半外殻部６１ａの外周面と外周側の鋼管８３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、同図(b)に示すように、外殻構築用作業空間４５のうち、防水工が終了した下半外殻部６１ａの外周面（防水シート６２の表面）と外周側の鋼管８３との間に拡がる空間６３を埋め戻せばよい。

また、本実施形態及び上述した各変形例では、上半外殻部６１ｂをパイプルーフ工法で構築するようにしたが、既に述べたように、上半外殻部をどのように構築するかは任意であって、トンネル上半について切り開き作業が許容されるのであれば、図１４に示すように、小断面シールド工法を用いて上半外殻部６１ｂを構築してもかまわない。

かかる変形例においては、外殻の構築予定領域２１のうち、上半領域２１ｂに沿って小断面シールドトンネル９１を該上半領域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複数延設し、それらの取合い箇所を地盤改良した後、互いに隣り合う小断面シールドトンネル９１，９１の対向部位を切り開いて開口を形成し、該開口を貫通するようにして鉄筋コンクリート躯体からなる上半外殻部６１ｂを形成し、しかる後、下半外殻部６１ａと上半外殻部６１ｂとを全体が筒状となるように相互に接合して外殻６１とすればよい。

なお、上半外殻部６１ｂを小断面シールド工法で構築する場合には、パイプルーフ工法のように地山７２を掘削しながら上半外殻部６１ｂを構築するのではなく、外殻６１の構築が完了してから、トンネル上半の地山７２を掘削することが可能であって、かかる構成によれば、ある程度の切り開き作業を伴うものの、本設構造体である外殻６１で土水圧を支持することができるため、内部掘削をより安全に進めることができる。

２１ 外殻の構築予定領域
２１ａ 下半領域
２１ｂ 上半領域
２２，８２ 鋼管（内周側土水圧支持手段）
２３，８３ 鋼管（外周側土水圧支持手段）
２４ 本線トンネル
２７ａ〜２７ｄ 鋼管発進用シールドトンネル
３１，８５ 発進部
４４ 支保工
４５ 外殻構築用作業空間
６１ 外殻
６１ａ 下半外殻部
６１ｂ 上半外殻部
６２ 防水シート（防水工）
７１，８４ 鋼管

Claims (9)

1. 外殻の構築予定領域のうち、下半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からなる半筒状の下半外殻部を構築し、
   前記下半外殻部の構築と同時に又は相前後して、前記外殻の構築予定領域のうち、上半領域に、トンネル上半に拡がる地山を掘削しながら上半外殻部を構築し、
   前記下半外殻部と前記上半外殻部とを全体が筒状となるように相互に接合して前記外殻とすることを特徴とする大断面トンネルの構築方法。
2. 外殻の構築予定領域のうち、下半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からなる半筒状の下半外殻部を構築し、
   前記下半外殻部の構築と同時に又は相前後して、前記外殻の構築予定領域のうち、上半領域に上半外殻部を構築し、
   前記下半外殻部と前記上半外殻部とを全体が筒状となるように相互に接合して前記外殻とし、
   トンネル上半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。
3. 前記トンネル上半に拡がる地山を掘削する前に、前記下半外殻部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又は請求項２記載の大断面トンネルの構築方法。
4. 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又は請求項２記載の大断面トンネルの構築方法。
5. 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、前記下半領域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４のいずれか一記載の大断面トンネルの構築方法。
6. 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うち、一方を、前記下半領域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、他方を、前記トンネル軸線方向に沿って並列になるように前記下半領域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４のいずれか一記載の大断面トンネルの構築方法。
7. 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、前記トンネル軸線方向に沿って並列になるように前記下半領域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４のいずれか一記載の大断面トンネルの構築方法。
8. 前記トンネル軸線方向に鋼管発進用シールドトンネルを延設し、該鋼管発進用シールドトンネルから前記鋼管を発進させるとともに、前記上半領域の外周側に延びる鋼管を前記鋼管発進用シールドトンネルから発進させ、該鋼管で土水圧を先受けした状態で前記トンネル上半に拡がる地山を掘削しつつ前記上半外殻部を構築する請求項７記載の大断面トンネルの構築方法。
9. 先行構築された本線トンネルに発進部を設け、該発進部から発進させたシールドマシンによって前記鋼管発進用シールドトンネルを構築する請求項８記載の大断面トンネルの構築方法。

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