JP2017089105A - パイプルーフ材の一体化構造 - Google Patents

Abstract

【課題】パイプルーフ材の間の取り付けられる止水板を利用して、パイプルーフ材の間の地盤が緩まないようにし、周方向の圧縮荷重を強固に支持して、アーチ効果を安定して発揮できるパイプルーフ材の一体化構造を提供する。【解決手段】地中に構築される拡幅トンネル５０の外周部分の地盤において、拡幅トンネル５０の延設方向に延設すると共に、弧状の断面に沿った方向に間隔を置いて並べて埋設された複数のパイプルーフ材１１の、各隣接する一対のパイプルーフ材１１，１１に両側の側縁部を各々接合して、各隣接する一対のパイプルーフ材１１，１１の間の地盤を拡幅トンネル５０の内方側から覆って、止水鉄板４６を取り付けて形成されるパイプルーフ材１１の一体化構造であって、止水鉄板４６は、拡幅トンネル５０の外方に向けて凸となるように湾曲する、弧状の断面形状を備えて構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、パイプルーフ材の一体化構造に関し、特に、トンネルの外周部分の地盤に埋設された複数のパイプルーフ材の間の地盤を覆って、金属製止水板を取り付けて形成されるパイプルーフ材の一体化構造に関する。

パイプルーフ工法は、地中にトンネルを構築する際に、地盤を掘削するのに先立って、構築されるトンネルの上方部分の地盤に鋼管等からなるパイプルーフ材を複数埋設して、地盤からの荷重を先受けするパイプルーフを形成することによって、後続して行われるトンネルの掘削作業を、より安定した状態で行えるようにする工法として公知のものである。

また、鋼管等からなるパイプルーフ材を用いたトンネルの構築方法として、トンネルの上方アーチ部の外周部分の地盤に、トンネルの延設方向に向けて、長尺材である鋼管（パイプルーフ材）を周方向に間隔を置いて複数本、押し込んだ後に、長尺材間を含むトンネルの外周を囲繞するようにして、地盤にセメント系固化材を充填し撹拌することで、断面視環状に地盤改良し、押し込んだ鋼管によって先受けさせながら、地盤改良された部分の内側の地盤を掘削して、トンネルを構築できるようする工法が開示されている（例えば、特許文献１）。特許文献１のトンネルの構築方法では、断面視環状の地盤改良部のアーチ効果によって、掘削による地盤の緩みを最小限にしつつ、地盤改良部の内側を掘削して、トンネルを構築することが可能になる。

特許第５３０８１１６号公報

しかしながら、特許文献１のトンネルの構築方法では、トンネルの上方アーチ部の上端部分から下方に向けて、地盤改良部の内側の地盤を掘削し行く際に、地中に押し込まれた複数本のパイプルーフ材を含む地盤改良部には、掘削の進行に伴うアーチ効果の発現によって、トンネルの周方向に圧縮荷重が負荷されることになるため、掘削によってトンネルの内周面に表出した、各隣接する一対のパイプルーフ材の間の地盤は、掘削面がトンネルの内側に向けて解放されていることで、各隣接する一対のパイプルーフ材の間に生じる圧縮力を逃がすように作用することによって緩み易くなる。

一方、トンネルの周方向に間隔を置いて地中に複数本埋設されたパイプルーフ材によって形成されるパイプルーフの内側に、トンネルの覆工体を構築する際には、各隣接する一対のパイプルーフ材の間の地盤から、地下水がトンネルの内部に漏水しないように、例えば各隣接する一対のパイプルーフ材の間の地盤をトンネルの内方側から覆って、止水板を取り付ける技術が特願２０１５−５７８７８に記載されており、各隣接する一対のパイプルーフ材の間に取り付けられる止水板に改良を加えることで、各隣接する一対のパイプルーフ材の間の地盤が緩まないようにすると共に、トンネルの周方向に負荷される圧縮荷重を強固に支持して、パイプルーフによるアーチ効果の安定した状態で発揮させることを可能にする技術の開発が望まれている。

本発明は、各隣接する一対のパイプルーフ材の間の取り付けられる止水板を利用して、パイプルーフ材の間の地盤が緩まないようにすると共に、トンネルの周方向に負荷される圧縮荷重を強固に支持して、パイプルーフによるアーチ効果を安定した状態で発揮させることのできるパイプルーフ材の一体化構造を提供することを目的とする。

本発明は、地中に構築されるトンネルの外周部分の地盤において、トンネルの延設方向に延設すると共に、弧状の断面に沿った方向に間隔を置いて並べて埋設された複数のパイプルーフ材の、各隣接する一対のパイプルーフ材に両側の側縁部を各々接合して、各隣接する一対のパイプルーフ材の間の地盤をトンネルの内方側から覆って、金属製止水板を取り付けて形成されるパイプルーフ材の一体化構造であって、前記金属製止水板は、トンネルの外方に向けて凸となるように湾曲する、弧状の断面形状を備えているパイプルーフ材の一体化構造を提供することにより、上記目的を達成したものである。

そして、本発明のパイプルーフ材の一体化構造は、前記金属製止水板における、トンエルの外方に向けて凸となるように湾曲する弧状の断面形状の曲率半径が、５〜１５ｍとなっていることが好ましい。

また、本発明のパイプルーフ材の一体化構造は、前記金属製止水板の裏側に、裏込め充填材が注入されていることが好ましい。

さらに、本発明のパイプルーフ材の一体化構造は、前記金属製止水板によって覆われる各隣接する一対のパイプルーフ材の間の地盤の内側の面に、吹付コンクリートが吹き付けられていることが好ましい。

さらにまた、本発明のパイプルーフ材の一体化構造は、前記パイプルーフ材が、円形の中空断面形状を有していることが好ましい。

また、本発明のパイプルーフ材の一体化構造は、前記金属製止水板によって覆われる各隣接する一対のパイプルーフ材の間の地盤は、隣接する各一対のパイプルーフ材の間隔部分の地盤を地盤改良することによって形成された、所定の圧縮強度を有する改良地盤となっていることが好ましい。

さらに、本発明のパイプルーフ材の一体化構造は、隣接する各一対のパイプルーフ材に両側の端部を各々固着して、これらのパイプルーフ材を互いに接続する連結接続鋼材が取り付けられていることが好ましい。

さらにまた、本発明のパイプルーフ材の一体化構造は、前記複数のパイプルーフ材が、地中に構築されるトンネルの少なくとも上方部分の地盤において、前記弧状の断面に沿った方向に間隔を置いて並べて埋設されていることが好ましい。

また、本発明のパイプルーフ材の一体化構造は、前記複数のパイプルーフ材が、地中に構築されるトンネルの外周部分の地盤において、前記弧状の断面を含む円形の断面に沿った円周方向に、間隔を置いて全周に亘って並べて埋設されていることが好ましい。

本発明のパイプルーフ材の一体化構造によれば、各隣接する一対のパイプルーフ材の間の取り付けられる止水板を利用して、パイプルーフ材の間の地盤が緩まないようにすると共に、トンネルの周方向に負荷される圧縮荷重を強固に支持して、パイプルーフによるアーチ効果の安定した状態で発揮させることができる。

本発明の好ましい一実施形態に係るパイプルーフの連結構造を説明する略示断面図である。 本発明の好ましい一実施形態に係るパイプルーフの連結構造を採用したトンネルの構築工法によって構築されるトンネルを説明する略示断面図である。 トンネルの構築工法の薬液注入工程を説明する略示斜視図である。 トンネルの構築工法の坑内立坑築造工程を説明する略示斜視図である。 トンネルの構築工法の坑内立坑築造工程を説明する、（ａ）は略示横断面図、（ｂ）は略示平断面図である。 トンネルの構築工法の円周シールド施工工程を説明する略示斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、トンネルの構築方法の円周シールド施工工程を説明する略示横断面図である。 トンネルの構築工法のパイプルーフ施工工程を説明する略示斜視図である。 トンネルの構築工法のパイプルーフ施工工程を説明する略示横断面図である。 トンネルの構築工法の褄部施工工程を説明する略示斜視図である。 トンネルの構築工法の褄部施工工程を説明する、（ａ）は略示横断面図、（ｂ）は略示平断面図である。 トンネルの構築工法の掘削及び覆工工程を説明する略示縦断面図である。 トンネルの構築工法の掘削及び覆工工程を説明する略示横断面図である。 掘削及び覆工工程におけるパイプルーフ材の一体化構造を説明する、（ａ）は略示断面図、（ｂ）止水鉄板の略示拡大図、（ｃ）はパイプルーフ材と止水鉄板との接合部分の部分拡大断面図である。 （ａ）〜（ｊ）は、トンネルの構築工法の掘削及び覆工工程を説明する略示横断面図である。 トンネルの構築工法の掘削及び覆工工程を説明する褄部の略示縦断面図である。

図１に示す本発明の好ましい一実施形態に係るパイプルーフ材１１の一体化構造１７は、例えば地表面から４０ｍ以上の深さの区分地上権が不要な大深度地下に、図２に示すように、例えば道路用の本線トンネル５１とランプトンネル５２とを接続させるための、本線トンネル５１及びランプトンネル５２を囲うことが可能な、例えば直径が２９ｍ程度の大きさの大断面のインターチェンジ用の拡幅トンネル５０を構築するトンネル構築工法において採用されたものである。すなわち、本実施形態のパイプルーフ材１１の一体化構造１７は、トンネル構築工法における拡幅トンネル５０の地盤を掘削する掘削及び覆工工程（図１２参照）において、後述するパイプルーフ施工工程（図８、図９参照）により拡幅トンネル５０の外周部分の地中に埋設され、連結接続鋼材１３で連結された複数のパイプルーフ材１１を、湾曲させた止水鉄板４６で一体化させることによって、パイプルーフ材１１の間の地盤が緩まないようにすると共に、トンネルの周方向に負荷される圧縮荷重を強固に支持して、パイプルーフ１２によるアーチ効果の安定した状態で発揮させることができるようにするための構造として採用されたものである。

そして、本実施形態では、拡幅トンネル５０を構築するためのトンネルの構築工法は、好ましくはシールド工法によって、例えば１６ｍ程度の直径の本線トンネル５１が地中に形成された後に、この本線トンネル５１から、拡幅トンネル５０の施工区間の両側の端部に坑内立坑２０を形成して（図４及び図５（ａ）、（ｂ）参照）、この坑内立坑２０を介して、後述する円周シールド坑３０（図６、図７（ａ）〜（ｃ）参照）やパイプルーフ１２（図８、図９参照）や褄部地盤改良体４０（図１０、図１１参照）の施工を行なうようになっている。

すなわち、本実施形態では、拡幅トンネル５０を構築するためのトンネルの構築工法は、図３〜図１６に示すように、本線トンネル５１から薬液注入を行って、拡幅トンネル５０が構築される領域の地盤及びこれの周囲の地盤を安定化させる薬液注入工程（図３参照）と、拡幅トンネル５０の施工区間の両側の端部において、本線トンネル５１から下方の地盤に向けて坑内立坑２０を各々築造する立坑築造工程（図４及び図５（ａ）、（ｂ）参照）と、坑内立坑２０から円周シールド掘進機３１を発進させると共に、当該坑内立坑２０に円周シールド掘進機３１を到達させて、パイプルーフ１２及び褄部地盤改良体４０を施工する際の作業坑となる、円周シールド坑３０を各々形成する円周シールド施工工程（図６、図７（ａ）〜（ｃ）参照）と、拡幅トンネル５０の施工区間の一方の端部の円周シールド坑３０から、他方の端部の円周シールド坑３０に向けて、複数のパイプルーフ材１１を地中に押し込むことによって、これらの複数のパイプルーフ材１１を円周方向に並べて連設させた、円筒状のパイプルーフ１２を形成するパイプルーフ施工工程（図８、図９参照）と、各々の円周シールド坑３０の内方の地盤を地盤改良することによって、拡幅トンネル５０の施工区間の両側の端部に褄部地盤改良体４０を各々形成する褄部改良体形成工程（図１０、図１１（ａ）、（ｂ）参照）と、円筒状に形成されたパイプルーフ１２と両側の端部の円周シールド坑３０及び褄部地盤改良体４０とによって周囲を囲まれる内側領域を、上部から下部に向けて掘削すると共に、掘削により露出したパイプルーフ１２の内壁面や褄部地盤改良体４０の内壁面を覆って、上部から下部に向けて順次覆工壁４３ａ，４３ｂを形成する掘削及び覆工工程（図１２〜図１４参照）と、を含んで構成されている。

そして、本実施形態の上述の掘削及び覆工工程では、例えば掘削により露出したパイプルーフ１２は、本実施形態のパイプルーフ材１１の一体化構造１７によりパイプルーフ材１１を一体化することで拡幅トンネル５０の周方向に作用する荷重を強固に支持することが可能になっており、強度に対する信頼性を向上させている。

すなわち、本実施形態のパイプルーフ材１１の一体化構造１７は、図８及び図９に示すように、地中に構築される拡幅トンネル５０の外周部分の地盤において、拡幅トンネル５０の延設方向に延設すると共に、弧状の断面に沿った方向に間隔を置いて並べて埋設された複数のパイプルーフ材１１の、各隣接する一対のパイプルーフ材１１，１１に両側の側縁部を各々接合して、各隣接する一対のパイプルーフ材１１，１１の間の地盤を拡幅トンネル５０の内方側から覆って、止水鉄板（金属製止水板）４６を取り付けて形成される構造であって、図１及び図１４（ａ）に示すように、止水鉄板４６は、拡幅トンネル５０の外方に向けて凸となるように湾曲する、弧状の断面形状を備えて構成されている。

また、本実施形態のパイプルーフ材１１の一体構造１７では、止水鉄板４６は、拡幅トンネル５０の外方に向けて凸となるように湾曲する弧状の断面形状の曲率半径（図１４（ａ）参照）が５〜１５ｍとなっていることが好ましい。

更に、本実施形態のパイプルーフ材１１の一体化構造１７では、止水鉄板４６によって内方側から覆われる各隣接する一対のパイプルーフ材１１，１１の間隔部分の地盤の内壁面に、吹付コンクリート４８が吹き付けられており、止水鉄板４６の裏側に、裏込め充填材４７が注入されている。すなわち、本実施形態のパイプルーフ材１１の一体化構造１７では、各隣接する一対のパイプルーフ材１１，１１の間隔部分の地盤は、地盤面側から、吹付ンクリート４８、裏込め充填剤４７及び止水鉄板４６が、順に積層された構造になっている。

また、本実施形態のパイプルーフ材１１の一体化構造１７では、パイプルーフ材１１は、少なくとも中空断面形状を有すことが好ましく、本実施形態では円形の中空断面形状を有している。

また、本実施形態のパイルルーフ材１１の一体化構造１７では、止水鉄板４６によって覆われる隣接する各一対のパイプルーフ材１１，１１の間隔部分の地盤は、隣接する各一対のパイプルーフ材１１，１１の間隔部分の地盤を地盤改良することによって形成された、所定の圧縮強度を有する改良地盤となっている。

また、本実施形態のパイプルーフ材１１の一体化構造１７では、隣接する各一対のパイプルーフ材１１，１１に両側の端部を各々固着して、これらのパイプルーフ材１１を互いに接続する連結接続鋼材１３が取り付けられている。連結接続鋼材１３は、一対のパイプルーフ材１１，１１を１本の連結接続鋼材１３で接続しても良く、複数本の連結接続鋼材１３で接続することが好ましい。本実施形態では、隣接する各一対パイプルーフ材１１の間隔部分における、弧状の断面の径方向の内側部分及び外側部分に、２段に配置されて取り付けられている。

また、本実施形態のパイプルーフ材１１の一体構造１７では、複数のパイプルーフ材１１は、地中に構築される拡幅トンネル５０の少なくとも上方部分の地盤において、弧状の断面に沿った方向に間隔を置いて並べて埋設されており（図８参照）、本実施形態では、前記弧状の断面を含む円形の断面に沿った円周方向に、間隔を置いて全周に亘って並べて埋設されている（図９参照）。

上述のトンネルの構築工法における薬液注入工程では、図３に示すように、本線トンネル５１からこれの外周部分の地盤に向けて、公知の薬液注入管２６を、本線トンネル５１の周方向及び軸方向に所定の間隔をおいて、多数本挿入する。また、挿入した薬液注入管２６を介して、例えば水ガラス系等の公知の薬液を注入することによって、拡幅トンネル５０（図２参照）が構築される領域の地盤及びこれの周囲の地盤を改良して、これらの地盤を安定化させる。薬液注入工程における、薬液注入管２６の挿入本数、注入する薬液の種類や注入量、注入圧、ゲルタイム等は、対象となる地盤の種類や、地下水位、透水係数、粒度分布、改良範囲等を鑑みて、適宜設計することができる。

なお、本実施形態では、拡幅トンネル５０を構築するための各工程を行うのに先立って、本線トンネル５１の外郭部分を構成する例えばセグメントの内周面に沿って、鋼製の補強リング２７ａを、本線トンネル５１の軸方向に所定の間隔をおいて複数設置することで、セグメント補強支保工２７を形成して、本線トンネル５１を補強しておくことが好ましい。セグメント補強支保工２７は、特に、坑内立坑２０及び褄部地盤改良体４０が形成される、拡幅トンネル５０の施工区間の両側の端部や、こられの端部を挟んで本線トンネル５１の軸方向に隣接する部分に、設置することが好ましい。

立坑築造工程では、図４及び図５（ａ）、（ｂ）に示すように、本線トンネル５１における拡幅トンネル５０の施工区間の両側の端部から、例えば矩形断面を有する鋼製の複数の矩形推進管２１を、公知の密閉型鉛直推進工法によって、各々鉛直下方に推進させることで、これらの矩形推進管２１を縦横に隣接して複数並べて配置した、全体として略六面体形状を有する、坑内立坑２０となる鋼製覆工体２３を形成する。

すなわち、立坑築造工程では、矩形推進管２１の下端部に、矩形断面を有する公知の矩形掘進機２２を取り付けて下方に掘進させながら、この矩形掘進機２２に後続させて矩形推進管２１を連設して下方に押し込んでゆくことで、本線トンネル５１から鉛直下方に向けて、矩形推進管２１を所定の深さまで設置する。このように矩形推進管２１を所定の深さまで設置する作業を、複数の矩形推進管２１を縦横に隣接させつつ複数回繰り返すことによって、これらの複数の矩形推進管２１が平面視矩形状に一体となった、例えば本線トンネル５１の軸方向の長さが１５〜１８ｍ程度、幅方向の長さが８〜１０ｍ程度、鉛直方向の深さが１８ｍ程度の大きさの、六面体形状の鋼製覆工体２３が、本線トンネル５１の下方の地盤に構築される。しかる後に、構築された鋼製覆工体２３における、外周壁２３ａとなる部分によって４方を囲まれる内側領域を仕切って縦横に格子状に配置された、各々の矩形推進管２１による仕切り壁２３ｂの部分を切断撤去する。これによって、複数の矩形掘進機２２を地中に残置したまま（図７（ａ）〜（ｃ）参照）、相当の大きさの作業空間を確保した坑内立坑２０が、仕切り壁２３ｂが撤去された後の鋼製覆工体２３の外周壁２３ａによって周囲を囲まれた状態で、拡幅トンネル５０の施工区間の両側の端部に各々築造される。築造された坑内立坑２０は、円周シールド施工工程における、円周シールド掘進機３１の発進坑及び到達坑として用いられる。

円周シールド施工工程では、図６及び図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、築造された各々の坑内立坑２０から、公知の円周シールド掘進機３１を発進させると共に、発進させた円周シールド掘進機３１を同じ坑内立坑２０に到達させることによって、パイプルーフ１２及び褄部地盤改良体４０を施工する際の作業坑となる円周シールド坑３０を、拡幅トンネル５０の施工区間の両側の端部に各々形成する。

本実施形態では、円周シールド掘進機３１は、例えば３〜４．５ｍ程度のシールド高さの矩形断面を備える、好ましくは泥水式の曲率を有する公知のシールド掘進機となっている。円周シールド掘進機３１は、坑内立坑２０に設置した元押しジャッキ３３（図７（ｂ）参照）からの推進力を受けて、矩形断面を有すると共に曲線施工が可能な曲線部覆工セグメント３２を、後方に連設させながら、拡幅トンネル５０の外径よりも一回り大きな直径の円周に沿って、坑内立坑２０に到達するまで掘進することができるようになっている。これによって、曲線部覆工セグメント３３による、円環状に延設する円周シールド坑３０が、後述するパイプルーフ施工工程でパイプルーフ１２が円筒状に形成される、円形の断面に沿って、拡幅トンネル５０の施工区間の両側の端部に各々設けられることになる。

パイプルーフ施工工程では、図８及び図９に示すように、拡幅トンネル５０の施工区間の一方の端部に設けられた円周シールド坑３０から、他方の端部に設けられた円周シールド坑３０に向けて、公知のパイプルーフ掘進工法により、複数のパイプルーフ材１１を掘進させながら地中に押し込んでゆく。これによって、これらの複数のパイプルーフ材１１が円周方向に間隔を置いて並べて埋設されることにより構成される、円筒状のパイプルーフ１２が形成される。

すなわち、本実施形態では、パイプルーフ掘進工法として、高水圧下でも施工が可能な泥水式推進工法を採用し、パイプルーフ材１１として、内部で作業員が作業できる大きさの例えばφ２．０ｍ程度の鋼管を使用して、これらの複数のパイプルーフ材１１を地中に押し込むことによって、地中に構築される拡幅トンネル５０の外周部分の地中に、複数のパイプルーフ材１１を、トンネルの延設方向に延設させて各々埋設する。また、パイプルーフ掘進工法により円周シールド坑３０からパイプルーフ材１１を地中に押し込む作業を、円周シールド坑３０の周方向に所定のピッチで複数回繰り返すことによって、地中に構築される拡幅トンネル５０の外周部分の地盤に、複数のパイプルーフ材１１を、弧状の断面を含む円形の断面に沿った円周方向に、所定の間隔を置いて全周に亘って並べて埋設することが可能になる。またこれによって、弧状の断面を含む円形の断面に沿った円周方向に並べて埋設された複数のパイプルーフ材１１による、拡幅トンネル５０の掘削時に周囲の地盤からの荷重を先受けする、円筒状のパイプルーフ１２を形成することが可能になる。

そして、本実施形態では、上述のパイプルーフ施工工程において、弧状の断面を含む円形の断面に沿って地中に埋設された複数のパイプルーフ材１１は、本実施形態のパイプルーフの連結構造１０により連結されることによって、アーチ効果を発揮することが可能な円筒状のパイプルーフ１２を形成することが可能になる。これによって、拡幅トンネル５０の横断方向（断面方向）に荷重を支持する横断方向の支保工を、複数のパイプルーフ材１１を用いたパイプルーフ１２によって、拡幅トンネル５０の外周部分の地盤に効率良く設けることが可能になる。

すなわち、本実施形態のパイプルーフ材１１の連結構造１０は、地中に構築される拡幅トンネル５０の外周部分の地盤において、図８及び図９に示すように、拡幅トンネル５０の延設方向に延設すると共に、弧状の断面（本実施形態では、弧状の断面を含む円形の断面）に沿った方向に間隔を置いて並べて埋設された、複数のパイプルーフ材１１を互いに連結して、地盤からの荷重を一体として支持できるようにする連結構造であって、図１に示すように、弧状の断面に沿った方向に隣接する各一対のパイプルーフ材１１に、両側の端部１３ａを各々固着して、これらのパイプルーフ材１１を互いに接続する連結接続鋼材１３と、隣接する各一対のパイプルーフ材１１の間隔部分に介在して設けられた、耐圧支持地盤体１４とを含んで構成されている。

また、パイプルーフの連結構造１０では、複数のパイプルーフ材１１は、地中に構築される拡幅トンネル５０の少なくとも上方部分の地盤において、弧状の断面に沿った方向に間隔を置いて並べて埋設されており（図８参照）、本実施形態では、地中に構築される拡幅トンネル５０の外周部分の地盤において、弧状の断面を含む円形の断面に沿った円周方向に、間隔を置いて全周に亘って並べて埋設されている（図９参照）。

さらに、本実施形態のパイプルーフの連結構造１０では、図１に示すように、連結接続鋼材１３は、隣接する各一対のパイプルーフ材１１の間隔部分における、弧状の断面の径方向の内側部分及び外側部分に、２段に配置されて取り付けられており、耐圧支持地盤体１４は、これらの２段に配置された連結接続鋼材１３によって挟まれる領域に設けられている。

本実施形態では、パイプルーフの連結構造１０は、パイプルーフ材１１の内部からの作業によって、簡易に形成することが可能である。すなわち、本実施形態では、パイプルーフ材１１は、例えばφ２．０ｍ程度の大きさの鋼管からなり、作業員が立ち入って作業することができるようになっていると共に、連結接続鋼材１３や耐圧支持地盤体１４を施工するのに必要な、各種の資材や機材を、パイプルーフ材１１の内部に搬入できるようになっている。なお、パイプルーフ材１１は、少なくとも中空断面形状を有していればよく、本実施形態では、円形の中空断面形状を有している。

本実施形態のパイプルーフの連結構造１０を構成する連結接続鋼材１３は、隣接する各一対のパイプルーフ材１１に跨って配置することが可能な長さを有している。連結接続鋼材１３は、細長い連結鋼板や鋼棒等の、端部１３ａを溶接や接合用の金物等によってパイプルーフ材１１に接合することが可能な、種々の連結用の鋼製部材を用いることができる。本実施形態では、連結接続鋼材１３として、例えば両端部１３に雄ネジ部が設けられた、引張強度に優れる鋼棒である、例えばφ３０ｍｍ程度のＰＣ鋼棒を好ましく用いることができる。

そして、本実施形態では、隣接する各一対のパイプルーフ材１１のうちの一方から、他方のパイプルーフ材１１に向けて、これらのパイプルーフ材１１を貫通させると共に、これらの間隔部分の地盤を穿孔して形成した挿通孔に、ＰＣ鋼棒１３を、両側のパイプルーフ材１１の間に跨るようにして挿通する。しかる後に、ＰＣ鋼棒１３の両側の端部１３ａの雄ネジ部を、各々のパイプルーフ材１１の内部に溶接等を介して設置した締着台１６に、ナット部材１５を用いて各々締着する。これによって、ＰＣ鋼棒からなる各連結接続鋼材１３は、両側の端部１３ａを両側のパイプルーフ材１１に各々締着して、これらの各一対のパイプルーフ材１１に跨るようにして固着されると共に、これらの各一対のパイプルーフ材１１を各々強固に連結できるようになっている。

また、本実施形態では、ＰＣ鋼棒からなる連結接続鋼材１３は、パイプルーフ材１１の延設方向に、例えば３０〜１００ｃｍのピッチで取り付けられていることが好ましい。連結接続鋼材１３が、パイプルーフ材１１の延設方向に、３０〜１００ｃｍのピッチで取り付けられていることにより、隣接する各一対のパイプルーフ材１１を強固に連結する引張材として、より効果的に機能することが可能になると共に、隣接する各一対のパイプルーフ材１１の間隔部分に設けられた耐圧支持地盤体１４を、より効果的に拘束することが可能になる。

本実施形態では、さらに、好ましくはＰＣ鋼棒からなる連結接続鋼材１３は、上述のように、隣接する各一対のパイプルーフ材１１の間隔部分における、径方向の内側部分及び外側部分に、２段に配置されて取り付けられている。これによって、隣接する各一対のパイプルーフ材１１の間隔部分に設けられた耐圧支持地盤体１４を、２段に配置された連結接続鋼材１３により内側及び外側から挟み込むようにして、一層強固に拘束することになるので、当該耐圧支持地盤体１４を圧縮材としてさらに効果的に機能させることが可能になる。またこれによって、隣接する各一対のパイプルーフ材１１が、連結接続鋼材１３及び耐圧支持地盤体１４を介して一体として弧状に連続することによるアーチ効果を、より安定した状態でパイプルーフ１２に発揮させることが可能になる。またこれによって、周囲の地盤からの荷重を支持する拡幅トンネル５０の横断方向の支保工を、これらの複数のパイプルーフ材１１が周方向に一体となった円筒状のパイプルーフ１２によって、さらに効率良く強固に形成することが可能になる。

本実施形態のパイプルーフの連結構造１０を構成する耐圧支持地盤体１４は、地中に埋設された複数のパイプルーフ材１１における、隣接する各一対のパイプルーフ材１１の間隔部分に介在して設けられた、圧縮材として機能する間詰地盤体ある。耐圧支持地盤体１４は、複数のパイプルーフ材１１による円筒状のパイプルーフ１２が地中に形成された後に、これの内側部分を掘削して周囲の地盤からの荷重を受けることでパイプルーフ１２がアーチ効果を発揮する際に、パイプルーフ１２の周方向に沿って隣接する各一対のパイプルーフ材１１の間隔部分に生じる圧縮力を、効果的に支持できる程度の圧縮耐力として、例えば２Ｎ／ｍｍ²程度の圧縮強度を備えるように形成されている。

本実施形態では、このような圧縮強度を備える耐圧支持地盤体１４は、例えば、パイプルーフ材１１の内部からの作業により、隣接する各一対のパイプルーフ材１１の間隔部分の地盤を地盤改良して、所定の圧縮強度を有する改良地盤を形成することによって設けることができる。改良地盤は、連結接続鋼材１３として例えば外周部分に注入孔が形成された中空の鋼製パイプ部材を用い、この鋼製パイプ部材を介して、パイプルーフ材１１の内部から当該鋼製パイプ部材の周囲に地盤改良材を圧入することによって、隣接する各一対のパイプルーフ材１１の間隔部分に形成することもできる。

また、このような圧縮強度を備える耐圧支持地盤体１４は、パイプルーフ材の内側からの作業により、隣接する各一対のパイプルーフ材の間隔部分の地盤を、固化後に所定の圧縮強度を有することになるグラウト材と置き替えて、固化したグラウト材によって設けることもできる。

さらに、このような圧縮強度を備える耐圧支持地盤体１４は、複数のパイプルーフ材１１が埋設される部分の地盤が、所定の圧縮強度を有する例えばドタン層等である場合には、このような所定の圧縮強度を有する地山の地盤をそのまま利用して、隣接する各一対のパイプルーフ材１１の間隔部分に介在して設けられた、耐圧支持地盤体１４とすることもできる。

なお、上述のようにして、本実施形態のパイプルーフの連結構造１０により隣接する各一対のパイプルーフ材１１を一体として連結する作業は、パイプルーフ施工工程において、周方向に間隔をおいて順次地中に押し込まれる複数のパイプルーフ材１１のうちの、何本かのパイプルーフ材１１が先行して埋設された段階で、後続するパイプルーフ材１１を、一方の円周シールド坑３０から他方の円周シールド坑３０に向けて順次地中に押し込んでゆく作業と同時に、又は並行して、実施することができる。また、本実施形態のパイプルーフの連結構造１０により隣接する各一対のパイプルーフ材１１を一体として連結する作業は、後続して施工される褄部改良体形成工程と同時に、又は並行して実施することもできる。これらによって、工期が遅れることになるのを、効果的に抑制することが可能になる。

上述のトンネルの構築工法における褄部改良体形成工程では、図１０及び図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、各々の円周シールド坑３０の内方の地盤を地盤改良することによって、拡幅トンネル５０の施工区間の両側の端部に、褄部地盤改良体４０を形成する。すなわち、褄部改良体形成工程では、拡幅トンネル５０の施工区間の両側の端部における、各々の円周シールド坑３０の内部や、これに近接する部分のパイプルーフ材１１の内部からの作業によって、例えば各円周シールド坑３０の上部から下部に向けて、公知の地盤改良器４２を用いた、好ましくは高圧噴射撹拌工法による地盤改良を行うことで、円柱形状の単位改良体４１を、円周シールド坑３０によって囲まれるこれの径方向内方の地盤に形成する。また、円周シールド坑３０の内方の地盤に対して、このような高圧噴射撹拌工法による地盤改良を複数回繰り返すことによって、複数の円柱形状の単位改良体４１が、その外周部分を重ね合わせつつ縦横に並べて配置されることで一体として形成された、褄部地盤改良体４０(図１１（ａ）、（ｂ）参照）が、拡幅トンネル５０の施工区間の両側の端部に、円周シールド坑３０と本線トンネル５１との間の間隔部分を閉塞するようにして、各々の円周シールド坑３０の内方に構築されることになる。

これによって、拡幅トンネル５０の施工区間の掘削領域が、円筒状に形成されたパイプルーフ１２と、両側の端部の円周シールド坑３０及び褄部地盤改良体４０とによって、周囲を囲まれた状態になるので、これらのパイプルーフ１２や褄部地盤改良体４０に外周の地盤からの荷重を支持させつつ、掘削及び覆工工程において、これらの内側領域を、安定した状態で掘削してゆくことが可能になる。

掘削及び覆工工程では、図１２〜図１６に示すように、円筒状に形成されたパイプルーフ１２と、両側の端部の円周シールド坑３０及び褄部地盤改良体４０とによって周囲を囲まれる内側領域を、上部から下部に向けて掘削すると共に、掘削により露出したパイプルーフ１２の内壁面や褄部地盤改良体４０の内壁面を覆って、上部から下部に向けて、いわゆる逆巻き工法によって、順次覆工壁４３ａ，４３ｂを形成してゆく。

すなわち、掘削及び覆工工程では、掘削機械４４として例えばバックホウやブルドーザーを用いて、パイプルーフ１２の内側の掘削領域の上段部から下段部に向けて、拡幅トンネル５０の掘削作業を順次行うと共に、上段部から下段部に向けて、掘削により露出したパイプルーフ１２の内壁面や褄部地盤改良体４０の内壁面を覆うようにして、例えばＳＲＣ構造やＲＣ構造による円筒部の覆工壁４３ａ（図１５参照）や、褄部の覆工壁４３ｂ（図１６参照）を順次構築して行く。なお、覆工壁４３ａ，４３ｂは、褄部地盤改良体４０によって周囲を囲まれる内側領域の掘削断面の全体を掘削した後に、下部から上部に向けて、いわゆる順巻き工法によって、順次形成してゆくこともできる。

拡幅トンネル５０の掘削作業では、パイプルーフ１２を構成するパイプルーフ材１１の大きな剛性による、拡幅トンネル５０の延設方向の先受け支保工としての機能によって、地山の安定性を向上させると共に、地山の変形を抑制しつつ、拡幅トンネル５０の延設方向に掘削作業をさらに効率良く行ってゆくことが可能になる。また、本実施形態では、上述のパイプルーフ材１１の連結構造１０によって、隣接する各一対のパイプルーフ材１１，１１が連結されているので、パイプルーフ１２をトンネルの横断方向（断面方向）の支保工として機能させることが可能になる。これによって、拡幅トンネル５０の掘削作業に伴って円筒状のパイプルーフ１２の内部に設置される、支保工４４の数や設計強度を削減したり、支保工４４を省略したりすることが可能になる。

拡幅トンネル５０の上段部の掘削作業では、作業空間から本線トンネル５１に至る土砂排出管５３（図１３参照）を、例えば本線トンネル５１からの鋼管推進によって設置しておき、この土砂排出管５３に掘削土砂を投入することによって、本線トンネル５１を介して掘削土砂を搬出することができる。掘削領域の上段部から下段部に向けた掘削作業の進行に伴って露出する本線トンネル５１は、例えば破砕機械を用いて破砕して、掘削土砂と共に撤去することができる（図１３参照）。

そして、本実施液体では、掘削により露出したパイプルーフ１２の内壁面を覆って覆工壁４３ａを構築する作業に先立って、露出したパイプルーフ１２は、本実施形態のパイプルーフ材１１の一体化構造１７により、各隣接する一対のパイプルーフ材１１，１１を一体化することで、これらの間の耐圧支持地盤体１４が緩むのを防止して、周方向の圧縮強度に対する信頼性を向上させている。

すなわち、本実施形態のパイプルーフ材１１の一体化構造１７では、好ましくは、掘削により露出した、隣接する各一対のパイプルーフ材１１，１１の間隔部分の耐圧支持地盤体１４による地盤面に、吹吹付コンクリート４８を吹き付ける。吹付コンクリート４８を吹き付けることで、露出した耐圧支持地盤体１４による地盤面を安定させることが可能になる。

また、本実施形態のパイプルーフ材１１の一体化構造１７は、好ましくは掘削により露出した隣接する各一対のパイプルーフ材１１，１１の間隔部分の地盤面に吹き付けられた吹付コンクリート４８を、トンネルの内側から覆うようにして、隣接する各一対のパイプルーフ材１１，１１の間に止水鉄板４６を接合することによって構成されている。止水鉄板４６は、例えば１６ｍｍ程度の厚さの鉄板を用いて形成することができる。止水鉄板４６は、が隣接する各一対のパイプルーフ材１１，１１の間隔部分に配設可能な横幅を備える、トンネルの延設方向に長い帯板形状を有しており、トンネルの延設方向に連接して取り付けられる。止水鉄板４６は、図１及び図１４（ｂ）に示すように、拡幅トンネル５０の外側に向けて凸となるように湾曲する、弧状の断面形状を備えている。止水鉄板４６の弧状の断面形状における曲率半径は、５〜１５ｍとなっていることが好ましい。本実施形態では、曲率半径は１４ｍとなっている。止水鉄板４６は、図１４（ｃ）に示すように、拡幅トンネル５０の外側に向けて凸となるように、隣接する各一対のパイプルーフ材１１，１１の外周面に、溶接により接合されている。

ここで、例えばパイプルーフ１２に周方向の荷重（隣接する各一対のパイプルーフ材１１，１１の間隔を狭める方向の荷重）が生じると、隣接する各一対のパイプルーフ材１１，１１の間隔部分には圧縮方向の応力が生じることになるが、止水鉄板４６が外方に向けて凸となるように湾曲する、弧状の断面形状を備えているので、止水鉄板４６は、周方向の荷重を受けてトンネルの外側に向けてさらに食い込むようにして凸状に湾曲し易くなる。これによって、各一対のパイプルーフ材１１，１１の間隔部分の地盤に対して、トンネルの内方から外側に向けて圧縮力を負荷することが可能になるので、隣接する各一対のパイプルーフ材１１，１１の間隔部分の地盤面が緩み易くなるのを、効果的に回避することが可能になる。

これらによって、本実施形態のパイプルーフ材１１の一体化構造１７によれば、地中に埋設された複数のパイプルーフ材１１の、隣接する各一対のパイプルーフ材１１，１１の間に取り付けられる止水鉄板４６を利用して、パイプルーフ材１１の間の地盤が緩まないようにすると共に、拡幅トンネル５０の周方向に負荷される荷重を強固に支持して、パイプルーフ１２によるアーチ効果の安定した状態を発揮させることが可能になる。

また、本実施形態では、図１及び図１４（ａ）に示すように、好ましくは吹付コンクリート４８と止水鉄板４６との間に、裏込め充填材４７充填されていて、吹付コンクリート４８と止水鉄板４６との間の隙間を埋めるようになっている。これによって、各一対のパイプルーフ材１１，１１の間隔部分の地盤に、トンネルの内方から外側に向けて、圧縮力をさらに効果的に負荷することできるようなっている。

裏込め充填材４７は、グラウト等の公知の各種の裏込め充填材を用いることができる。裏込め充填材４７は、止水鉄板４６に取り付けられたグラウト管４６ａから、エア抜き管４６ｂを介してエア抜きしつつ、止水鉄板４６の裏側に注入することができる（図１４（ａ）参照）。

掘削及び覆工工程において、止水鉄板４６を取り付けたら、しかる後に、止水鉄板４６の内側部分に鉄骨や鉄筋や型枠等を組み立てて、コンクリートを打設することにより、いわゆる逆巻き工法によって、上段部から下段部に向けて、ＳＲＣ（鉄骨鉄筋コンクリート）構造やＲＣ（鉄筋コンクリート）構造による円筒部の覆工壁４３ａを構築してゆくことが可能になる。

さらに、掘削及び覆工工程における褄部の覆工壁４３ｂを構築する作業では、例えば掘削により露出した褄部地盤改良体４０の内壁面に対して、好ましくは吹付コンクリート４８を吹き付けると共に、褄部地盤改良体４０に向けて複数のロックボルト４９を打ち込むことで、当該内壁面を補強する（図１６参照）。しかる後に、補強された褄部地盤改良体４０の内側面を覆って防水シートをさらに取り付けた状態で、これの内側部分に鉄骨や鉄筋や型枠等を組み立てて、コンクリートを打設することにより、いわゆる逆巻き工法によって、上段部から下段部に向けて、ＳＲＣ（鉄骨鉄筋コンクリート）構造やＲＣ（鉄筋コンクリート）構造による褄部の覆工壁４３ｂを構築してゆくことが可能になる。

これらによって、円筒部の覆工壁４３ａ及び両側の褄部の覆工壁４３ｂにより周囲を囲まれた、本線トンネル５１とランプトンネル５２とを接続させるための、大断面の拡幅トンネル５０（図２参照）を、区分地上権が不要な大深度地下に構築してゆくことが可能になる。また、構築された拡幅トンネル５０にランプトンネル５２を接続させると共に、インターチェンジの本体構造物を構築することにより、例えば道路用の本線トンネル５１とランプトンネル５２とを接続させるためのインターチェンジを、拡幅トンネル５０の内部に設けることが可能になる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、本発明のパイプルーフ材の一体化構造を用いたパイプルーフ１２は、大深度地下に構築されるトンネルの外周部分の地盤に設けられる必要は必ずしもなく、浅い部分の地中に構築されるトンネルや、トンネル以外の地中構造部の外周部分の地盤に設けられるものであっても良い。また、パイプルーフ１２を構成する複数のパイプルーフ材１１は、円形の断面に沿った円周方向に、間隔を置いて全周に亘って並べて埋設される必要は必ずしも無く、少なくとも弧状の断面に沿った方向に間隔を置いて並べて埋設されていてれば良い。複数のパイプルーフ材１１が、少なくとも弧状の断面に沿った方向に間隔を置いて並べて埋設されていれば、本発明のパイプルーフ１２の一体化構造を用いて一体化することで、パイプルーフ１２にアーチ効果を安定した状態で発揮させて、断面方向の支保工として機能させることが可能になる。金属製止水板は、止水鉄板である必要は必ずしも無く、その他の種々の金属製の止水板を用いることができる。

１０ パイプルーフの連結構造
１１ パイプルーフ材
１２ パイプルーフ
１３ 連結接続鋼材（ＰＣ鋼棒）
１３ａ 端部
１４ 耐圧支持地盤体
１５ ナット部材
１６ 締着台
１７ パイプルーフの一体化構造
２０ 坑内立坑
２１ 矩形推進管
２２ 矩形掘進機
２３ 鋼製覆工体
２３ａ 外周壁
２６ 薬液注入管
２７ セグメント補強支保工
３０ 円周シールド坑
３１ 円周シールド掘進機
３２ 曲線部覆工セグメント
３３ 元押しジャッキ
４０ 褄部地盤改良体
４１ 単位改良体
４３ａ 円筒部の覆工壁
４３ｂ 褄部の覆工壁
４４ 内部支保工
４６ 止水鉄板（金属製止水板）
４７ 裏込め充填材
４８ 吹付コンクリート
４９ ロックボルト
５０ 拡幅トンネル
５１ 本線トンネル
５２ ランプトンネル

Claims (9)

1. 地中に構築されるトンネルの外周部分の地盤において、トンネルの延設方向に延設すると共に、弧状の断面に沿った方向に間隔を置いて並べて埋設された複数のパイプルーフ材の、各隣接する一対のパイプルーフ材に両側の側縁部を各々接合して、各隣接する一対のパイプルーフ材の間の地盤をトンネルの内方側から覆って、金属製止水板を取り付けて形成されるパイプルーフ材の一体化構造であって、
   前記金属製止水板は、トンネルの外方に向けて凸となるように湾曲する、弧状の断面形状を備えているパイプルーフ材の一体化構造。
2. 前記金属製止水板における、トンエルの外方に向けて凸となるように湾曲する弧状の断面形状の曲率半径は、５〜１５ｍとなっている請求項１記載のパイプルーフ材の一体化構造。
3. 前記金属製止水板の裏側に、裏込め充填材が注入されている請求項１又は２記載のパイプルーフ材の一体化構造。
4. 前記金属製止水板によって覆われる各隣接する一対のパイプルーフ材の間の地盤の内側の面に、吹付コンクリートが吹き付けられている請求項１〜３のいずれか１項記載のパイプルーフ材の一体化構造。
5. 前記パイプルーフ材は、円形の中空断面形状を有している請求項１〜４のいずれか１項記載のパイプルーフ材の一体化構造。
6. 前記金属製止水板によって覆われる各隣接する一対のパイプルーフ材の間の地盤は、隣接する各一対のパイプルーフ材の間隔部分の地盤を地盤改良することによって形成された、所定の圧縮強度を有する改良地盤となっている請求項１〜５のいずれか１項記載のパイプルーフ材の一体化構造。
7. 隣接する各一対のパイプルーフ材に両側の端部を各々固着して、これらのパイプルーフ材を互いに接続する連結接続鋼材が取り付けられている請求項１〜６のいずれか１項記載のパイプルーフ材の一体化構造。
8. 前記複数のパイプルーフ材は、地中に構築されるトンネルの少なくとも上方部分の地盤において、前記弧状の断面に沿った方向に間隔を置いて並べて埋設されている請求項１〜７のいずれか１項記載のパイプルーフ材の一体化構造。
9. 前記複数のパイプルーフ材は、地中に構築されるトンネルの外周部分の地盤において、前記弧状の断面を含む円形の断面に沿った円周方向に、間隔を置いて全周に亘って並べて埋設されている請求項８記載のパイプルーフの連結構造。