JP2017106190A

JP2017106190A - 大断面覆工体および大断面トンネルの構築方法

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Publication number: JP2017106190A
Application number: JP2015239148A
Authority: JP
Inventors: 尚今石; Takashi Imaishi; 隆良中村; Takayoshi Nakamura; 佳文服部; Yoshifumi Hattori; 直俊日高; Naotoshi Hidaka; 大坂　衛; Mamoru Osaka; 衛大坂; 憲一郎長光; Kenichiro Nagamitsu; 敦谷口; Atsushi Taniguchi; 幸介岡村; Kosuke Okamura
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2015-12-08
Filing date: 2015-12-08
Publication date: 2017-06-15
Anticipated expiration: 2035-12-08
Also published as: JP6092359B1

Abstract

【課題】既設トンネルを拡幅することが可能な大断面覆工体および大断面トンネルの構築方法を提供する。【解決手段】ランプトンネル１からトンネル軸の略直交方向に向けて径方向空間を構築する工程と、径方向空間の側壁からトンネル掘削機を発進させて環状に掘進させた後に径方向空間に到達させ環状トンネル３１Ａを構築する工程と、複数本の環状トンネル３１Ａ−３１Ｃを連続させることによってランプトンネル１を囲繞する円筒外殻部３を構築する工程と、円筒外殻部３内側の地盤を掘削して、円筒外殻部３の両端を塞ぐように妻壁部４を構築する工程と、妻壁部４の内側から妻壁部４の外側に向けて複数本の先行トンネルを間隔をあけて並設する先行トンネル施工工程と、隣り合う先行トンネル同士の間に後行トンネルを構築する後行トンネル施工工程と、先行トンネルおよび後行トンネルにより囲まれた領域を掘削して大断面を形成する掘削工程とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、大断面覆工体および大断面トンネルの構築方法に関する。

道路トンネルの合流部や鉄道トンネルの駅舎部は、通常の本線トンネルよりも拡幅された大断面の地下空間になる。このため、特許文献１に開示されているように、平行に配列された複数本の小断面トンネルによって円筒状の外殻を形成し、その内部を掘削するという方法によって構築されることがある。

一方、特許文献２には、本線シールドトンネルの底部を切り広げて円周シールド発進基地を構築し、そこから本線シールドトンネルの外周に沿って周方向に掘進させた円周シールド機によって、リング状の外殻シールド発進基地を構築する方法が開示されている。この外殻シールド発進基地からは、本線シールドトンネルと平行に構築される複数本の外殻シールドトンネル用の掘削を行うための外殻シールド機を発進させる。

特開２０１５−１０５５１３号公報特開２０１５−１２９４１１号公報

しかしながら特許文献２に開示された方法では、円周シールド機の高さ分しか本線シールドトンネルを拡幅することができず、大断面の発進基地が必要となる場合には対応することができない。

特許文献２の施工方法は、外殻覆工壁を形成する際に後行トンネルに開口部を形成するので、後行トンネルの強度が低下するおそれがある。そのため、後行トンネルを支持し得る仮設支持部材を予め先行トンネルに設置しておくか、別途仮設支持部材を設置する必要がある。しかしながら、仮設支持部材の設置には、手間と費用がかかる。
また、特許文献２の施工方法は、先行トンネルと後行トンネルとの接合部における水密性を確保するために、膨張袋体を設けるなど、止水処理工に手間や費用がかかる。

そこで、本発明は、既設トンネルを大幅に拡幅することが可能な大断面覆工体および大断面トンネルの構築方法を提案することを課題とする。

前記目的を達成するために、本発明の地中構造物の構築方法は、既設トンネルから地中に構築した拡幅部を起点として大断面トンネルを構築する構築方法であって、前記既設トンネルからトンネル軸の略直交方向に向けて径方向空間を構築する工程と、前記径方向空間の側壁からトンネル掘削機を発進させて環状に掘進させた後に前記径方向空間に到達させることで環状トンネルを構築する工程と、複数本の前記環状トンネルを連続させることによって前記既設トンネルを囲繞する円筒外殻部を構築する工程と、前記円筒外殻部内側の地盤を掘削して、前記円筒外殻部の両端を塞ぐように妻壁部を構築する工程と、前記妻壁部の内側から該妻壁部の外側に向けて複数本の先行トンネルを間隔をあけて並設する先行トンネル施工工程と、隣り合う前記先行トンネル同士の間に後行トンネルを構築する後行トンネル施工工程と、前記先行トンネルおよび前記後行トンネルにより囲まれた領域を掘削して大断面トンネルを形成する掘削工程とを備えたことを特徴とする。

ここで、前記円筒外殻部の両端の地盤を凍結させることで凍結壁部を形成することが好ましい。また、前記各先行トンネル内に中詰コンクリートを充填することができる。また、前記各先行トンネル内および前記後行トンネル内に中詰コンクリートを充填することができる。さらに、前記後行トンネル施工工程では、隣接する先行トンネルの断面の一部を切削しながら掘削孔を形成し、前記掘削坑内に型枠を設置した後、前記型枠と前記掘削孔の内面との間にコンクリートを充填することにより前記後行トンネルの覆工を形成することができる。

大断面覆工体の発明は、既設トンネルに接続された拡幅部を起点として筒状に並設された複数本のトンネルと、前記各トンネル内に充填された中詰コンクリートの硬化体と、を備える大断面覆工体であって、前記拡幅部は、既設トンネルを囲繞する複数本の連続した環状トンネルによって形成された円筒外殻部と、前記円筒外殻部の両端を塞ぐように設けられた妻壁部とからなり、前記複数本のトンネルは、間隔をあけて形成された複数本の第一トンネルと、隣り合う前記第一トンネル同士の間に形成された第二トンネルとからなり、前記第一トンネルの覆工は、切削可能なセグメントを組み合わせることにより形成されており、前記第二トンネルの覆工は、現場打ちコンクリートにより形成されているとともに、前記第一トンネル内に残置されていることを特徴とする。

このように構成された本発明の大断面トンネルの構築方法は、まず既設トンネルからトンネル軸の略直交方向に向けて径方向空間を構築する。そして、その径方向空間から発進させたトンネル掘削機によって、既設トンネルを包含するように複数本の環状トンネルを構築することによって円筒外殻部を形成する。

このため、径方向空間の長さに応じて、既設トンネルを任意の大きさに拡幅することができ、大幅に拡幅することも可能になる。特に、環状トンネルが矩形トンネルであれば、一定の壁厚の円筒外殻部にすることができる。

また、大断面覆工体の発明は、既設トンネルを囲繞する複数本の連続した環状トンネルによって形成された円筒外殻部と、その円筒外殻部の両端を塞ぐように設けられた妻壁部とによって構成される。すなわち、円筒外殻部の径が大きくなっても、妻壁部によって塞げばよいので、既設トンネルを大幅に拡幅することが可能になる。

さらに、第二トンネルを現場打ちコンクリートにより形成しているため、第一トンネルとの水密性が優れている。
なお、大断面覆工体は、第一トンネルと第二トンネルとの重ね合わせ厚さ（大断面覆工体の半径方向に対するトンネル同士のラップ長）により、構造上必要な覆工厚さを確保している。
また、第一トンネルと第二トンネルとの重ね合わせ幅（大断面覆工体の周方向に対するトンネル同士のラップ長）を調整すると、大断面覆工体の断面形状（直径）を変化させることができる。

本実施の形態の大断面トンネルの構築方法によって構築された発進基地を模式的に示した斜視図である。径方向空間を構築する工程を説明する横断面図である。径方向空間の外観を説明する縦断面図である。薬液注入によって環状に形成される薬液注入部を説明する横断面図である。径方向空間から矩形シールド機を発進させる工程を説明する縦断面図である。矩形シールド機を環状に掘進させる工程を説明する横断面図である。径方向空間に到達した矩形シールド機の一部を回収する工程を説明する横断面図である。径方向空間内で環状トンネルを完成させる工程を説明する横断面図である。複数本の環状トンネルを構築する工程を説明する縦断面図である。円筒外殻部の両端を凍結壁部で塞ぐ工程を説明する縦断面図である。発進基地の内空となる掘削を行う工程を説明する横断面図である。掘削によって解放された面に妻壁部を順に構築していく工程を説明する横断面図である。掘削によって解放された面に妻壁部を順に構築していく工程を説明する縦断面図である。発進基地となる内空の掘削及びそこに残されたランプトンネルのセグメントの一部を撤去する工程を説明する横断面図である。発進基地から外殻シールド機を発進させる工程を説明する縦断面図である。本発明の実施形態の大断面トンネルを示す横断図である。（ａ）は大断面トンネルの平面図、（ｂ）は同縦断図である。大断面覆工体の一部を示す拡大断面図である。（ａ）は図１７（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は同Ｂ−Ｂ断面図である。（ａ）は本実施形態の大断面トンネルの施工方法の先行トンネル施工工程および先行トンネル充填工程を示す断面図、（ｂ）は同後行トンネル施工工程を示す断面図、（ｃ）は（ｂ）に続く後行トンネル施工工程の断面図である。（ａ）は本実施形態の大断面トンネルの施工方法の配筋工程を示す断面図、（ｂ）は後行トンネル充填工程を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る大断面トンネルを構築するための外殻シールド機を発進させる発進基地について図面を参照して説明する。

＜発進基地２＞
図１は、本実施の形態によって構築される発進基地２と、その前後に接続される既設トンネル（１，１１）との関係を模式的に示した斜視図である。既設トンネルであるランプトンネル１と本線トンネル１１は、予め地中に構築されている。本実施の形態では、このランプトンネル１から地中に拡幅部となる発進基地２を地中構造物として構築する方法を説明する。

この発進基地２は、ランプトンネル１及び本線トンネル１１をさらに長い区間で拡幅させた大空間を構築するために、外殻シールド機７（図１５参照）を発進させる基地となる。
例えば、道路トンネルである本線トンネル１１及びランプトンネル１であれば、外殻シールド機７によって略平行に構築された複数本の小断面トンネルによって、合流本体部２１の外殻が円筒状に形成される。また、本線トンネル１１が鉄道トンネルであれば、発進基地２から構築される地下大空間は、駅舎部などになる。

発進基地２は、ランプトンネル１及び本線トンネル１１を囲繞する複数本の連続した環状トンネル３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃによって形成された円筒外殻部３と、円筒外殻部３の両端を塞ぐように設けられた妻壁部４，４とによって主に構成される。

環状トンネル３１Ａ−３１Ｃは、後述するように、トンネル掘削機によって掘削された地中に設置された鋼殻セグメント３２，・・・を繋ぎ合せることで、環状（円周状）に成形される。
そして、複数の環状トンネル３１Ａ−３１Ｃをランプトンネル１のトンネル軸に略平行する方向に連続させることで、所定の長さの円筒状の円筒外殻部３が形成される。
一方、妻壁部４は、繊維補強コンクリートや鉄筋コンクリートなどのセメント系混合材料によって、円板状に構築される。図１から明らかなように、ランプトンネル１の断面と比較して妻壁部４の面積は広く、発進基地２がランプトンネル１の拡幅部であると言える。

次に、本実施の形態の発進基地２の構築方法について、図２−図１５を参照しながら順に説明する。
図２に破線で示した長方形の外縁は、施工領域１２を示している。この施工領域１２の内側で発進基地２の構築が行われる。この構築は、例えばランプトンネル１を利用して行われる。

まず、ランプトンネル１からトンネル軸の略直交方向に向けて径方向空間５を構築する工程について説明する。この工程では、最初に径方向空間５の外周に沿って凍結部５１を構築する。
この凍結部５１は、ランプトンネル１の底部から斜め下方に挿し込まれた凍結管（図示省略）などを使って形成される。その後、ランプトンネル１の覆工部を形成するセグメント１ａの一部を撤去し、凍結部５１によって保護された地盤を掘削する。
この掘削された地盤の孔壁は、平面視長方形の立坑鋼殻５２によって保護される。図３は、複数の立坑鋼殻５２，・・・によって外殻が形成された直方体状の径方向空間５を、側方から見た縦断面図である。径方向空間５の下面は、底蓋５３によって塞がれる。

図４は、完成した径方向空間５を横断面図に示している。ランプトンネル１から斜め下方に向けて延伸された径方向空間５の底部の側壁からは、トンネル掘削機としての矩形シールド機３８（図６参照）を発進させることになる。なお、トンネル掘削機は、推進工法の先導掘進機であってもよい。また、径方向空間５は、鉛直下方に向けて延伸させるなど、任意の方向に向けて延伸させることができる。

この矩形シールド機３８は、径方向空間５から発進させて径方向空間５に再び戻るように円形の経路で掘進させる。この矩形シールド機３８の経路に沿ってランプトンネル１及び本線トンネル１１から薬液注入を行い、地盤を環状に改良した薬液注入部３３を形成しておく。

また、矩形シールド機３８を発進及び到達させる径方向空間５の外側の地盤は、発進側凍結部３４及び到達側凍結部３５として凍結させておく。さらに、矩形シールド機３８を発進及び到達させる径方向空間５の側面には、図５に示すように、鋼製の梁材や柱材等を使って略長方形の開口補強部３６を構築する。

そして、開口補強部３６の略中央を、矩形シールド機３８を発進させる鏡切部３７とするための補強を行う。ここで、矩形シールド機３８は、断面矩形の四角筒状に形成されている。この矩形シールド機３８を、図６に示すように環状の薬液注入部３３に沿って、その内部を掘進させる。
矩形シールド機３８の後方には、矩形の函体が鋼殻セグメント３２として設置されていく。なお、この図では、鋼殻セグメント３２の単位長さ当たりの継目の線は省略されている。

そして、図７に示すように、矩形シールド機３８が到達側凍結部３５に貫入した段階で、径方向空間５の到達側の開口補強部３６内の一部を切り開き、矩形シールド機３８の前面のカッタ部３８１を解体して、径方向空間５に回収する。このカッタ部３８１は、再利用することができる。

一方、矩形シールド機３８の胴体部となる断面矩形の四角筒状のスキンプレート３８２は、そのまま地中に残置させる。そして、図８に示すように、スキンプレート３８２の先端と、発進側の開口補強部３６から突出させた鋼殻セグメント３２の後端とを、径方向空間５の内部で接続部３２１よって連続させる。

この接続部３２１は、鋼殻セグメント３２と同様の鋼材によって形成することができる。また、施工誤差を容易に吸収させることが可能な鉄筋コンクリート構造にすることもできる。そして、この接続によって、１本目の環状トンネル３１Ａが完成する。本実施の形態では、同様にしてさらに２本の環状トンネル３１Ｂ，３１Ｃを構築する。

図９は、径方向空間５の開口補強部３６の内側に、３本の環状トンネル３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃが連続して並んだ状態を示した縦断面図である。なお、環状トンネル３１Ｂ，３１Ｃは、いずれが先に構築されてもよく、並行して構築することもできる。また、環状トンネル３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃと底蓋５３との隙間は、流動化処理土などによる埋戻し部５４とする（図１１など参照）。

このようにして３本の環状トンネル３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃによってランプトンネル１及び本線トンネル１１を囲繞する円筒外殻部３が構築された後に、図１０に示すように、円筒外殻部３の両端を凍結壁部４１，４１で塞ぐ工程に移行する。
凍結壁部４１を形成するための凍結管４１１は、例えば覆工部が撤去されない箇所のランプトンネル１及び本線トンネル１１の内側から地中に向けて挿入される。また、ランプトンネル１からは、後述する掘削のための排土管６１，６１が上方に向けて押し込まれる。

円筒外殻部３及び両端の凍結壁部４１，４１で囲まれた地盤は、図１１に示すように、上部から掘削される。掘削は、排土管６１から徐々に広げるようにして行われ、ある程度の大きさの排土シャフト６に拡幅された後に、油圧ショベル６２が搬入されて、効率的に掘削が続けられる。

掘削されて露出された円筒外殻部３の内周面には、外殻シールド機７を発進させる際に使用されるレール部２３が取り付けられていく。また、ランプトンネル１の底部には床版１ｂを設け、排土シャフト６を通って排出される掘削土を、効率よく搬送できるようにしておく。
そして、地盤の掘削によって露出した凍結壁部４１の内側の壁面には、繊維補強コンクリートや鉄筋コンクリートによって妻壁部４を構築していく。図１２には、妻壁部４の一部となる逆巻き部４ａを示した。
すなわち妻壁部４は、図１３にも示すように、環状トンネル３１Ｂ，３１Ｃの端部から下方に向けて、掘削の進捗に合わせて逆巻き工法によって構築される。掘削の進捗に合わせて逐次、逆巻き部４ａを構築していくことによって、凍結壁部４１の露出を最小限に抑えることができる。

また、妻壁部４の外殻シールド機７を発進させる発進予定部４ｂについては、カッタでの切削が可能となるように、繊維補強コンクリートなどで鉄筋の無い状態に形成することができる。また、妻壁部４に予め箱抜きなどをしておくなどして、妻壁部４を鉄筋コンクリートで構築することもできる。図１４に、第１段階で発進させる外殻シールド機７の発進予定部４ｂ，・・・を破線で示した。

掘削ステップ６３，・・・で例示されているように、所定の高さ単位で掘削を進めていく際に、露出したランプトンネル１のセグメント１ａは、逐次、撤去していく。
但し、ランプトンネル１の床版１ｂ周辺は、外殻シールド機７によるトンネル構築時に、資機材の搬送などに利用されるため、そのまま残しておく。また、径方向空間５の立坑鋼殻５２，・・・についても、逐次撤去していく。

このようにして構築された発進基地２の内部から、合流本体部２１を構築するための外殻シールド機７を発進させる。ここで、図１４，図１５に示すように、発進基地２の内空には、妻壁部４，４間に架け渡される切梁と兼用させた作業床２４，・・・が複数の高さに設けられている。

また、掘削時に円筒外殻部３の内周面に敷設されたレール部２３には、資機材を供給するための資機材搬送装置７１が取り付けられる。この資機材搬送装置７１によって、外殻シールド機７を発進位置まで搬送したり、坑口の作業床としたりすることができる。

外殻シールド機７は、円筒状のシールド掘削機で、妻壁部４の発進予定部４ｂから地中に向けて発進される。外殻シールド機７によって構築される大断面トンネル２２は、ランプトンネル１と略平行になるように構築される。図１５の下部には、セグメントで覆工部が形成された大断面トンネル２２の側面を図示した。

次に、本実施の形態の発進基地２の構築方法及び発進基地２の作用について説明する。
このように構成された本実施の形態の発進基地２の構築方法では、まず既設のランプトンネル１からトンネル軸の略直交方向に向けて径方向空間５を構築する。そして、その径方向空間５から発進させた矩形シールド機３８によって、複数本の環状トンネル３１Ａ−３１Ｃを構築し、それらを連続させることによって円筒外殻部３を構築する。

このため、径方向空間５の長さに応じて、既設トンネルを任意の大きさに拡幅することができ、大幅に拡幅することも可能になる。本実施の形態では、ランプトンネル１だけでなく、本線トンネル１１も内部に含まれるような大断面の拡幅部について説明した。

また、環状トンネル３１Ａ−３１Ｃを矩形トンネルとすることで、一定の壁厚の円筒外殻部３を形成することができる。そして、矩形トンネルであれば、上下左右に余分な掘削を行わなくても所望する厚さの壁を構築することができるので、経済的である。

また、径方向空間５から矩形シールド機３８を発進させる前に、地盤が環状に改良された薬液注入部３３を形成しておくことで、矩形シールド機３８を環状に安定して掘進させることができる。すなわち矩形シールド機３８は、円筒シールド機のような地盤のアーチ効果が得られないため、地盤改良をしておくことによって、正確な経路で安定して掘進できるようにしておくことが望ましい。

さらに、円筒外殻部３及び凍結壁部４１，４１で囲まれた地盤の掘削土をランプトンネル１を通って排出させるのであれば、連続して効率的に排土を行うことができるので、短時間で掘削作業を行うことができる。

また、本実施の形態の発進基地２は、ランプトンネル１及び本線トンネル１１を囲繞する複数本の連続した環状トンネル３１Ａ−３１Ｃによって形成された円筒外殻部３と、その円筒外殻部３の両端を塞ぐように設けられた円板状の妻壁部４，４とによって構成される。

すなわち、円筒外殻部３の径は、発進基地２として必要となる任意の大きさに構築することができ、円筒外殻部３の両端は、開放された大きさに合わせて現地で構築された妻壁部４，４によって塞げばよいので、ランプトンネル１の拡幅倍率に制限がなく、大幅に拡幅することもできる。

以上、図面を参照して、発進基地２の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態では、３本の環状トンネル３１Ａ−３１Ｃによって円筒外殻部３を構築する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、２本又は４本以上の環状トンネルによって、任意の大きさの円筒外殻部を構築することができる。

また、前記実施の形態では、径方向空間５から矩形シールド機３８を発進させる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、円筒状のシールド掘削機を径方向空間５から発進させて環状トンネルを構築することもできる。

さらに、前記実施の形態では、直方体状の径方向空間５を構築する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、円柱状の径方向空間とすることもできる。

＜大断面トンネル２２＞
本実施形態では、図１６に示すように、道路トンネル（本線トンネル１１およびランプトンネル１）の合流部の構築に必要な大断面地下空間を形成するための大断面トンネル２２を例示する。
大断面トンネル２２は、本線トンネル１１およびランプトンネル１を内包可能な大断面覆工体２２により、外面が覆われている。

大断面トンネル２２の外径（大断面覆工体１３の外径）は、図１７（ａ）および（ｂ）に示すように、発進基地２から到達立坑１８に向けて徐々に小さくなっている。
なお、大断面トンネル２２は、発進基地２から到達立坑１８に向って徐々に拡径していてもよいし、同一の外径であってもよい。大断面トンネル２２（大断面覆工体１３）の形状や寸法は限定されるものではない。
また、到達立坑は、地上から構築しなくても、本線トンネル１１またはランプトンネル１から構築する場合がある。工事用地等の関係から到達立坑を設けることができないときは、外殻シールド機７をすべて地中に埋め殺しとし、大断面トンネル２２の端部は妻壁のみ設ける場合もある。

本実施形態の大断面覆工体１３は、図１６に示すように、交互に並設された第一トンネル（先行トンネル）１４および第二トンネル（後行トンネル）１５により円筒状に形成されている。各トンネル１４，１５の内部には、中詰コンクリート１６が充填されている。
なお、大断面覆工体１３の断面形状は円形に限定されるものではなく、例えば、矩形状や楕円形状等であってもよい。

隣り合う第一トンネル１４と第二トンネル１５は、図１８に示すように、一部を重ねた状態（ラップさせた状態）で並設されている。
大断面覆工体１３は、第一トンネル１４と第二トンネル１５との重ね合わせ厚さＬ_Ｔ（トンネルの覆工同士の地山側交点から内空側交点までの間隔）により構造上必要な覆工厚さを確保している。
また、大断面覆工体１３の内径は、第一トンネル１４と第二トンネル１５との重ね合わせ幅（一方のトンネルが他方のトンネルに入り込んでいる長さ）Ｌ_Ｂの大きさに応じて内径が変化する。

本実施形態の第一トンネル１４および第二トンネル１５は、図１６に示すように、同じ外径の円筒状の覆工により形成されている。なお、第一トンネル１４および第二トンネル１５の断面形状は限定されるものではない。例えば、第一トンネル１４と第二トンネル１５とが、異なる外径を有していてもよい。

第一トンネル１４の覆工１４０は、無筋コンクリート製のセグメントを組み合わせることにより形成されている。
本実施形態の第一トンネル１４の覆工１４０を構成するセグメントは鋼繊維補強コンクリートにより形成されているが、第一トンネル１４の形成に必要な強度を有し、かつ、シールド掘削機により切削が可能であれば、セグメントを構成する材料は限定されない。
本実施形態では、樹脂製ボルトを介してセグメント同士およびセグメントリング同士を接合する。また、セグメントリング同士の接合部では、一方のセグメントリングに凹部、他方のセグメントリングには凸部が形成されていて、互いに係合可能に形成されている。なお、セグメントリング同士の接合構造は、シールド掘削機により切削が可能であれば限定されない。

第二トンネル１５の覆工１５０は、図１８に示すように、内面がスチールセグメント１５１により覆われた現場打ちコンクリート（覆工コンクリート）１５２により形成されている。なお、第二トンネル１５の覆工構造は限定されるものではなく、例えば、コンクリート製のセグメントを組み立てることにより形成してもよい。
第二トンネル１５の覆工１５０の一部は、両隣の第一トンネル１４，１４の内部に残置されている。

中詰コンクリート１６は、繊維補強コンクリートである。なお、本実施形態では、第一トンネル１４と第二トンネル１５の内部に充填する中詰コンクリート１６として同じ配合のコンクリートを採用するが、第一トンネル１４と第二トンネル１５には、それぞれ異なる配合の中詰コンクリート１６を充填してもよい。
また、少なくとも第一トンネル１４に充填される中詰コンクリート１６は、大断面覆工体１３に作用する外力に対して第一トンネル１４の覆工と一体となって十分な耐力を発現するとともに、シールド掘削機による切削が可能な材料であれば限定されるものではない。一方、第二トンネル１５に充填される中詰コンクリート１６は、大断面覆工体１３に作用する外力に対して第二トンネル１５の覆工と一体となって十分な耐力を発現するものであればよい。

大断面覆工体１３には、周方向に連続する主筋１７が内空側と地山側にそれぞれ配筋されている。主筋１７は、並設されたトンネル１４，１５および中詰コンクリート１６を周方向に貫通している。
なお、主筋１７は、必要に応じて配筋すればよく、省略してもよい。

次に、本実施形態の大断面トンネルの構築方法について説明する。
大断面トンネルの構築方法は、先行トンネル施工工程、先行トンネル充填工程、後行トンネル施工工程、配筋工程、後行トンネル充填工程および掘削工程を備えている。

先行トンネル施工工程は、図２０（ａ）に示すように、複数本の第一トンネル１４，１４，…を、間隔をあけて円筒状に並設する工程である。
第一トンネル１４の施工は、図示しないシールド掘削機により地山を切削するとともに、シールド掘削機の後部においてセグメントリングを形成し、このセグメントリングをシールド掘削機の後方に連設することにより行う。
第一トンネル１４同士の間隔は、トンネル１４，１５の断面形状、第一トンネル１４と第二トンネル１５とのラップ長（重ね合わせ幅）Ｌ_Ｂおよび大断面覆工体１３の断面形状等に応じて適宜設定する。

先行トンネル充填工程は、第一トンネル１４内に中詰コンクリート１６を充填する工程である。
第一トンネル１４内への中詰コンクリート１６の打設は、コンクリートポンプにより中詰コンクリート１６を圧送することにより行う。本実施形態では、到達立坑１８側の坑口に型枠を設置した状態で、発進基地２側から配管されたコンクリート管を利用して、到達立坑１８側から中詰コンクリート１６を充填していく。なお、中詰コンクリート１６の打設方法は限定されるものでなく、例えば、発進基地２側から到達立坑１８側に向けて充填してもよいし、発進基地２および到達立坑１８の両側から配管されたコンクリート管を利用してトンネル中央部から充填してもよい。
なお、第一トンネル１４内への中詰コンクリート１６の打設のタイミングは限定されるものではなく、例えば、全ての第一トンネル１４の施工が完了してから実施してもよいし、施工が完了した第一トンネル１４から順に実施してもよい。

後行トンネル施工工程は、図２０（ｂ）に示すように、隣り合う第一トンネル１４，１４同士の間に第二トンネル１５を構築する工程である。
第二トンネル１５の施工は、まず、シールド掘削機（図示せず）を利用して、隣接する先行トンネル１４，１４の断面の一部を切削しながら掘削孔１５３を形成する。
シールド掘削機により所定延長掘進したら、シールド掘削機の後方にスチールセグメント１５１を配設する。スチールセグメント１５１は残置させる。このとき、スチールセグメント１５１と掘削孔１５３の内面との間には、所定の厚さの隙間が形成される。
次に、図２０（ｃ）に示すように、シールド掘削機の後部から、スチールセグメント１５１と掘削孔１５３の内面との隙間に覆工コンクリート１５２を打設する。すなわち、スチールセグメント１５１を内型枠として、覆工コンクリート１５２を打設する。
そして、覆工コンクリート１５２を養生し、覆工コンクリート１５２に所定の強度が発現することで、大断面覆工体１３としての第二トンネル１５の覆工が形成される。
なお、スチールセグメント１５１自体に所定の耐力があるため、覆工コンクリート１５２の強度発現に係わらず、シールド掘削機による掘削を連続的に行うことができる。

配筋工程は、図２１（ａ）に示すように、主筋１７を配筋する工程である。
配筋工程では、まず、一の第二トンネル１５内から他の第二トンネル１５に向けて、隣接する第一トンネル１４を貫通する鉄筋挿入孔１７１を削孔する。鉄筋挿入孔１７１は、トンネル軸方向に対して所定の間隔をあけて、地山側と内空側にそれぞれ形成する。なお、鉄筋挿入孔１７１の形成ピッチ、内径および配置は限定されるものではなく、適宜、決定すればよい。
次に、鉄筋挿入孔１７１に鉄筋１７２を挿入し、第一トンネル１４を貫通させる。鉄筋挿入孔１７１に挿入される鉄筋１７２は、鉄筋挿入孔１７１の長さよりも十分に大きい長さを有している。

続いて、第二トンネル１５内において、左右に隣り合う第一トンネル１４，１４を貫通した鉄筋５２の端部同士を接続して、円形状の主筋１７を形成する（図２１（ｂ）参照）。なお、鉄筋５２同士の接続方法は限定されるものではなく、例えば、機械式継手を利用してもよいし、重ね継手を利用し、十分な継手長を確保した状態で番線等を巻き付けてもよい。
鉄筋挿入孔１７１と鉄筋５２との隙間には、モルタル等の充填材を充填する。

後行トンネル充填工程は、図２１（ｂ）に示すように、第二トンネル１５内に中詰コンクリート１６を充填する工程である。
第二トンネル１５内への中詰コンクリート１６の打設は、コンクリートポンプにより中詰コンクリート１６を圧送することにより行う。本実施形態では、到達立坑１８側の坑口に型枠を設置した状態で、発進基地２側から到達立坑１８側に向けて配管されたコンクリート管を利用して、到達立坑１８側から中詰コンクリート１６を充填していく。なお、中詰コンクリート１６の打設方法は限定されるものでなく、例えば、発進基地２側から充填してもよいし、発進基地２および到達立坑１８の両側から配管されたコンクリート管を利用してトンネル中央部から充填してもよい。
なお、第二トンネル１５内への中詰コンクリート１６の打設のタイミングは限定されるものではなく、例えば、全ての第二トンネル１５の施工が完了してから実施してもよいし、施工が完了した第二トンネル１５から順に実施してもよい。
中詰コンクリート１６に所定の強度が発現したら、大断面覆工体１３が完成する。

掘削工程は、大断面覆工体１３（第一トンネル１４および第二トンネル１５）により囲まれた領域を掘削して大断面トンネル２２を形成する工程である。
本実施形態では、大断面覆工体１３の頂部から掘削を行う。また、図１６に示すように、大断面覆工体１３の内部の掘削に伴い、大断面覆工体１３の内面に沿って、支保工１３０を設置し、さらに、支保工１３０と大断面覆工体１３の内面との間に、間詰コンクリート１３１を打設する。なお、支保工１３０および間詰コンクリート１３１は、必要に応じて施工すればよく、省略してもよい。また、大断面覆工体１３の内部の掘削方法は限定されるものではなく、例えば、下部（路盤）から掘削してもよい。

本実施形態の大断面覆工体１３および大断面トンネルの施工方法によれば、第二トンネル１５の覆工１５０を現場打ちコンクリートにより形成しているため、第一トンネル１４と第二トンネル１５との水密性が優れている。すなわち、覆工コンクリート１５２を第一トンネル１４の覆工１４０および第一トンネル１４内の中詰コンクリート１６に密着させた状態で打設することで、第一トンネル１４と第二トンネル１５との間に隙間が形成されることがなく、第一トンネル１４と第二トンネル１５とを密着させることができる。そのため、第一トンネル１４と第二トンネル１５との接合部における止水工法や保持工法等を省略あるいは縮小することができる。

また、第一トンネル１４と第二トンネル１５との重ね合わせ厚さＬ_Ｔにより、構造上必要な覆工厚さを確保している。つまり、大断面覆工体１３は、大断面トンネル２２の覆工として構造上必要な耐力を有しており、別途補助工法等を要することがない。
また、第一トンネル１４と第二トンネル１５との重ね合わせ幅Ｌ_Ｂを調整することにより、大断面覆工体１３の断面形状を、本線トンネル１１とランプトンネル１との接合部の形状に応じて変化させることができる。

また、本実施形態の大断面トンネルの構築方法によれば、中詰コンクリート１６が充填された第一トンネル１４および第二トンネル１５の集合体により大断面覆工体１３を形成するため、トンネル１４，１５に開口部を形成して覆工体を別途形成する必要がない。そのため、止水工法や凍結工法といった補助工法等を用いることがない。これにより、止水工法としての薬液注入工法の充填不良や、地震等の被災に伴う停電による凍結工法の凍結範囲の融解等のリスクがないこと、このような補助工法に要する手間や費用を削減し、簡易かつ安価に大断面トンネル２２（大断面覆工体１３）を構築することができる。
なお、トンネル１４，１５同士は、主筋１７を介して一体化された構造体（大断面覆工体１３）となる。

また、中詰コンクリート１６が充填された第一トンネル１４を切削するため、第一トンネル１４の覆工を切削した際に第一トンネル１４に破損が生じることが防止されており、安全な施工を可能としている。そのため、第二トンネル１５を施工する際に、第一トンネル１４内に支保構造を構築する必要がない。
第二トンネル１５の覆工を第一トンネル１４内に残置させておくことで、大断面覆工体１３の施工時（中詰コンクリート１６の打設および主筋１７の配筋）の安定性が確保されており、別途支保構造を構築するための手間や費用を省略することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
前記実施形態では、道路トンネルを構築する場合について説明したが、大断面トンネル２２（大断面覆工体１３）の用途は道路に限定されるものではなく、例えば鉄道等、その他のあらゆる地下構造物に適用することができる。
前記実施形態では、大断面覆工体１３が、本線トンネル１１とランプトンネル１との２本のトンネルを巻き込む場合について説明したが、大断面覆工体１３は、必ずしも２本のトンネルを巻き込んでいる必要はない。

前記実施形態では、大断面トンネル２２の前後に発進基地２と到達立坑１８を形成する場合について説明したが、到達立坑１８は、必ずしも形成する必要がない。例えば、立坑を形成する用地を確保することができない場合には、大断面トンネル２２を所定の到達位置まで構築し、到達位置の妻部外側を凍結させて止水対策を施した上で、大断面覆工体１３の内部掘削し、妻壁を構築すれば良い。
隣り合う第一トンネル１４と第二トンネル１５は、取付部材（例えば差し筋等）を介して連結してもよい。
トンネル１４，１５の形状寸法や本数等は、大断面トンネル２２の形状寸法に応じて適宜決定すればよい。

１ランプトンネル（既設トンネル）
１ａセグメント（覆工部）
２発進基地（地中構造物、拡幅部）
３円筒外殻部
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ環状トンネル
３３薬液注入部
３８矩形シールド機（トンネル掘削機）
４妻壁部
４１凍結壁部
５径方向空間
６排土シャフト
１３大断面覆工体
１４第一トンネル（先行トンネル）
１４０覆工
１５第二トンネル（後行トンネル）
１５０覆工
１５１スチールセグメント
１５２覆工コンクリート
１６中詰コンクリート
１７主筋

ここで、前記円筒外殻部の両端の地盤を凍結させることで凍結壁部を形成することが好ましい。また、前記各先行トンネル内に中詰コンクリートを充填することができる。また、前記各先行トンネル内および前記後行トンネル内に中詰コンクリートを充填することがで
きる。さらに、前記後行トンネル施工工程では、隣接する先行トンネルの断面の一部を切削しながら掘削孔を形成し、前記掘削孔内に型枠を設置した後、前記型枠と前記掘削孔の内面との間にコンクリートを充填することにより前記後行トンネルの覆工を形成すること
ができる。

Claims

既設トンネルから地中に構築した拡幅部を起点として大断面トンネルを構築する構築方法であって、
前記既設トンネルからトンネル軸の略直交方向に向けて径方向空間を構築する工程と、
前記径方向空間の側壁からトンネル掘削機を発進させて環状に掘進させた後に前記径方向空間に到達させることで環状トンネルを構築する工程と、
複数本の前記環状トンネルを連続させることによって前記既設トンネルを囲繞する円筒外殻部を構築する工程と、
前記円筒外殻部内側の地盤を掘削して、前記円筒外殻部の両端を塞ぐように妻壁部を構築する工程と、
前記妻壁部の内側から該妻壁部の外側に向けて複数本の先行トンネルを間隔をあけて並設する先行トンネル施工工程と、
隣り合う前記先行トンネル同士の間に後行トンネルを構築する後行トンネル施工工程と、
前記先行トンネルおよび前記後行トンネルにより囲まれた領域を掘削して大断面トンネルを形成する掘削工程と、
を備えたことを特徴とする大断面トンネルの構築方法。
前記円筒外殻部の両端の地盤を凍結させることで凍結壁部を形成する工程を備えてい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構築方法。
前記各先行トンネル内および前記後行トンネル内に中詰コンクリートを充填する先行トンネル充填工程と、後行トンネル充填工程とを備え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構築方法。
前記後行トンネル施工工程では、隣接する先行トンネルの断面の一部を切削しながら掘削孔を形成し、前記掘削坑内に型枠を設置した後、前記型枠と前記掘削孔の内面との間にコンクリートを充填することにより前記後行トンネルの覆工を形成することを特徴とする、請求項３に記載の大断面トンネルの構築方法。
既設トンネルに接続された拡幅部を起点として筒状に並設された複数本のトンネルと、
前記各トンネル内に充填された中詰コンクリートの硬化体と、を備える大断面覆工体であって、
前記拡幅部は、既設トンネルを囲繞する複数本の連続した環状トンネルによって形成された円筒外殻部と、
前記円筒外殻部の両端を塞ぐように設けられた妻壁部とからなり、
前記複数本のトンネルは、間隔をあけて形成された複数本の第一トンネルと、隣り合う前記第一トンネル同士の間に形成された第二トンネルとからなり、
前記第一トンネルの覆工は、切削可能なセグメントを組み合わせることにより形成されており、
前記第二トンネルの覆工は、現場打ちコンクリートにより形成されているとともに、前記第一トンネル内に残置されていることを特徴とする、大断面覆工体。