JP2018150767A - 地下構造物の構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トンネルの拡幅部などの地下構造物の構築予定領域の地盤改良を確実に行う。【解決手段】地下構造物（トンネル拡幅部３００）の構築方法は、地中に第１トンネル１１１〜１１６を構築する第１トンネル構築工程と、第１トンネル１１１〜１１６から複数の第２トンネル１２１，１２２が分岐して第２トンネル１２１同士が互いに並行に延びるように、また、第２トンネル１２２同士が互いに並行に延びるように第２トンネル１２１，１２２を地中に構築する第２トンネル構築工程と、隣り合う第２トンネル１２１同士の間の領域の地盤改良と隣り合う第２トンネル１２２同士の間の領域の地盤改良とを行う第２トンネル間地盤改良工程と、を含む。【選択図】図９

Description

本発明は、地下構造物の構築方法に関する。

特許文献１は、トンネルの拡幅部施工方法において、トンネルの拡幅部が構築される予定の領域に薬液注入工法により地盤改良を行うことを開示している。特許文献１では、トンネル（トンネル本線）内の高所作業車上に配置した高所ボーリングマシン及び低所ボーリングマシンなどによりトンネルの外側の地盤を削孔して多数の薬液注入孔を形成し、この薬液注入孔から地盤に薬液（止水材）を注入している。

特開２００９−１７４１８５号公報

しかしながら、特許文献１に開示の技術において、薬液注入孔同士の間の間隔については、トンネルから離れるほど当該間隔が広がる。ゆえに、トンネルから離れた箇所で薬液を設計範囲にわたって確実に浸透させて所望の止水性を確保することが難しかった。

本発明は、このような実状に鑑み、トンネルの拡幅部などの地下構造物の構築予定領域の地盤改良を確実に行うことを目的とする。

そのため本発明に係る地下構造物の構築方法の第１態様は、地中に第１トンネルを構築する第１トンネル構築工程と、第１トンネルから複数の第２トンネルが分岐して第２トンネル同士が互いに並行に延びるように第２トンネルを地中に構築する第２トンネル構築工程と、隣り合う第２トンネル同士の間の領域の地盤改良を行う第２トンネル間地盤改良工程と、を含む。

本発明に係る地下構造物の構築方法の第２態様は、互いに並行に延びる複数の第１トンネルを地中に構築する第１トンネル構築工程と、複数の第１トンネルの各々から１つ以上の第２トンネルが分岐して延びるように第２トンネルを地中に構築する第２トンネル構築工程と、隣り合って互いに並行に延びる第２トンネル同士の間の領域の地盤改良を行う第２トンネル間地盤改良工程と、を含む。

本発明によれば、第１トンネルから分岐して延びる第２トンネル同士の間の領域の地盤改良を行う。これにより、例えば、前述のトンネル本線から外方に向けて第１トンネルを構築し、この第１トンネルの、トンネル本線から離れた側の端部から分岐するように第２トンネルを構築して、第２トンネル同士の間の領域の地盤改良を行うことができるので、トンネル本線から離れた箇所でも確実に地盤改良を行うことができる。

本発明の第１実施形態における既設トンネルの概略構成を示す図 同上実施形態における第１トンネル及び第３トンネルの概略構成を示す図 同上実施形態における第１トンネル及び第３トンネルの概略構成を示す図 同上実施形態における第２トンネルの概略構成を示す図 同上実施形態における第２トンネルの概略構成を示す図 同上実施形態における凍結管の配置を示す図 同上実施形態における凍結管の配置を示す図 同上実施形態における造成された地盤改良体を示す図 同上実施形態における造成された地盤改良体を示す図 同上実施形態における造成された地盤改良体を示す図 同上実施形態におけるトンネル拡幅部の概略構成を示す図 同上実施形態におけるトンネル拡幅部の概略構成を示す図 同上実施形態のおける第２トンネルの構築方法を示す図 同上実施形態のおける第２トンネルの構築方法を示す図 同上実施形態のおける第２トンネルの構築方法を示す図 同上実施形態のおける第２トンネルの構築方法を示す図 同上実施形態のおける第２トンネルの構築方法を示す図 本発明の第２実施形態における第４トンネル及び第５トンネルの概略構成を示す図

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１実施形態における既設トンネル１の概略構成を示す。詳しくは、図１（ア）は既設トンネル１の側面図である。図１（イ）は図１（ア）のＡ−Ａ断面図である。図１（ウ）は図１（ア）のＢ−Ｂ断面図である。本実施形態では、説明の便宜上、図１（ア）〜（ウ）に示すように上下・前後・左右を規定している。ゆえに、既設トンネル１の軸方向（延在方向）が前後方向に対応し、また、既設トンネル１の幅方向（横方向）が左右方向に対応する。

既設トンネル１は、シールド工法により形成されたシールドトンネルである。シールド工法では、例えば、地山に発進立坑と到達立坑とを形成し、発進立坑から到達立坑へ向けてシールド掘進機で地山を掘削しながら、シールド掘進機の後部で次々にセグメントをトンネル周方向に組み立ててセグメントリングを形成すると共に、隣接するセグメントリング同士をトンネル軸方向で連結することで円筒状の覆工体を形成する。この工法では、シールド掘進機は、その後方の既設セグメントリングを推進ジャッキで後方へ押圧し、その反力として発生する推力によって、地山を掘削しながら前進する。

既設トンネル１のうち、後述する掘削機２１１〜２１６の発進用の坑口が形成され得る部分と、掘削機２３１〜２３６の発進用の坑口が形成され得る部分とには、それぞれ、切削可能部材１１〜１６，３１〜３６が配置されている。

切削可能部材１１〜１６は、既設トンネル１の右上半分に位置しており、トンネル軸方向に互いに間隔を空けて並んでいる。切削可能部材１１，１６については、長辺がトンネル周方向に延び、短辺がトンネル軸方向に延びる矩形状をなしている。切削可能部材１２〜１５については、短辺がトンネル周方向に延び、長辺がトンネル軸方向に延びる矩形状をなしている。尚、切削可能部材１１〜１６の形状（前述の矩形状）は、第１トンネル１１１〜１１６の断面形状に対応している。

切削可能部材３１〜３６は、既設トンネル１の右下半分に位置しており、トンネル軸方向に互いに間隔を空けて並んでいる。切削可能部材３１，３６については、長辺がトンネル周方向に延び、短辺がトンネル軸方向に延びる矩形状をなしている。切削可能部材３２〜３５については、短辺がトンネル周方向に延び、長辺がトンネル軸方向に延びる矩形状をなしている。尚、切削可能部材３１〜３６の形状（前述の矩形状）は、第３トンネル１３１〜１３６の断面形状に対応している。

切削可能部材１１〜１６は、第１トンネル１１１〜１１６を構築するために地盤を掘削する掘削機２１１〜２１６によって切削され得るものである（図２及び図３参照）。切削可能部材３１〜３６は、第３トンネル１３１〜１３６を構築するために地盤を掘削する掘削機２３１〜２３６によって切削され得るものである（図２及び図３参照）。切削可能部材１１〜１６，３１〜３６は例えば樹脂製や低強度コンクリート製である。切削可能部材１１〜１６，３１〜３６としては、例えば、特許第４８５１１３３号公報に開示の切削可能セグメント、及び、特許４９３４４１６号に開示の切削可能セグメントを挙げることができる。ここで、掘削機２１１〜２１６は、それぞれ、第１トンネル１１１〜１１６に対応している。掘削機２３１〜２３６は、それぞれ、第３トンネル１３１〜１３６に対応している。図２、図４、図６及び図８には掘削機２１１，２１３，２３１，２３３が図示されている。図１２には掘削機２１２，２１５，２３２，２３５が図示されている。

本実施形態では、本発明に係る地下構造物の構築方法の一例として、既設トンネル１のトンネル拡幅部３００（図１１及び図１２参照）の構築方法を挙げて以下説明する。しかしながら、本発明に係る地下構造物の構築方法は、トンネル拡幅部３００の構築方法に限らない。ここで、本実施形態において、トンネル拡幅部３００は、既設トンネル１の側部に形成されるものであり、第１トンネル１１２〜１１５及び第３トンネル１３２〜１３５を含んで構成され得る。

トンネル拡幅部３００の構築方法は、以下の工程〔１〕〜〔８〕を含む。
〔１〕第１トンネル構築工程（図２及び図３参照）
既設トンネル１内にて掘削機２１１〜２１６の発進準備を行い、掘削機２１１〜２１６を既設トンネル１内からトンネル外方の地中へ斜め上向きに発進させて、地中に第１トンネル１１１〜１１６を構築する。ここで、第１トンネル１１１〜１１６は、互いに間隔を空けて並行に延びている。

〔２〕第３トンネル構築工程（図２及び図３参照）
既設トンネル１内にて掘削機２３１〜２３６の発進準備を行い、掘削機２３１〜２３６を既設トンネル１内からトンネル外方の地中へ斜め下向きに発進させて、地中に第３トンネル１３１〜１３６を構築する。ここで、第３トンネル１３１〜１３６は、互いに間隔を空けて並行に延びている。また、第１トンネル１１１〜１１６は、第３トンネル１３１〜１３６よりも上方に位置している。また、第１トンネル１１１〜１１６と第３トンネル１３１〜１３６との間の間隔は、既設トンネル１の径方向外側に向かうほど（すなわち、既設トンネル１から離れるほど）大きくなっている。

〔３〕第２トンネル構築工程（図４、図５、及び、図１３〜図１７参照）
第１トンネル１１１〜１１６の各々の内部にて複数の掘削機２２０の発進準備を行い、複数の掘削機２２０を第１トンネル１１１〜１１６の各々の内部からトンネル外方の地中へ下向きに発進させて、各掘削機２２０により地盤を掘削し、各掘削機２２０を第３トンネル１３１〜１３６に到達させることで、地中に複数の第２トンネル１２１，１２２を構築する。

〔４〕凍結管設置工程（図６及び図７参照）
第１トンネル１１１〜１１６内と、第２トンネル１２１，１２２内と、第３トンネル１３１〜１３６内とに複数の凍結管５０を設置する。

〔５〕第１トンネル間地盤改良工程（図９参照）
第１トンネル１１１〜１１６のうち隣り合うもの同士の間の領域を、凍結管５０を用いる凍結工法によって地盤改良する（すなわち、当該領域にて地盤改良体（凍土）６０を造成する）。

〔６〕第３トンネル間地盤改良工程（図９参照）
第３トンネル１３１〜１３６のうち隣り合うもの同士の間の領域を、凍結管５０を用いる凍結工法によって地盤改良する（すなわち、当該領域にて地盤改良体（凍土）６０を造成する）。

〔７〕第２トンネル間地盤改良工程（図８〜図１０参照）
複数の第２トンネル１２１，１２２のうち隣り合うもの同士の間の領域を、凍結管５０を用いる凍結工法によって地盤改良する（すなわち、当該領域にて地盤改良体（凍土）６０を造成する）。

〔８〕トンネル拡幅部構築工程（図１１及び図１２参照）
第１トンネル１１１〜１１６と、第２トンネル１２１，１２２と、第３トンネル１３１〜１３６と、地盤改良体（凍土）６０とによって囲まれた領域以内にトンネル拡幅部３００を構築する。

尚、工程〔１〕及び〔２〕（第１トンネル構築工程及び第３トンネル構築工程）については、これら工程を並行して実施してもよい。また、これら工程の実施時期を互いにずらしてもよい。すなわち、工程〔１〕及び〔２〕のいずれかを先に実施してもよい。

また、工程〔５〕〜〔７〕（第１トンネル間地盤改良工程、第３トンネル間地盤改良工程、及び、第２トンネル間地盤改良工程）については、これら工程のうち少なくとも２つを同時に開始してもよい。また、これら工程の開始時期を互いにずらしてもよい。すなわち、工程〔５〕〜〔７〕のいずれかを先に開始してもよい。

前述の工程〔１〕〜〔８〕について、図２〜図１７を用いて説明する。
図２及び図３は、第１トンネル１１１〜１１６及び第３トンネル１３１〜１３６の概略構成を示す図である。図４及び図５は、第２トンネル１２１，１２２の概略構成を示す図である。図６及び図７は、凍結管５０の配置を示す図である。図８〜図１０は、造成された地盤改良体（凍土）６０を示す図である。図１１及び図１２は、トンネル拡幅部３００の概略構成を示す図である。図１３〜図１７は、第２トンネル１２１，１２２の構築方法の一例として、第１トンネル１１３と第３トンネル１３３とを連結する第２トンネル１２２の構築方法を示している。

ここで、図２（ア）、図４（ア）、図６（ア）、及び図８（ア）は、図１のＡ−Ａ断面に対応している。図２（イ）、図４（イ）、図６（イ）、及び図８（イ）は、図１のＢ−Ｂ断面に対応している。図３（ア）、図５（ア）、図７（ア）、及び図９（ア）は、図２のＣ−Ｃ断面に対応している。図３（イ）、図５（イ）、図７（イ）、及び図９（イ）は、図２のＤ−Ｄ断面に対応している。図１０は図９（ア）のＥ−Ｅ断面に対応している。図１１（ア）は図１２（ア）のＨ−Ｈ断面に対応している。図１１（イ）は図１２（ア）のＩ−Ｉ断面に対応している。図１２（ア）は図１１（ア）のＦ−Ｆ断面に対応している。図１２（イ）は図１１（ア）のＧ−Ｇ断面に対応している。尚、図１１及び図１２では、図示簡略化のため、凍結管５０の図示を省略している。

尚、本実施形態では、第１トンネル１１１〜１１６、第２トンネル１２１，１２２、及び第３トンネル１３１〜１３６の構築方法として推進工法を採用している。しかしながら、これらトンネルの構築方法は推進工法に限らず、例えばシールド工法であってもよい。

〔１〕第１トンネル構築工程（図２及び図３参照）
既設トンネル１内にて行われる掘削機２１１〜２１６の発進準備では、既設トンネル１内にて切削可能部材１１〜１６に対向するように、かつ、掘削機２１１〜２１６の各々に対応するように、図示しない支圧壁、元押しジャッキ（油圧ジャッキ）、及び押輪を設置する。また、切削可能部材１１〜１６の各々について、掘削機２１１〜２１６によって切削される部分（発進用の坑口となる部分）を囲むように、既設トンネル１の内面に、エントランスパッキンなどの止水装置を設置する。そして、掘削機２１１〜２１６及び矩形状の推進管を既設トンネル１内の発進開始位置に配置する。

第１トンネル１１１〜１１６を形成する際には、まず、前述の元押しジャッキを伸長させることにより、掘削機２１１〜２１６の各々を、前述の押輪及び推進管を介して、既設トンネル１内からトンネル外方に向けて押圧する。これにより、掘削機２１１〜２１６の各々の発進が開始される。ここにおいて、掘削機２１１〜２１６は既設トンネル１内から右斜め上向きに発進する。この発進の初期には、掘削機２１１〜２１６の各々のカッタヘッド（図示せず）が切削可能部材１１〜１６を切削する。これにより、既設トンネル１には、掘削機２１１〜２１６の各々に対応する坑口が形成される。これら坑口から既設トンネル１外に進んだ掘削機２１１〜２１６については、元押しジャッキの短縮、推進管の継ぎ足し、及び、元押しジャッキの伸長をいう一連の作業を繰り返すことで、地盤を掘進する。このようにして継ぎ足されて連結された推進管の一群が、第１トンネル１１１〜１１６として、図２及び図３に示されている。第１トンネル１１１〜１１６は、既設トンネル１から右斜め上向きに延びている。

尚、第１トンネル１１１〜１１６を構成する推進管は、複数のセグメントピースを組み立てて形成されるものであってもよい。
第１トンネル１１１〜１１６を構成する推進管のうち、掘削機２１１〜２１６に隣接するもの（すなわち、第１トンネル１１１〜１１６の先頭に位置するもの）の下部は、切削可能部材２１によって構成されている（図１３参照）。切削可能部材２１は、第２トンネル１２１，１２２を構築するために地盤を掘削する掘削機２２０によって切削され得るものである（図１３参照）。切削可能部材２１は例えば樹脂製や低強度コンクリート製である。切削可能部材２１としては、例えば、特許第４８５１１３３号公報に開示の切削可能セグメント、及び、特許４９３４４１６号に開示の切削可能セグメントを挙げることができる。

〔２〕第３トンネル構築工程（図２及び図３参照）
既設トンネル１内にて行われる掘削機２３１〜２３６の発進準備では、既設トンネル１内にて切削可能部材３１〜３６に対向するように、かつ、掘削機２３１〜２３６の各々に対応するように、図示しない支圧壁、元押しジャッキ（油圧ジャッキ）、及び押輪を設置する。また、切削可能部材３１〜３６の各々について、掘削機２３１〜２３６によって切削される部分（発進用の坑口となる部分）を囲むように、既設トンネル１の内面に、エントランスパッキンなどの止水装置を設置する。そして、掘削機２３１〜２３６及び矩形状の推進管を既設トンネル１内の発進開始位置に配置する。

第３トンネル１３１〜１３６を形成する際には、まず、前述の元押しジャッキを伸長させることにより、掘削機２３１〜２３６の各々を、前述の押輪及び推進管を介して、既設トンネル１内からトンネル外方に向けて押圧する。これにより、掘削機２３１〜２３６の各々の発進が開始される。ここにおいて、掘削機２３１〜２３６は既設トンネル１内から右斜め下向きに発進する。この発進の初期には、掘削機２３１〜２３６の各々のカッタヘッド（図示せず）が切削可能部材３１〜３６を切削する。これにより、既設トンネル１には、掘削機２３１〜２３６の各々に対応する坑口が形成される。これら坑口から既設トンネル１外に進んだ掘削機２３１〜２３６については、元押しジャッキの短縮、推進管の継ぎ足し、及び、元押しジャッキの伸長をいう一連の作業を繰り返すことで、地盤を掘進する。このようにして継ぎ足されて連結された推進管の一群が、第３トンネル１３１〜１３６として、図２及び図３に示されている。第３トンネル１３１〜１３６は、既設トンネル１から右斜め下向きに延びている。

尚、第３トンネル１３１〜１３６を構成する推進管は、複数のセグメントピースを組み立てて形成されるものであってもよい。
第３トンネル１３１〜１３６を構成する推進管のうち、掘削機２３１〜２３６に隣接するもの（すなわち、第３トンネル１３１〜１３６の先頭に位置するもの）の上部は、切削可能部材２２によって構成されている（図１７参照）。切削可能部材２２は、地盤を掘進してきた掘削機２２０によって切削され得るものである（図１７参照）。切削可能部材２２は例えば樹脂製や低強度コンクリート製である。切削可能部材２２としては、例えば、特許第４８５１１３３号公報に開示の切削可能セグメント、及び、特許４９３４４１６号に開示の切削可能セグメントを挙げることができる。

〔３〕第２トンネル構築工程（図４、図５、及び、図１３〜図１７参照）
図１３〜図１７に基づいて、第１トンネル１１３と第３トンネル１３３とを連結する第２トンネル１２２の構築方法について説明する。
図１３（ア）に示すように、第１トンネル１１３内にて行われる掘削機２２０の発進準備では、第１トンネル１１３内にて切削可能部材２１に対向するように、元押しジャッキ（油圧ジャッキ）７１、及び押輪７２を設置する。また、切削可能部材２１について、掘削機２２０によって切削される部分（発進用の坑口となる部分）を囲むように、第１トンネル１１３の内面に、エントランスパッキンなどの止水装置７３を設置する。そして、掘削機２２０の前胴２２０ａを第１トンネル１１３内の発進開始位置に配置する。

次に、図１３（イ）に示すように、元押しジャッキ７１を伸長させることにより、掘削機２２０の前胴２２０ａを、スペーサ７４及び押輪７２を介して、第１トンネル１１３内からトンネル外方に向けて下向きに押圧する。この押圧時には、掘削機２２０の前胴２２０ａのカッタヘッド（図示せず）が切削可能部材２１を切削する。これにより、第１トンネル１１３には、掘削機２２０用の坑口が形成される。

次に、図１４（ア）に示すように、元押しジャッキ７１を短縮させて、掘削機２２０の前胴２２０ａに後胴２２０ｂを接続する。尚、元押しジャッキ７１を短縮する際に、当該短縮に先立って、第１トンネル１１３と前胴２２０ａとの間に鋼材などの連結部材を配置し、この連結部材と第１トンネル１１３及び前胴２２０ａとを互いに溶接するなどして仮固定することにより、前胴２２０ａの逆戻り防止の措置をとることができる。

次に、図１４（イ）に示すように、元押しジャッキ７１を伸長させることにより、掘削機２２０（前胴２２０ａ及び後胴２２０ｂ）を、スペーサ７４及び押輪７２を介して、第１トンネル１１３内からトンネル外方に向けて下向きに押圧する。この押圧により、掘削機２２０は地盤を下向きに掘進する。

次に、図１５（ア）に示すように、元押しジャッキ７１を短縮させて、掘削機２２０に、円形断面を有する推進管７７を接続する。尚、元押しジャッキ７１を短縮する際に、当該短縮に先立って、第１トンネル１１３と掘削機２２０との間に鋼材などの連結部材を配置し、この連結部材と第１トンネル１１３及び掘削機２２０とを互いに溶接するなどして仮固定することにより、掘削機２２０の逆戻り防止の措置をとることができる。

次に、図１５（イ）に示すように、元押しジャッキ７１を伸長させることにより、掘削機２２０及び推進管７７を、押輪７２を介して、第１トンネル１１３内からトンネル外方に向けて下向きに押圧する。この押圧により、掘削機２２０は地盤を下向きに掘進する。

この後、図１６（ア）及び（イ）に示すように、元押しジャッキ７１の短縮、推進管７７の継ぎ足し、及び、元押しジャッキ７１の伸長をいう一連の作業を繰り返すことで、掘削機２２０は地盤を下向きに掘進する。

図１７（ア）に示すように、地盤を掘進して第３トンネル１３３に接近した掘削機２２０は、図１７（イ）に示すように、掘削機２２０の前胴２２０ａのカッタヘッドによって切削可能部材２２を切削して、第３トンネル１３３内に到達する。この掘削機２２０の第３トンネル１３３への到達に先立って、第３トンネル１３３の内面と、型枠８１と、掘削機２３３とによって囲まれた空間８２内には、流動化処理土などの充填材が詰められている。

前述のように継ぎ足されて連結された推進管７７の一群が、第２トンネル１２２として、図４及び図５に示されている。第２トンネル１２２は、第１トンネル１１３から下向きに弧状に延びて第３トンネル１３３に至っている。

ここまで、第１トンネル１１３と第３トンネル１３３とを連結する第２トンネル１２２の構築方法について説明したが、これと同様の構築方法により、第１トンネル１１２，１１４，１１５と第３トンネル１３２，１３４，１３５とを連結する第２トンネル１２２、及び、第１トンネル１１１，１１６と第３トンネル１３１，１３６とを連結する第２トンネル１２１を構築することができることは言うまでもない。

ゆえに、第１トンネル１１２，１１４，１１５と第３トンネル１３２，１３４，１３５とを連結する第２トンネル１２２についても、第１トンネル１１２，１１４，１１５から下向きに弧状に延びて第３トンネル１３２，１３４，１３５に至っている。尚、本実施形態において、第１トンネル１１１，１１６と第３トンネル１３１，１３６とを連結する第２トンネル１２１については、第１トンネル１１１，１１６から下向きに直線状に延びて第３トンネル１３１，１３６に至っている。

従って、本実施形態では、第１トンネル１１１，１１６の各々から１つ以上の第２トンネル１２１が分岐して延びている。また、第１トンネル１１２〜１１５の各々から１つ以上の第２トンネル１２２が分岐して延びている。
また、本実施形態では、複数の第２トンネル１２１同士が互いに並行に延びている。また、複数の第２トンネル１２２同士が互いに並行に延びている。

尚、本実施形態では、複数の第２トンネル１２１，１２２を構築するために地盤を掘削する掘削機２２０が、第１トンネル１１１〜１１６内から発進して第３トンネル１３１〜１３６に到達する。

〔４〕凍結管設置工程（図６及び図７参照）
第１トンネル１１１〜１１６の内面と、第２トンネル１２１，１２２の内面と、第３トンネル１３１〜１３６の内面とに、各トンネルの延在方向に延びる複数の凍結管５０を貼り付ける。凍結管５０は例えば鋼管である。凍結管５０については、その内部を冷媒が流通可能である。ここで、冷媒として、塩化ナトリウム水溶液や塩化カルシウム水溶液などのブラインを用いてもよい。又は、冷媒として、二酸化炭素を用いてもよい。

〔５〕第１トンネル間地盤改良工程（図９参照）
第１トンネル１１１〜１１６の内面に貼り付けられた凍結管５０内に冷媒を流通させることにより、第１トンネル１１１〜１１６を冷却し、更に、第１トンネル１１１〜１１６のうち隣り合うもの同士の間の領域の土砂を凍結させる。つまり、凍結工法によって、当該領域に地盤改良体（凍土）６０を造成する。これにより、当該領域での止水性が確保され得る。

〔６〕第３トンネル間地盤改良工程（図９参照）
第３トンネル１３１〜１３６の内面に貼り付けられた凍結管５０内に冷媒を流通させることにより、第３トンネル１３１〜１３６を冷却し、更に、第３トンネル１３１〜１３６のうち隣り合うもの同士の間の領域の土砂を凍結させる。つまり、凍結工法によって、当該領域に地盤改良体（凍土）６０を造成する。これにより、当該領域での止水性が確保され得る。

〔７〕第２トンネル間地盤改良工程（図８〜図１０参照）
第２トンネル１２１，１２２の内面に貼り付けられた凍結管５０内に冷媒を流通させることにより、第２トンネル１２１，１２２を冷却し、更に、複数の第２トンネル１２１，１２２のうち隣り合うもの同士の間の領域の土砂を凍結させる。つまり、凍結工法によって、当該領域に地盤改良体（凍土）６０を造成する。これにより、当該領域での止水性が確保され得る。

〔８〕トンネル拡幅部構築工程（図１１及び図１２参照）
トンネル拡幅部３００は、第１トンネル１１１〜１１６と、第２トンネル１２１，１２２と、第３トンネル１３１〜１３６と、地盤改良体（凍土）６０とによって囲まれた領域以内に構築される。トンネル拡幅部３００の構築が完了するまで、地盤改良体（凍土）６０の凍結状態を継続する。

トンネル拡幅部３００はコンクリート構造物であり、上壁３０１、下壁３０２、前壁３０３、後壁３０４、右側壁３０５、及び中壁３０６により構成されている。
前壁３０３は、第１トンネル１１１及び第３トンネル１３１より後方に形成される。
後壁３０４は、第１トンネル１１６及び第３トンネル１３６より前方に形成される。

ここで、第１トンネル１１１及び第３トンネル１３１と、これらトンネルを連結する複数の第２トンネル１２１と、地盤改良体（凍土）６０とが、トンネル拡幅部３００の構築予定場所の前方に位置する土留壁（止水壁）として機能し得る。また、第１トンネル１１６及び第３トンネル１３６と、これらトンネルを連結する複数の第２トンネル１２１と、地盤改良体（凍土）６０とが、トンネル拡幅部３００の構築予定場所の後方に位置する土留壁（止水壁）として機能し得る。

右側壁３０５は、複数の第２トンネル１２２より左側方に形成される。ここで、複数の第２トンネル１２２と、地盤改良体（凍土）６０とが、トンネル拡幅部３００の構築予定場所の右側方に位置する土留壁（止水壁）として機能し得る。

中壁３０６は、既設トンネル１の幅方向中央部に立設されている。中壁３０６には、トンネル拡幅部３００の内部空間３０８と既設トンネル１の内部空間１ａとを連通するための開口部３０６ａが形成されている。

図１１及び図１２に示すように、上壁３０１は、第１トンネル１１２〜１１５を含んで構成される。第１トンネル１１２〜１１５内にはコンクリートが充填される。尚、第１トンネル１１２〜１１５内にコンクリートが充填されるに先立って、第２トンネル１２２の上端部が第１トンネル１１２〜１１５に固定される。すなわち、第２トンネル１２２の一端部（上端部）は第１トンネル１１２〜１１５のいずれかに連結される。

図１１及び図１２に示すように、下壁３０２は、第３トンネル１３２〜１３５を含んで構成される。第３トンネル１３２〜１３５内にはコンクリートが充填される。尚、第３トンネル１３２〜１３５内にコンクリートが充填されるに先立って、型枠８１と、空間８２内の充填材（例えば流動化処理土）と、第３トンネル１３２〜１３５内に到達した掘削機２２０とが撤去されて、第２トンネル１２２の下端部が第３トンネル１３２〜１３５に固定される。すなわち、第２トンネル１２２の他端部（下端部）は第３トンネル１３２〜１３５のいずれかに連結される。

尚、第１トンネル１１２〜１１５内と第３トンネル１３２〜１３５内とにそれぞれコンクリートが充填されても凍結管５０内に冷媒が供給され得るように、配管が適宜なされている。

トンネル拡幅部３００の構築が完了すると、凍結管５０への冷媒の供給を停止して、地盤改良体（凍土）６０の凍結を解除する。
以上のようにして、トンネル拡幅部３００が構築される。

本実施形態によれば、地下構造物（トンネル拡幅部３００）の構築方法は、地中に第１トンネル１１１〜１１６を構築する第１トンネル構築工程（図２及び図３参照）と、第１トンネル１１１〜１１６から複数の第２トンネル１２１，１２２が分岐して第２トンネル１２１同士が互いに並行に延びるように、また、第２トンネル１２２同士が互いに並行に延びるように第２トンネル１２１，１２２を地中に構築する第２トンネル構築工程（図４及び図５参照）と、隣り合う第２トンネル１２１同士の間の領域の地盤改良と隣り合う第２トンネル１２２同士の間の領域の地盤改良とを行う第２トンネル間地盤改良工程（図８〜図１０参照）と、を含む。これにより、例えば、既設トンネル１から右側方に延びるように第１トンネル１１２〜１１５を構築し、第１トンネル１１２〜１１５の、既設トンネル１から離れた側の端部（右側端部）から分岐するように第２トンネル１２２を構築して、第２トンネル１２２同士の間の領域の地盤改良を行うことができるので、既設トンネル１から離れた箇所でも確実に地盤改良を行うことができる。

また本実施形態によれば、第１トンネル構築工程（図２及び図３参照）では、互いに並行に延びる複数の第１トンネル１１１〜１１６を地中に構築する。地下構造物（トンネル拡幅部３００）の構築方法は、第１トンネル１１１〜１１６のうち隣り合うもの同士の間の領域の地盤改良を行う第１トンネル間地盤改良工程（図９参照）を含む。これにより、第１トンネル１１１〜１１６の直下に施工空間を確保することができる。

また本実施形態によれば、地下構造物（トンネル拡幅部３００）の構築方法は、互いに並行に延びる複数の第１トンネル１１１〜１１６を地中に構築する第１トンネル構築工程（図２及び図３参照）と、複数の第１トンネル１１１〜１１６の各々から１つ以上の第２トンネル１２１，１２２が分岐して延びるように第２トンネル１２１，１２２を地中に構築する第２トンネル構築工程（図４及び図５参照）と、隣り合って互いに並行に延びる第２トンネル１２１同士の間の領域の地盤改良と第２トンネル１２２同士の間の領域の地盤改良とを行う第２トンネル間地盤改良工程（図８〜図１０参照）と、を含む。これにより、例えば、既設トンネル１から右側方に延びるように第１トンネル１１２〜１１５を構築し、第１トンネル１１２〜１１５の、既設トンネル１から離れた側の端部（右側端部）から分岐するように第２トンネル１２２を構築して、第２トンネル１２２同士の間の領域の地盤改良を行うことができるので、既設トンネル１から離れた箇所でも確実に地盤改良を行うことができる。

また本実施形態によれば、第１トンネル間地盤改良工程（図９参照）では、第１トンネル１１１〜１１６に設置された凍結管５０を用いる凍結工法により、第１トンネル１１１〜１１６のうち隣り合うもの同士の間の領域の地盤改良を行う。これにより、地下構造物（トンネル拡幅部３００）の構築後に、地盤改良体（凍土）６０の凍結を解除して元の地盤に戻すことができるので、地下構造物（トンネル拡幅部３００）の構築時の環境負荷を低減することができる。

また本実施形態によれば、地下構造物（トンネル拡幅部３００）の構築方法は、第１トンネル１１１〜１１６と間隔を空けて第３トンネル１３１〜１３６を地中に構築する第３トンネル構築工程（図２及び図３参照）を含む。第２トンネル１２１，１２２の一端部は第１トンネル１１１〜１１６のいずれかに連結されて他端部は第３トンネル１３１〜１３６のいずれかに連結される。これにより、既設トンネル１と、第１トンネル１１１〜１１６と、第２トンネル１２１，１２２と、第３トンネル１３１〜１３６とからなる閉ループ構造を実現することができる。

また本実施形態によれば、地下構造物（トンネル拡幅部３００）の構築方法は、互いに並行に延びる複数の第３トンネル１３１〜１３６を地中に第１トンネル１１１〜１１６と間隔を空けて構築する第３トンネル構築工程（図２及び図３参照）と、第３トンネル１３１〜１３６のうち隣り合うもの同士の間の領域の地盤改良を行う第３トンネル間地盤改良工程（図９参照）と、を含む。第２トンネル１２１，１２２の一端部は第１トンネル１１１〜１１６のいずれかに連結されて他端部は第３トンネル１３１〜１３６のいずれかに連結される。これにより、既設トンネル１と、第１トンネル１１１〜１１６と、第２トンネル１２１，１２２と、第３トンネル１３１〜１３６とからなる閉ループ構造を実現することができる。

また本実施形態によれば、第３トンネル間地盤改良工程（図９参照）では、第３トンネル１３１〜１３６に設置された凍結管５０を用いる凍結工法により、第３トンネル１３１〜１３６のうち隣り合うもの同士の間の領域の地盤改良を行う。これにより、地下構造物（トンネル拡幅部３００）の構築後に、地盤改良体（凍土）６０の凍結を解除して元の地盤に戻すことができるので、地下構造物（トンネル拡幅部３００）の構築時の環境負荷を低減することができる。

また本実施形態によれば、第２トンネル構築工程（図４、図５、及び、図１３〜図１７参照）では、複数の第２トンネル１２１，１２２を構築するために地盤を掘削する掘削機２２０が、第１トンネル１１１〜１１６内から発進して第３トンネル１３１〜１３６に到達する。これにより、掘削機２２０の自重を掘削機２２０の掘進に利用することができる。

また本実施形態によれば、第１トンネル１１１〜１１６は第３トンネル１３１〜１３６よりも上方に構築され、第２トンネル１２１，１２２は上下方向に延びる。これにより、第２トンネル１２１，１２２の土留壁の一部として機能させることができる。

また本実施形態によれば、地下構造物（トンネル拡幅部３００）は、第１トンネル１１１〜１１６の少なくとも一部を含んで構成される。これにより、第１トンネル１１１〜１１６を、地盤改良体（凍土）６０の造成に用いるのみならず、地下構造物（トンネル拡幅部３００）の一部として有効に活用することができる。

また本実施形態によれば、地下構造物（トンネル拡幅部３００）は、第３トンネル１３１〜１３６の少なくとも一部を含んで構成される。これにより、第３トンネル１３１〜１３６を、地盤改良体（凍土）６０の造成に用いるのみならず、地下構造物（トンネル拡幅部３００）の一部として有効に活用することができる。

また本実施形態によれば、第２トンネル間地盤改良工程（図８〜図１０参照）では、第２トンネル１２１，１２２に設置された凍結管５０を用いる凍結工法により、隣り合う第２トンネル１２１同士の間の領域の地盤改良と隣り合う第２トンネル１２２同士の間の領域の地盤改良とを行う。これにより、地下構造物（トンネル拡幅部３００）の構築後に、地盤改良体（凍土）６０の凍結を解除して元の地盤に戻すことができるので、地下構造物（トンネル拡幅部３００）の構築時の環境負荷を低減することができる。

尚、本実施形態では、第１トンネル１１１，１１６及び第３トンネル１３１，１３６が土留壁の一部として機能しているが、この他、第１トンネル１１１，１１６及び第３トンネル１３１，１３６がトンネル拡幅部３００などの地下構造物を構成してもよい。

また、本実施形態において、第２トンネル１２１，１２２がトンネル拡幅部３００などの地下構造物を構成してもよい。すなわち、地下構造物（トンネル拡幅部３００）は、第２トンネル１２１，１２２の少なくとも一部を含んで構成されてもよい。

また、本実施形態では、工程〔５〕〜〔７〕（第１トンネル間地盤改良工程、第３トンネル間地盤改良工程、及び、第２トンネル間地盤改良工程）において、地盤改良方法として凍結工法を用いたが、地盤改良方法は凍結工法に限らず、例えば薬液注入工法であってもよい。地盤改良方法が薬液注入工法である場合には、第１トンネル１１１〜１１６、第２トンネル１２１，１２２、第３トンネル１３１〜１３６、及び既設トンネル１の各々から薬液注入用の注入孔が形成され得る。

また、本実施形態では、第１トンネル１１１〜１１６及び第３トンネル１３１〜１３６の断面形状が矩形状であるが、第１トンネル１１１〜１１６及び第３トンネル１３１〜１３６の断面形状は矩形状に限らず、例えば、円形状、又は、楕円形状であってもよい。

また、本実施形態では、第２トンネル１２１，１２２の断面形状が円形状であるが、第２トンネル１２１，１２２の断面形状は円形状に限らず、例えば、楕円形状、又は、矩形状であってもよい。

また、本実施形態において、第１トンネル１１１〜１１６は、掘削機２１１〜２１６の筒状の胴部（スキンプレート）を含み得る。また、掘削機２１１〜２１６の胴部に開口部を予め形成すると共に、当該開口部を開閉するためのゲートを掘削機２１１〜２１６に予め設けて、掘削機２２０を第１トンネル１１１〜１１６内から発進させるときにこのゲートを開けることで掘削機２２０の発進用の坑口を形成してもよい。

また、本実施形態において、第３トンネル１３１〜１３６は、掘削機２３１〜２３６の筒状の胴部（スキンプレート）を含み得る。また、掘削機２３１〜２３６の胴部に開口部を予め形成すると共に、当該開口部を開閉するためのゲートを掘削機２３１〜２３６に予め設け、掘削機２２０を第３トンネル１３１〜１３６に到達させるときにこのゲートを開けることで掘削機２２０の到達用の坑口を形成してもよい。

また、本実施形態では、第２トンネル１２１，１２２を構築するために地盤を掘削する掘削機２２０の全てが、第１トンネル１１１〜１１６内から発進して第３トンネル１３１〜１３６に到達するが、これら掘削機２２０の一部又は全てが第３トンネル１３１〜１３６内から発進して第１トンネル１１１〜１１６に到達してもよい。すなわち、掘削機２２０の掘進方向は下向きに限らず、上向きであってもよい。

また、本実施形態では、第１トンネル１１１〜１１６、第２トンネル１２１，１２２、及び、第３トンネル１３１〜１３６の構築方法として推進工法を採用し、押輪を用いているが、押輪については省略してもよい。押輪を省略する場合には、掘削機及び推進管が元押しジャッキによって直接的に押圧される。

また、本実施形態では、第１トンネル１１１〜１１６、第２トンネル１２１，１２２、及び、第３トンネル１３１〜１３６の構築方法として推進工法を採用したが、これらトンネルの構築方法は推進工法に限らない。これらトンネルの一部又は全部をシールド工法で構築してもよい。シールド工法を採用する場合には、当該トンネル用の掘削機がシールド掘進機となる。

図１８は、本発明の第２実施形態における第４トンネル及び第５トンネルの概略構成を示す図である。ここで、図１８は、前述の図７（ア）に対応するものである。
前述の第１実施形態と異なる点について説明する。

本実施形態におけるトンネル拡幅部３００の構築方法は、前述の工程〔４〕（凍結管設置工程）に先立って、以下の工程〔９〕及び〔１０〕を含む。

〔９〕第４トンネル構築工程
複数の第２トンネル１２２のうち隣り合うもの同士を連結するように、複数の第４トンネル１４１を構築する。これら複数の第４トンネル１４１は、各々が前後方向に延びている。尚、第４トンネル１４１の構築については、隣り合う第２トンネル１２２同士の間の距離が比較的長い場所に第４トンネル１４１を構築することが好ましい。
また、隣り合う第２トンネル１２１，１２２同士を連結するように、複数の第４トンネル１４２を構築する。これら複数の第４トンネル１４２は各々が前後方向に延びている。
尚、複数の第２トンネル１２１のうち隣り合うもの同士を連結するように、複数の第４トンネル（図示せず）を構築してもよい。

〔１０〕第５トンネル構築工程
第１トンネル１１１，１１６と、これらトンネルの各々に隣り合う第２トンネル１２２とを連結するように、複数の第５トンネル１５１を構築する。これら複数の第５トンネル１５１は、各々が前後方向に延びている。
また、第３トンネル１３１，１３６と、これらトンネルの各々に隣り合う第２トンネル１２２とを連結するように、複数の第５トンネル１５２を構築する。これら複数の第５トンネル１５２は、各々が前後方向に延びている。

本実施形態において、前述の工程〔４〕（凍結管設置工程）では、第４トンネル１４１，１４２の内面と、第５トンネル１５１，１５２の内面とにも、各トンネルの延在方向に延びる複数の凍結管（図示せず）を貼り付ける。凍結管は例えば鋼管である。凍結管については、その内部を冷媒が流通可能である。ここで、冷媒として、塩化ナトリウム水溶液や塩化カルシウム水溶液などのブラインを用いてもよい。又は、冷媒として、二酸化炭素を用いてもよい。

本実施形態において、前述の工程〔７〕（第２トンネル間地盤改良工程）では、第４トンネル１４１，１４２の内面と第５トンネル１５１，１５２の内面とに貼り付けられた凍結管内にも冷媒を流通させる。これにより、複数の第２トンネル１２１，１２２のうち隣り合うもの同士の間の領域の土砂をより確実に凍結させることができる。

特に本実施形態によれば、地下構造物（トンネル拡幅部３００）の構築方法は、複数の第２トンネル１２１，１２２のうち隣り合うもの同士を連結するように延びる第４トンネル（連結トンネル）１４１，１４２を地中に構築する第４トンネル構築工程（連結トンネル構築工程）を含む。第４トンネル１４１，１４２には凍結管が設置され得る。これにより、前述の工程〔７〕（第２トンネル間地盤改良工程）では、複数の第２トンネル１２１，１２２のうち隣り合うもの同士の間の領域の土砂をより確実に凍結させることができる。

尚、本実施形態では、第４トンネル１４１，１４２の内面と第５トンネル１５１，１５２の内面とに凍結管を貼り付けている。しかしながら、この凍結管の貼り付け箇所については任意である。すなわち、第４トンネル１４１，１４２の内面には凍結管を貼り付ける一方、第５トンネル１５１，１５２の内面には凍結管を貼り付けない、ということもあり得る。また、第４トンネル１４１，１４２の内面と第５トンネル１５１，１５２の内面とには凍結管を貼り付けない、ということもあり得る。

また、本実施形態において、第４トンネル１４１，１４２及び第５トンネル１５１，１５２の各々の断面形状は、例えば、円形状、楕円形状、又は、矩形状であり得る。

また、本実施形態において、第４トンネル１４１，１４２及び第５トンネル１５１，１５２がトンネル拡幅部３００などの地下構造物を構成してもよい。すなわち、地下構造物（トンネル拡幅部３００）は、第４トンネル１４１，１４２及び第５トンネル１５１，１５２の少なくとも一部を含んで構成されてもよい。

また、本実施形態では、工程〔７〕（第２トンネル間地盤改良工程）において、地盤改良方法として凍結工法を用いたが、地盤改良方法は凍結工法に限らず、例えば薬液注入工法であってもよい。地盤改良方法が薬液注入工法である場合には、第４トンネル１４１，１４２及び第５トンネル１５１，１５２の各々から薬液注入用の注入孔が形成されてもよい。

また、前述の第１及び第２実施形態では、本発明の「地下構造物」の一例としてトンネル拡幅部３００を挙げて説明したが、本発明の「地下構造物」はこれに限らず、例えば、地中立坑であってもよい。

また、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

１ 既設トンネル
１ａ 内部空間
１１〜１６，２１，２２，３１〜３６ 切削可能部材
５０ 凍結管
６０ 地盤改良体
７１ 元押しジャッキ
７２ 押輪
７３ 止水装置
７４ スペーサ
７７ 推進管
８１ 型枠
８２ 空間
１１１〜１１６ 第１トンネル
１２１，１２２ 第２トンネル
１３１〜１３６ 第３トンネル
１４１，１４２ 第４トンネル
１５１，１５２ 第５トンネル
２１１〜２１６，２２０，２３１〜２３６ 掘削機
２２０ａ 前胴
２２０ｂ 後胴
３００ トンネル拡幅部
３０１ 上壁
３０２ 下壁
３０３ 前壁
３０４ 後壁
３０５ 右側壁
３０６ 中壁
３０６ａ 開口部
３０８ 内部空間

Claims (13)

1. 地中に第１トンネルを構築する第１トンネル構築工程と、
   前記第１トンネルから複数の第２トンネルが分岐して第２トンネル同士が互いに並行に延びるように第２トンネルを地中に構築する第２トンネル構築工程と、
   隣り合う第２トンネル同士の間の領域の地盤改良を行う第２トンネル間地盤改良工程と、
   を含む、地下構造物の構築方法。
2. 前記第１トンネル構築工程では、互いに並行に延びる複数の第１トンネルを地中に構築し、
   前記地下構造物の構築方法は、隣り合う第１トンネル同士の間の領域の地盤改良を行う第１トンネル間地盤改良工程を更に含む、請求項１に記載の地下構造物の構築方法。
3. 互いに並行に延びる複数の第１トンネルを地中に構築する第１トンネル構築工程と、
   前記複数の第１トンネルの各々から１つ以上の第２トンネルが分岐して延びるように第２トンネルを地中に構築する第２トンネル構築工程と、
   隣り合って互いに並行に延びる第２トンネル同士の間の領域の地盤改良を行う第２トンネル間地盤改良工程と、
   を含む、地下構造物の構築方法。
4. 隣り合う第１トンネル同士の間の領域の地盤改良を行う第１トンネル間地盤改良工程を更に含む、請求項３に記載の地下構造物の構築方法。
5. 前記第１トンネル間地盤改良工程では、前記第１トンネルに設置された凍結管を用いる凍結工法により、前記第１トンネル同士の間の領域の地盤改良を行う、請求項２又は請求項４に記載の地下構造物の構築方法。
6. 前記第１トンネルと間隔を空けて第３トンネルを地中に構築する第３トンネル構築工程を更に含み、
   前記第２トンネルは、その一端部が前記第１トンネルに連結されて他端部が前記第３トンネルに連結される、請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の地下構造物の構築方法。
7. 互いに並行に延びる複数の第３トンネルを地中に前記第１トンネルと間隔を空けて構築する第３トンネル構築工程と、
   隣り合う第３トンネル同士の間の領域の地盤改良を行う第３トンネル間地盤改良工程と、
   を更に含み、
   前記第２トンネルは、その一端部が前記第１トンネルに連結されて他端部が前記第３トンネルに連結される、請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の地下構造物の構築方法。
8. 前記第３トンネル間地盤改良工程では、前記第３トンネルに設置された凍結管を用いる凍結工法により、前記第３トンネル同士の間の領域の地盤改良を行う、請求項７に記載の地下構造物の構築方法。
9. 前記第２トンネル構築工程では、前記第２トンネルを構築するために地盤を掘削する掘削機が、前記第１トンネル内から発進して前記第３トンネルに到達するか、又は、前記第３トンネル内から発進して前記第１トンネルに到達する、請求項６〜請求項８のいずれか１つに記載の地下構造物の構築方法。
10. 前記第１トンネルは前記第３トンネルよりも上方に構築され、
    前記第２トンネルは上下方向に延びる、請求項６〜請求項９のいずれか１つに記載の地下構造物の構築方法。
11. 前記地下構造物は、前記第３トンネルの少なくとも一部を含んで構成される、請求項６〜請求項１０のいずれか１つに記載の地下構造物の構築方法。
12. 前記地下構造物は、前記第１トンネルの少なくとも一部、及び／又は、前記第２トンネルの少なくとも一部を含んで構成される、請求項１〜請求項１１のいずれか１つに記載の地下構造物の構築方法。
13. 前記第２トンネル間地盤改良工程では、前記第２トンネルに設置された凍結管を用いる凍結工法により、前記第２トンネル同士の間の領域の地盤改良を行う、請求項１〜請求項１２のいずれか１つに記載の地下構造物の構築方法。