JP2018178593A - 地中壁構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地山の安定性を図ることができる。【解決手段】地中に円周状の周回構造物２３を構築する周回構造物構築工程と、両端部が周回構造物２３の内周壁に連結される支持構造体７１を構築する支持構造体構築工程と、一端部が周回構造物２３の内周壁に連結されて支持構造体７１を貫通するパイプ７２を構築するパイプ構築工程と、パイプ７２から周回構造物２３の内周側を地盤改良して第一地盤改良体８０を形成する地盤改良体形成工程と、第一地盤改良体８０の隣に周回構造物２３の内周側を封止する一方側褄壁１５を構築する地中壁構築工程と、を備える。【選択図】図１２

Description

本発明は、地下構造物の地中壁を構築する地中壁構築方法に関する。

特許文献１及び２には、本線シールドトンネルと支線シールドトンネルとの合流領域等に、大断面トンネルの地下構造物を施工する方法が記載されている。この方法では、複数のシールドトンネルを周方向に構築した後に、各シールドトンネルから複数のシールドトンネルの内周側に向けて褄部凍結管を打ち込み、褄部に凍土を形成する。その後、複数のシールドトンネルの内周側の領域を掘削し、褄部の凍土の内側にコンクリートを打設することで、地中壁である褄壁を構築する。

特許第５９４７４４１号 特許第４７７１１７０号

ところで、地中壁を構築する際は、褄部に形成した凍土に地山の土圧が作用し、この土圧の影響は、地下構造物の断面積が大きくなるほど大きくなる。一方、特許文献１及び２に記載された方法で褄部に形成した凍土は、シールドトンネルから複数のシールドトンネルの内周側に向けて打ち込まれた褄部凍結管により支持されるが、褄部凍結管による支持強度には限界がある。このため、断面積の大きい地下構造物を構築する際は、地山の安定性が問題となる。なお、褄部に分厚い凍土を形成すれば、地山の安定性を図ることができるが、分厚い凍土を形成することは容易ではない。

そこで、本発明は、地山の安定性を図ることができる地中壁構築方法を提供することを目的とする。

本発明に係る地中壁構築方法は、地中に円周状の周回構造物を構築する周回構造物構築工程と、両端部が周回構造物の内周壁に連結される支持構造体を構築する支持構造体構築工程と、支持構造体に連結されるとともに少なくとも一端部が周回構造物の内周壁に連結されるパイプを構築するパイプ構築工程と、パイプから周回構造物の内周側を地盤改良して地盤改良体を形成する地盤改良体形成工程と、を備える。

この地中壁構築方法では、両端部が周回構造物の内周壁に連結される支持構造体に、少なくとも一端部が周回構造物の内周壁に連結されるパイプを連結し、このパイプから周回構造物の内周側を地盤改良して地盤改良体を形成する。これにより、パイプは、両端部が周回構造物の内周壁に連結された支持構造体によって支持されることで、地盤改良体とともに地中構造物の高い強度を有する地中壁として機能するため、地山の安定性が図れる。

パイプ構築工程では、支持構造体にパイプを貫通させてもよい。この地中壁構築方法では、支持構造体にパイプを貫通させることで、支持構造体とパイプとの連結強度、つまり支持構造体に対するパイプの支持強度を向上させることができる。

地盤改良は、パイプの周囲に凍土を形成する凍結改良であってもよい。この地中壁構築方法では、パイプの周囲に凍土を形成することで、容易に強固な地盤改良体を形成することができる。

パイプ構築工程では、パイプ推進工により複数のパイプを柱列状に構築してもよい。この地中壁構築方法では、パイプ推進工により複数のパイプを柱列状に構築することで、パイプから露出する地山の露出面積を小さく抑えることができる。

支持構造体構築工程では、矩形断面の支持構造体を構築してもよい。この地中壁構築方法では、支持構造体が矩形断面であるため、容易に支持構造体を構築することができるとともに、容易に支持構造体にパイプを貫通させることができる。

支持構造体構築工程では、中空構造の支持構造体を構築するとともに、支持構造体のパイプが貫通する領域に掘削可能な掘削可能充填材を充填してもよい。この地中壁構築方法では、支持構造体を中空構造にすることで、容易に支持構造体を構築することができる。しかも、支持構造体のパイプが貫通する領域に掘削可能な掘削可能充填材を充填することで、掘進機等で支持構造体を掘削することが可能となるため、容易に支持構造体にパイプを貫通させることができる。

周回構造物構築工程では、水平方向に並設された既設トンネルの周囲に周回構造物を構築し、支持構造体構築工程では、既設トンネルの上方と下方に支持構造体を構築してもよい。水平方向に並設された既設トンネルの周囲に周回構造物を構築する場合、既設トンネルの上方及び下方では、周回構造物が既設トンネルから離れていくため、パイプも長くなりやすい。そこで、この地中壁構築方法では、このような場合に、既設トンネルの上方と下方に支持構造体を構築することで、パイプの支持剛性が低下するのを抑制することができる。

地盤改良体の隣に周回構造物の内周側を封止する地中壁を構築する地中壁構築工程を更に備えてもよい。この地中壁構築方法では、地盤改良体の隣に周回構造物の内周側を封止する地中壁を構築するため、高い強度の地中壁を構築することができる。

本発明によれば、地山の安定性を図る地中壁を構築することができる。本発明により構築されて地中壁は、止水目的を含む土留めや基礎等の多目的に利用できる。

実施形態に係る地下構造物の概略構成を示す斜視図である。 図１に示すＩＩ−ＩＩ線における断面図である。 図１に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。 図１に示す地下構造物の模式図である。 周回構造物構築工程を説明するための模式図である。 図６に示すＶＩ−ＶＩ線における断面図である。 シールドトンネル構築工程を説明するための模式図である。 図７に示すＶＩＩＩ−ＸＩ線における断面図である。 図７に示すＩＸ−ＩＸ線における断面図である。 シールドトンネル構築工程を説明するための一部断面図である。 外郭躯体構築工程を説明するための一部断面図である。 褄部地盤改良工程、掘削工程及び地中壁構築工程を説明するための模式図である。 褄部地盤改良工程の支持構造体構築工程を説明するための断面図である。 図１３に示すＸＩＶ−ＸＩＶ線における断面図である。 支持構造体のパイプが貫通する部分を示す図である。 図１５に示すＸＶＩ−ＸＶＩ線における断面図である。 褄部地盤改良工程のパイプ構築工程を説明するための断面図である。 図１７に示すＸＶＶＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線における断面図である。 パイプが支持構造体を貫通する状態を示す図である。 パイプが既設シールドトンネルを貫通する状態を示す図である。 褄部地盤改良工程の充填工程を説明するための断面図である。 図２１に示すＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線における断面図である。 褄部地盤改良工程の地盤改良体形成工程を説明するための断面図である。 図２３に示すＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ線における断面図である。 掘削工程を説明するための断面図である。 地中壁構築工程を説明するための断面図である。

以下、図面を参照して、地中壁構築方法の好適な実施形態について詳細に説明する。本実施形態では、本発明に係る地中壁構築方法を、既設の本線シールドトンネルに新設の支線シールドトンネルを合流させるために、本線シールドトンネルと支線シールドトンネルとの合流領域に本線シールドトンネル及び支線シールドトンネルの双方を囲む大断面トンネルを施工する方法に適用したものである。但し、本発明の地中壁構築方法は、このような大断面トンネルの施工方法及び大断面トンネルに適用されるものに限定されない。全図中、同一又は相当部分には同一符号を付すこととする。

まず、地下構造物について説明する。図１〜図４に示すように、本実施形態に係る地下構造物１は、水平方向に並設された本線シールドトンネル２と支線シールドトンネル３との合流領域に施工された、本線シールドトンネル２及び支線シールドトンネル３の双方を囲む大断面トンネルである。地下構造物１の内部には、地下構造物１の軸線方向に延びる地下空洞４が形成されている。地下構造物１は、地下構造物１の一方端部１ａに構築された円周状の周回構造物１０と、周回構造物１０から地下構造物１の他方端部１ｂまで延伸された複数のシールドトンネル１１を連結してなる外郭躯体１２と、外郭躯体１２の一方側面を封止（止水）する一方側褄壁１５と、外郭躯体１２の他方側面を封止（止水）する他方側褄壁１６と、を備えている。

周回構造物１０は、水平方向に並設された本線シールドトンネル２と支線シールドトンネル３との周囲に構築されている。周回構造物１０は、シールドトンネル１１を延伸する際の発進基地となる。周回構造物１０は、例えば、周知の円周シールド掘進機により構築することができる。

シールドトンネル１１は、公知のシールド掘進工法又はシールド推進工法により施工されたトンネルである。すなわち、シールドトンネル１１は、シールド掘進機で地中を掘進しながら、シールド掘進機の後方でトンネルの壁面となるセグメントを組み立てていくことや、シールド掘進機を推進管により推力を得て掘進して、推進管を組み立てていくことにより構築されるトンネルである。つまり、シールドトンネル１１は、シールド掘進機を掘進して組み立てられたセグメントや掘進に伴い組み立てられた推進管によりトンネル覆工体またはトンネル躯体を構築することで延伸される。地下構造物１では、地下構造物１の一方端部１ａ（図１における右上側の端部）と他方端部１ｂ（図１における左下側の端部）との間において、軸方向に延伸される複数のシールドトンネル１１が、本線シールドトンネル２及び支線シールドトンネル３の双方を囲むように、周方向に配置されている。

外郭躯体１２は、地下空洞４の外郭を構成する略円弧状の躯体となる。外郭躯体１２は、隣り合うシールドトンネル１１を連結してなる。具体的には、外郭躯体１２は、隣り合うシールドトンネル１１に打設された鉄筋コンクリートによりなる。

一方側褄壁１５は、地下構造物１の一方端部１ａに構築されている。一方側褄壁１５は、周回構造物１０の内周側を封止する地中壁である。一方側褄壁１５は、周回構造物１０の内周側に打設された鉄筋コンクリート等により構築されている。

他方側褄壁１６は、地下構造物１の他方端部１ｂに構築されている。他方側褄壁１６は、外郭躯体１２の端部の内周側を封止する地中壁である。他方側褄壁１６は、外郭躯体１２の端部の内周側に打設された鉄筋コンクリート等により構築されている。

そして、一方側褄壁１５及び他方側褄壁１６に挟まれた外郭躯体１２の内周側領域の一部又は全部の土砂が掘削除去されることで、地下構造物１の内部に地下空洞４が形成されている。

次に、上述した地下構造物１の施工方法について説明する。本実施形態に係る地下壁構築方法は、地下構造物１の施工方法の一部を構成する。地下構造物の施工方法は、周回構造物構築工程（Ｓ１）と、シールドトンネル構築工程（Ｓ２）と、外郭躯体構築工程（Ｓ３）と、褄部凍土形成工程（Ｓ４）と、掘削工程（Ｓ５）と、地中壁構築工程（Ｓ６）と、を備える。

周回構造物構築工程（Ｓ１）では、図５及び図６に示すように、シールドトンネル１１を延伸させるための発進基地２１を構築する。発進基地２１は、発進坑口２２と、周回構造物２３と、を備える。発進坑口２２は、支線シールドトンネル３から支線シールドトンネル３の半径方向外周側に延びる。周回構造物２３は、水平方向に並列される本線シールドトンネル２及び支線シールドトンネル３の周囲に構築される構造物であり、本線シールドトンネル２及び支線シールドトンネル３の双方を囲むように発進坑口２２から円周状に延びる。発進坑口２２は、周知のシールド掘進機により施工することができ、周回構造物２３は、周知の円周シールド掘進機により施工することができる。

シールドトンネル構築工程（Ｓ２）では、図７〜図１０に示すように、地下構造物１の施工予定領域である地下構造物予定領域（不図示）の一方端部１ａと他方端部１ｂとの間において、軸方向に延伸する複数のシールドトンネル１１を周方向に構築する。なお、地下構造物予定領域の一方端部１ａ及び他方端部１ｂは、地下構造物１の一方端部１ａ及び他方端部１ｂと同じである。

シールドトンネル構築工程（Ｓ２）では、複数のシールドトンネル１１のうちの一部のシールドトンネルである先行シールドトンネル１３を延伸する先行シールドトンネル構築工程（Ｓ２１）と、隣り合う先行シールドトンネル１３の間に、複数のシールドトンネル１１のうちの残りのシールドトンネルである後行シールドトンネル１４を延伸する後行シールドトンネル構築工程（Ｓ２２）と、を行う。

先行シールドトンネル構築工程（Ｓ２１）では、一方端部１ａに施工された発進基地２１の周回構造物２３から他方端部１ｂまで複数の先行シールドトンネル１３を延伸する。このとき、隣り合う先行シールドトンネル１３を同時に延伸せずに、隣り合う先行シールドトンネル１３のうち、一方の先行シールドトンネル１３を先行して延伸した後に、他方の先行シールドトンネル１３を後行して延伸することが好ましい。また、先行シールドトンネル１３の掘進には、２機以上のシールド掘進機を使用することが好ましい。２機以上のシールド掘進機を使用することで、複数の先行シールドトンネル１３を並行して延伸できる。

また、先行シールドトンネル構築工程（Ｓ２１）では、一方端部１ａから他方端部１ｂに向かうに従い、隣り合う先行シールドトンネル１３の中心軸線が近接して行くように、複数の先行シールドトンネル１３を延伸する。

後行シールドトンネル構築工程（Ｓ２２）では、一方端部１ａに施工された発進基地２１の周回構造物２３から他方端部１ｂまで複数の後行シールドトンネル１４を延伸する。このとき、シールドトンネル１１上部の土砂が弛み易い傾向にあることから、下方に配置される後行シールドトンネル１４から順に延伸することが好ましい。また、先行シールドトンネル１３の延伸と同様に、後行シールドトンネル１４の掘進には、２機以上のシールド掘進機を使用することが好ましい。２機以上のシールド掘進機を使用することで、複数の後行シールドトンネル１４を並行して延伸できる。

また、後行シールドトンネル構築工程（Ｓ２２）では、一方端部１ａから他方端部１ｂに向かうに従い、隣り合う後行シールドトンネル１４の中心軸線が近接して行くとともに、隣り合う先行シールドトンネル１３の中心軸線と後行シールドトンネル１４の中心軸線とが近接して行くように、複数の後行シールドトンネル１４を延伸する。これにより、地下空洞の断面積を、一方端部１ａから他方端部１ｂに向けて小さくすることができる。

なお、隣り合う先行シールドトンネル１３が構築されていれば、全ての先行シールドトンネル１３の延伸が終了する前に後行シールドトンネル構築工程（Ｓ２２）を開始して、構築されている隣り合う先行シールドトンネル１３の間に後行シールドトンネル１４を延伸してもよい。

そして、後行シールドトンネル構築工程（Ｓ２２）では、一方端部１ａから他方端部１ｂの全域において、隣り合う先行シールドトンネル１３と後行シールドトンネル１４とが重なるように、先行シールドトンネル１３の一部を切削して後行シールドトンネル１４を延伸する。

ここで、先行シールドトンネル１３は、後行シールドトンネル１４を延伸するシールド掘進機により切削可能である部分を含む必要がある。このため、先行シールドトンネル１３は、シールドトンネルの壁面となるセグメント又は推進管を組み立てる際に、切削される箇所のセグメント又は推進管を切削可能なものとする。切削可能なセグメント又は推進管としては、例えば、特許第４８５１１３３号や特許第４９３９８０３号に記載されたような繊維強化樹脂製の掘削可能セグメント又は切削可能推進管を用いる。

また、先行シールドトンネル１３では、後行シールドトンネル１４を延伸するシールド掘進機が先行シールドトンネル１３と重なりながら掘進できるように、後行シールドトンネル１４を延伸する前に、その内部を充填しておく必要がある。先行シールドトンネル１３内に充填する充填物としては、シールド掘進機により切削可能である必要があるため、エアモルタル等の切削可能充填材を用いることが好ましい。しかしながら、先行シールドトンネル１３の内部全体を切削可能充填材で充填すると、先行シールドトンネル１３内に強固な外郭躯体１２を構築することができない。

そこで、先行シールドトンネル１３の内部領域の内、少なくとも後行シールドトンネル１４を延伸するシールド掘進機により切削される切削予定領域に、切削可能充填材を充填し、その他の領域に、コンクリートを打設する。

先行シールドトンネル１３へのコンクリート及び切削可能充填材の充填は、例えば、次のように行うことができる。先行シールドトンネル１３の延伸が終了すると、シールド掘進機の残置物を先行シールドトンネル１３の先端に残置し、シールド掘削機の回収物を当該先行シールドトンネル１３から一方端部１ａの発進基地２１に回収する。その際、先行シールドトンネル１３の先端から一方端部１ａに向かって順にコンクリート及び切削可能充填材を充填してく。コンクリート及び切削可能充填材の充填は、先行シールドトンネル１３を複数のスパンに区切り、これから充填しようとするスパンの一方端部１ａ側に隔壁を構築する。そして、当該スパンに、コンクリートを打設した後、切削可能充填材を充填する。シールド掘削機の回収物とは、例えば、カッターモータやシールドジャッキや電装品などが該当する。シールド掘進機の内、カッター部分、及び外周鋼殻部分等などのシールド掘進機の外郭をなして地中の土砂の流入を防止する機能を有する部分は、地中に残置物として残置する。

上述したように、隣り合う先行シールドトンネル１３の間隔は、一方端部１ａ側よりも他方端部１ｂ側の方が狭くなるため、一方端部１ａから他方端部１ｂまでの全域において後行シールドトンネル１４が同径であると、先行シールドトンネル１３と後行シールドトンネル１４との重なる量が過大となる。

そこで、後行シールドトンネル構築工程（Ｓ２２）では、一方端部１ａ側では後行シールドトンネル１４を大径の第一後行シールドトンネル１４Ａとし、他方端部１ｂ側では後行シールドトンネル１４を小径の第二後行シールドトンネル１４Ｂとする。これにより、先行シールドトンネル１３と後行シールドトンネル１４との重なる量を小さくして、後行シールドトンネル１４構築時の先行シールドトンネル１３の切削量を低減することができる
第一後行シールドトンネル１４Ａ及び第二後行シールドトンネル１４Ｂの延伸は、例えば、特開２００５−１９４７５２号公報、特開平１０−１５３０８３号公報、特開平１０−０９６３９２号公報に記載された親子シールド機（親子シールド掘進機）を用いることで、容易に行うことができる。つまり、親子シールド機の親シールド機により第一後行シールドトンネル１４Ａを延伸し、その後、親子シールド機から子シールド機を発進させ、この子シールド機により第一後行シールドトンネル１４Ａの先端から第二後行シールドトンネル１４Ｂを延伸する。

なお、本実施形態では、他方端部１ｂに一方端部１ａの発進基地２１に対応する到達基地（内部空洞）が構築されていないが、他方端部１ｂに一方端部１ａの発進基地２１に対応する到達基地が構築されている場合は、他方端部１ｂに到達したシールド掘進機を、他方端部１ｂから一方端部１ａに向けて掘進してもよい。この場合、シールド掘進機を他方端部１ｂから一方端部１ａに移動する必要がなくなる。また、他方端部１ｂに一方端部１ａの発進基地２１に対応する到達基地が構築されている場合は、第二後行シールドトンネル構築工程（Ｓ２２Ｂ）において、他方端部１ｂの到達基地から第一後行シールドトンネル１４Ａの先端に向けて第二後行シールドトンネル１４Ｂを延伸してもよい。この場合、第一後行シールドトンネル１４Ａの延伸が終了する前に第二後行シールドトンネル１４Ｂの延伸を開始することができる。

外郭躯体構築工程（Ｓ３）では、図１１に示すように、複数のシールドトンネル１１を連結してなる外郭躯体１２を構築する。外郭躯体１２の構築は、例えば、次のように行うことができる。まず、隣り合うシールドトンネル１１を連通させる。なお、隣り合うシールドトンネル１１は重なっているため、シールドトンネル構築工程（Ｓ２）において既に隣り合うシールドトンネル１１が連通されている場合は、外郭躯体構築工程（Ｓ３）において隣り合うシールドトンネル１１を連通させなくてもよい。そして、この連通したシールドトンネル１１の内部空間に、鉄筋６１を配設し、コンクリート６２を打設する。これにより、外郭躯体１２が、シールドトンネル１１と、シールドトンネル１１内の鉄筋コンクリート（鉄筋６１及びコンクリート６２）と、により構築される。

褄部地盤改良工程（Ｓ４）、掘削工程（Ｓ５）及び地中壁構築工程（Ｓ６）では、図１２に示すように、外郭躯体１２の内周側領域に地下空洞４を形成するとともに、外郭躯体１２の一方端部１ａ及び他方端部１ｂに地中壁である一方側褄壁１５及び他方側褄壁１６を構築する。

褄部地盤改良工程（Ｓ４）では、一方端部１ａの褄部を地盤改良する一方側地盤改良工程（Ｓ４１）と、他方端部１ｂの褄部を地盤改良する他方側地盤改良工程（Ｓ４２）と、を備える。本実施形態において地盤改良とは、地盤に凍土を形成することにより止水を行う凍結改良をいう。但し、褄部の止水を行うことができれば、如何なる地盤改良を行ってもよい。

一方側地盤改良工程（Ｓ４１）では、周回構造物２３の内周側を地盤改良することで外郭躯体１２の一方端部１ａ側の褄部に仮設壁を形成する。一方側地盤改良工程（Ｓ４１）は、支持構造体構築工程（Ｓ４１１）と、パイプ構築工程（Ｓ４１２）と、充填工程（Ｓ４１３）、地盤改良体形成工程（Ｓ４１４）と、を備える。

支持構造体構築工程（Ｓ４１１）では、図１３及び図１４に示すように、両端部が周回構造物２３の内周壁に連結される支持構造体７１を構築する。支持構造体７１は、一方側褄壁１５の施工予定領域である一方側褄壁予定領域の外側に構築する。支持構造体７１としては、本線シールドトンネル２及び支線シールドトンネル３の上方に位置する第一支持構造体７１Ａと、本線シールドトンネル２及び支線シールドトンネル３の下方に位置する第二支持構造体７１Ｂと、を構築する。なお、第一支持構造体７１Ａと第二支持構造体７１Ｂとは、構築される位置を除いて同じものであるため、特に区別して説明する場合を除き、支持構造体７１として纏めて説明する。

支持構造体構築工程（Ｓ４１１）で構築する支持構造体７１は、公知の矩形掘進工法等により施工される中空構造の矩形管である。すなわち、支持構造体７１は、矩形掘進機で周回構造物２３の一方の内周壁から他方の内周壁まで地中を掘進しながら、矩形掘進機の後方で推進管の壁面となるセグメントを組み立てることにより構築される矩形推進管である。また、矩形掘進機の後部で矩形管の壁面となるセグメントを順次組立てていくことにより矩形管を構築してもよい。

このとき、後工程のパイプ構築工程（Ｓ４１２）で支持構造体７１にパイプを貫通させるために、支持構造体７１のパイプが貫通する領域に、エアモルタル等の切削可能充填材を充填しておくことが好ましい。切削可能充填材の充填は、例えば、図１５及び図１６に示すように、支持構造体７１の内側に円筒状の型枠７３を設置し、この型枠７３内に切削可能充填材７４を充填することにより行う。型枠７３は、パイプが貫通する位置に設置するとともに、その両端が、支持構造体７１の内壁面に当接するように設置する。これにより、支持構造体７１のパイプが貫通する領域に、切削可能充填材を充填することができる。

また、後工程の地盤改良体形成工程（Ｓ４１４）で褄部の凍結改良を行うために、支持構造体７１の内部に凍結管（不図示）を配設しておく。なお、支持構造体７１の内部に凍結管を配設できるように、切削可能充填材が充填される型枠７３と支持構造体７１の内壁面との間に空間をあけておくことが好ましい。

そして、支持構造体構築工程（Ｓ４１１）では、支持構造体７１を周回構造物２３の一方の内周壁及び他方の内周壁に貫通させることで、支持構造体７１の両端部を、周回構造物２３の内周壁に連結する。これにより、支持構造体７１の両端部は、周回構造物２３の内周壁に支持された状態となる。

パイプ構築工程（Ｓ４１２）では、図１７及び図１８に示すように、支持構造体７１に連結されるとともに少なくとも一端部が周回構造物２３の内周壁に連結されるパイプ７２を構築する。本実施形態では、パイプ構築工程（Ｓ４１２）において、一端部が周回構造物の内周壁に連結されるととともに、支持構造体７１を貫通するパイプ７２を構築する。パイプ７２は、支持構造体７１と同様に一方側褄壁予定領域の外側に構築する。パイプ７２としては、本線シールドトンネル２及び支線シールドトンネル３の上方に位置して第一支持構造体７１Ａを貫通する複数の第一パイプ７２Ａと、本線シールドトンネル２及び支線シールドトンネル３の下方に位置して第二支持構造体７１Ｂを貫通する複数の第二パイプ７２Ｂと、を構築する。なお、第一パイプ７２Ａと第二パイプ７２Ｂとは、構築される位置を除いて同じものであるため、特に区別して説明する場合を除き、パイプ７２として纏めて説明する。

パイプ構築工程（Ｓ４１２）で構築するパイプ７２は、公知の掘進工法等により施工される中空構造の円形管である。すなわち、パイプ７２は、シールド掘進機で周回構造物２３の一方の内周壁から支持構造体７１に向けて地中を掘進しながら、シールド掘進機の後方で推進管の壁面となるセグメントを組み立てることにより構築される円形推進管である。そして、パイプ構築工程（Ｓ４１２）で用いられるパイプ推進工は、公知のパイプルーフ工法等を適用して、褄部に沿って垂直方向に複数のパイプ７２を柱列状に構築する。また、シールド掘進機の後部で円形管の壁面となるセグメントを順次組立てていくことにより円形管を構築してもよい。

支持構造体７１にパイプ７２を貫通させる際は、図１９に示すように、支持構造体７１のセグメントを切削して型枠７３に充填された切削可能充填材７４を掘削していく。これにより、支持構造体７１にパイプ７２を貫通させることができる。

パイプ７２が本線シールドトンネル２又は支線シールドトンネル３に到達する場合は、図２０に示すように、パイプ７２の先端部を本線シールドトンネル２又は支線シールドトンネル３のセグメントに貫通させる。このとき、パイプ７２が貫通する箇所では、本線シールドトンネル２又は支線シールドトンネル３の内壁面に筒状体７５を設置しておき、この筒状体７５の中で、セグメントを貫通させる。筒状体７５自体は一端側が蓋により閉口していて、他端は開口している。他端を本線シールドトンネル２又は支線シールドトンネル３に連結して、密閉空間７８を形成している。そして、パイプ７２の内部に配設された凍結管７６によりパイプ７２の周囲に凍土７７を形成して、パイプ７２と本線シールドトンネル２又は支線シールドトンネル３のシールドとの間の隙間を遮蔽（止水）する。

一方、パイプ７２が本線シールドトンネル２又は支線シールドトンネル３に到達しない場合、つまり、パイプ７２の推進先が本線シールドトンネル２と支線シールドトンネル３との間である場合は、第一パイプ７２Ａと第二パイプ７２Ｂとが互いに干渉し合わないように、本線シールドトンネル２と支線シールドトンネル３との間でパイプ７２の推進を終了する。

また、後工程の地盤改良体形成工程（Ｓ４１４）で褄部の凍結改良を行うために、パイプ７２の内部に凍結管（不図示）を配設する。なお、褄部の凍結改良を行うための凍結管は、パイプ７２と本線シールドトンネル２又は支線シールドトンネル３のシールドとの間の隙間を遮蔽（止水）する凍結管７６と同じものであってもよく、異なるものであってもよい。

充填工程（Ｓ４１３）では、図２１及び図２２に示すように、支持構造体７１及びパイプ７２の内部空間と、周回構造物２３の内部空間のうち一方側褄壁予定領域を囲む領域とに、コンクリートを打設する。なお、周回構造物２３の内部空間のその他の領域は、作業スペースの空間として残しておく。

また、充填工程（Ｓ４１３）では、本線シールドトンネル２と支線シールドトンネル３との間のパイプ７２が届かない領域に、仮設支持躯体７９を構築する。仮設支持躯体７９は、本線シールドトンネル２と支線シールドトンネル３との間において、第一支持構造体７１Ａを貫通する第一パイプ７２Ａと、第二支持構造体７１Ｂを貫通する第二パイプ７２Ｂとを接続する躯体である。仮設支持躯体７９の構築は、例えば、本線シールドトンネル２又は支線シールドトンネル３から、仮設支持躯体７９の構築予定領域である仮設支持躯体予定領域を掘削し、掘削した仮設支持躯体予定領域に鉄筋コンクリートを打設することにより行う。

地盤改良体形成工程（Ｓ４１４）では、図２３及び図２４に示すように、パイプ７２及び支持構造体７１から周回構造物２３の内周側を地盤改良して第一地盤改良体８０を形成する。第一地盤改良体８０は、一方側褄壁１５の仮設壁であり、一方端部１ａ側の褄部を止水するとともに地山の土圧を支持する。

第一地盤改良体８０の形成方法は、褄部を止水するとともに地山の土圧を支持することができれば特に限定されないが、本実施形態では、凍結工法等により地盤を凍結することにより行う。具体的には、パイプ７２及び支持構造体７１の内部に配設した凍結管により、パイプ７２及び支持構造体７１周囲の地盤を凍結することで、第一地盤改良体８０を形成する。これにより、外郭躯体１２の一方端部１ａ側の褄部が、第一地盤改良体８０により封止（止水）される。

他方側地盤改良工程（Ｓ４２）では、周回構造物２３の内周側を地盤改良することで、外郭躯体１２の他方端部１ｂ側の褄部に、仮設壁である第二地盤改良体（不図示）を形成する。他方側地盤改良工程（Ｓ４２）では、例えば、特許文献１又は２に記載された方法により第二地盤改良体を形成する。つまり、各シールドトンネル１１から外郭躯体１２の内周側に向けてパイプ（不図示）を掘進し、当該パイプの内部に配設した凍結管により、パイプ周囲の地盤を凍結することで、第二地盤改良体を形成する。他方側地盤改良工程（Ｓ４２）で掘進するパイプは、一方側地盤改良工程（Ｓ４１）で掘進するパイプ７２と同じ構造とすることができる。

掘削工程（Ｓ５）では、図２５に示すように、一方端部１ａに形成された第一地盤改良体８０及び他方端部１ｂに形成された第二地盤改良体に挟まれた外郭躯体１２の内周側領域の一部又は全部を掘削して地下空洞４を形成する。つまり、第一地盤改良体８０及び第二地盤改良体に挟まれた外郭躯体１２の内周側領域の一部又は全部を掘削し、掘削した土砂を排出することで、外郭躯体１２の内周側に地下空洞４を形成する。そして、掘削した土砂を、本線シールドトンネル２又は支線シールドトンネル３から排出する。

地中壁構築工程（Ｓ６）では、図１２及び図２６に示すように、第一地盤改良体８０の隣に、外郭躯体１２の一方端部１ａ側の褄部を封止（止水）する一方側褄壁１５を構築し、第二地盤改良体の隣に、外郭躯体１２の他方端部１ｂ側の褄部を封止（止水）する他方側褄壁１６を構築する。具体的には、第一地盤改良体８０の内側に鉄筋コンクリートを打設するとともに、第二地盤改良体の内側に鉄筋コンクリートを打設する。これにより、一方側褄壁１５及び他方側褄壁１６を構築することができる。なお、上述したように、充填工程（Ｓ４１３）で、周回構造物２３の一方側褄壁予定領域を囲む領域にコンクリートが打設されているため、第一地盤改良体８０の強度が高まる。

以上説明したように、本実施形態では、両端部が周回構造物２３の内周壁に連結される支持構造体７１に、一端部が周回構造物２３の内周壁に連結されるパイプ７２を貫通し、このパイプ７２から周回構造物２３の内周側を地盤改良して第一地盤改良体８０を形成する。これにより、パイプ７２は、両端部が周回構造物２３の内周壁に連結された支持構造体７１によって支持されることで、第一地盤改良体８０とともに地下構造物１の高い強度を有する一方側褄壁１５として機能するため、地山の安定性が図れる。例えば、支持構造体７１を構築しない場合に比べて、第一地盤改良体８０を薄くしても、地山の安定性を図ることができる。

また、支持構造体７１にパイプ７２を貫通させることで、支持構造体７１とパイプ７２との連結強度、つまり支持構造体７１に対するパイプ７２の支持強度を向上させることができる。

また、パイプ７２の周囲に凍土を形成することで、容易に強固な第一地盤改良体８０を形成することができる。

また、パイプ推進工により複数のパイプ７２を柱列状に構築することで、パイプ７２から露出する地山の露出面積を小さく抑えることができる。

また、支持構造体７１が矩形断面であるため、容易に支持構造体７１を構築することができるとともに、容易に支持構造体７１にパイプを貫通させることができる。

また、支持構造体７１を中空構造にすることで、容易に支持構造体７１を構築することができる。また、支持構造体７１のパイプ７２が貫通する領域に掘削可能な掘削可能充填材を充填することで、掘進機等で支持構造体７１を掘削することが可能となるため、容易に支持構造体７１にパイプ７２を貫通させることができる。

ところで、水平方向に並設された本線シールドトンネル２及び支線シールドトンネル３の周囲に周回構造物２３を構築すると、本線シールドトンネル２及び支線シールドトンネル３の上方及び下方では、周回構造物２３が本線シールドトンネル２及び支線シールドトンネル３から離れていくため、パイプ７２も長くなりやすい。そこで、本線シールドトンネル２及び支線シールドトンネル３の上方と下方に支持構造体７１を構築することで、パイプ７２の支持剛性が低下するのを抑制することができる。

また、本線シールドトンネル２及び支線シールドトンネル３の上方又は下方の何れか一方に構築された支持構造体７１にパイプ７２を貫通させることで、パイプ７２が長すぎるのを抑制して、パイプ７２の支持剛性が低下するのを抑制することができる。

また、第一地盤改良体８０の隣に周回構造物２３の内周側を封止する一方側褄壁１５を構築するため、高い強度の一方側褄壁１５を構築することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、シールドトンネルの形状、数、配置、位置関係等は、特に限定されるものではない。

また、外郭躯体は、シールドトンネル内の全領域に打設されたコンクリートにより形成されてもよく、シールドトンネル内の略円弧状（略円周状）の領域に打設されたコンクリートにより形成されてもよい。

また、各工程の一部を並行して行ってもよい。例えば、全ての先行シールドトンネルの構築が終了する前に後行シールドトンネルの構築を開始してもよい。同様に、シールドトンネル構築工程が終了する前に外郭躯体構築工程を開始してもよい。同様に、外郭躯体構築工程が終了する前に褄部地盤改良工程、掘削工程及び地中壁構築工程を開始してもよい。

また、支持構造体からは周回構造物の内周側を地盤改良しなくてもよい。この場合に地盤改良として凍結改良する場合は、パイプ内にのみ凍結管を配設し、支持構造体内には凍結管を配設しなくてもよい。

また、上記実施形態では、本線シールドトンネル２と支線シールドトンネル３との間にパイプ７２の届かない（到達しない）領域を設けたが、第一支持構造体及び第二支持構造体のそれぞれから推進したパイプを地中で接合してもよいし、第一支持構造体又は第二支持構造体の何れかの支持構造体から他方の支持構造体まで推進して、パイプを第一支持構造体と第二支持構造体の間に架け渡してもよい。これらの場合、パイプの両端部が周回構造物の内周壁に連結されてもよい。

１…地下構造物、１ａ…一方端部、１ｂ…他方端部、２…本線シールドトンネル、３…支線シールドトンネル、４…地下空洞、１０…周回構造物、１１…シールドトンネル、１２…外郭躯体、１３…先行シールドトンネル、１４…後行シールドトンネル、１４Ａ…第一後行シールドトンネル、１４Ｂ…第二後行シールドトンネル、１５…一方側褄壁（地中壁）、１６…他方側褄壁、２１…発進基地、２２…発進坑口、２３…周回構造物、６１…鉄筋、６２…コンクリート、７１…支持構造体、７１Ａ…第一支持構造体、７１Ｂ…第二支持構造体、７２…パイプ、７２Ａ…第一パイプ、７２Ｂ…第二パイプ、７３…型枠、７４…切削可能充填材、７５…筒状体、７６…凍結管、７７…凍土、７８…密閉空間、７９…仮設支持躯体、８０…第一地盤改良体。

Claims (8)

1. 地中に円周状の周回構造物を構築する周回構造物構築工程と、
   両端部が前記周回構造物の内周壁に連結される支持構造体を構築する支持構造体構築工程と、
   前記支持構造体に連結されるとともに少なくとも一端部が前記周回構造物の内周壁に連結されるパイプを構築するパイプ構築工程と、
   前記パイプから前記周回構造物の内周側を地盤改良して地盤改良体を形成する地盤改良体形成工程と、を備える、
   地中壁構築方法。
2. 前記パイプ構築工程では、前記支持構造体に前記パイプを貫通させる、
   請求項１に記載の地中壁構築方法。
3. 前記地盤改良は、前記パイプの周囲に凍土を形成する凍結改良である、
   請求項１又は２に記載の地中壁構築方法。
4. 前記パイプ構築工程では、パイプ推進工により複数の前記パイプを柱列状に構築する、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の地中壁構築方法。
5. 前記支持構造体構築工程では、矩形断面の前記支持構造体を構築する、
   請求項１〜４の何れか一項に記載の地中壁構築方法。
6. 前記支持構造体構築工程では、中空構造の前記支持構造体を構築するとともに、前記支持構造体の前記パイプが貫通する領域に掘削可能な掘削可能充填材を充填する、
   請求項１〜５の何れか一項に記載の地中壁構築方法。
7. 前記周回構造物構築工程では、水平方向に並設された既設トンネルの周囲に前記周回構造物を構築し、
   前記支持構造体構築工程では、前記既設トンネルの上方と下方に前記支持構造体を構築する、
   請求項１〜６の何れか一項に記載の地中壁構築方法。
8. 前記地盤改良体の隣に前記周回構造物の内周側を封止する地中壁を構築する地中壁構築工程を更に備える、
   請求項１〜７の何れか一項に記載の地中壁構築方法。