JP2023167139A - 山留構造および地下構造物の構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地中に並設された函体同士の間に地山を残すことなく函体同士を連結することが可能な山留構造および地下構造物の構築方法を提案する。【解決手段】地中において並設された函体２，２を連結する際に、函体２同士の間の領域Ａの上方に形成された山留構造３であって、一方の函体２の上部から他方の函体２の上方に至る第一斜材４と、他方の函体２の上部から一方の函体２の上方に至る第二斜材５とを備えている。第一斜材４と第二斜材５は、正面視で領域Ａの上方において交差している。【選択図】図１

Description

本発明は、地中に並設されたトンネル間の山留構造および地下構造物の構築方法に関する。

並設された複数本のトンネルを利用して１つの地下構造物を構築する場合がある。この地下構造物を構築する場合には、複数本のトンネルを構築した後に、トンネルの不要な覆工を撤去して大きな空間を形成しつつ、各トンネルの残置された覆工を利用して、本設の頂底版や側壁等を構築する。このとき、隣り合うトンネル同士の間に隙間を有している場合がある。
間隔をあけて並設されたトンネル同士を連結する際には、トンネル同士の間の地盤を掘削する際に、上方からの土砂の崩落を防止する必要がある。

このような山留構造として、いわゆるパイプルーフ工法により、一方のトンネル１１０から他方のトンネル１１０に向けて水平に鋼管１２０をかけ渡すことで、トンネル１１０同士の間の領域の上部に山留を行う場合がある（図１０参照）。パイプルーフ工法は、トンネル１１０の坑内から作業を行うため、トンネル上端（頂版下面）よりも低い位置に山留（鋼管１２０）が形成されてしまい、山留め（鋼管１２０）よりも上の部分に地山（残留地盤Ｇ_Ｒ）が残ってしまう。したがって、各トンネル１１０の覆工を利用して地下構造物の覆工を構築する場合には、トンネル１１０同士の接合部において地下構造物の覆工に大きな断面欠損が発生してしまう。
そのため、本出願人は、特許文献１に示すように、間隔をあけて並設された２本のトンネルを接続する際の山留構造として、一方のトンネルの上部および下部から他方のトンネルの上部および下部へ山留鋼板をかけ渡すとともに、上部に掛け渡した山留鋼板の上方および下部に掛け渡した山留鋼板の下方に止水注入材を注入する山留構造を提案している。
ところが、地中において一方のトンネルから他方のトンネル向けて山留鋼板を押し出す（スライドさせる）には、山留鋼板をスライドさせる際の圧入機械を挿入するための加工や、山留鋼板をセグメントに設置しておくための加工等、特殊な加工をセグメントに施す必要があるため、セグメントの製造コストが高くなる。また、トンネル上部にスライド前の山留鋼板を設けておくためのスペースを確保する必要があるため、掘削断面を設計断面よりも大きくする必要がある。

特開２００２－１１５４８５号公報

本発明は、地中に並設された函体同士の間に地山を残すことなく函体同士を連結することが可能な山留構造および地下構造物の構築方法を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の山留構造は、地中において並設されたトンネル同士の間の領域の上方に形成された山留構造であって、一方のトンネルの上部から他方のトンネルの上方に至る第一斜材と、他方のトンネルの上部から一方のトンネルの上方に至る第二斜材とを備えるものである。前記第一斜材と前記第二斜材とは、正面視で前記領域の上方において交差している。
また、本発明の地下構造物の構築方法は、隣り合う一対のトンネルのうちの一方の前記トンネルの上部から他方の前記トンネルの上方に向けて第一斜材を打設する工程と、他方の前記トンネルの上部から一方の前記トンネルの上方に向けて第二斜材を打設する工程と、前記トンネル同士の間の領域を掘削する工程と、前記トンネル同士を連結する工程とを備えるものである。前記第一斜材および前記第二斜材は、前記領域の上方において正面視で交差するように設ける。

かかる山留構造および地下構造物の構築方法によれば、トンネルの内部から斜材を施工することによりトンネルよりも高い位置に山留を形成するため、トンネル同士の間に地山を残さずにトンネル同士を連結することができる。したがって、トンネルを利用して地下構造物の覆工を構築する場合でも、地下構造物の覆工に断面欠損が生じることがなく、また、トンネルの掘削断面積を必要最小限に抑えることができる。また、斜材は、一般的な装置を用いてトンネル内部から施工できる。
なお、前記第一斜材および前記第二斜材の周囲の地盤に対して地盤改良を施すことで、第一斜材および第二斜材の隙間からの土砂の崩落を抑制できる。このような地盤改良は、前記第一斜材および前記第二斜材を利用して行うのが望ましい。

本発明の山留構造および地下構造物の構築方法によれば、地中に並設したトンネル同士の間に地山を残さずに、当該トンネル同士を連結することが可能となる。

本実施形態に係る地下構造物の概要を示す断面図である。 山留構造を示す断面図である。 山留構造の平面図である。 本実施形態の地下構造物の構築方法の手順を示すフローチャートである。 函体形成工程を示す断面図である。 地盤改良工程を示す断面図である。 第一斜材打設工程を示す断面図である。 第二斜材打設工程を示す断面図である。 掘削工程を示す断面図である。 従来の山留構造の一例を示す断面図である。

本実施形態では、地中に並設した一対の函体（トンネル）２，２を連結することにより大断面の地下構造物１を構築する場合について説明する。図１に地下構造物１の概要を示す。
函体２は、シールド工法や推進工法等により、地中に設ける。隣り合う函体２，２は、図１に示すように間隔をあけて並設する。地下構造物１は、函体２同士の間の領域Ａを掘削するとともに、当該領域Ａに面する不要な覆工２１を撤去し、領域Ａの上下に連結用の新設覆工２２，２３を設置することにより形成する。新設覆工２２，２３は、残存させた覆工２０に連結する。領域Ａを掘削する際および不要な覆工２１を撤去する際には、函体２同士の間の領域Ａの上方に山留構造３を形成し、土砂の崩落を防止する。

図２，３に山留構造３を示す。山留構造３は、図２に示すように、一方の函体２（第一函体２ａ）の上部から他方の函体２（第二函体２ｂ）の上方に至る第一斜材４と、第二函体２ｂの上部から第一函体２ａの上方に至る第二斜材５とを備えている。また、第一斜材４および第二斜材５の周囲の地盤Ｇに対して地盤改良Ｇｉが施されている。
第一斜材４と第二斜材５は、正面視（トンネル軸方向視）で領域Ａの上方において交差している。本実施形態では、第一斜材４および第二斜材５は鋼管からなる。

第一斜材４は、図３に示すように、第一函体２ａの軸方向に沿って所定の間隔（例えば１ｍ）をあけて複数本設けられている。また、第二斜材５は、第一斜材４同士の中間位置に配置されるように、第二函体２ｂの軸方向に沿って設けられている。すなわち、第一斜材４と第二斜材５は、同じ間隔をあけて、交互に複数本設けられている。

次に、地下構造物１の構築方法について説明する。図４に地下構造物１の構築方法の手順を示す。図４に示すように、地下構造物１の構築方法は、函体形成工程Ｓ１と、地盤改良工程Ｓ２と、第一斜材打設工程Ｓ３と、第二斜材打設工程Ｓ４と、掘削工程Ｓ５と、連結工程Ｓ６とを備えている。
函体形成工程Ｓ１は、図５に示すように、間隔をあけて隣り合う一対の函体２，２を形成する工程である。図５は、函体形成工程Ｓ１を示す断面図である。函体２は、シールド工法または推進工法により形成するものとする。本実施形態の函体２は、矩形状断面である。

図６に地盤改良工程Ｓ２を示す。地盤改良工程Ｓ２は、図６に示すように、函体２同士の間の領域Ａの上方の地盤Ｇに対して地盤改良Ｇｉを行う工程である。地盤改良Ｇｉは、第一斜材４および第二斜材５の打設予定箇所の周囲の地盤Ｇに対して行う。本実施形態では、函体内から地盤Ｇに対して薬液注入を行う。

第一斜材打設工程Ｓ３は、第一函体２ａの上部から第二函体２ｂの上方に向けて第一斜材４を打設する工程である。図７に第一斜材打設工程Ｓ３を示す。第一斜材４は、図７に示すように、第一函体２ａの天井部に設けられた小型ボーリングマシン等を利用して地中に向けて斜めに打設する。第一斜材４は、第一函体２ａの天井部に設けられた貫通孔を介して地盤Ｇに挿入する。第一函体２ａのセグメントに形成された貫通孔には、第一斜材４よりも一回り大きい口元管４１が取り付けられている。口元管４１には、施工時の止水バルブやプリペンダー等の止水手段が設けられている。第一斜材４は、平面視で第二函体２ｂに所定長（例えば５００ｍｍ～１０００ｍｍ）重ねた状態になるまで挿入し、基端部を第一函体２ａの天井部に固定する。

第二斜材打設工程Ｓ４は、第二函体２ｂの上部から第一函体２ａの上方に向けて第二斜材５を打設する工程である。図８に第二斜材打設工程Ｓ４を示す。第二斜材５は、図８に示すように、第二函体２ｂの天井部に設けられた小型ボーリングマシン等を利用して地中に向けて斜めに打設する。第二斜材５は、第二函体２ｂの天井部に設けられた貫通孔を介して地盤Ｇに挿入する。第二函体２ｂのセグメントに形成された貫通孔には、第二斜材５よりも一回り大きい口元管５１が取り付けられている。口元管５１には、施工時の止水バルブやプリペンダー等の止水手段が設けられている。第二斜材５の施工は、第一斜材４の施工と並行して行ってもよいし、第一斜材４の施工後に行ってもよい。第二斜材５は、平面視で第一函体２ａに所定長（例えば５００ｍｍ～１０００ｍｍ）重ねた状態になるまで挿入し、基端部を第二函体２ｂの天井部に固定する。
掘削工程Ｓ５は、函体２同士の間の領域Ａを掘削する工程である。図９に掘削工程Ｓ５を示す。掘削工程Ｓ５では、函体２の不要な覆工２１（領域Ａに面する覆工）を撤去するとともに、領域Ａの地盤Ｇを掘削する。
連結工程Ｓ６は、函体２同士を連結する工程である。連結工程Ｓ６では、領域Ａの上下に新設覆工２２，２３を設けて、第一函体２ａおよび第二函体２ｂの覆工２０と連結することで、第一函体２ａと第二函体２ｂとを一体化した地下構造物１を形成する（図１参照）。

本実施形態の山留構造３および地下構造物１の構築方法によれば、函体２の内部から斜材（第一斜材４、第二斜材５）を施工することにより函体２，２の上面よりも高い位置に山留３を形成できる。そのため、函体２同士の間に地山を残さずに函体２同士を連結することができる。したがって、函体２を利用して地下構造物１の覆工を構築する場合でも、地下構造物１の覆工に断面欠損が生じることがなく、また、函体２の掘削断面積を必要最小限に抑えることができる。すなわち、函体２と同等以上の高さを有した内部空間を函体２同士の間に確保できる。
また、斜材（第一斜材４、第二斜材５）は、一般的な装置を用いて函体２内部から施工できるため、函体２を構成するセグメント（覆工２０）などに特殊な加工を施す必要がない。

また、領域Ａの上方の地盤Ｇに対して地盤改良Ｇｉを施すことで、土砂の崩落を抑制でき、地下水等の流入も防止できる。
また、第一斜材４および第二斜材５を鋼管により構成することで、第一斜材４および第二斜材５が上載荷重を受け持つようになるので、より確実に土砂の崩落を抑制できる。
第一斜材４は、平面視で第一函体２ａと重なる部分および第二函体２ｂと重なる部分においては、第一斜材４の下側の地盤Ｇ（改良地盤Ｇｉ）からの地盤反力を期待できるので、領域Ａの上方から作用する上載荷重による第一斜材４の変形を抑制することができる。
第二斜材５は、平面視で第一函体２ａと重なる部分および第二函体２ｂと重なる部分においては、第二斜材５の下側の地盤Ｇ（改良地盤Ｇｉ）からの地盤反力を期待できるので、領域Ａの上方から作用する上載荷重による第二斜材５の変形を抑制することができる。

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。
例えば、前記実施形態では、地盤改良Ｇｉを行うものとしたが、地盤改良Ｇｉは必要に応じて行えばよい。また、地盤改良工法は、薬液注入に限定されるものではなく、例えば、固化材等を注入するなど、土質に応じて適宜決定すればよい。
また、前記実施形態では、新設の函体同士を接続する場合について説明したが、本発明の山留構造３の適用対象物はこれに限定されるものではなく、例えば、既設のトンネルに並設された新設のトンネルを接続する場合や、隣り合う既設のトンネル同士を接続する場合に本発明の山留構造を適用してもよい。
また、トンネルの断面形状は矩形に限定されるものではない。
第一斜材４および第二斜材５は、複数段設けてもよい。また、第一斜材４および第二斜材５を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、鉄筋や単管パイプ等であってもよい。

第一斜材４と第二斜材５とを隣接させて打設し、交点において固定してもよい。
また、第一斜材４と第二斜材５との交点の直下に軸方向に連続する梁を設けることで、複数の第一斜材４と複数の第二斜材５と３次元的に連結してもよい。
また、複数の第一斜材４上に板材を設けることで、屋根状の山留構造としてもよい。同様に、複数の第二斜材５上に板材を設けてもよい。
前記実施形態では、矩形断面の函体２を形成するものとしたが、函体２の形状は限定されるものではなく、例えば円形断面であってもよい。

１ 地下構造物
２ 函体（トンネル）
２０ 覆工
２１ 不要な覆工
２２，２３ 新設覆工
２ａ 第一函体（一方の函体）
２ｂ 第二函体（他方の函体）
３ 山留構造
４ 第一斜材
５ 第二斜材
Ａ 領域
Ｇ 地盤
Ｇｉ 改良地盤

Claims (4)

1. 地中において並設されたトンネル同士の間の領域の上方に形成された山留構造であって、
   一方のトンネルの上部から他方のトンネルの上方に至る第一斜材と、
   他方のトンネルの上部から一方のトンネルの上方に至る第二斜材と、を備え、
   前記第一斜材と前記第二斜材とが正面視で前記領域の上方において交差していることを特徴とする、山留構造。
2. 前記第一斜材および前記第二斜材の周囲の地盤に対して地盤改良が施されていることを特徴とする、請求項１に記載の山留構造。
3. 隣り合う一対のトンネルのうちの一方のトンネルの上部から他方のトンネルの上方に向けて第一斜材を打設する工程と、
   前記他方のトンネルの上部から前記一方のトンネルの上方に向けて第二斜材を打設する工程と、
   前記トンネル同士の間の領域を掘削する工程と、
   前記トンネル同士を連結する工程と、を備える地下構造物の構築方法であって、
   前記第一斜材および前記第二斜材は、前記領域の上方において正面視で交差するように設けることを特徴とする、地下構造物の構築方法。
4. 前記第一斜材および前記第二斜材を利用して、前記第一斜材および前記第二斜材の周囲の地盤に対して地盤改良を行う工程を備えていることを特徴とする、請求項３に記載の地下構造物の構築方法。

Images