JP2979044B2 - 大規模地下構造物とその構築工法 - Google Patents

大規模地下構造物とその構築工法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は地下に構築される大規模
な地下構造空間に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、地下空間の構築工法として、施工
速度が速く、深部に適し、かつ施工時の労働災害防止の
観点から安全確実な、シールド工法が一般的に採用され
る。シールド工法は、施工区間の始点と終点に立坑を作
り、立坑より搬入したシールド掘進機によって掘り進
み、セグメント覆工の一次覆工、現場打ちコンクリート
等による二次覆工を行うものである。このようなシール
ド工法によって地下に大空間を構築するには、超大型の
シールド機が必要であるが、20m以上の口径のもので
は土被りや地盤変状、立坑の大規模化等の技術的問題か
ら現実には不可能である。
【0003】しかし、地下空間利用の要請は年々高まっ
ており、このため例えば特開昭62−296097号公
報に、シールド工法を利用した大断面の地下構造物とそ
の構築工法が開示されている。これは、図11に示すよ
うに、各シールド機等によって個別に掘り進んだ環状シ
ールドAを継材Bによって連結し、任意の大断面Cを形
成し、この大断面Cの内側の地山Dを在来工法で掘削し
て地下構造物Eを築造しようというものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の技術では、地下空間と地山とを仕切る壁をシールド工
法によるトンネルを連続的に構築することにより形成し
ているため、空間の断面の大きさを徐々に変える変形断
面トンネルでは、各シールド機の径を徐々に大きくして
対応することは不可能であり、また同じ径では各トンネ
ルの間に間隔を生じてしまい対応できない。これは急曲
線のトンネルや、トンネル分岐合流部についても同様の
問題となる。
【0005】また、水密性についても、各トンネルのセ
グメントが連続して隣接するために、薬液注入が不完全
な場合も多く、完全な水密トンネルが困難となってい
る。また、一次覆工と地山の空隙(テールボイド)に充
填材を注入する裏込め注入も互いに接近しすぎて十分に
できない。
【0006】更に、上記の問題に伴い、施工の安全性が
損なわれたり、対策によって施工速度が遅くなり施工期
間が長くなってしまい、シールド工法を採用するメリッ
トが減少してしまうという問題も生じている。
【0007】また、任意形状の大断面空間を形成できる
が、隅部を有する場合、構造上にハンチを必要として
も、この隅部にシールドトンネルが位置するために施工
に特殊な工事を必要とし、施工期間を増加させたり、強
度的に不足するおそれがある。
【0008】そして、また、最終的に上記トンネルを狂
いなく連結するには、各トンネルの施工精度を十分に確
保する必要があり、現実的な対応が困難である。
【0009】本発明は上述の種々の問題点に鑑みてなさ
れたもので、その目的とするところは、従来のシールド
工法を利用して変断面トンネル、急曲線、トンネル分岐
・合流部の形成が容易で、水密性に優れ、裏込め注入も
有効にでき、また構造上必要なハンチも容易に形成で
き、更には安全で施工期間も短く、確実に大断面の地下
構造物を構築できる、大規模地下構造物とその構築工法
とを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の地下構造物は、所定の内空形状をとり囲む
位置にシールド工法によって間隔を置いて築造された多
数の小径トンネルと、これら隣り合う小径トンネル間を
掘削して形成した連結空間に鋼板と補強筋を配設すると
共にコンクリート打ちすることによって小径トンネル同
士を構造的に一体化した連結構造体とを備える。そし
て、これら小径トンネルと連結構造体によって横断面を
任意形状とする環状の連続壁を形成してあり、この連続
壁によって地山と仕切られ、かつこの連続壁の内側に地
下空間が形成されている、点に特徴がある。 連続壁の隅
部を連結構造体によって構成することもできる。また小
径トンネル内にコンクリートを充填するようにしても良
い.また、本発明工法は、次の点に特徴がある。すなわ
ち、大規模地下構造物の構築予定位置に、所定の内空形
状をとり囲むようにしてシールド工法による小径トンネ
ルを間隔をおいて多数築造し、これらの小径トンネルの
構築後またはこれと同時に小径トンネル間を掘削して連
結空間を形成する。そして、連結空間を鋼板から成る連
結壁によって覆い、内部に補強筋を配設した後、コンク
リートを充填して小径トンネル同志を構造的に一体化す
る連結構造体を築造すると共にこれらの連結構造体と小
径トンネルとによって環状の連続壁を形成する。次い
で、連続壁の内側の地山を掘削して地下空間を有する地
下構造物を形成するものである。
【0011】
【作用】シールド工法による小径トンネルを連結する構
造でありながら、小径トンネル間に意図的に設けた空間
部を連結躯体による構造体としてあるから、大断面の地
下構造物が確実に構築でき、各小径トンネル間の間隔に
よって変断面トンネル、急曲線、トンネル分岐・合流に
も対応でき、また上記連結構造体は隅部におけるハンチ
を可能として十分な強度を保証し、かつ水密トンネルを
も形成し、裏込め注入も有効に行える。
【0012】
【実施例】以下に本発明を図示した実施例によって説明
する。図1は本発明の一実施例に係る、地下空間を有す
る地下構造物1の断面斜視図である。地山2と地下空間
3とを仕切る連続壁4は、多数の小径トンネル5と、隣
接する小径トンネル同志を一体的に連結する連結構造体
6とによって断面長方形になるよう連続的環状に形成さ
れている。
【0013】図2に示すように、小径トンネル5は従来
のシールド工法によって築造されるもので、連続壁4の
形成が予定される位置に、間隔をおいて施工される。こ
れらの小径トンネル5は全てがその径を共通にするもの
である必要はなく、径を異にするものを適宜組合わせる
ようにしても良い。
【0014】連結構造体6は、各小径トンネル5の間を
在来工法で掘削して連通させた後、鋼板7、鉄筋8を配
して内部に場所打ちコンクリートしたものである。この
連結構造体は後述するように本地下構造物を構築する際
に連続壁4の断面形状や径の調整部として作用する。従
って、その径は均一である必要はない。隅部の連結構造
体6’には構造強度上有効なハンチ9が掘削や配筋等に
よって容易に施工される。
【0015】この地下構造物は具体的に次のようにして
構築される。先ず、図3に示すように、施工区間の両端
に立坑10を掘削構築する。この立坑10は搬入する小
径トンネル形成用のシールド機11として小型のものを
採用できることから大規模のものとする必要はなく、こ
のため工期の短縮と工費の節約となる。
【0016】次に、この立坑10にシールド掘進機11
を搬入し、組み立て、予定する地下空間3の輪郭位置に
所要の間隔をおき、複数箇所において掘削を始め、鋼製
セグメントまたは合成セグメント12を覆工して小径ト
ンネル5を築造する。シールド掘進機11は図示しない
フード部、リングガーダ部、テール部からなり、切羽安
定機構、掘削機構、推進機構を有している。なお、同様
に図示しないがシールド工法に必要な諸設備、例えばコ
ンクリート圧送管理設備、排土処理設備、掘進機中央制
御管理設備、動力発生源等が適宜配設されて稼動してい
る。
【0017】次に、小径トンネル5の築造後、あるいは
これと同時に小径トンネル5の内部から薬液の注入やロ
ックボルトの打設を行って地盤を固化する。そして、隣
り合う小径トンネル5の対向するセグメント12を開け
て各小径トンネル5の間の地山2aを在来の山岳トンネ
ル工法の一種であるNATM(New Austria
n Tunnelling Method)等によって
掘削して連通させる。
【0018】その後、鋼板から成る連結壁7を小径トン
ネル5の鋼製セグメント12と溶接によって接合する。
この連結壁7によって水密性が向上すると同時に、地山
2の崩壊を防止させる(図2参照)。この際、裏込め注
入は掘削した間隔部分から有効に行える。
【0019】更に、連結壁7内に左右の小径トンネル5
から鉄筋8を配筋した後、コンクリートを充填して連結
構造体6を一体的に築造する。この連結構造体6によっ
て小径トンネル5は強固に連続的につながって連続壁4
を環状に形成する。なお、小径トンネル5内は、二次覆
工して電力通信ケーブルや上下水道管、郵便運搬路、ご
み輸送路、空調送排気路、防災用非常路等に用いても良
く、また単純にコンクリートを充填してもよい。
【0020】また、地下空間3の隅部であるコーナー部
分には連結構造体6のみを配設するようにすれば、自由
な形状に掘削できる。勿論、斜めに配筋し、コンクリー
ト打ちしてハンチ9を形成することにより、構造強度の
向上が図られる。
【0021】更に、地下空間3の断面を徐々に大きくす
る変断面トンネル、急激に変位させるトンネル分岐・合
流、曲率半径の小さい急曲線などの場合、各小径トンネ
ル5は間隔をおいて築造されるためにシールドの掘進時
に、この間隔距離を大きくしたり小さくしたりするだけ
で、求める断面変化が容易に得られ、またこの部分の掘
削等については上述と同様に連結構造体6を築造でき
る。そして最後に、上述の連続壁4の内部の地山2bを
掘削して地下空間3を形成することで、予定する地下構
造物1が築造される。
【0022】上述の実施例では短形断面のシールド掘進
機とセグメントを用いて地下構造物も短形断面とした
が、図4に示すように、円形断面のシールド掘進機など
によって円形断面の小径トンネル25を築造し、短形断
面の地下構造物21を形成してもよい。
【0023】さらにまた図5に示すように、短形断面の
小径トンネル5によって円形断面の地下構造物31を築
造し、その内部に小径トンネル5と連結構造体6とによ
って十字の隔壁32を築造したものでもよい。特に、コ
ーナー部は連結構造体6によってハンチ39が設けるこ
とができるから、強度上有効である。なお、先進の小径
トンネルを最深部に設けて地下水の排出を行えば、地下
水位の低下が図れて施工速度アップと安全性とを確保で
きる。
【0024】次に、本発明のケーススタディを説明す
る。図6は幅20m、高さ25m、連続壁厚さ2mの自
動車用の地下トンネル41の断面図であって、上下2車
線の内空間は幅16m、高さ21mである。
【0025】この構築工法を図7ないし図10によって
説明すると、工程2.5Km推進として、両端に発進立
坑50aと到達立坑50bを設け、泥水加圧式シールド
工法によって小径トンネル45を築造し、各小径トンネ
ル45の間隔部分はNATMによって掘削する(図7参
照)。
【0026】小径トンネル45は図8に示すように、地
下構造物41の断面外郭に沿って、両側部分に各3つ、
上下部分に各3つの合計12個が間隔をおいて配置さ
れ、短形断面のシールド工法によって2m×4mに築造
される。また、上記間隔部分はNATMによって掘削さ
れるもので、先ず、小径トンネル45の構築を追いなが
ら、小径トンネル45内から薬液注入とロックボルトの
打設を行い、地山42を固化する(図9a参照)。次
に、立坑50若しくは小径トンネル45のセグメント5
2を開いて固化した地山42を図示しない掘削機によっ
て掘り、この掘削部分において鋼板47を隣接セグメン
ト52に溶接して水密トンネルを形成する(図9b参
照)。
【0027】次に、セグメント52に穴を明けて鉄筋4
8を配置し、ハイパフォーマンスコンクリート等の流動
性の優れたコンクリートを充填して、連結構造体46を
築造し、小径トンネル45と一体化させる(図9c参
照)。上述のように小径トンネル45と連結構造体46
とで地下構造物41の連続壁44が環状に築造され、内
部を掘削して中床や内装の工事を行って完成される(図
10参照)。なお、図8の最深部に位置する小径トンネ
ル45aを先行させれば、地下水を低下させることがで
きる。
【0028】このケーススタディの工程速度は、主とし
て小径トンネルのシールドの構築とNATMによる切削
の速度に依存することとなるが、これらはいずれも一般
的な施工によって安全性を確保しながら比較的にた易く
行えるため、大空間構造物でありながら、短期間で施工
できる。
【0029】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、間
隔をおいて築造した複数の小径トンネルとこの間隔部分
鋼板と補強筋及びコンクリートによって築造した複数
の連結構造体とによって構造的に一体化した環状連続壁
を形成し、この連続壁によって地下構造物を構築するよ
うにしてあり、また、上記小径トンネルをシールド工法
で築造し、上記連結構造体をシールド工法以外の工法に
よって築造して連続壁を環状に形成し、この連続壁の内
側を掘削して地下空間を形成する地下構造物の構築工法
としたので、従来のシールド工法を利用しながらも、変
断面トンネル、急曲線、トンネル分岐・合流を可能と
し、かつ水密性に優れ、裏込め注入も有効に行え、構造
上必要なハンチも容易に形成でき、安全で施工期間も短
く、しかも地下大空間を有する地下構造物とその構築工
法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る地下構造物の断面斜視図
【図2】連続壁の断面斜視図
【図3】施工区間の断面図
【図4】他実施例の断面斜視図
【図5】他実施例の断面斜視図
【図6】地下トンネルの横断面図
【図7】地下トンネルの縦断面図
【図8】同上の拡大横断面図
【図9a】連結構造体の施工説明図
【図9b】同上
【図9c】同上
【図10】完成した地下トンネル横断面図
【図11】従来の地下構造物の断面図
【符号の説明】
1、21、31、41・・・地下構造物 2・・・地山 3・・・地下空間 4、44・・・連続壁 5、25、45・・・小径トンネル 6、46・・・連結構造体 10、50・・・立坑 11・・・シールド掘進機 12、52・・・セグメント
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 淳 神奈川県横浜市戸塚区小雀町2344 (72)発明者 寺山 徹 神奈川県横浜市戸塚区平戸町582−12− A813 (56)参考文献 特開 平4−309693(JP,A) 特開 平4−309694(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) E21D 13/02 E21D 13/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定の内空形状をとり囲む位置にシールド
    工法によって間隔を置いて築造された多数の小径トンネ
    ルと、これら隣り合う小径トンネル間を掘削して形成し
    た連結空間に鋼板と補強筋を配設すると共にコンクリー
    ト打ちすることによって小径トンネル同士を構造的に一
    体化した連結構造体とを備え、 これら小径トンネルと連結構造体によって 横断面を任意
    形状とする環状の連続壁を形成し、 この連続壁によって地山と仕切られ、かつこの連続壁の
    内側に地下空間が形成されていることを特徴とする大規
    模地下構造物。
  2. 【請求項2】前記連続壁の隅部が前記連結構造体によっ
    て構成されていることを特徴とする請求項1記載の大規
    模地下構造物。
  3. 【請求項3】前記小径トンネル内にコンクリートを充填
    したことを特徴とする請求項1もしくは2記載の大規模
    地下構造物。
  4. 【請求項4】大規模地下構造物の構築予定位置に、所定
    の内空形状をとり囲むようにしてシールド工法による小
    径トンネルを間隔をおいて多数築造し、 これらの小径トンネルの構築後またはこれと同時に小径
    トンネル間を掘削して連結空間を形成し、 この連結空間を鋼板から成る連結壁によって覆い、内部
    に補強筋を配設した後、コンクリートを充填して 小径ト
    ンネル同志を構造的に一体化する連結構造体を築造する
    と共にこれらの連結構造体と小径トンネルとによって環
    状の連続壁を形成し、 次いで、この連続壁の内側の地山を掘削して地下空間を
    有する地下構造物を形成することを特徴とする大規模地
    下構造物の構築工法。
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