JP3608140B2 - 大断面トンネルおよびその構築方法 - Google Patents

大断面トンネルおよびその構築方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大断面を有した断面視矩形状のトンネルを構築するに際して用いて好適な大断面トンネルおよびトンネルの構築方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、トンネルの構築には、シールド掘削機で地山を掘削し、その後方においてシールド掘削機と略同径のトンネルを構築するシールド工法が多用されている。しかしながらシールド工法では、大断面のトンネルを構築しようとすると、当然のことながら、それに用いるシールド掘削機が大型化し、この結果、シールド掘削機の製作、運搬、現場組立などのあらゆる面において人手およびコストがかさむものとなってしまう。
【0003】
このため、近年では、大断面トンネルの形状に沿って小径トンネルを多数構築することによって、これら小径トンネルから大断面のトンネル構造体を形成する工法が開発されている。
【0004】
ところで、特に内部に大空間を有する大断面トンネルを構築しようとした場合、図14に示すように断面円形のトンネル構造体1を構築し、その内方に所定寸法の空間Sを形成していたのでは、空間Sに対してトンネル構造体が大きいために、大断面トンネルTを構築するに要する用地が広く必要となってコストが嵩んだり、用地確保ができない場合には所定寸法の空間Sを形成することができないという問題がある。
【0005】
このため、図15に示すように、断面視矩形の大断面トンネルT’を構築するようにすれば、所定寸法の空間Sを形成するための必要最小限の用地を確保すればよく、これによりコストの低減を図れることから、このような断面視矩形の大断面トンネルT’の構築方法が各種開発されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の大断面トンネルおよびトンネルの構築方法には、以下のような問題が存在する。
図15に示したような断面視矩形の大断面トンネルT’のトンネル構造体2を構築するに際しては、トンネル構造体2の四辺を構成する水平部2a、鉛直部2bを、それぞれセグメントを断面視口字状に組んで構築した後、互いに隣接する水平部2aと鉛直部2b同士を、継ぎ目部Aにおいて接続する必要がある。
【0007】
これには、図16(a)に示すように、トンネル構造体2の水平部2aと鉛直部2bとを別々に構築した後、まず、これら水平部2aと鉛直部2bとの間の地盤G1を薬液注入あるいは凍結工法等を用いて地盤改良する。続いて、図16(b)に示すように、水平部2aを構築する際にその端部に組み込んでおいた接続部土留材3を鉛直部2bに向けて押し出す。そして、接続部土留材3を鉛直部2bに到達させた後、水平部2aと鉛直部2bのセグメント4を撤去し、鉛直部2b側に接続用ブラケット5を取り付ける。このようにして水平部2aと鉛直部2bとを一体に接続した後、図16(c)に示すように、その内方に鉄筋6等を配し、コンクリート7を打設することによってトンネル構造体2が完成する。
【0008】
このような工法においては、まず、接続部土留材3を押し出すようになっているが、水平部2aを構築するに際しては、その外周にモルタル等の裏込充填材が注入されているため、接続部土留材3の押し出しは困難である。
また、継ぎ目部Aに止水および強度増加のために、薬液注入や凍結工法等で地盤改良するようになっているが、言うまでもなくこのような地盤改良には時間とコストがかかり、しかも完全な止水効果を得ることは困難である。
【0009】
さらには、トンネル構造体2の幅が増加する場所においては、水平部2a、鉛直部2b自体の大きさを変化させることが困難であるため、これら水平部2a、鉛直部2bの間隔を大きくしなければならない。このため、継ぎ目部Aの地盤改良しなければならない区域が大幅に増加し、これによって前記問題はさらに顕著なものとなる。
【0010】
また、上記のような工法によれば、地盤G1に対して薬液注入等を施して地盤改良する際や接続部土留材3を押し出す際、さらには、セグメント4を撤去する場合などにおいて、水平部2a、および鉛直部2bの周囲において充填された裏込充填材が、円滑な施工を行う上での障害となる。このような箇所においては、裏込充填材が固化して形成された部分の厚さを小さくして、作業の円滑化を図ることが望まれるが、トンネルの施工にあたって裏込充填材の厚さ寸法を調整するためには、複雑な機構が必要となり、特に、トンネルの断面積が小さい場合には、このような機構を設けることは非常に困難となる。
しかしながら、裏込充填材は、地山の沈下を防止し、セグメントにできるだけ一様に荷重が加わるようにするために必要なものであり、これを省略するわけにはいかない。
このような事情により、裏込充填材と同様の機能を有し、さらにその厚さ寸法が調整可能であるような層をセグメントの外面に設け、必要に応じてこの層の厚さを調整することによって、大断面トンネルの施工を円滑化するような技術が求められていた。
【0011】
そこで、本発明においては、施工を円滑に行うことによって、工期の短縮化と低コスト化を実現することができ、また、完全な止水効果を有するような大断面トンネルおよびその構築方法とを提供することをその目的とする。また、特に、裏込充填材と同様の機能を有し、さらにその厚さ寸法が調整可能であるような層を設けることによって、施工作業の容易化を図ることが可能であるような大断面トンネルおよびその構築方法を提供することをその課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明においては、以下の手段を採用した。
すなわち、請求項1記載の大断面トンネルにおいては、大断面を有したトンネルが、断面略矩形状に形成されたトンネル構造体と、その内方に形成されたトンネル空間とからなり、
前記トンネル構造体は、断面視矩形の矩形シールドトンネルと、断面視円形の円形シールドトンネルとを交互に隣接配置し、かつ互いに隣接する前記矩形シールドトンネルと前記円形シールドトンネルとを、その一部を互いに重合させて一体化した構成とされ、
前記矩形シールドトンネルを構成する少なくとも一部のセグメントの外面における前記円形シールドトンネルに対向する位置には、プレキャスト板が設けられ、
該プレキャスト板は、互いに隣接する前記矩形シールドトンネルと前記円形シールドトンネルとの接合面に沿って配置されていることを特徴とする。
【0013】
この大断面トンネルにおいては、矩形シールドトンネルと円形シールドトンネルとが互いにかみ合った形態とされ、強固な構造が実現される。さらに、矩形シールドトンネルを構成するセグメント外面における円形シールドトンネルと対向する位置に、プレキャスト板が設けられるため、矩形シールドトンネルと円形シールドトンネルとの間において、裏込充填材と同様の機能を有し、しかもその厚さ寸法が調整可能であるような層を設けることができる。
【0014】
請求項2記載の大断面トンネルは、請求項1記載の大断面トンネルであって、該大断面トンネルは、軸線方向に向けて、前記トンネル空間の断面積の異なる大断面積部および小断面積部とを有してなり、
該小断面積部においては、該大断面積部と比較して、前記円形シールドトンネルの両側に位置する前記矩形シールドトンネルは、互いに接近して構築され、
該小断面積部の少なくとも一部には、前記セグメントの外面における前記円形シールドトンネルと対向する位置にプレキャスト板が配置されていることを特徴とする。
【0015】
この大断面トンネルは、上記のような構成とされることから、小断面積部においては、プレキャスト板の厚さを調整することによって、矩形シールドトンネルと円形シールドトンネルとを離間または接近させることができる。また、この場合においても、裏込充填材の打設厚さを調節することなく、一定に保つことができる。
【0016】
請求項3記載の大断面トンネルの構築方法は、複数の断面視矩形のシールド掘削機で、予め定めた間隔を隔てて複数の矩形シールドトンネルを先行構築した後、互いに隣接する前記矩形シールドトンネル間の地山を断面視円形のシールド掘削機で掘削して、ここに円形のシールドトンネルを後行構築することによって、前記トンネルの軸線方向に延在する断面視矩形状の矩形シールドトンネルと、断面視円形の円形シールドトンネルとが交互に隣接配置されてなる断面略矩形状のトンネル構造体を構築し、しかる後に、前記トンネル構造体の内方の地山を掘削して、ここに空間を形成することによって、大断面を有したトンネルを構築する構成となっており、かつ、前記矩形シールドトンネルを先行構築するときには、該矩形シールドトンネルを構成する少なくとも一部のセグメントにおける前記後行構築する円形シールドトンネルとの重なり部側に、プレキャスト部材を設けるとともに、その外側に裏込コンクリートを充填して充填コンクリート部を形成し、前記円形シールドトンネルを後行構築するときには、前記矩形シールドトンネル間の地山とともに、前記プレキャスト板の一部および該プレキャスト板の外面に形成された充填コンクリート部が掘削されることを特徴とする。
【0017】
この大断面トンネルの構築方法においては、あらかじめ矩形シールドトンネルの一部が、裏込コンクリートおよびプレキャスト板によって形成され、この部分が円形シールドトンネル構築時には掘削されることとなる。したがって、プレキャスト板の厚さ寸法を変化させることによって、充填コンクリート部の厚さ寸法を変化させずに、矩形シールドトンネルにおいて掘削される部分の寸法を変化させることができる。
【0018】
請求項4記載の大断面トンネルの構築方法は、請求項3記載の大断面トンネルの構築方法であって、前記大断面トンネルを、該大断面トンネルの軸線方向に向けて、前記空間の断面積が異なる大断面積部および小断面積部を有するように構築し、前記大断面積部においては、前記小断面積部より、隣接する前記矩形シールドトンネル間の寸法を大として配置するとともに、これら矩形シールドトンネルを構成する各セグメントの幅寸法を大とし、各セグメントにおける対向端部外側に裏込コンクリートを充填して大断面積部充填コンクリート部を形成し、前記小断面積部においては、該各セグメントの幅寸法を小とし、対向端部外側にプレキャスト部材を固定配置するとともに、該プレキャスト部材の外側に、前記大断面積部充填コンクリート部と略同一厚さの裏込コンクリートを充填することにより小断面積部充填コンクリート部を形成し、前記大断面積部において、前記大断面積部充填コンクリート部を掘削し、前記小断面積部において、前記小断面積部充填コンクリート部および前記プレキャスト部材を掘削して前記円形シールドトンネルを形成することを特徴とする。
【0019】
この大断面トンネルの構築方法によれば、矩形シールドトンネル構築後に円形シールドトンネルを構築する際に、大断面積部においては、大径側充填コンクリートが掘削される一方、矩形シールドトンネル間の間隔が狭まることによって矩形シールドトンネルの掘削寸法が増加する小断面積部においては、小径側充填コンクリート部とともにプレキャスト板が掘削されることになる。したがって、この構築方法では、大断面積部と小断面積部とで、円形シールドトンネルの構築に伴なって矩形シールドトンネルにおいて掘削される部分の寸法が変化する場合にも、大径側および小径側充填コンクリート部の打設厚さを変化させる必要がなく、プレキャスト板の厚さ寸法を調整することにより対応が可能である。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を、図面に基づいて説明する。
図2に示すように、構築すべき大断面トンネル10は、例えば地下に設けられる高速道路として用いられるもので、この大断面トンネル10には、本線10Aに支線10Bが合流する合流ランプLが設けられている。
合流ランプLには、周知のように、支線10Bから走行してきた車が加速するための加速車線Xが設けられる。したがって、加速車線Xが設けられた領域は、本線10Aに比較して大断面トンネルの断面積が拡大された大断面積部Wとして形成される。また、加速車線Xの端部Xdより先の領域は、大断面積部Wよりもその断面積が小とされた小断面積部Nとして形成される。
【0021】
図1に示すものは大断面トンネル10における例えば小断面積部Nの断面を示すもので、この部分は、周囲の地山からの土圧に抗するための覆工体であるトンネル構造体11と、該トンネル構造体11の内方に形成された上下2段の内部空間12A、12Bとから構成されている。
【0022】
トンネル構造体11は、略鉛直面内に位置する両側の側壁部11a,11aと、これら側壁部11a,11aの上端部,下端部間にそれぞれ設けられて略水平面内に位置する上面11b,下面11cと、側壁部11a,11aの中間部間に設けられて上下の内部空間12A,12Bを仕切る仕切面11dとから構成されて、全体として断面視略日字状をなしている。
【0023】
このトンネル構造体11は、断面視円形の円形シールドトンネル15と、互いに平行な平面を有した平面シールドトンネル(矩形シールドトンネル)16とが、周方向交互に配置され、これらが一体化された構成からなっている。
【0024】
円形シールドトンネル15は、平面シールドトンネル16の厚さよりも大径とされている。さらに、トンネル構造体11の四隅と、三方に平面シールドトンネル16が接合されている部分とに配置されている円形シールドトンネル15Aは、他の部分のシールドトンネル15Bに対して、その径寸法が大きなものが採用されている。また、トンネル構造体11の上面11b,下面11cは、それぞれ、円形シールドトンネル15Bを頂点として外方に向けて凸形状をなした構成となっている。
【0025】
平面シールドトンネル(矩形シールドトンネル)16は、セグメント17と、セグメント17の外側に設けられた裏込コンクリートからなる充填コンクリート部18とを備えて構成されている。また、セグメント17外面の円形シールドトンネル15と対向する位置には、平面シールドトンネル17と円形シールドトンネル15の接合面Sfに沿ってプレキャスト板19が配置、固定されている。さらに、このようなトンネル構造体11内には、その全周にわたって鉄筋20が配筋され、さらにコンクリート21が打設充填された構成となっている。
【0026】
そして、上記構成からなる加速車線Xの設けられた大断面積部W(図2参照)においては、図3に示すように、円形シールドトンネル15Bの両側に位置する平面シールドトンネル16,16の間隔が拡大された構成となっている。さらに、これら平面シールドトンネル16,16の間隔の拡大にともなって、その両側に位置する円形シールドトンネル15A,15A、およびトンネル構造体11の側壁部11a,11aを構成する平面シールドトンネル16,16についても、その間隔が漸次拡大するよう構築されている。
また、大断面積部Wにおいては、小断面積部Nと異なり、各平面シールドトンネル16を構築するセグメント17に対しては、プレキャスト板19(図1参照)は、設けられていない。
【0027】
次に、このような大断面トンネル10の構築方法について説明する。ここでは、大断面トンネル10の小断面部Nを施工する場合について説明する。
図1に示した大断面トンネル10の小断面部Nを構築するには、まず、トンネル構造体11を構成する平面シールドトンネル16,16,…を形成するために、矩形シールドトンネル23,23,…を先行構築する。図4に示すように、各矩形シールドトンネル23の構築には、断面視矩形のシールド掘削機(図示なし)で地盤中に矩形の孔24を削孔していき、その後方にセグメント17,17,…を組み立てていく。
【0028】
各セグメント17は、対向する2面が平板部17a,17aとされ、これら平板部17aの両側に位置し、隣接するセグメント17と対向するように配置された端部(対向端部)は、略円弧状の凹部17b,17cとされている。各凹部17b,17cは、その円弧の曲率径が、側方に構築される円形シールドトンネル15(図2参照)の径よりも若干大となるよう形成されている。
【0029】
また、セグメント17を組み立てていくにあたっては、トンネル構造体11の上面11b,下面11c,および仕切面11dに配置されるセグメント17にはその外面に対して、プレキャスト板19を配置しておく。図5は、セグメント17およびプレキャスト板19を拡大して示した図であり、図に示すように、プレキャスト板19は、セグメント17の凹部17b,17cにおいて、円形シールドトンネル15と対向するように配置される。また、図6(a),(b)は、プレキャスト板19の形状の例を拡大して示した図である。このようにプレキャスト板19は、複数のプレキャスト板構成体25を、ボルト26によって連結することによって形成される。
また、プレキャスト板19における外方に凸とされた外面19aには、プレキャスト板19をセグメント17に対して固定するための、固定用ボルト27が配置される。
【0030】
このようにして、プレキャスト板19がその外面に設けられたセグメント17を組み立てた後、掘削した孔24とセグメント17の外周面との間に、例えば、鋼繊維コンクリートなどからなる裏込コンクリート29を充填し、小断面積部充填コンクリート部30を形成する。これにより、各孔24内には、断面視矩形の矩形シールドトンネル23が構築される。
【0031】
次いで、互いに隣接する矩形シールドトンネル23,23間の地山を断面視円形のシールド掘削機(図示なし)を用いて円形の孔31,31,…を削孔していく。ここで用いるシールド掘削機(図示なし)は、その径寸法が、ここに構築すべき円形シールドトンネル15A,15Bと略同径のものを用いる。このときには、矩形シールドトンネル23,23間の地山とともに、セグメント17,17の凹部17b,17cに配置されたプレキャスト板19および小断面積部充填コンクリート部30,30も同時に削られる。
【0032】
図7に示すように、このように各孔31を掘削しつつ、シールド掘削機(図示なし)の後方で、円形セグメント33,33,…を組み立てていく。そして、組み立てたセグメント33の外側に、例えば鋼繊維コンクリートなどからなる裏込コンクリート35を充填することにより、各孔31内に円形シールドトンネル15A,15Bが構築される。これにより、断面視円形の円形シールドトンネル15と、平面シールドトンネル16とが周方向交互に配置され、かつ円形シールドトンネル15A,15Bと平面シールドトンネル16とはその一部が重合した状態となり、トンネル構造体11が形成される。
【0033】
続いて、図2に示したように、トンネル構造体11内に鉄筋20を配筋し、さらにコンクリート21を打設充填する。しかる後には、トンネル構造体11の内方の地山を掘削し、ここに内部空間12A,12Bを形成することにより、大断面トンネル10の小面積部Nが構築される。
【0034】
一方、加速車線Xが設けられた大断面積部W(図2参照)を構築するには、まず、小断面積部Nと同様、図8に示すように、矩形シールドトンネル23,23を形成するため、矩形シールド掘削機で矩形の孔24,24を削孔する。
このとき、この大断面積部Wにおいては、トンネル構造体11の上面11b,下面11c,仕切面11dを形成する部分では、矩形の孔24,24の間隔を、小断面積部Nに比べて拡大させる。
【0035】
このようにして各孔24を削孔しつつ、その後方でセグメント17を組み立てるが、このときには、円形シールドトンネル15B側の凹部17b、および円形シールドトンネル15A側の凹部17cは、小断面積部Nと比較して、それぞれの円形シールドトンネル15A,Bの中心軸線から離間するようにする。これにより、セグメント23の幅は、小断面積部Nと比較して拡大することになる。
また、小断面積部Nとは異なり、大断面積部Wにおいては、セグメント17の凹部17b,cには、プレキャスト板19(図4参照)を配置しない構成とする。
【0036】
このようにしてセグメント17を組み立てた後、掘削した孔24とセグメント17の外周面との間に裏込コンクリート29を充填して、大断面積部充填コンクリート部37を形成する。このとき、大断面積部充填コンクリート部37の厚さは、小断面積部充填コンクリート部30(図4参照)と略同一寸法に形成される。
【0037】
次いで、互いに隣接する矩形シールドトンネル23,23間の地山を断面視円形のシールド掘削機(図示なし)を用いて円形の孔31,31,…を削孔していく。このとき、円形シールドトンネル15Bを形成するための孔31は、小断面積部Nと比較して、トンネル構造体11の中心軸線に対して断面方向に変位しない。これに対し、円形シールドトンネル15Aを形成するための孔31は、小断面積部Nと比較して、円形シールドトンネル15Bから離間するよう削孔される。このようにして、孔31を削孔すると、矩形シールドトンネル23,23間の地山とともに、セグメント17,17の凹部17b,17cの外側の大断面積部充填コンクリート部37,37も同時に削られる。
【0038】
この後は、図3に示したように、シールド掘削機(図示なし)の後方で、円形セグメント(セグメント)33,33,…を組み立てていく。そして、組み立てたセグメント33の外側に裏込コンクリート35を充填することにより、各孔31内に円形シールドトンネル15A,15Bが構築される。
【0039】
このようにして、円形シールドトンネル15と平面シールドトンネル16とを構築した後、トンネル構造体11内に鉄筋20を配筋し、さらにコンクリート21を打設充填する。しかる後には、トンネル構造体11の内方の地山を掘削し、ここに内部空間12A,12Bを形成することにより、所定形状の大断面トンネル10の大断面積部Wの構築が完了する。
【0040】
上述の大断面積部Wにおいては、平面シールドトンネル16、16の間隔が小断面積部Nに比べて拡大するように構成され、円形シールドトンネル15A,Bと、各平面シールドトンネル16とが重合する部分の寸法(矩形シールドトンネル23、23が掘削される部分の寸法)は、小断面積部Nに比較して減少している。また、裏込コンクリート29からなる大断面積部充填コンクリート部37と小断面積部充填コンクリート部30の厚さは大断面積部Wおよび小断面積部Nのいずれにおいても略同一寸法とされ、上記の矩形シールドトンネル23、23が掘削される寸法の差は、小断面積部Nにおいてはプレキャスト板19が小断面積部充填コンクリート部30と併せて掘削されることによって補われる。
【0041】
以上が、本実施の形態における大断面トンネル10の構築方法である。
この大断面トンネル10およびその構築方法では、大断面トンネル10が、その軸線方向に向けて、断面積の異なる大断面積部Wおよび小断面積部Nを有する場合に、大断面積部Nにおいて、互いに隣り合う矩形シールドトンネル23,23同士を、小断面積部Nに比較して離間するように先行構築し、これにより、これらの間に後行構築する円形シールドトンネル15A,Bとの重合寸法を減少させてトンネル構造体11を構築する構成とした。したがって、大断面トンネル10において、軸線方向にその断面積を拡大する必要がある場合には、その部分の施工を、従来のように薬液注入などによって地盤改良することなく行うことが可能となる。このため、従来地盤改良にかかっていたコストを抑えるとともに短工期化を図ることができる。さらには、地盤改良工法に比較して高い止水効果を得ることができるので、大断面トンネル10の施工の安全性を大幅に向上させることができる。
【0042】
そればかりでなく、本実施の形態の大断面トンネル10およびその構築方法では、小断面積部Nにおいて、矩形シールドトンネル23を構成するセグメント17のそれぞれ対向する端部にプレキャスト板19が設けられている。これにより、小断面積部Nにおいては、矩形シールドトンネル23のうち、孔31形成時に掘削可能とされる部分の寸法を、大断面積部Wと比較して大きくすることができる。したがって、小断面積部Nでは、平面シールドトンネル16,16の間隔を大断面積部Wに比べて接近するように構成し、これにより、円形シールドトンネル15A,Bと、各平面シールドトンネル16とが重合する部分の寸法(矩形シールドトンネル23、23が掘削される部分の寸法)を増大させて、トンネル構造体11の上面11b、下面11c、および仕切面11dの長さ寸法を縮小させ、大断面積部Wと比較して、大断面トンネル10の断面積を縮小させることが可能となる。このように、本実施の形態においては、セグメント17の外側に、従来の裏込充填材と同様の機能を有する層を、裏込コンクリート29とともにプレキャスト板19を使用することにより実現したものであり、これを、上記のような断面積の変化する大断面トンネル10の構築にあたって適用することにより、その施工の円滑化が図られることとなる。
【0043】
特に、本実施の形態によれば、上記のように大断面トンネル10の断面積を変化させるにあたって、矩形シールドトンネル23,23が掘削される部分の寸法の差を、プレキャスト板19を設けたり、また省略することで補うことができる。これにより、裏込コンクリート29によって構成された大断面積部、および小断面積部充填コンクリート部30,37の厚さを略同一寸法とすることができ、大断面積部Wから小断面積部Nへ、また逆に、小断面積部Nから大断面積部Wへトンネルを連続的に構築するときに、裏込コンクリート29の打設厚さを変化させる必要がなく、複雑な機構が必要とならず、施工コストや施工時間の低減化が図られる。また、裏込コンクリート29の打設量を一定とすることができるため、コンクリート設備、混練プラント、坑内ミキサー台車等のコンクリート運搬手段、打設ポンプ等を適正なものとすることができる。
【0044】
なお、セグメント17およびプレキャスト板19の構成は、必ずしも上記実施の形態に限定されるものでなく、図9ないし図15に示したようなものとしても構わない。
【0045】
図9(a)、および図10は、セグメント17を矩形にした場合の例であり、図9(a)は、小断面積部Nにおける状態を、図10は大断面積部Wにおける状態を示した図である。これらの図中に示すように、大断面積部Wにおいては、小断面積部Nにおいて設けられたようなプレキャスト板19が設けられない。
【0046】
また、図9(b),(c),(d)は、図9に示したプレキャスト板19の例を拡大して示した図である。図中に示すように、プレキャスト板19は、セグメント17とともに断面視略矩形に形成されている。これらのうち、図9(b),(c)は、プレキャスト板19を、複数のプレキャスト板構成体25をボルト26を用いて連結することによって構成した場合の例である。また(d)は、円形シールドトンネル15を構築する際に、プレキャスト板19の一部を切削するとき、プレキャスト板19の外方に向いた角部19bの欠落防止のために、端部に位置する端部プレキャスト板構成体39に対して、補強材40を埋め込んだ例である。この端部プレキャスト板構成体39を拡大して斜視図により示したのが図11である。このように、端部プレキャスト板構成体39においては、格子状に組まれた補強材40が、上下二重に重ねられて埋設され、角部19bを欠損から守る機能を果たす。
【0047】
なお、この補強材40は、切削可能な材料を用いて構成することが必要であり、例えば、ガラス繊維や炭素繊維を強化プラスチックで固めた材料等を用いることが好適である。このような材料で補強された端部プレキャスト板構成体39は、引っ張りに強く、切削時に大きく欠けることがない。また、切削後の形状が円形シールドトンネル15と同様の円形となるため、円形シールドトンネル15の構築にあたって充填される裏込コンクリート35と完全に一体化することができ、平面シールドトンネル16と円形シールドトンネル15との接合面Sf(図1,9参照)における強度および止水性を良好なものとすることができる。
【0048】
さらに、図12、13は、セグメント17を矩形にした場合の別の例を示す図である。図12(a)は、小断面部N、図13(a)は大断面部Wにおける状態を示している。
また、図12(b),(c)は図12(a)において、図13(b)は図13(a)において示されたプレキャスト板19の形状をそれぞれ表している。このように、大断面部Wにおいてプレキャスト板19を用いるようにしてもよく、この場合、矩形シールドトンネル23と円形シールドトンネル15の重合寸法の増減に対応して、プレキャスト板19の厚さを調整する。ここでは、プレキャスト板構成体25が重ねられる層の数を変化させることによって、プレキャスト板19の厚さが調整されている。
【0049】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に係る大断面トンネルにおいては、矩形シールドトンネルと円形シールドトンネルとを、その一部を重合させて交互に隣接配置してトンネル構造体を構成し、矩形シールドトンネルを構成するセグメントの外面の円形シールドトンネルと対向する位置には、プレキャスト板を設けた構成としている。この大断面トンネルにおいては、矩形シールドトンネルと円形シールドトンネルとが互いにかみ合った形態とされ、強固な構造が実現される。さらに、矩形シールドトンネルを構成するセグメント外面における円形シールドトンネルと対向する位置に、プレキャスト板が設けられるため、矩形シールドトンネルと円形シールドトンネルとの間において、裏込充填材と同様の機能を有し、しかもその厚さ寸法が調整可能であるような層を設けることができる。このような構成とすることにより、これら矩形シールドトンネルおよび円形シールドトンネルを構築する際に、裏込充填材からなる層を切削するなどの必要が生じた場合においても、対応が可能となり、その場合には、施工の円滑化を図ることができる。
【0050】
請求項2に係る大断面トンネルにおいては、大断面トンネルは、軸線方向に向けて、前記トンネル空間の断面積の異なる大断面積部および小断面積部とを有した構成とされ、小断面積部においては、大断面積部と比較して、円形シールドトンネルの両側に位置する矩形シールドトンネルは、互いに接近して構築され、小断面積部の少なくとも一部には、セグメントの外面における円形シールドトンネルと対向する位置にプレキャスト板が配置される。これにより、小断面積部においては、プレキャスト板の厚さを調整することによって、矩形シールドトンネルと円形シールドトンネルとを離間または接近させることができ、したがって、トンネル断面積を調整することが可能である。また、この場合において、裏込充填材の打設厚さを調節することなく、一定に保つことができ、施工の円滑化が図られる。
【0051】
請求項3に係る大断面トンネルの構築方法によれば、複数の矩形シールドトンネルを先行構築した後、円形のシールドトンネルを互いに隣接する前記矩形シールドトンネル間にその一部をこれら矩形シールドトンネルに重合させて後行構築することによって断面略矩形状のトンネル構造体を構築する構成とされている。このとき、あらかじめ矩形シールドトンネルの一部が、裏込コンクリートおよびプレキャスト板によって形成され、この部分が円形シールドトンネル構築時には掘削されることとなる。したがって、プレキャスト板の厚さ寸法を変化させることによって、充填コンクリート部の厚さ寸法を変化させずに、矩形シールドトンネルにおいて掘削される部分の寸法を変化させることができ、これにより、大断面トンネルの断面積が軸方向に変化する場合においても、容易に対応が可能である。
【0052】
請求項4に係る大断面トンネルの構築方法においては、大断面トンネルを、その軸線方向に向けて断面積が異なる大断面積部および小断面積部を有するように構築し、大断面積部においては、小断面積部より、隣接する矩形シールドトンネル間の寸法を大とし、これら矩形シールドトンネルを構成する各セグメントの幅寸法を大とし、各セグメントにおける対向端部外側に裏込コンクリートを充填して大断面積部充填コンクリート部を形成する構成とした。また、小断面積部においては、各セグメントの幅寸法を小とし、対向端部外側にプレキャスト部材を固定配置するとともに、プレキャスト部材の外側に、大断面積部充填コンクリート部と略同一厚さの裏込コンクリートを充填することにより小断面積部充填コンクリート部を形成する構成とした。さらに、大断面積部において、大断面積部充填コンクリート部を掘削し、小断面積部において、小断面積部充填コンクリート部およびプレキャスト部材を掘削して円形シールドトンネルを形成することとした。これにより、トンネル構造体の幅や高さが増減する区間で、従来のように薬液注入などによって地盤改良することなく施工を行って、コストおよび工期の圧縮を図るとともに、施工の安全性を大幅に向上させることができる。さらに、大断面積部と小断面積部とで、円形シールドトンネルの構築に伴なって矩形シールドトンネルにおいて掘削される部分の寸法が変化する場合にも、大断面積部および小断面積部充填コンクリート部の打設厚さを変化させる必要がなく、プレキャスト板の厚さ寸法を調整することにより対応が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を模式的に示す大断面トンネルの小断面積部の立断面図である。
【図2】本発明に係る大断面トンネルおよびその構築方法を適用したトンネルの一例を示す平断面図である。
【図3】同、大断面トンネルの大断面積部の立断面図である。
【図4】図1に示した大断面トンネルの小断面積部の施工途中の状態を示す立断面図である。
【図5】図4に示した大断面トンネルの小断面積部の施工途中の状態を拡大して示す立断面図である。
【図6】図5に示した大断面トンネルに使用されるプレキャスト板の構造を拡大して示した立断面図である。
【図7】図5に続く、図1に示した大断面トンネルの小断面積部の施工途中の状態を示す立断面図である。
【図8】図3に示した大断面トンネルの大断面積部の施工途中の状態を示す立断面図である。
【図9】本発明に係る大断面トンネルの小断面積部におけるセグメントおよびプレキャスト板の構造を示す図であって、図5、6とは別の例を示す立断面図である。
【図10】本発明に係る大断面トンネルの大断面積部におけるセグメントの構造を示す図であって、図8とは別の例を示す立断面図である。
【図11】図9(d)において示したプレキャスト板の構造の一部を拡大して示した斜視図である。
【図12】本発明に係る大断面トンネルの小断面積部におけるセグメントおよびプレキャスト板の構造を示す図であって、図5、6、9とは別の例を示す立断面図である。
【図13】本発明に係る大断面トンネルの大断面積部におけるセグメントおよびプレキャスト板の構造を示す図であって、図8、10とは別の例を示す立断面図である。
【図14】従来の大断面トンネルの一例を示す立断面図である。
【図15】従来の断面視矩形の大断面トンネルの一例を示す立断面図である。
【図16】図15に示した大断面トンネルの構築方法を示す工程図である。
【符号の説明】
10 大断面トンネル
11 トンネル構造体
15 円形シールドトンネル
16 平面シールドトンネル(矩形シールドトンネル)
17 セグメント
18 充填コンクリート部
19 プレキャスト板
23 矩形シールドトンネル
29 裏込コンクリート
30 小断面積部充填コンクリート部
37 大断面積部充填コンクリート部

Claims (4)

  1. 大断面を有したトンネルが、断面略矩形状に形成されたトンネル構造体と、その内方に形成されたトンネル空間とからなり、
    前記トンネル構造体は、断面視矩形の矩形シールドトンネルと、断面視円形の円形シールドトンネルとを交互に隣接配置し、かつ互いに隣接する前記矩形シールドトンネルと前記円形シールドトンネルとを、その一部を互いに重合させて一体化した構成とされ、
    前記矩形シールドトンネルを構成する少なくとも一部のセグメントの外面における前記円形シールドトンネルに対向する位置にはプレキャスト板が設けられ、
    該プレキャスト板は、互いに隣接する前記矩形シールドトンネルと前記円形シールドトンネルとの接合面に沿って配置されていることを特徴とする大断面トンネル。
  2. 請求項1記載の大断面トンネルであって、
    該大断面トンネルは、軸線方向に向けて、前記トンネル空間の断面積の異なる大断面積部および小断面積部とを有してなり、
    該小断面積部においては、該大断面積部と比較して、前記円形シールドトンネルの両側に位置する前記矩形シールドトンネルは、互いに接近して構築され、
    該小断面積部の少なくとも一部には、前記セグメントの外面における前記円形シールドトンネルと対向する位置にプレキャスト板が配置されていることを特徴とする大断面トンネル。
  3. 複数の断面視矩形のシールド掘削機で、予め定めた間隔を隔てて複数の矩形シールドトンネルを先行構築した後、互いに隣接する前記矩形シールドトンネル間の地山を断面視円形のシールド掘削機で掘削して、ここに円形のシールドトンネルを後行構築することによって、前記トンネルの軸線方向に延在する断面視矩形状の矩形シールドトンネルと、断面視円形の円形シールドトンネルとが交互に隣接配置されてなる断面略矩形状のトンネル構造体を構築し、
    しかる後に、前記トンネル構造体の内方の地山を掘削して、ここに空間を形成することによって、大断面を有したトンネルを構築する構成となっており、
    かつ、前記矩形シールドトンネルを先行構築するときには、該矩形シールドトンネルを構成する少なくとも一部のセグメントにおける前記後行構築する円形シールドトンネルとの重なり部側に、プレキャスト部材を設けるとともに、その外側に裏込コンクリートを充填して充填コンクリート部を形成し、
    前記円形シールドトンネルを後行構築するときには、前記矩形シールドトンネル間の地山とともに、前記プレキャスト板の一部および該プレキャスト板の外面に形成された充填コンクリート部が掘削されることを特徴とする大断面トンネルの構築方法。
  4. 請求項3記載の大断面トンネルの構築方法であって、
    前記大断面トンネルを、該大断面トンネルの軸線方向に向けて、前記空間の断面積が異なる大断面積部および小断面積部を有するように構築し、
    前記大断面積部においては、前記小断面積部より、隣接する前記矩形シールドトンネル間の寸法を大として配置するとともに、これら矩形シールドトンネルを構成する各セグメントの幅寸法を大とし、対向端部外側に裏込コンクリートを充填して大断面積部充填コンクリート部を形成し、前記小断面積部においては、該各セグメントの幅寸法を小とし、対向端部外側にプレキャスト部材を固定配置するとともに、該プレキャスト部材の外側に、前記大断面積部充填コンクリート部と略同一厚さの裏込コンクリートを充填することにより小断面積部充填コンクリート部を形成し、
    前記大断面積部において、前記大断面積部充填コンクリート部を掘削し、前記小断面積部において、前記小断面積部充填コンクリート部および前記プレキャスト部材を掘削して前記円形シールドトンネルを形成することを特徴とする大断面トンネルの構築方法。
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