JP3888993B2 - トンネル拡幅方法 - Google Patents

Description

本発明は、老朽化した既設トンネルを車両の通行を確保しながら、車線拡幅または断面拡大などの改築工事を行うためのトンネル拡幅方法に関する。

近年、過去に構築した道路トンネルが老朽化により改築が必要になったり、歩道の増設や増大した交通量に対応出来なくなったなどの理由により、既設トンネルの車線拡幅工事や断面拡大工事が行われるようになってきた。

都市トンネルではともかく、山岳トンネルでは迂回路が無かったり、迂回路があってもかなりの遠回りとなるような道路事情であることが多く、車両の通行を確保しながらトンネルの改築を行うことが必要となる。車両通行を確保しながらトンネルの改築工事を行う方法としては、例えば固定式防護プロテクターを拡幅完了区間全長に亘って設置したり、下記特許文献１に示される方法などがある。同文献に示される方法は、図１２に示されるように、既設トンネル５０の内壁を補強部材５１で補強し、既設トンネル５０の下半分から地盤５２にアンカー部材５３，５３…を打設し、地盤５２と既設トンネル５０を一体化させ、既設トンネル５０の強度を保持する。そして、既設トンネル５０の上半分の地盤を掘削し、上半分のトンネル壁５４を形成した後、既設トンネル５０の下半分の地盤を掘削し、下半分のトンネル壁を形成して拡幅トンネルを構築するというものである。

また、下記特許文献２では、作業床と、この作業床の下面両側に設けられた脚柱とからなるトンネル長手方向に沿って移動自在の架台とされ、両側に配置されたすべての脚柱が夫々トンネル幅方向に移動自在とされるとともに、前記作業床の一部が施工機械の搬出入のために昇降自在とされるトンネル改築用移動ステージを用い、既設トンネル空間を利用して、より大径の新設トンネルを構築する方法が開示されている。
特開平７−２４７７８６号公報 特開２０００−２６５７７７号公報

しかしながら、前記固定式防護プロテクターを拡幅完了区間全長に亘って設置したり、前記トンネル改築用移動ステージを用いてトンネルの拡幅工事を行う方法の場合には、工事期間中又は工事時間帯に、片側１車線等の車線規制が必要となり、特にトンネルが交通量の多い主要幹線道路である場合には、渋滞の原因となっており、従来から既存の車線数分の交通を確保しながらトンネル拡幅工事が行える工法が強く望まれていた。

また、前記特許文献１に記載されるように、既設トンネルの外側においてトンネル断面を上半と下半とに完全に分割して掘削を行う場合には、掘削期間中は既設トンネルの車線をそのまま確保することが可能であるけれども、掘削後に既存トンネルの取り壊しに際しては、長期間に亘って車線の通行止めが必要になる。さらに、既設トンネルの外周地盤を掘削することになるが、掘削断面を右側部分と左側部分とに分割するため、掘削作業は狭隘空間で行わなければならず掘削作業、ズリ出し作業、吹付け作業およびロックボルト打設作業などの各種作業を効率的に行うことが出来ず、工期が長くなるとともに、既設トンネルの補強等も必要となり施工費が膨大なものとなっていた。

そこで本発明の主たる課題は、現行車線数を工事期間中も確保しながら、或いは車線規制を極最小限としながらトンネル拡幅施工を可能としたトンネルの拡幅方法を提供することにある。

前記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、既設トンネル断面に対して新設トンネルの計画断面を、既設トンネルの一方側壁と新設トンネル計画断面の一方側壁とがほぼ一致するように又は近接するように片側に偏心させて計画し、
前記既設トンネルの現行車線の通行を確保しながら、既設トンネルの外側領域において新設トンネル断面の上半部分を掘削する第１工程と、
前記既設トンネルの現行車線の通行を確保しながら、前記新設トンネル断面の上半掘削に後続して、又は前記上半掘削を終えた後、新設トンネル断面の他方側下半部分を掘削する第２工程と、
前記新設トンネル断面の掘削を終えたならば、該新設トンネルの他方側空間内に車線を確保した状態で、左右交互に既設トンネルの片側車線の通行を確保しながら、既設トンネルの覆工体を片側づつ順に取り壊しする第３工程と、からなることを特徴とするトンネル拡幅方法が提供される。

上記請求項１記載の本発明では、先ず、新設トンネルの計画断面を、既設トンネルの一方側壁と新設トンネル計画断面の一方側壁とがほぼ一致するように又は近接するように片側に大きく偏心させて計画するようにする。従って、新設トンネルの計画断面が大きく片側に寄ったことにより掘削断面が最大限に大きく設定されることにより、掘削作業、ズリ出し作業、吹付け作業の各種作業を効率的に行い得るようになる。

また、新設トンネルの計画断面を既設トンネルに対して片側に大きく偏心させたことによって、新設トンネルの掘削完了後に、新設トンネル内に車線を確保することが可能となり、既設トンネルの取り壊しに際し、左右交互に既設トンネルの片側車線の通行を確保しながら、既設トンネルの覆工体を片側づつ順に取り壊しすることにより、上下車線を確保しながらの施工が可能となる。

請求項２に係る本発明として、既設トンネル断面に対して新設トンネルの計画断面を、既設トンネルの一方側壁と新設トンネル計画断面の一方側壁とがほぼ一致するように又は近接するように片側に偏心させて計画し、
前記既設トンネルの現行車線の通行を確保しながら、既設トンネルの外側領域において新設トンネル断面の上半部分を掘削する第１工程と、
前記既設トンネルの現行車線の通行を確保しながら、前記新設トンネル断面の上半掘削に後続して、又は前記上半掘削を終えた後、新設トンネル断面の他方側下半部分を掘削する第２工程と、
前記新設トンネル断面の掘削を終えたならば、該新設トンネルの他方側空間内に車線を確保した状態で、既設トンネル内に防護兼用移動ステージを搬入し、少なくとも既設トンネルの取り壊し箇所に前記防護兼用移動ステージを設置するとともに、該防護兼用移動ステージの内側に車線を確保した状態で前記既設トンネルの取り壊しを行う第３工程と、からなることを特徴とするトンネル拡幅方法が提供される。

上記請求項２記載の本発明では、請求項１記載の発明と同様に、新設トンネルの計画断面を、既設トンネルの一方側壁と新設トンネル計画断面の一方側壁とがほぼ一致するように又は近接するように片側に大きく偏心させて計画することにより、掘削作業、ズリ出し作業、吹付け作業の各種作業を効率的に行い得るようになるとともに、新設トンネルの掘削完了後に、新設トンネル内に車線を確保することが可能となり、既設トンネルの取り壊しに際し、既設トンネル内に防護兼用移動ステージを搬入し、車線を確保しながら既設トンネルの取り壊しを行うことにより、上下車線を確保しながらの施工が可能となる。

請求項３に係る本発明として、前記第１工程の前工程として、既設トンネルを内空間側より覆工体の補強を行う既設トンネルの補強工程を有する請求項１、２いずれかに記載のトンネル拡幅方法が提供される。

請求項４に係る本発明として、前記第１工程と第２工程との間に、新設トンネル断面の上半掘削を終えた部分から順に、新設トンネル計画断面の一方側側壁部の補強を上半掘削空間からトンネル長手方向に沿って行う側壁補強工程を有する請求項１〜３いずれかに記載のトンネル拡幅方法が提供される。

請求項５に係る本発明として、前記第３工程の既設トンネルの取り壊しが完了したならば、新設トンネル内に少なくとも現行車線数を確保しながら、移動セントルにより新設トンネルの内面に覆工体を構築する第４工程を有する請求項１〜４いずれかに記載のトンネル拡幅方法が提供される。

以上詳説のとおり本発明によれば、現行車線数を工事期間中も確保しながら、或いは車線規制を極最小限としながら、トンネルの拡幅工事を行い得るようになる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

本トンネル拡幅工法においては、図１に示されるように、既設トンネル１断面に対して新設トンネル２の計画断面を、前記既設トンネル１の一方側壁と新設トンネル２計画断面の一方側壁とがほぼ一致するように、又は近接するように片側に大きく偏心させて計画するようにする。なお、本説明において、一方側とは図中ではトンネルの右側を示し、他方側とはトンネルの左側を示すものとする。

以下、施工手順を踏まえながら工程を順に説明する。

〔既設トンネル補強工程〕
図１に示されるように、新設トンネル２の掘削に先がけて、既設トンネル１の補強を行う。既設トンネル１の補強は、中央分離帯位置に車線を仕切る防護壁４を設置し、既設トンネル１の内空間側より片側車線の通行を確保しながら、片側づつ順に行うようにする。補強方法は、例えば波板等の鋼板を壁面に沿って配設した後、この鋼板と壁面との間にモルタル類を充填することにより補強体３を構築する方法や、鋼アーチ材をトンネル長手方向に適宜の間隔で周方向に沿って設置し補強体３を構築する方法、およびこれらの組合せなどの補強方法を採用することができる。なお、この補強は既設トンネル１のコンクリート覆工体が厚く十分な耐力を有する場合には省略することができる。

〔第１工程〕
既設トンネル１の補強を完了したならば、図２に示されるように、防護壁４を撤去し、新設トンネル２の掘削に入る。掘削は新設トンネル２断面を上半と下半とに分けて掘削する。掘削を上半・下半に分割する理由は、既設トンネル１の上部側地盤の掘削は、施工基面（掘削重機の設置面）が高くないと掘削が不可能若しくは困難であるためと、後述の側壁補強工程の施工が困難となるためである。そして、上半掘削を終えた部分から順に掘削壁面に対してモルタル又はコンクリート５Ａの吹付けを行い、天井アーチ面の補強を図るとともに、場合によってはトンネル半径方向にロックボルト（図示せず）の打設を行うようにする。この第１工程の掘削は既設トンネル１には影響しないため、現行車線の通行を確保しながら施工が可能である。

〔第１Ａ工程（側壁補強工程）〕
新設トンネル２断面の上半掘削を終えた部分から順に、図３に示されるように、新設トンネル２計画断面の一方側側壁部の補強を上半掘削空間からトンネル長手方向に沿って行う。この側壁補強工程は、後段の既設トンネル１の取り壊しの際、地山が崩壊するのを防止するために行うものであり、地山が十分に強固である場合には省略が可能である。側壁補強工法としては、フォアパイリングによる先受工、ロックボルト補強工、薬液注入工、曲線パイプ補強工、プレライニング工、フットパイル工などを挙げることができる。図示例は曲線ロッドによる曲線削孔機６を上半掘削空間に設置し、側壁部に向けて削孔を行い、セメント系充填材を注入することにより柱列状に補強杭７をトンネル方向に適宜の間隔をおいて設置する工法の例である。なお、この第１Ａ工程も既設トンネル１には影響しないため、現行車線の通行をそのまま確保することが可能である。

〔第２工程〕
前記新設トンネル２断面の上半掘削に後続して、又は前記上半掘削を終えた後、図４に示されるように、新設トンネル２断面の他方側下半部分を掘削する。下半掘削を終えた部分から順に掘削側壁面に対してモルタル又はコンクリート５Ｂの吹付けを行い側面の補強を図るとともに、場合によってはトンネル半径方向にロックボルト（図示せず）の打設を行うようにする。この第２工程の掘削も既設トンネル１には影響しないため、現行車線の通行を確保しながら施工が可能である。なお、上半掘削に後続して下半掘削を行う場合には、上半掘削に平行して同時作業的に下半掘削を行ってもよいし、人手、ズリ出し等の問題により上半掘削と下半掘削とを交互に行うようにしてもよい。

〔第３工程〕
以上の工程で新設トンネル２の掘削をすべて完了したならば、図５に示されるように、新設トンネル２内に防護壁８を設置し、新設トンネル２の他方側空間に車線を確保した状態で、既設トンネル１内に防護壁４を設置し、図６及び図７に示されるように、左右交互に片側車線の通行を確保しながら、既設トンネル１の覆工体９Ａ、９Ｂの取り壊しを片側づつ順に行う。この第３工程においても、前記新設トンネル２内に確保した車線と、既設トンネル１内に確保した車線とにより、現行車線数と同じように、上下車線の通行を確保することが可能である。

〔第３工程の他例〕
以上の工程で新設トンネル２の掘削をすべて完了したならば、図８及び図９に示されるように、既設トンネル１内に防護兼用移動ステージ１０を搬入し、少なくとも既設トンネル１の取り壊し箇所に前記防護兼用移動ステージ１０を設置する。そして、前記防護兼用移動ステージの内側に車線を確保しながら前記既設トンネル１の覆工体９の取り壊しを行う。従って、前記新設トンネル２内に確保した車線と、前記既設トンネル１内に確保した車線とにより、上下車線の通行を確保することが可能である。

前記防護兼用移動ステージ１０としては、図９に示されるように、レール１４，１４を走行自在とした移動式ステージであり、既設トンネル１内に一部が挿入される相対的に細幅の第１ステージ部１０Ａと、坑口側に隣接する相対的には広幅の第２ステージ部１０Ｂとを備える移動架台が好適に使用される。前記広幅の第２ステージ部上にはブレーカ付き油圧ショベル等の取り壊し用重機１１が搭載され、順次既設トンネル１の取り壊しを行うようになっている。取り壊したズリは、前記第２ステージ１０Ｂ両側部の下側空間に位置しているシャフローダ１２，１２によりトラック１３，１３に荷積みされ、坑外に搬出される。

〔第４工程〕
前記第３工程の既設トンネル１の取り壊しが完了したならば、図１０に示されるように、新設トンネル２内に少なくとも現行車線数を確保しながら、移動セントル１５により新設トンネル２の内面に覆工体１６を構築するようにする。

〔他の形態例〕
(1)上記形態例では、既設トンネルの補強に際し、既設トンネル１の内空間側より片側車線の通行を確保しながら、片側づつ順に行うようにしたが、図１１に示されるように、防護兼用の移動架台１７を既設トンネル１内に搬入し、走行車輌の通行を確保しながら補強体３を構築するようにしてもよい。
(2)上記形態例では、既設トンネルの補強に際し、既設トンネル１の内空間側より片側車線の通行を確保しながら、片側づつ順に行うようにしたが、トンネル長が短い等、短期間で取り壊し工事が完了するような場合には、一時的に交通止めを行い、一気に既設トンネル１の補強を行うようにしてもよい。
(3)上記形態例では、第３工程で既設トンネル１の取り壊しを左右交互に行うようにしたが、トンネル長が短い等、短期間で取り壊し工事が完了するような場合には、一時的に新設トンネル２内に確保した片側車線のみとし、一気に既設トンネル１の取り壊しを行うようにしてもよい。
(4)上記形態例では、既設トンネルの補強工程時に設置した防護壁４を第１工程時に撤去するようにしたが、この防護壁４は既設トンネルの補強体ともなるため、第３工程時までそのまま残置してもよい。
(5)上記形態例において、防護壁４，８は、トンネル内を左右の空間に仕切るように、防護壁上端を天井面に接合するようにしたが、上端を天井面に接合させることなく起立状態で固定されるものであってもよい。

本トンネル拡幅方法の既設トンネル補強工程を示す施工手順図である。 本トンネル拡幅方法の第１工程を示す施工手順図である。 本トンネル拡幅方法の側壁補強工程を示す施工手順図である。 本トンネル拡幅方法の第２工程を示す施工手順図である。 本トンネル拡幅方法の第３工程示す施工手順図（その１）である。 本トンネル拡幅方法の第３工程を示す施工手順図（その２）である。 本トンネル拡幅方法の第３工程を示す施工手順図（その３）である。 本トンネル拡幅方法の第３工程の他例を示す施工手順図（その１）である。 本トンネル拡幅方法の第３工程の他例を示す施工手順図（その２）である。 本トンネル拡幅方法の第４工程を示す施工手順図である。 本トンネル拡幅方法の既設トンネル補強工程の他例を示す施工手順図である。 従来のトンネル拡幅工事例を示す掘削途中の横断面図である。

符号の説明

１…既設トンネル、２…新設トンネル、３…補強体、４…防護壁、５Ａ・５Ｂ…吹付けコンクリート、６…曲線削孔機、７…補強杭、８…防護壁、９…既設覆工体、１０…防護兼用移動ステージ、１５…移動セントル、１６…コンクリート覆工体

Claims (5)

1. 既設トンネル断面に対して新設トンネルの計画断面を、既設トンネルの一方側壁と新設トンネル計画断面の一方側壁とがほぼ一致するように又は近接するように片側に偏心させて計画し、
   前記既設トンネルの現行車線の通行を確保しながら、既設トンネルの外側領域において新設トンネル断面の上半部分を掘削する第１工程と、
   前記既設トンネルの現行車線の通行を確保しながら、前記新設トンネル断面の上半掘削に後続して、又は前記上半掘削を終えた後、新設トンネル断面の他方側下半部分を掘削する第２工程と、
   前記新設トンネル断面の掘削を終えたならば、該新設トンネルの他方側空間内に車線を確保した状態で、左右交互に既設トンネルの片側車線の通行を確保しながら、既設トンネルの覆工体を片側づつ順に取り壊しする第３工程と、からなることを特徴とするトンネル拡幅方法。
2. 既設トンネル断面に対して新設トンネルの計画断面を、既設トンネルの一方側壁と新設トンネル計画断面の一方側壁とがほぼ一致するように又は近接するように片側に偏心させて計画し、
   前記既設トンネルの現行車線の通行を確保しながら、既設トンネルの外側領域において新設トンネル断面の上半部分を掘削する第１工程と、
   前記既設トンネルの現行車線の通行を確保しながら、前記新設トンネル断面の上半掘削に後続して、又は前記上半掘削を終えた後、新設トンネル断面の他方側下半部分を掘削する第２工程と、
   前記新設トンネル断面の掘削を終えたならば、該新設トンネルの他方側空間内に車線を確保した状態で、既設トンネル内に防護兼用移動ステージを搬入し、少なくとも既設トンネルの取り壊し箇所に前記防護兼用移動ステージを設置するとともに、該防護兼用移動ステージの内側に車線を確保した状態で前記既設トンネルの取り壊しを行う第３工程と、からなることを特徴とするトンネル拡幅方法。
3. 前記第１工程の前工程として、既設トンネルを内空間側より覆工体の補強を行う既設トンネルの補強工程を有する請求項１、２いずれかに記載のトンネル拡幅方法。
4. 前記第１工程と第２工程との間に、新設トンネル断面の上半掘削を終えた部分から順に、新設トンネル計画断面の一方側側壁部の補強を上半掘削空間からトンネル長手方向に沿って行う側壁補強工程を有する請求項１〜３いずれかに記載のトンネル拡幅方法。
5. 前記第３工程の既設トンネルの取り壊しが完了したならば、新設トンネル内に少なくとも現行車線数を確保しながら、移動セントルにより新設トンネルの内面に覆工体を構築する第４工程を有する請求項１〜４いずれかに記載のトンネル拡幅方法。

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