JP4191536B2 - シールドトンネルの合流部の構築方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路トンネルなど合流部・分岐部を備えるトンネルを構築するために好適に用いられるシールドトンネルの合流部の構築方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地下利用の進展に伴い、地下５０ｍ程度の大深度地下空間に、道路トンネルや下水道トンネルなどを構築することが行われつつある。特に、地下利用が進展している都市部の地下空間にトンネルを構築する際には、シールド工法が有利である。
道路トンネル等の構築にあっては、本線トンネルとランプトンネル等の支線トンネルとの合流部においては、互いに寄り添う二本のシールドトンネルを一体的に連結する必要がある。
この場合、路上から開削した合流部にシールドトンネルを接続する方法が考えられるが、地上の専有面積が幅、長さともに広範囲になり、問題が大きい。
地盤が堅固な場合には、所定断面のシールドトンネルを掘進した後に、部分的に地盤改良などを施した上でセグメントとを取り外し、ＮＡＴＭ工法などにより合流部を構築することが考えられている。
【０００３】
また、専ら地下空間内において、本線トンネルと支線トンネルとの合流部の構築作業を行う技術として、例えば特許文献１に開示された技術がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２５７３７０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載の技術においては、ＮＡＴＭ工法等を併用することなく、本線トンネルと支線トンネルとの合流部を専ら地下空間内において構築することができる。しかし、その図１に示されているように、本線トンネルと支線トンネルとが連結されてなるトンネルの断面形状が異型であるため、大きな土圧がかかる大深度に構築されるトンネルの構築には不向きである。
また、円形断面のシールドトンネル同士を横方向に地中で接続するためには、広範囲の地盤改良及び大規模な接続構造物の構築が必要となる。
【０００６】
本発明の課題は、特に大深度地下空間において、二本のシールドトンネルの合流部を合理的に構築することが可能なシールドトンネルの合流部の構築方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、例えば図１〜図７に示すように、シールド工法によってそれぞれ構築される本線トンネルＴ１と支線トンネル（ランプトンネル）Ｔ２との合流部ＴＪを構築するためのシールドトンネルの合流部の構築方法であって、
前記合流部ＴＪの区間において、前記本線トンネルＴ１と前記支線トンネルＴ２とを互いに寄り添うように掘進すると共にそれぞれほぼＤ型断面の覆工１，２を組み立てて、これら本線トンネルＴ１と支線トンネルＴ２の覆工１，２の断面の包絡線がほぼ円形になるようにし、
次いで、前記本線トンネルＴ１と前記支線トンネルＴ２とを分け隔てる前記覆工１，２の一部１Ａ，２Ａを除去して連続させると共にこれら本線トンネルＴ１と支線トンネルＴ２の覆工１，２を緊結して一体化させる工程からなり、
前記本線トンネルＴ１と前記支線トンネルＴ２との少なくとも一方は、前記合流部ＴＪの掘進時の覆工１、２の幅１Ｗ、２Ｗが、合流部ＴＪ以外の区間における覆工１１，１２の幅１１Ｗ，１２Ｗよりも小さいこと
を特徴とする。
ここで、上記「ほぼ円形」とは、正円形の他、楕円形や長円形等を指す。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、本線トンネルと支線トンネルとの合流部の区間において、これら本線トンネルと支線トンネルとを互いに寄り添うように掘進すると共にそれぞれほぼＤ型断面の覆工を組み立てて、本線トンネルと支線トンネルの覆工の断面の包絡線がほぼ円形になるようにし、次いで、本線トンネルと支線トンネルとを分け隔てる覆工の一部を除去して連続させた後にこれら本線トンネルと支線トンネルの覆工を緊結して一体化させるので、合流部において、ほぼ円形断面の覆工を、ＮＡＴＭ工法や開削工法などを併用することなく、経済的に構築することが可能である。
また、本線トンネルと支線トンネルとの合流部の断面を力学的に安定的なほぼ円形断面の形状に構築することができるので、特に大きな土圧を受ける大深度の地下空間において、本線トンネルと支線トンネルとの合流部を構築するのに適したシールドトンネルの合流部の構築方法となる。
【００１０】
また、請求項１に記載の発明によれば、本線トンネルと支線トンネルとの少なくとも一方は、合流部の掘進時の覆工の幅が、合流部以外の区間における覆工の幅よりも小さいので、合流部で必要なトンネルの断面積を確保しつつ、この断面積が大きくなりすぎることを避けて掘削断面積を小さくし、本線トンネルと支線トンネルとの合流部ＴＪを構築するために要するコストを更に縮減することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、例えば図２、図３に示すように、請求項１に記載のシールドトンネルの合流部の構築方法において、
前記合流部ＴＪの区間において、前記本線トンネルＴ１と支線トンネルＴ２の覆工１，２をＰＣ鋼材５により緊結すること
を特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られると共に、本線トンネルと支線トンネルとの合流部の区間において、これら本線トンネルと支線トンネルの覆工をＰＣ鋼材により緊結するので、本線トンネルと支線トンネルの覆工を簡便かつ強固に接合でき、合流部の覆工を更に効率的に構築することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係るシールドトンネルの合流部の構築方法の実施の形態について説明する。
本実施の形態のシールドトンネルの合流部の構築方法は、地下に建設される道路トンネルの本線トンネルＴ１とランプトンネル（支線トンネル）Ｔ２とをそれぞれ掘進すると共に、その合流部ＴＪを構築するするために適用されるものである。
本線トンネルＴ１は、およそ地下５０ｍの深さに設けられる片側３車線の道路トンネルであり、ランプトンネルＴ２は、本線トンネルＴ１の入口車線および出口車線として設けられるトンネルである。本線トンネルＴ１、ランプトンネルＴ２の掘進状況の概要を図１に示す。
【００１４】
本実施の形態のシールドトンネルの合流部の構築方法の手順を、図２、図３に示す。
また、実施の形態のシールドトンネルの合流部の構築方法において、本線トンネルＴ１の掘進を行うシールド機２０の、掘進手順の上面図及び断面図を図４（ａ）〜（ｅ）に、斜視図を図５（ａ）〜（ｅ）に示す。
ランプトンネルＴ２の掘進を行うシールド機３０の掘進手順も、シールド機２０と同様であるので、図示を省略する。
【００１５】
シールド機２０（３０）はそれぞれ、図４、図５に示すように、ほぼ円筒形状のシールド機本体２１（３１）の前方に、このシールド機本体２１（３１）とほぼ同断面形状のシールド坑を掘削可能な回転式等のカッタ２２（３２）が備えられたシールド機である。
シールド機本体２１（３１）には、図４、図５に示すように、その断面の外側を掘削可能な、揺動式の拡径部用カッタ２４（３４）と、この拡径部用カッタ２４（３４）によって掘削された坑壁内面に覆工１，２を組み立て可能な拡径部用スキンプレート２５（３５）とが、シールド機本体２１（３１）から側方に突出し又このシールド機本体２１（３１）内に収納可能となるように備えられている。
【００１６】
そして、シールド機２０（３０）は、図４に示すように、拡径部用カッタ２４（３４）と拡径部用スキンプレート２５（３５）とがシールド機本体２１（３１）から外側に突出された状態で、ほぼＤ型断面のシールド坑を掘進可能な形状に形成されている。
【００１７】
シールド機２０（３０）を用いて、本実施の形態のシールドトンネルの接合部の構築方法を実施する手順を説明する。
シールド機２０（３０）が本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２との合流部ＴＪに到達するまでは、図４（ａ）、図５（ａ）に示すように、拡径部用カッタ２４（３４）と拡径部用スキンプレート２５（３５）とはシールド機本体２１（３１）の中胴部２８（３８）に収納され、カバー部材２６（３６）によって、シールド機本体２１（３１）のスキンプレート２３（３３）とほぼ連続する状態に隠蔽されている。
そして、図１に示すように、ほぼ円型断面のシールド坑を掘進し、その後方に、ほぼ円型断面の覆工１１，１２が構築されるようにセグメントを設置していく。
【００１８】
シールド機２０（３０）が本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２との合流部ＴＪに近づいたら、図４（ｂ）、図５（ｂ）に示すように、カバー部材２６（３６）がシールド機本体２１（３１）のスキンプレート２３（３３）に沿って摺動させ、このカバー部材２６（３６）によって隠蔽されていた拡径部用カッタ２４（３４）と拡径部用スキンプレート２５（３５）とを坑壁に向かって露出させる。
この状態で、図２（ａ），（ｂ）、図４（ｄ）に示すように、シールド機本体２１（３１）の中胴部２８（３８）の幅は、シールド機本体２１（３１）の幅より小さく、またほぼＤ型断面に設定されている。これにより、後述するように、合流部ＴＪの掘進時の覆工１，２の幅１Ｗ，２Ｗを、合流部ＴＪ以外の区間における覆工１１，１２の幅１１Ｗ，１２Ｗよりも小さく、また覆工１，２の形状をほぼＤ型断面に構築することが可能となっている。
【００１９】
そして、図４（ｃ）、図５（ｃ）及び図６、図７に示すように、液圧ジャッキ２５Ｊ（３５Ｊ）を伸出させることにより、上下一対の拡径部用スキンプレート２５（３５）と、これにそれぞれ取り付けられた拡径部用カッタ２４（３４）とが、シールド機本体２１（３１）の側面から外側に突出させる。この状態で、シールド機本体２１（３１）前方のカッタ２２（３２）と拡幅部用カッタ２４（３４）とにより、ほぼＤ型断面のシールド坑を掘進可能となる。
【００２０】
シールド機２０の拡径部用スキンプレート２５は、図６に示すように、液圧ジャッキ２５Ｊの動作によって上下に並行移動することで突出あるいは収納されるようになっている。シールド機３０の拡径部用スキンプレート３５は、図７に示すように、その一端が軸固定されており、液圧ジャッキ３５Ｊの動作によって回転しながら突出あるいは収納されるようになっている。
【００２１】
また、図６、図７に示すように、拡径部用スキンプレート２５，３５の側方には補助スキンプレート２５Ａ又は３５Ａ，３５Ｂが備えられており、拡径部用スキンプレート２５，３５がシールド機本体２１，３１の内部に収納された状態から外側に突出する状態までの間、シールド機本体２１，３１のスキンプレート２３（２３Ａ），３３（３３Ａ）との間に空隙ができないよう密閉するようになっている。拡径部用スキンプレート２５，３５とシールド機本体２１，３１のスキンプレート２３（２３Ａ），３３（３３Ａ）、補助スキンプレート２５Ａ，３５Ａ，３５Ｂとの接触部分には、防水のためのシール機構（図示省略）が備えられている。
【００２２】
次いで、シールド機本体２１（３１）から、テール部２７（３７）を切り離す。そして、このテール部２７（３７）に反力をとって、図１、図２（ｄ）、図４（ｄ）に示すように、残りのシールド機本体２１（３１）でほぼＤ型断面のシールド坑を掘進し、その後方に、ほぼＤ字断面の覆工１，２が構築されるようにセグメントを設置していく。合流部ＴＪの掘進時の覆工１，２の幅１Ｗ，２Ｗは、上記の通り、合流部ＴＪ以外の区間における覆工１１，１２の幅１１Ｗ，１２Ｗよりも小さく構築される。
【００２３】
本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２との合流部ＴＪ区間の掘進が終了したら、シールド機本体２１（３１）から更に、拡径部用カッタ２４（３４）と拡径部用スキンプレート２５（３５）とを含む中胴部２８（３８）を切り離す。そして、この中胴部２８（３８）に反力をとって、図１、図４（ｅ）、図５（ｅ）に示すように、残りのシールド機本体２１（３１）で再びほぼ円型断面のシールド坑を掘進し、その後方には円型断面の覆工１１，１２が構築されるようにセグメントを設置していく。
【００２４】
以上のようにして、シールド機２０，３０を用い、本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２の合流部ＴＪ区間をそれぞれ掘進していく状況の断面を見ると、図２（ａ）〜図２（ｂ）のようになる。
このように、シールド機２０，３０を掘進させて、互いに並行するように、それぞれほぼＤ型断面に構築された本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２の覆工１，２内部に、図２（ｃ）に示すように、仮設支柱６を設置する。また本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２の覆工１，２間の空隙の上下の部分の地山７に対して、地盤改良材注入、地盤凍結等により地盤改良を施す。
ここで、仮設支柱６の設置は、セグメントで覆工１，２を組み立てるのと同時に行っても良い。
【００２５】
次いで、図２（ｄ）に示すように、本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２の間の覆工１，２を構成するセグメントの一部１Ａ，２Ａを取り外し、二本のトンネルＴ１，Ｔ２を横方向に連続させる。
二本のトンネルＴ１，Ｔ２の覆工１，２の上下の連結部分近傍は一部残しておき、図２（ｅ）に示すように、この連結部分の土砂を取り除いた後、コンクリートからなる充填材４を充填する。そして、ブロック材３とＰＣ鋼材５を用いて、本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２との覆工１，２を緊結し、一体化する。これにより、本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２との合流部ＴＪの覆工の断面がほぼ円形となり、力学的に安定したものとなる。そして、図２（ｆ）に示すように、最後に仮設支柱６を取り外して、本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２との合流部ＴＪの覆工を完成させる。
【００２６】
以上、本実施の形態に記載のシールドトンネルの合流部の構築方法によれば、本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２との合流部ＴＪの区間において、これら本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２とを互いに寄り添うように掘進すると共にそれぞれほぼＤ型断面の覆工１，２を組み立てて、本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２の覆工１，２の断面の包絡線がほぼ円形になるようにし、次いで、本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２とを分け隔てる覆工１，２の一部１Ａ，２Ａを除去して連続させると共にこれら本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２の覆工１，２を緊結して一体化させるので、合流部ＴＪにおいて、ほぼ円形断面の覆工を、ＮＡＴＭ工法や開削工法などを併用することなく、経済的に構築することが可能である。
また、本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２との合流部ＴＪの断面を力学的に安定的なほぼ円形断面の形状に構築することができるので、特に大きな土圧を受ける大深度の地下空間において、本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２との合流部ＴＪを構築するのに適したシールドトンネルの合流部の構築方法となる。
【００２７】
また、本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２との少なくとも一方は、合流部ＴＪの掘進時の覆工１，２の幅１Ｗ，２Ｗが、合流部ＴＪ以外の区間における覆工１１，１２の幅１１Ｗ，１２Ｗよりも小さいので、合流部ＴＪで必要なトンネルの断面積を確保しつつ、この断面積が大きくなりすぎることを避けて掘削断面積を小さくし、本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２との合流部ＴＪを構築するために要するコストを更に縮減することができる。
【００２８】
また、本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２との合流部ＴＪの区間において、これら本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２の覆工１，２をＰＣ鋼材５により緊結するので、本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２の覆工１，２を簡便かつ強固に接合でき、合流部ＴＪの覆工を更に効率的に構築することができる。
【００２９】
なお、本発明のシールド機は、上記の実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
例えば、上記の実施の形態では、道路トンネルの本線とランプを掘進すると共にその合流部を構築しているが、分岐部や拡幅部を備える鉄道トンネルや下水道トンネル等を構築する際にも本発明のシールドトンネルの合流部の構築方法を適用可能である。
また、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、本線トンネルと支線トンネルとの合流部の区間において、これら本線トンネルと支線トンネルとを互いに寄り添うように掘進すると共にそれぞれほぼＤ型断面の覆工を組み立てて、本線トンネルと支線トンネルの覆工の断面の包絡線がほぼ円形になるようにし、次いで、本線トンネルと支線トンネルとを分け隔てる覆工の一部を除去して連続させた後にこれら本線トンネルと支線トンネルの覆工を緊結して一体化させるので、合流部において、ほぼ円形断面の覆工を、ＮＡＴＭ工法や開削工法などを併用することなく、経済的に構築することが可能である。
また、本線トンネルと支線トンネルとの合流部の断面を力学的に安定的なほぼ円形断面の形状に構築することができるので、特に大きな土圧を受ける大深度の地下空間において、本線トンネルと支線トンネルとの合流部を構築するのに適したシールドトンネルの合流部の構築方法となる。
【００３１】
また、請求項１に記載の発明によれば、本線トンネルと支線トンネルとの少なくとも一方は、合流部の掘進時の覆工の幅が、合流部以外の区間における覆工の幅よりも小さいので、合流部で必要なトンネルの断面積を確保しつつ、この断面積が大きくなりすぎることを避けて掘削断面積を小さくし、本線トンネルと支線トンネルとの合流部ＴＪを構築するために要するコストを更に縮減することができる。
【００３２】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られると共に、本線トンネルと支線トンネルとの合流部の区間において、これら本線トンネルと支線トンネルの覆工をＰＣ鋼材により緊結するので、本線トンネルと支線トンネルの覆工を簡便かつ強固に接合でき、合流部の覆工を更に効率的に構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシールドトンネルの合流部の構築方法の概略を示す斜視図である。
【図２】本発明に係るシールドトンネルの合流部の構築方法の手順の一例を示す断面図である。
【図３】本発明に係るシールドトンネルの合流部の構築方法の手順の一例を示す拡大断面図である。
【図４】本発明に係るシールドトンネルの合流部の構築方法に利用されるシールド機のの動作の一例を示す上面図及び断面図である。
【図５】本発明に係るシールドトンネルの合流部の構築方法に利用されるシールド機のの動作の一例を示す斜視図である。
【図６】本発明に係るシールドトンネルの合流部の構築方法に利用されるシールド機のの動作の一例を示す断面詳細図である。
【図７】本発明に係るシールドトンネルの合流部の構築方法に利用されるシールド機のの動作の他の一例を示す断面詳細図である。
【符号の説明】
１，２，１１，１２ 覆工
１Ｗ，２Ｗ （合流部掘進時の）覆工の幅
１１Ｗ，１２Ｗ （合流部以外の区間の）覆工の幅
５ ＰＣ鋼材
Ｔ１ 本線トンネル
Ｔ２ 支線トンネル（ランプトンネル）
ＴＪ 合流部

Claims (2)

1. シールド工法によってそれぞれ構築される本線トンネルと支線トンネルとの合流部を構築するためのシールドトンネルの合流部の構築方法であって、
   前記合流部の区間において、前記本線トンネルと前記支線トンネルとを互いに寄り添うように掘進すると共にそれぞれほぼＤ型断面の覆工を組み立てて、これら本線トンネルと支線トンネルの覆工の断面の包絡線がほぼ円形になるようにし、次いで、前記本線トンネルと前記支線トンネルとを分け隔てる前記覆工の一部を除去して連続させると共にこれら本線トンネルと支線トンネルの覆工を緊結して一体化させる工程からなり、
   前記本線トンネルと前記支線トンネルとの少なくとも一方は、前記合流部の掘進時の覆工の幅が、合流部以外の区間における覆工の幅よりも小さいことを特徴とするシールドトンネルの合流部の構築方法。
2. 前記合流部の区間において、前記本線トンネルと支線トンネルの覆工をＰＣ鋼材により緊結すること
   を特徴とする請求項１に記載のシールドトンネルの合流部の構築方法。

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